Dimensionale stabiliteit in 3D-printen verbeteren met Onyx

Eerder dit jaar hebben we ons Onyx-materiaal uitgebracht, een stijf, professioneel filament voor eindgebruik. Het materiaal was eerder beschikbaar voor Mark Two Enterprise-gebruikers en is nu toegankelijker dan ooit met onze Onyx Series-printers. In deze blog ga ik wat dieper in op waarom dat is en wat het betekent. In deze context verwijst dimensionale stabiliteit naar het vermogen van 3D-geprinte componenten om hun vorm te behouden terwijl ze worden afgedrukt. Een printer of materiaal kan om verschillende redenen een slechte maatvastheid hebben. Als je eerder met FDM 3D-printers hebt gewerkt, heb je waarschijnlijk een aantal veelvoorkomende problemen ondervonden, zoals kromtrekken van onderdelen als het filament afkoelt, of hangende en slechte oppervlakteafwerking onder niet-ondersteunde uitsteeksels. Zelfs wanneer ondersteunend materiaal wordt gebruikt, kunnen bepaalde geometrieën mislukken vanwege de manier waarop het filament afkoelt, en als gevolg daarvan zullen onderdelen ofwel niet voldoen aan de specificaties die u nodig hebt of falen tijdens het printen en herontwerp noodzakelijk maken.

Het met microkoolstof versterkte nylon waaruit Onyx-filament bestaat, geeft het enkele van de materiaaleigenschappen die u mogelijk hebt gezien als u kijkt naar de eigenschappen van Onyx die op ons gegevensblad staan ​​vermeld - Onyx is stijver en heeft andere thermische eigenschappen, zoals warmteafbuiging, dan de meeste 3D bedrukte kunststoffen. Dit heeft invloed op de manier waarop het print - de stijfheid en minimale thermische vervorming zorgen voor veel minder kromtrekken tijdens het 3D-printproces. Dit minimaliseert het loskomen van de bouwplaat, zorgt voor meer substantiële overhangen (zowel met als zonder steunen) en zorgt voor een hoge maatnauwkeurigheid bij 3D-printen. Zodra het filament is geëxtrudeerd, blijft het veel trouwer aan zijn vorm, wat betekent dat uw onderdelen nauwkeuriger zijn voor uw CAD-model. Zoals klant Alan Rencher van Media Blackout het stelt:"Onyx is een stijver materiaal, de randen zijn waar ... onderdelen zien er beter uit en ze passen beter bij elkaar, dus het is een enorme hulp geweest. We hoeven niet opnieuw te ontwerpen of nieuwe onderdelen te printen.”

Om de dimensionale stabiliteit in 3D-printen van Onyx te demonstreren, heb ik geprobeerd het materiaal tot het uiterste te drijven en heb ik een paar tests uitgevoerd om te experimenteren met wat Onyx kan verdragen. Hoewel sommige van deze eigenschappen met name verweven zijn met onze printer, hoop ik dat dit u een goed begrip geeft van wat we bedoelen met 'hoge maatvastheid'.

Kromming

Kromtrekken is een groot probleem voor veel desktop 3D-printers, dus eerst zal ik een korte uitleg geven waarom 3D-geprinte onderdelen kromtrekken. Onderdelen vervormen in de eerste plaats omdat het bedrukte plastic afkoelt en krimpt. Zodra het materiaal is geëxtrudeerd, begint het onmiddellijk af te koelen. Wanneer de printer de omtrek van een onderdeel aftekent, hecht het zich aan de bouwplaat. Op dit punt koelt het materiaal nog steeds af en wil het nog steeds krimpen, maar het zit vast. Dit creëert een kracht rond de omtrek van het onderdeel die de buitenkant naar binnen trekt - een thermisch moment - waardoor de rand van het onderdeel naar het midden wil krullen. Als er nog een laag wordt toegevoegd, gebeurt het opnieuw, en de kracht is nu in wezen verdubbeld, en dit wordt alleen maar groter naarmate grotere lagen (lagen met agressievere uitsteeksels) worden toegevoegd, dus zelfs met ondersteunend materiaal kunnen onderdelen defect raken door kromtrekken. Onderdelen beginnen van de bouwplaat af te pellen zodra er voldoende lagen zijn opgestapeld, daarom merk je het niet op de eerste laag. Onderdelen hebben de neiging om op de hoeken los te laten omdat ze fungeren als spanningsconcentratiepunten. Stel je voor dat een enkele lijn filament wordt neergelegd. Het wil natuurlijk in de lengte samentrekken. Wanneer twee loodrechte lijnen worden geïntroduceerd, ontstaat er een grotere kracht direct op de hoek, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Dit gebeurt niet zo vaak voor ronde, gladde omtrekken, omdat er geen punt is waarop de kracht meer wordt opgebouwd dan een ander. Maar het is nog steeds een groot probleem, dus hoe voorkom je kromtrekken bij 3D-printen? Veelvoorkomende oplossingen voor kromtrekken variëren, waaronder het vergroten van het contact met het oppervlak in de hoeken met vlotten of schijven, het verwarmen van de bouwplaat of het gebruik van een verwarmde behuizing om de koeling effectiever te regelen. Maar echt, kromtrekken kan ook met materialen worden opgelost. Met stijvere materialen die minder vervormen wanneer warmte wordt toegepast, kan kromtrekken ook worden verminderd. Onyx is zo'n materiaal - door zijn stijfheid en thermische eigenschappen heeft het een zeer minimale kromtrekking in vergelijking met de meeste andere filamenten. Bovendien, met continue vezelversterking, wordt kromtrekken verder verminderd omdat de vezel sterk genoeg is om de lagen plat te laten blijven, waardoor het thermische moment wordt tegengegaan met materialen in plaats van externe ontwerp- of printeropstellingsfixes. We hebben een driehoekig prisma geprint op de rand, met 100% infill uit Onyx, zoals getoond in Eiger.io, onze snijmachine:

Deze vorm is echt verschrikkelijk om te printen omdat het filament voornamelijk op één as is gelegd, dus het wil echt van elke kant naar het midden trekken. Dat, in combinatie met grotere dwarsdoorsnedelagen erboven (om de omgekeerde driehoek te vormen), betekent dat je een enorme kracht krijgt die het onderdeel ertoe aanzet om los te laten. Dit is wat er gebeurde toen we het uit PLA (100% vulling, geen vlot) printten op een andere FFF (Fused FIlament Fabrication) standaard 3D-desktopprinter. Het onderdeel kwam volledig los van de bouwplaat, dus het was niet echt in staat om volledig te printen:

En nu, hier is het uit Onyx:

Overhangen

Op desktop 3D-printers met enkele plastic extruders zoals de onze, zijn overhangen altijd een grote vraag als het gaat om materialen, omdat veel mensen proberen te ontwerpen om ze te vermijden. Op de Mark Two is dit niet altijd nodig, omdat ons ondersteuningsmateriaal uiteindelijk heel gemakkelijk te gebruiken is, zoals weergegeven:

Maar zelfs met steunen zijn uitsteeklengtes soms moeilijk te bereiken om dezelfde redenen dat kromtrekken een probleem is. Grotere dwarsdoorsneden die op kleinere worden gestapeld, creëren een thermisch moment waardoor de randen van een overhang, zelfs wanneer ondersteund, kan opkrullen en de printer kan vastlopen. Met een materiaal als Onyx is er minimale kromtrekking en dus minimale instabiliteit van de overhang. Het kan zelfs veilig tot ongeveer 70 graden gaan zonder steunen, waar zelfs wij door verrast waren:

We hebben de 3D-printtestonderdelen van Make Magazine gebruikt om het materiaal te evalueren. En de oppervlakteafwerking aan de onderkant is nog steeds behoorlijk goed:

Dimensionale stabiliteit

Dit filament, gecombineerd met de gedetailleerde resolutie van onze printer, betekent dat u hoogwaardige, maatvaste 3D-geprinte onderdelen kunt produceren die precies uitkomen zoals u hebt ontworpen. Kijk eens naar deze GIF van ons die een negatieve ruimtetolerantietest uitvoeren (ook van de test van Make Magazine), waarbij we uitkomen op een radiale opening van 0,2 mm tussen elke pen en het bijbehorende gat:

Dit is dus wat we bedoelen als we zeggen dat ons nieuwe met microkoolstof versterkte Onyx-filament maatvast is. Het onderdeel zal trouw blijven aan zijn ontwerp, wat betekent dat u dit materiaal kunt gebruiken om nauwkeurige, consistente en mooie resultaten te krijgen, en u hoeft geen schuur- of vulplamuur te gebruiken om uw uitsteeksels of vlakke oppervlakken vorm te geven om de kwaliteit te krijgen jij hebt nodig. Met Onyx en onze 3D-desktopprinter voor engineering kunt u gemakkelijk onderdelen voor eindgebruik presenteren en hoeft u zich geen zorgen te maken dat uw 3D-geprinte ontwerpen niet aan de specificaties voldoen. We hebben onze Onderdeel van de Week Award van Onyx ontworpen om te laten zien tot welk soort ontwerpen het in staat is!

En van bovenaf gezien lijkt het op ons logo!