Kako okrepiti vezi med plastmi 3D-natisnjenih objektov z Z-sidri?

Novembra 2018 je »Oče RepRap-a«, dr. Adrian Bowyer, objavil članek o virtualnih vlaknih in FDM 3D-tisku, kjer se loti problematike kako lahko s pomočjo votlih tub ojačamo natisnjene objekte. Pri tej tehniki ustvarjamo luknje na bolj obremenjenih mestih. Govori o tem kako lahko s stimulacijo avtomatično določimo mesta za ta vlakna, vendar pa tega še ni implementiral. Implementacija virtualnih vlaken ni preprosta, zato se je Stefan Hermann iz CNC kitchen odločil preizkusiti kako lahko s Finite Element simulacijo ojača svoje 3D-nastisnjene objekte. Uporabi tehniko simulacije, ki se imenuje optimizacija topologije in označi dele objekta, kjer je dodati material, da bi bil objekt čim bolj trden. Združimo te dve tehniki in dobimo novo tehniko, imenovano Smart Infill. Uporaba tehnike omogoči, da obris 3D-objekta ostane popolnoma nespremenjen, notranjost pa bo dodatno ojačana na mestih, ki jih izbere simulacija. Slicer nato na teh lokacijah doda parametre in jih ojača. V spodnjem posnetku prikaže kako uporabiti Finite Element Simulation, da ustvarite Smart Infill in nalagate material le na mesta, kjer je potreben. Svojo metodo podpre s prikazom uporabe drugih tehnik jačanja vezi. V videu uporabi PLA filament rdeče barve, slovenskega prizvajalca Plastika Trček.

Kai Parthy, izumitelj in razvojnik za pametnimi filamenti, je deset let testiral in preizkušal, da je prišel do učinkovite metode, s katero lahko lokalno ojačamo FFF 3D-natisnjene komponente. Uspeh se skriva v povečani adheziji med plastmi; trdnost objekta lahko namreč reguliramo z lokalnimi modifikacijami.

FDM 3D-tiskalnik je razvilo podjetje Stratasys, ki se od tedaj trudi povečati moč Z-osi.

Rešitev je v ojačanju elementov ali Z-sider, tako se izognemo pokanju med plastmi, prihranimo na teži in materialu, dobimo tanjše stene in optimiziramo lokalno statiko znotraj objekta.

Proces je prikazan na slikah:

Grajeni objekt (A) ni pretirano trden in (B) se lahko, ob sili (F), prelomi med plastmi. Kadar pri tisku uporabimo Z-sidra (C), je objekt bolj trden, saj ga držijo skupaj v smeri Z-osi.

Z-sidra nastajajo na dva načina:

Lahko so narejena iz filamenta in z njimi napolnimo odprtine med običajnim procesom 3D-tiska. V ta namen segrejemo filament, da lepo teče v luknje in se ohladi. Oblike teh odprtin po navadi niso tako kompleksne, kot bi bile pri uporabi smole. 3D-tiskalniki lahko operirajo kar s tremi filamenti hkrati, kar pomeni, da je eden od filamentov lahko namenjen Z-sidrom in ima posebne lastnosti, ki mu omogočajo pretok.

Pri drugem načinu pa Z-sidra sestavlja dvodelna smola in so raznolikih oblik. Smola se vbrizga v odprtine s precizno majhno črpalko in lahko zazvame katerokoli oljubno obliko. Odprtine določi oblikovalec ali pa jih med slicingom izračuna programska oprema. Ta izvede preračun moči, da lahko z uporabo čim manj materiala dosežemo najvišjo trdnost objekta.

Z-sidra se lahko, predno jih napolnimo s smolo, polnijo tudi z ojačanimi plastičnimi palicami z jeklenimi ali ojačanimi vlakni, kar dodatno ojača vezi. Odprtine se polni z materiali, ki so stabilni, lahko pa tudi z električno prevodno smolo.

Kai Parthy trenutno išče partnerje v industriji FDM 3D-tiska, med proizvajalci SLS naprav, podjetjem, ki ponujajo programsko opremo za razrez datotek in proizvajalci posebnih črpalk. Pravice intelektualne lastnine za idejo so že registrirali, mi pa se veselimo prihajajočih dosežkov. Zagotovo jih bomo tudi delili z vami.

Vsem, ki bi želeli o 3D-tisku izvedeti več, pa svetujemo, da spremljate spletno stran podjetja iTehLab d.o.o., ki z oddelkom 3D-tisk za vse izvaja brezplačne delavnice o 3D-tisku.