3D-tulostus kehittyy jatkuvasti, ja viime vuosina pelletit 3D-tulostukseen Ne ovat hiipineet keskusteluihin, työpajoihin ja tehtaisiin. Vaikka tähän asti oli normaalia puhua vain filamenttikeloista, yhä useammat ihmiset harkitsevat työskentelyä suoraan muovirakeiden kanssa, aivan kuten teollisissa ruiskuvaluprosesseissa tehdään.
Tämä muutos ei ole ohimenevä villitys. 3D-tulostus pelleteillä avaa oven paljon alhaisemmat materiaalikustannukset, suurempi nopeus ja enemmän suunnittelun vapauttaTämä pätee erityisesti suuriin osiin, pitkiin tuotantoeriin tai vaativiin teollisiin sovelluksiin. Se edellyttää kuitenkin pellettien ekstruusion toiminnan ymmärtämistä, saatavilla olevien materiaalien ymmärtämistä sekä sen etujen ja haittojen ymmärtämistä perinteiseen filamentti-FDM-menetelmään verrattuna.
Mitä ovat 3D-tulostuspelletit ja miten niitä saadaan?
Kun puhumme pelleteistä 3D-tulostuksessa, viittaamme termoplastiset polymeerirakeet Nämä toimivat raaka-aineena osien kerros kerrokselta valmistuksessa. Ne ovat pieniä puristetusta muovista valmistettuja pellettejä tai sylintereitä, hyvin samanlaisia kuin ruiskuvalu- tai filamenttien ekstruusioteollisuudessa käytettävät.
Nämä rakeet saadaan prosessilla, jota kutsutaan pelletointiTässä prosessissa perusmateriaali (muovit, komposiitit, mineraalitäyteaineet tai muut kemikaalit) sulatetaan, sekoitetaan tarvittaessa lisäaineiden tai vahvikkeiden kanssa ja puristetaan sitten suikaleiksi, jotka linjan lopussa leikataan pieniksi, tasakokoisiksi paloiksi: pelleteiksi.
Mielenkiintoista on, että useimmat FDM-tekniikassa käyttämämme filamentit valmistetaan juuri näistä. muovipelletitToisin sanoen perinteisessä valmistusprosessissa pelletti ensin hankitaan, sitten sulatetaan uudelleen filamentiksi, ja lopuksi filamentti kulkee uudelleen 3D-tulostimen ekstruuderin läpi. Suora työskentely rakeiden kanssa poistaa tämän välivaiheen.
Pelletit eivät ole hyödyllisiä vain 3D-tulostuksessa. Sen ensisijainen käyttötarkoitus on edelleen ruiskuvalu.puhallusmuovaus, levyekstruusio jne. Lisäainevalmistuksen kehitys on kuitenkin johtanut siihen, että monet valmistajat ovat alkaneet tarjota pellettivalikoimia, jotka on optimoitu suoraan ekstruusiota varten tähän tarkoitukseen suunnitelluissa tai mukautetuissa 3D-tulostimissa.
Markkinoilta löytyy esimerkiksi pellettejä erittäin puhdasta PLA:ta Suunniteltu erityisesti kahteen käyttötarkoitukseen: oman filamentin valmistukseen ja suoraan ekstruusioon pellettien ekstruudereilla. Tyypillinen esimerkki on 1 kg:n PLA-pelletti, joka on valmistettu uusiutuvista lähteistä, kuten maissista, perunoista tai sokeriruokosta, saatavasta polymaitohaposta, täysin biohajoava ja ilman kierrätys- tai talteenottomateriaalien seoksia.
Miten 3D-tulostus pelleteillä toimii verrattuna filamentilla tulostamiseen?
Yleisin FDM-tekniikka toimii ns. sulan termoplastisen filamentin laskeutuminenKela työntää filamenttia kohti ekstruuderia, joka lämmittää sitä, kunnes se sulaa, ja kerrostaa sen alustalle kerros kerrokselta viipaloijan merkitsemiä reittejä pitkin.
Pelletti-3D-tulostuksessa yleinen konsepti on sama (sulatetun materiaalin peräkkäisten kerrosten kerrostaminen), mutta tapa, jolla materiaali tulee järjestelmään, muuttuu radikaalisti. Jatkuvan kelan sijaan käytetään pellettejä. irtonaiset rakeet, jotka putoavat tiettyyn ekstruuderiin pellettejä varten.
Näillä ekstruudereilla on syöttösuppilo tai ämpäri johon pelletit lastataan. Sieltä ruuvikuljetin tai muu käyttöjärjestelmä työntää materiaalia kohti kuumasulatevyöhykettä. Sulatuksen jälkeen polymeeri pursotetaan suuttimen läpi ja kerrostetaan tulostusalustalle hyvin samankaltaisella tavalla kuin filamenttien pursotuksessa.
Tämän tyyppinen pellettien keräin voidaan integroida pöytätulostimet, robottikäsivarret, suurkuvatulostimet (LFAM) ja jopa hybridijärjestelmissä, jotka yhdistävät pellettien ekstruusion filamenttien ekstruusion kanssa samassa koneessa, kuten tapahtuu monimateriaalinen 3D-tulostusTämä kattaa sekä laajamittaiset projektit että yksityiskohtaiset osat, jotka voidaan tulostaa perinteisellä filamentilla.
On syytä huomata, että pelletit ja filamentti He eivät käytä samaa ekstruuderia tai samaa laitteistoaSuuttimen geometria, syöttöjärjestelmä ja virtauksen säätö muuttuvat huomattavasti. Siksi on kehitetty erityisiä kaupallisia ratkaisuja ja muunnossarjoja, joiden avulla tietyt FDM-tulostimet voidaan mukauttaa toimimaan suoraan rakeiden kanssa.
Saatavilla olevat pellettityypit ja materiaalit
Yksi pellettien kanssa työskentelyn suurimmista eduista on laaja valikoima materiaaleja Monet näistä materiaaleista ovat saatavilla, ja ne ovat identtisiä teollisissa ruiskuvaluprosesseissa käytettyjen materiaalien kanssa. Tämä avaa valtavan valikoiman vaihtoehtoja kotivalmistuksessa käytettyjen tyypillisten PLA- tai ABS-muovien lisäksi.
3D-tulostukseen tarkoitettujen pellettien kategoriasta löytyy standardikokoisia kestomuoveja, kuten PLA, ABS, ASA, PET ja PETGNämä materiaalit ovat tunnettuja valmistajien keskuudessa, mutta pellettimuodossa ne voivat tarjota ominaisuuksia, jotka ovat lähempänä alkuperäistä raaka-ainetta, koska ne välttävät filamenttien ekstruusiovaiheen.
Saatavilla on myös teknisempiä ja kestävämpiä materiaaleja, esimerkiksi polyamidit (PA), polykarbonaatit (PC), polypropeeni (PP) tai iskunkestävä polystyreeni (HiPS)Nämä materiaalit tarjoavat parannetun mekaanisen suorituskyvyn, lämmönkestävyyden tai edistyneen kemiallisen käyttäytymisen, mikä tekee niistä ihanteellisia rasitukselle alttiille toiminnallisille osille.
Sieltä avautuu ovi kokonaiselle perheelle erittäin erikoistuneita materiaalejaTämä pätee korkean suorituskyvyn pelletteihin, kuten PEEK:iin, PEKK:iin tai PEI:hin, joita käytetään laajalti esimerkiksi ilmailu- ja lääketieteen aloilla niiden kestävyyden korkeille lämpötiloille, mittapysyvyyden ja kemiallisten aineiden sietokyvyn ansiosta.
Siellä on myös kuituvahvisteiset pelletit (lasi-, hiili- tai muut kuidut), jotka parantavat jäykkyyttä ja rakenteellista lujuutta, johtavat pelletit elektroniikkasovelluksiin, sintrautuvat pelletit tai sulavat pelletit, joita käytetään mallina vahavaluprosesseissa.
Toinen erittäin käytännöllinen kategoria on ns. tukipelletit ja liukenevat pelletitNämä on suunniteltu luomaan tukirakenteita, jotka voidaan myöhemmin mekaanisesti poistaa tai liuottaa tiettyyn nesteeseen. Tämä helpottaa erittäin monimutkaisten geometrioiden saavuttamista tinkimättä jälkikäsittelyn helppoudesta.
Lopuksi on olemassa puhdistuspelletit ja koristepelletitEnsimmäinen tyyppi auttaa puhdistamaan ekstruuderia materiaalin tai värin muutosten välillä ja pitää järjestelmän hyvässä toimintakunnossa. Toinen tyyppi sisältää puusta, kivestä, metallista tai muista esteettisistä lisäaineista valmistettuja täyteaineita, jotka mahdollistavat näyttävän visuaalisen viimeistelyn taiteellisissa tai design-projekteissa.
3D-tulostuspellettien edut
Yksi vahvimmista argumenteista pellettien 3D-tulostuksen puolesta on materiaalikustannusten säästötPellettejä myydään yleensä paljon halvemmalla kilohintaan kuin filamenttia, koska ne välttävät koko keloihin liittyvän lisäprosessin, kuten suulakepuristuksen, kelaamisen, halkaisijan säädön, pakkaamisen ja logistiikan.
Tämä alhaisempi hinta yhdistettynä suuremmat pursotusnopeudet Toisin kuin tyypillisessä filamenttipohjaisessa pöytätulostimessa, pellettien ekstruusio tekee siitä erityisen mielenkiintoisen teknologian suurten osien tai suurten erien valmistukseen. Näissä tapauksissa osakohtaiset kustannukset voivat laskea merkittävästi.
Toinen tärkeä etu on vähemmän juuttumista filamenttiin verrattunaKoska jatkuvaa lankaa ei tarvita, joka voi taipua, katketa tai sotkeutua kelaan, useita tyypillisiä FDM-tulostimien vikojen syitä poistuu. Rakeet syötetään suppilosta, joten virtaus voi tukkeutua harvemmissa kohdissa.
Pellettien suora käsittely auttaa säilyttämään alkuperäisen raaka-aineen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudetJoka kerta, kun polymeeriä kuumennetaan ja puristetaan uudelleen, sen ketjut hajoavat hieman. Filamenttien valmistuksessa käytetään tätä ylimääräistä kuumennusta: ensin pelletin valmistamiseksi, sitten sen muuntamiseksi filamentiksi ja lopuksi itse 3D-tulostimessa.
Kun tulostetaan suoraan pelletistä, yksi lämmitys- ja muuntumisvaiheista jää pois. Tämä tarkoittaa, että lopullinen materiaali on lähempänä ruiskuvalussa käytettyä materiaalia, ja parannettu mekaanisten, termisten ja kemiallisten ominaisuuksien säilyminenja vähemmän tarvetta turvautua lisäaineisiin, jotka kompensoivat polymeerin hajoamista.
Pellettipainatus mahdollistaa myös suhteellisen yksinkertaisella tavalla luo monivärisiä kappaleitaSekoittamalla erivärisiä pellettejä samassa suppilossa voidaan saavuttaa erilaisia väriefektejä koko kappaleeseen ilman, että tarvitsee vaihtaa keloja tai käyttää monimutkaisia moniekstruuderijärjestelmiä. Tulos voi olla hieman vaikeammin hallittavissa kuin erillisellä monimateriaalijärjestelmällä, mutta se tarjoaa erittäin mielenkiintoisia luovia mahdollisuuksia.
Suunnittelun näkökulmasta pellettien ekstruusio helpottaa monimutkaiset geometriat ja suuret kappaleet Suuren koon lisäainevalmistusjärjestelmissä olennaisen tärkeän materiaalin virtausnopeuden ansiosta esimerkiksi autoteollisuus, ilmailu- ja avaruusteollisuus, rakennusala ja teollisuustyökalujen valmistus hyötyvät kyvystä tulostaa suuria rakenteita kohtuullisessa ajassa ja kontrolloiduilla kustannuksilla.
3D-tulostuksen haitat ja haasteet pellettien avulla
Kaikista eduistaan huolimatta pellettien 3D-tulostuksella on edelleen joitakin esteitä, jotka rajoittavat sen massakäyttöäEnsimmäinen on, että se ei ole levinnyt yhtä laajalle kuin filamenttipohjainen FDM. Rakeiden kanssa työskentelyyn suunniteltuja kaupallisia tulostimia on vähemmän, eivätkä kaikki kotikäyttöön tarkoitetut tulostimet ole helposti mukautettavissa.
Luotettavan pellettiekstruuderin kehittäminen edellyttää monimutkaisempi suunnittelu ruuvikuljettimen, lämpötilan säädön, antureiden ja virtauksen säädön tasolla. Tämä tarkoittaa, että tällä hetkellä jotkin saatavilla olevista ratkaisuista on suunnattu yrityksille, tutkimuskeskuksille tai edistyneille käyttäjille, joilla on suurempi budjetti.
Toinen tärkeä haaste on materiaalivirran hallintaToisin kuin filamentti, joka muodostaa täydellisesti ohjatun, jatkuvan säikeen, pelletit ovat irtonaisia hiukkasia. Tämä vaikeuttaa pursotusnopeuden vaihteluiden tarkkaa säätämistä osille, joissa on hienoja yksityiskohtia, äkillisiä poikkileikkausmuutoksia tai korkealaatuisia visuaalisia pintoja.
Käytännössä tämä tarkoittaa, että joidenkin geometrisesti monimutkaisten osien toistaminen laadukkaasti granulaatiota käyttäen voi olla vaikeampaa, etenkin vähemmän kehittyneillä laitteilla. huolellinen kalibrointityö, tulostusprofiilit ja prosessiparametrit johdonmukaisten tulosten saamiseksi.
On myös tärkeää ottaa huomioon, että ekosysteemi materiaaliprofiilit, dokumentaatio ja tuki Pellettitulostus on vähemmän kehittynyttä kuin filamenttitulostus, jossa lähes jokaisella tulostimella on kymmeniä valmiiksi määritettyjä profiileja ja runsaasti yhteisön jakamia kokemuksia. Pellettien standardoinnissa ja helppokäyttöisyydessä on vielä matkaa.
Sovellukset ja sektorit, joilla pelletit loistavat
Pellettien monipuolisuus yhdistettynä laajaan saatavilla olevien polymeerien valikoimaan mahdollistaa tämän teknologian käytön valtava määrä sektoreita ja projektityyppejäNopeasta prototyyppien valmistuksesta piensarjatuotantoon mahdollisuudet ovat valtavat.
Tuotekehityksessä ja prototyyppien valmistuksessa pelletit mahdollistavat iteroida suunnitelmia nopeasti Materiaalikustannusten alenemisen ansiosta, erityisesti suurissa prototyypeissä, joiden valmistaminen filamentilla olisi erittäin kallista, ideoiden, ergonomian, kokoonpanon ja mekaanisen käyttäytymisen validointi on helpompaa ennen siirtymistä lopullisiin valmistusprosesseihin.
Lyhyissä tai räätälöidyissä tuotantoajoissa pellettipainatus mahdollistaa valmistaa pieniä eriä toiminnallisia osia kohtuullisin kustannuksin ja ilman tarvetta investoida ruiskuvalumuotteihin, jotka maksavat itsensä takaisin vasta suurten tuotantomäärien myötä. Tämä on ihanteellista yrityksille, jotka työskentelevät tilaustyönä tai erittäin räätälöityjen tuotteiden parissa.
Ilmailu- ja autoteollisuus ovat kaksi sektoria, joilla käytetään korkean suorituskyvyn materiaaleja Pellettien muodossa olevat materiaalit, kuten PEEK, PEKK tai PEI, ovat erittäin houkuttelevia, erityisesti yhdistettynä kuituvahvikkeisiin. Niitä voidaan käyttää kevyiden, vahvojen ja hyvien lämmöneristysominaisuuksien omaavien osien sekä tuotantolinjojen työkalujen ja apukomponenttien valmistukseen.
Lääketieteen alalla tiettyjen biopolymeerien käyttö pellettimuodossa mahdollistaa valmistaa räätälöityjä komponenttejalastat, tuet tai apuelementit, jotka hyötyvät 3D-tulostuksen tarkkuudesta ja tiettyjen lääketieteellisen luokan polymeerien erityisominaisuuksista.
Myös kulutustavarat ja taiteelliset projektit pitävät pellettejä mielenkiintoisena vaihtoehtona, erityisesti koriste-elementtejä sisältäviä materiaaleja (puu, kivi, metalli), jotka tarjoavat visuaalisesti erittäin houkuttelevia viimeistelyjä sekä mahdollisuuden leikitellä väriyhdistelmillä suppilossa erilaisten kromaattisten tehosteiden saavuttamiseksi.
Lopuksi, suurkuvatulostuksessa (LFAM) pellettien ekstruusiosta on tullut käytännössä standardi. varastoida suuria määriä materiaalia aikayksikköä kohden Se mahdollistaa huonekalujen, rakenteiden, muottien, ajoneuvojen koteloiden ja muiden laajamittaisten esineiden tulostamisen, mikä olisi mahdotonta yksinkertaisella filamenttikelalla.
PLA-pelletit: selkeä esimerkki 3D-tulostukseen soveltuvasta materiaalista
Kaikista saatavilla olevista materiaaleista, mm. PLA rakeisessa muodossa Se on yksi edustavimmista esimerkeistä 3D-tulostukseen tarkoitetuista pelleteistä. PLA (polymaitohappo tai polylaktidi) on biohajoava polymeeri, jota valmistetaan uusiutuvista raaka-aineista, kuten maissitärkkelyksestä, perunasta tai sokeriruo'osta.
Laadukas PLA-pelletti valmistetaan yleensä erittäin puhdasta raaka-ainetta, ilman seoksia kierrätetyn tai talteenotetun materiaalin kanssa. Tämä takaa tasaisen ekstruusiokäyttäytymisen ja ennustettavammat mekaaniset ja lämpöominaisuudet, mikä on ratkaisevan tärkeää riippumatta siitä, onko kyseessä filamenttien tuotanto vai pellettien suora ekstruusio 3D-tulostimella.
Näitä PLA-pellettejä myydään normaalisti 1 kg:n muoto (tai muissa vastaavissa muodoissa) ja sitä voidaan käyttää kahdella päätavalla: pohjana käyttäjälle oman filamentin valmistukseen kotitalous- tai teollisuusfilamenttiekstruuderilla tai suoraan syöttömateriaalina pellettiekstruuderin tulostimessa.
PLA-pellettien käyttö suoratulostuksessa tarjoaa samat yleiset edut kuin granulaatiotekniikka: Alhaisemmat kustannukset, parempi omaisuuden säilyminen ja suurempi joustavuus prosessikokoonpanossa. Lisäksi, koska se on suhteellisen helppo tulostaa, se on hyvä lähtökohta niille, jotka haluavat aloittaa pellettien maailmaan ilman, että heidän tarvitsee alusta alkaen käsitellä monimutkaisempia teknisiä polymeerejä.
Monissa tapauksissa PLA-pellettien kanssa työskentely mahdollistaa myös kokeilun väriseokset, koostumukset tai lisäaineet ennen siirtymistä filamenttien tai lopullisten osien mahdolliseen laajamittaiseen tuotantoon, mikä tekee tästä materiaalista erittäin monipuolisen vaihtoehdon sekä edistyneille valmistajille että uusien yhdisteiden prototyyppejä tekeville yrityksille.
Pellettien markkinoiden nykytila ja tulevaisuus 3D-tulostuksessa
Pellettien käyttö 3D-tulostuksessa kasvaa, mutta on vielä kehitysvaiheessa. laajentumis- ja vakauttamisvaihe Tämä on verrattavissa filamenttien hallitsevaan asemaan kotitalous- ja pienyrityssegmentissä. Valmistajat ja toimittajat ovat kuitenkin selvästi siirtymässä kohti rakeiden ekstruusioratkaisuja.
Espanjan kaltaisissa maissa on jo erikoistuneita yrityksiä, jotka ovat vahvasti sitoutuneet tähän teknologiaan. Valmistajat, kuten Tumaker pellettitulostimineen Selkeitä esimerkkejä tästä trendistä ovat kunkin käyttäjän tarpeisiin suunnitellut tai suurkokoiset ratkaisut, kuten Discovery 3D -tulostimien ratkaisut, jotka toimivat rakeisen muodon kestomuovien kanssa.
Samaan aikaan monet kehittäjät luovat mukautuvat pellettien pursotuspäät joka voidaan asentaa tavallisiin tulostimiin tai teollisuusrobotteihin, mikä helpottaa rakeiden ekstruusiota pk-yrityksille, koulutuskeskuksille ja laboratorioille, jotka haluavat kokeilla tätä valmistusmuotoa.
Jää nähtäväksi, missä määrin tämä teknologia pystyy siirrä filamenttikäämejä tietyissä tilanteissa. Todennäköisesti ne tulevat olemaan rinnakkaisia pitkään: filamentti pysyy lyömättömänä yksinkertaisuudessa, saatavuudessa ja ekosysteemissä kotikäyttäjille, kun taas pelletit valtaavat jalansijaa teollisissa sovelluksissa, suurissa tuotantomäärissä tai suurissa osissa.
Selvää on, että 3D-tulostuspelleteistä on jo tullut keskeinen komponentti edistää innovaatioita ja tehokkuutta lisäainevalmistuksessaNe yhdistävät jätteen vähentämisen, suunnittelun vapauden, parannetut mekaaniset ominaisuudet ja laajan materiaalivalikoiman, mikä tekee niistä ihanteellisia niin monille eri aloille kuin ilmailu- ja avaruusteollisuuteen, autoteollisuuteen, lääketieteeseen, kulutustavaroihin ja taiteeseen.
Jokaisen yksilön tai yrityksen, joka harkitsee tuotantokapasiteetin tai materiaalivalikoiman lisäämistä, on tärkeää ymmärtää... Mitä ovat pelletit, miten ne tulostetaan ja mitä etuja ne tarjoavat filamenttiin verrattuna? Se ei ole enää valinnainen, vaan todellinen kilpailuetu modernissa lisäainevalmistuksen ekosysteemissä.
