Ison kappaleen 3D-tulostaminen. Opi ja hyödynnä!

Monella tuotekehittäjällä on toimistonsa nurkassa tai kotonaan 3D-tulostin, yleensä lankatulostin. Heillä on kokemusta pienistä tulostimista, mutta miten sujuu ison kappaleen tulostus? Suurten tulosteiden parissa piilee mahdollisuuksia ja haasteita. Desigence on 3D-tulostanut isoja polymeerikappaleita noin 5 vuoden ajan. Tässä lyhyt yhteenveto kokemuksistamme ja näkemyksistämme siitä, miten suurten kappaleiden 3D-tulostaminen sujuu nykyään.

Jos olet tulostanut pienellä 3D-lankatulostimella, tiedät jo pienien kappaleiden mahdollisuudet ja haasteet. Pienissä filamenttitulostimissa suutinkoko on yleensä 0,4 mm. Niissä käytetään yleisesti 1,75 mm filamenttia ja kerrosvahvuudet ovat 0,25 – 0,35 mm. Joissakin näistä tulostimista ei voi säätää kaikkia asetuksia, koska ne on tuotteistettu niin, että erilaiset taitotasot pystyvät helposti tulostamaan. Isojen kappaleiden tulostaminen on kuitenkin erilaista. Siinä on omat mahdollisuutensa ja haasteensa.

Tulostusalueen koko

Kappaleen koko vaikuttaa moniin asioihin. Hinta on yksi ensimmäisistä mietinnöistä, kun suunnitellaan isoa osaa, joka valmistetaan 3D-tulostamalla.

Asiakkaat yleensä kysyvät tulostusalueen koosta, sillä se määrittää kappaleen koon. Meidän ison 3D-tulostimen tulostusala on X0,9 m x Y0,92 m x Z0.7 m. Filamentin halkaisija on 2,85 mm. Filamentin kelakoko on 4-8 kg. Samalla valmistajalla on samanlainen tulostin, jonka Y-mitta on 1,5 metriä. Heillä on myös tulostimia, joissa käytetään granulaattia ja joilla voidaan tulostaa esimerkiksi oranssin koulubussin kokoisia kappaleita.

Tulosteen laatuun, hintaan ja tulostusaikaan vaikuttaa käytetty ekstruuderi ja suutin. Desigencen isossa tulostimessa on kaksi extruuderia, joista toinen on nestejäähdytteinen ja toinen ilmajäähdytteinen. Nestejäähdytteisen pursottimen kapasiteetti on suuri, jolloin siihen voi käyttää isompaa suutinkokoa ja korkeampia lämpötiloja. Maksimisuutinkoko on 2,4 mm, jolloin lankaa tulee nopeasti. Tehokas syöttö tekee isojen kappaleiden tulostamisesta nopeaa ja pienentää tulosteen hintaa. Tämä sopii erityisesti nopeiden prototyyppien valmistukseen.

Muutamasta tunnista satoihin tunteihin

Mitä isompi kappale, sitä enemmän tulostusaika kasvaa. Tulostus voi kestää muutamasta päivästä jopa viikkoon. Tulostusaikaan vaikuttavat kerrosvahvuus, kappaleen muoto, koko ja suutinkoko. Meidän isossa tulostimessa pienin kerrosvahvuus on 50 mikronia. Tyypillinen kerrosvahvuus on 0,3 mm, olipa suutin kooltaan 0,6 mm tai 1 mm.

Tulosteen pinnanlaatu eli resoluutio vastaa aina suuttimen kokoa ja kerrosvahvuutta. Vaikka suuri kerrosvahvuus ”sulautuu” isoon kappaleeseen, suuren kappaleen resoluutio on silti yllätys (suutinkoko 1-2,4 mm, kerrosvahvuudet 0,3 – 0,6 mm).

Jos sinulla on kokemusta pienistä filamenttitulosteista, odotuksesi saattavat olla, että iso kappale on samanlainen. On kuitenkin tärkeää käydä läpi suutinkoko ja resoluutio tilaushetkellä, jotta odotukset ovat realistiset. Toisinaan tilaaja on perillä näistä asioista, kun taas tiimikaveri ei ole ollut mukana viestinnässä.

Ison tulostimen tulostusalusta on lasia (borosilikaattia) ja se on lämmitetty. Kappaleen muoto vaikuttaa siihen, miten hyvin se pysyy kiinni alustassa ja kuinka paljon se vääntyy tulostuksen aikana. Alustan kalibrointi on tärkeää. Isossa tulostimessa käytetään lineaarijohteita hammashihnojen sijaan. Itse asiassa tämä tulostinvalmistaja on alun perin valmistanut lineaarijohteita ja aloitti vasta myöhemmin 3D-tulostimen valmistuksen messuilla saadun kysynnän innoittamana.

Tulostimessa käytetään servomoottoreita, jotka tarjoavat parempaa tarkkuutta ja nopeutta verrattuna askelmoottoreihin.
Ison tulostimen käyttöönottoon ja sen käytön opetteluun on kulunut paljon aikaa. On täytynyt oppia, miten laite toimii ja miten se huolletaan tarvittaessa itse. Lisäksi tulostusparametrien säätäminen on oma taiteenlajinsa, jota jatkuvasti opimme lisää. Tätä säätämistä tehdään Simplify-ohjelmistolla, jolla voidaan säätää käytännössä kaikkia parametreja. Voimme tulostaa kappaleita täyteen tai valita erilaisia kennorakenteita, mikä vaikuttaa tulostusaikaan, materiaalin käyttöön ja tulosteen hintaan.

Pintakäsittely mahdollista

Materiaalina käytämme pääasiassa PLA-muovia eri laatuisina versioina. PLA on biomuovi, joka hajoaa teollisen kompostoinnin avulla. Olemme kokeilleet myös muita materiaaleja, kuten PET, PP, ABS, elastomeerit ja puukomposiitit.

Tarvittaessa PLA-tulosteet on pintakäsitelty. Yhteistyökumppanimme käyttää akryylipohjaisia aineita: täyteaine, pohjamaali ja pintamaali.

Suurten kappaleiden tulostus pähkinänkuoressa

Isossa 3D-tulostimessa on siis kaksi extruuderia. Pienempi niistä on ilmajäähdytteinen ja se on valmistajan ”2G-malli”. Hankimme sen alkuvuodesta 2023. Tämä pienempi pursotin on osoittautunut tehokkaaksi ja luotettavaksi. Sen kanssa työskentely on ilo. Nykyään tulostamme lähes kaikki suuret kappaleet käyttäen tätä pienempää pursotinta. Se on erinomainen malli, ja sillä on seuraavat edut asiakkaalle:

• Kappaleen resoluutio on lähes sama kuin pienemmällä 3D-tulostimella tehdyllä
• Uudempi ekstruuderi on hieman tehokkaampi kuin aikaisempi, joten lisääntynyt tulostusaika ei nostata kappaleen hintaa merkittävästi
• Pystymme tarjoamaan suuria 3D-tulosteita markkinoiden parhaalla hinta-laatusuhteella.
• Viimeistely ja tukien poisto on helpompaa kuin suurella suuttimella tulostettaessa.

Jos tarvitset suurta 3D-tulostetta, ota yhteyttä. Laskemme hinnan STL-mallin perusteella, ja voimme räätälöidä sen käyttötarkoituksen mukaan.