CC BY
7
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-511-513
ОСОБЕННОСТИ ПЕЧАТИ FLEX ФИЛАМЕНТАМИ
А.О. Чечуга
В работе изложены характеристики, а также физико-механические и физико-химические свойства FLEX пластиков. Описаны области применения данного материала, его виды, а также их основные преимущества и недостатки. Приведены рекомендации к хранению и обработке FLEXфиламен-тов, а также требования безопасности при работе с ними. Проанализированы конструктивные особенности экструдеров, используемых для печати FLEXфиламентами. Рассмотрены настраиваемые параметры принтеров, требования к их конструктивной составляющей. Представлены варианты решение основных трудностей, возникающих в процессе работы.
Ключевые слова: FLEXфиламент, экструдер, температура сопла, скорость печати, модуль упругости.
FLEX (TPU) - группа эластичных полимеров для FDM печати. Основными отличающими особенностями таких материалов являются гибкость и упругость при сохранении консистентной прочности. Изделия из данного полимера широко применяются в различных областях промышленности: гражданской, военной, медицинской и др. Такой материал используют для изготовления элементов подвергающихся динамичной нагрузке на сжатие или пространственную деформацию[1].
Типовые характеристики полимера представляют собой:
- Плотность материала равная 1,18-1,25 г/см3;
- Температура плавления составляющая от 200 до 250°С;
- Температура стеклования от -10 до -50°С;
- Термостойкость до температуры в 125-140°С;
- Устойчивость к щелочным и кислотным растворам.
Достоинства материала:
- Устойчивость к высоким температурам с сохранением работоспособности изделия;
- Высокая удельная прочность материала на разрыв, сжатие и скручивание;
- Нетоксичный
- Отсутствие запаха при печати
- Невосприимчивость к ультрафиолетовому излучению;
- Стойкость перед различными маслами;
- Низкая стоимость;
- Возможность переработки;
- Широкий спектр функционального применения.
Недостатки материала:
- Более сложный процесс печати, чем ABS и другими филаментами.
- Гигроскопичность. По этой причине следует хранить материал в сухом месте, а перед установкой его в принтер необходимо просушить филамент путем воздушного обдува [2].
- Имеет сложности в покраске и грунтовке;
Таблица 1
Основные характеристики ЖЬБХполимеров_
Параметр Значение
Прочность при растяжении вдоль слоев 17,5 -40 МПа
Модуль упругости при растяжении вдоль слоев 60-80 МПа
Прочность на изгиб 3-6 МПа
Модуль упругости на изгиб 65-75 МПа
Максимальная нагрузка на изгиб 4-10 Н
Максимальная нагрузка на растяжение 360-700 МПа
Прочность на сжатие 2-8 МПа
Модуль упругости на сжатие 40-65 МПа
Максимальная нагрузка на сжатие 280-900 Н
Относительное удлинение при разрыве 400-650%
Поскольку FLEXфиламенты обладают высокой эластичностью, необходимо учитывать определенные ограничения и условия, связанные с процессом печати [3]. В первую очередь стоит учесть конструктивные особенности экструдера, а именно тип его соединения с подающим механизмом.
Есть два типа соединения [4]:
- Удлиненной подачи - вариант, когда нагревательный элемент и рабочий орган принтера соединены трубкой, по которой подается расплавленный филамент. Другое название Bowden.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 4
- Прямой подачи - вариант, когда рабочий орган и нагревательный элемент имеют жесткое соединение. Другое название Direct.
Главная особенность, влияющая на эффективность печати FLEX, это расстояние, которое проходит расплавленныйфиламент до рабочей головки принтера. Поскольку данный тип пластика имеет пружинящие свойства, то при его подачи будет возникать высокое сопротивление в подающих роликах, и чем большее расстояние необходимо пройти филаменту, тем большую силу к нему необходимо приложить. Так как сила подачи в принтере величина неизменная, следует выбирать вариант, при котором процесс печати будет протекать максимально эффективно. Таким образом, вариант прямой подачи является преимущественным и единственно рекомендуемым при печати FLEXпластиками.
Bow den
Direct
■ i " noif*
О О
w
Типы подачи филамента
Стоит также учитывать конструктивные особенности фидера, а именно - наличие и величина зазоров в подающем механизме. Поскольку рабочий материал достаточно гибкий возникает вероятность его изгибания и закусывания, что может привести к неработоспособности фидера принтера. По этой же причине следует учитывать наличие и конструкцию направляющих. Они должны быть достаточно герметичны, не иметь зазоров и обладать гладкой внутренней поверхностью. В противно случае велик риск забивания механизма филаментом, следствием чего является полная неработоспособность элемента [5].
Важным требованием к подающим механизма является их возможность работы с гибкими фи-ламентами. Данный параметр определятся качеством исполнения подающего колеса. Чем точнее исполнены его зубья, тем выше будет возможность захвата материала. Если зубья выполнены недостаточно четко, или имеют дефекты, то результатом такого будет деформация рабочего материала, его замятие в подающем механизме, что приведет к его поломке и неработоспособности.
Для увеличения работоспособности подающего механизма используют увеличение подающих шестерней до двух штук, или увеличение диаметра подающего колеса. Оба эти решения направлены на увеличения количества рабочих зубьев в механизме, что увеличивает цепкость колес с филаментом и обеспечивает его беспрепятственную подачу в рабочий орган принтера.
Учитывая физико-механические свойства материала, при печати следует обратить внимание на рабочий стол принтера. Перед процессом печати следует прогреть платформу до температуры 45-60 °С. Это необходимо для уменьшения вероятности деформации на первых этапах печати, а также снижения активного взаимодействия филамента с поверхностью, что позволит избежать прилипания изделия. Также, в качестве рабочего стола рекомендуется использовать платформы с минимальной шероховатостью поверхности, например оргстекло или иные материалы [6].
Для успешного протекания процесса печати следует установить соответствующие настройки принтера [7]:
- Температура сопла должна составлять 220-250 °Св зависимости от марки филамента. Температуру следует устанавливать так, чтобы термобарьер справлялся со своей работой, и участок подачи не прогревался выше допустимого значения. В противном случае это приведет к плавлению материала в подающем органе, с дальнейшим нарушением работоспособности механизмов.
- Скорость печати должна составлять не более 20 мм/с, чтобы обеспечить качественное спекание слоев и снизить вероятность возникновения брака.
- При имеющейся системе обдува следует ее отключить. Принудительное охлаждение FLEXведет к уменьшению значения межслойной адгезии, что снижает физико-механические свойства готового изделия и нарушает целостность его структуры.
- Высота наращиваемого слоя должна составлять около половины от диаметра сопла, минимальное значение которого составляет 0,4 мм.
FLEXфиламенты имеют склонности к усадке при печати, что, в свою очередь, усложняет процесс изготовления изделий. Чтобы уменьшить вероятность возникновения данного явления необходимо производить процесс печати исключительно в принтерах закрытого типа, имеющих рабочее пространство, защищенное от внешних воздействий. Так же, при моделировании, в зависимости от типа и геометрии изделия, можно применять дополнительные защитные построения вокруг самой детали. Их толщина может составлять до нескольких миллиметров. Они позволяют обеспечить более равномерный процесс остывания и уменьшают вероятность нежелательного воздействия на изделие [8].
Так же, FLEXфиламенты подразделяются на группы по степени эластичности. Самым мягким является пластик качества soft, который способен выдерживать наибольшие нагрузки на изгиб и сжатие. Применяют его для изделий, предназначенных для работы в условиях высоких динамических нагрузок с высокой степью деформации.
Следующим по списку идет пластик качества spring. Он более жесткий, чем soft, но все еще обладает высокой степенью эластичности. Главной особенностью этого филамента является высокий коэффициент трения при взаимодействии с другими поверхностями. Такой тип FLEX хорошо подходит для изготовления различных прокладок или демпфирующих изделий.
Средним по свойствам является филамент качества optimal. Он является наиболее универсальным и распространенным для эксплуатации. Подходит для изготовления изделий широкого спектра и назначения.
Более жестким и упругим является пластик качества medium, обладающий способностью сохранения формы при значительных нагрузках. Данныйфиламент подходит для изделий находящихся в условиях динамичной работы, при этом, сохраняя неизменность геометрических форм. Отличается высокой степенью долговечности и работоспособности с сохранением физико-механических свойств.
Наиболее твердым является FLEXкачества hard. Он обладают наибольшей степенью упругости к внешним механических воздействиям. По прочности сравним с ABSфиламентами, но отличаются большей максимальной нагрузкой на сжатие и растяжение. Применим для изготовления корпусных деталей, шестерней, демпфирующих слоев и многих других.
При печати FLEX полимерами следует соблюдать требования безопасности. Рабочий процесс рекомендуется производить в закрытых типах принтера и в помещениях с хорошей вентиляцией. Это необходимо по причине токсичности паров при плавлении и горении филамента. В холодной форме материал нетоксичен, но при расплавлении выделяются токсичные пары изоцианата, оксида азота, цианистого водорода и оксида углерода. Также, следует взаимодействовать с горячим изделием в перчатках, чтобы избежать термических ожогов кожи, поскольку FLEXимеет свойство долгого остывания.
Список литературы
1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. №5. С. 7-17.
2. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб. дляВТУЗов / Н.М. Капустин, П.М. Кузнецов, А.Г. Схиртладзе и др. Под ред. Н.М. Капустина. М.: Высшая школа, 2004. 415 с.
3. Чечуга А.О. Использование дополнительных поддерживающих конструкций в аддитивном производстве // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: сб. научных трудов Национальной научно-техн. Конференции с международным участием «АПИР-27», 9-11 ноября 2022 года. Тула: Изд-во ТулГУ, 2022. С. 88-91.
4. Валетов В.А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы). Учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 63 с.
5. Вальтер А.В. Послойный синтез армированных объёмных изделий //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. Т.2. №12.
6. Чечуга А.О. Использование пластмасс, как альтернативу металлам, при изготовлении изделий// XVII Региональная магистерская научная конференция (25 - 29 апреля 2022 года): сб. докладов: в 2 ч. Ч. I / под науч. ред. канд. техн. наук, доц. О.А. Ткач. Тула: Изд-во ТулГУ, 2022. С. 111-113.
7. Чечуга А.О. Характеристика филаментов, применяемых в аддитивном производстве // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2022. Вып. 3. С. 560-563.
8. Чечуга А.О. Параметры качества изделий, изготавливаемых методом аддитивных технологий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2022. Вып. 4. С. 501-504.
Чечуга Антон Олегович, студент, chechugaanton@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF PRINTING WITH FLEX FILAMENTS A.O. Chechuga
The paper describes the characteristics, as well as the physical-mechanical and physical-chemical properties of FLEX plastics. The areas of application of this material, its types, as well as their main advantages and disadvantages are described. Recommendations for the storage and processing of FLEX filaments, as well as safety requirements when working with them are given. The design features of extruders used for FLEX printing with filaments are analyzed. The adjustable parameters of printers, requirements to their constructive component are considered. Options for solving the main difficulties that arise in the process of work are presented.
Key words: FLEX filament, extruder, nozzle temperature, printing speed, modulus of elasticity.
Chechuga Anton Olegovich, student, chechugaanton@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
