В статье: ограничение на геометрию изделий при печати на 3D-принтерах керамических «зеленых» заготовок для последующего спекания из высоковязких паст с построением «сверху-вниз» (3Dceram и «Прокерамика-170», подробнее - здесь)
Введение
При фотополимерной 3D-печати с построением сверху-вниз из высоковязких паст ограничения минимальные, но они есть. Все ограничения можно разделить на три группы:
Первая группа ограничений связана с самой керамикой – керамика не любит разностенность изделия и резкие переходы толщины изделия. Керамика не любит концентрацию напряжения. Керамика не любит растяжение и точечную нагрузку.
Соответственно нужны фаски, галтели в местах резких переходов, нужно стремиться к уменьшению разностенности деталей.
Вторая группа ограничений связана с процессом выжигания связующего – чем толще стенка, тем сложнее выжечь связующее, и тем выше напряжения при спекании детали и выгорании связующего. Ограничения по минимальной толщины стенки 0,3мм и максимальной 8 мм являются стандартными ограничениями для CIM-процесса. (CIM - керамическое инжекционное литье (литье под давлением) - о CIM-процессах - подробнее здесь). 3D-печать несколько отличается от традиционного CIM-процесса и в некоторых случаях возможно увеличение толщины стенки до 14 мм.
Соответственно детали должны иметь толщину стенки не менее 0,3..0,4 и не более 8 мм (в случае системы «паста «Прокерамика» оксид алюминия- принтер «Прокерамика» - не более 14 мм).
Третья группа ограничений связана непосредственно с технологией 3D-печати – сложностью очистки деталей, возможностью смещения детали ракелем при формировании слоя.
Опасность смещения деталей требует расположения длинных деталей вдоль хода ракеля, желателен контакт деталей с платформой построения. Сложность очистки приводит к необходимости введения технологических отверстий для прочистки полостей и глубоких каналов, толщина щелей и глухих отверстий должна быть не менее 150…200мкм, соотношение длина глухого отверстия/диаметр – желательно менее 10 к 1, максимум 14 к 1. Обязательно отсутствие глухих полостей.
За счет использования высоковязкой пасты ограничений на длину мостов и угла нависаний нет, но необходимо использование «плавающих» поддержек, не связанных с основной деталью, печатаемых с зазором порядка 400 мкм.
Цилиндрические изделия желательно располагать «вертикально» - так, чтобы ось цилиндра была перпендикулярно формируемому слою.
Поясняющие рисунки
Примеры и рисунки ниже – ООО «Ретех» («Прокерамика»)
Вытянутые изделия необходимо располагать вдоль движения ракеля
При «горизонтальной» печати цилиндрических (или сферических) необходимо формировать контактную площадку с помощью утапливания цилиндра на 100-200 мкм вниз или формирования подложки («рафта», «плота») толщиной 50-100 мкм.
При наличии в изделии глухих каналов шириной (диаметром) менее 1..2мм и длиной более 10 мм – формировать технологическое отверстие на дне канала для возможности продувки сжатым воздухом для удаления незасвеченной пасты.
В клиновидных отверстиях вместо острого угла необходимо формировать площадку шириной не менее 150 мкм для облегчения удаления пасты и для уменьшения вероятности растрескивания при спекании
При изготовлении изделий с соотношением высоты детали к ширине 20 к 1 и более необходимо формирование внешних защитных стенок для исключения срыва изделия ракелем при формировании слоя
Деталь необходимо ориентировать так. Чтобы избегать нависаний и мостов – т.е. располагать более толстыми сечениями внизу. Если это невозможно – устанавливать бесконтактные поддержки с зазором в 450…500 мкм от основной детали.
Минимальная толщина перемычек – 0,35…0,4 мм
Максимальная толщина стенки – 8 мм. Желательно не допускать разностенности. Оптимальная толщина стенки – 3 мм.
Необходимо избегать резких переходов, углов, заострений. Все нефункциональные заострения должны быть сглажены фасками, галтелями, скруглениями. Радиус скруглений – не менее 0,2 мм
Заключение
Печать высоковязкими суспензиями (пастами) сверху-вниз дает минимальные ограничения на геометрию печатаемых изделий.
Но такой тип построения требует иметь запас пасты для полного заполнения бункера – в случае «Прокерамика-170» это чуть менее 4 литров для полного объема печати и примерно 0,8 литра для уменьшенного.
При построении снизу-вверх – ограничений куда больше – необходимы мощные «поддержки», которые работают как тяги, желательно уменьшение площади отрыва и расположение деталей под углом, ухудшается качество поверхности под поддержками, печать деталей с полостями затруднена из-за опасности возникновения эффекта «присоски». Но зато для печати достаточно минимального объема фотополимерной композиции.
Поэтому спор между «сверху-вниз» и «снизу-вверх» - будет вечным. Но в случае керамической печати – я думаю построение «сверху вниз» будет основным в промышленности, а «керамические фотополимерники» с построением «снизу вверх» будут востребованы только в научно-исследовательских учреждениях.
Предыдущие статьи по теме: