Обзор: 3D-печать пеллетами и ее применение

3D-печать гранулами, известными также как пеллеты, позволяет снизить расходы на материалы на 60%, по сравнению с печатью филаментом. В этой статье мы рассказываем как о самой технологии печати пеллетами, так и об используемом в ней оборудовании — 3D-принтерах для печати гранулами и экструдерах для получения из них филамента, для печати на обычных 3D-принтерах.

Содержание:

• Введение в 3D-печать гранулами: что это такое
  • Что такое пеллеты 
  • 3D-печать пеллетами
  • Особенности 3D-печати пеллетами
  • Плюсы и минусы 3D-печати гранулами, пеллетами
    • Плюсы
    • Минусы
• Технология 3D-печати пеллетами
  • Настольная 3D-печать гранулами дома
  • Промышленная 3D-печать гранулами
• Оборудование для использования гранул / пеллет в 3D-печати
  • 3D-принтеры для прямой печати гранулами
  • Экструдер для прямой 3D-печати роботом
• Итого

Введение в 3D-печать гранулами: что это такое

Добавление гранулированного материала в 3D-принтер Tumaker (Источник: Tumaker)

Что такое пеллеты 

Любой пластиковый филамент для 3D-печати производится из пеллет — гранул пластика, которые расплавляются на производстве, где из них формуется пластиковая проволока — пруток, который наматывается в бобины и продается как известный нам пластиковый филамент, — самый известный и распространенный материал для 3D-печати.

Применение гранул напрямую, минуя стадию промышленного производства прутка, позволяет сэкономить от 65% до 90% стоимости материала для печати. А при наличии на производстве оборудования для измельчения пластика и экструзии прутка — можно снизить стоимость печати еще меньше, перерабатывая неудачные принты в сырье, что еще больше снижает себестоимость конечного продукта и уменьшает количество отходов практически до ноля. Это не только выгодно, но и экологично.

Ниже мы рассмотрим материалы, оборудование и применение такой технологии 3D-печати.

3D-печать пеллетами

Сравнение цен на одни и те же материалы в виде гранул и филамента.

Печать с использованием гранул, также известная как моделирование из плавленых гранулятов (FGM) или прямая экструзия, — не является чем-то новым, но переживает возрождение популярности, обусловленное растущим спросом на более крупные 3D-принтеры и заинтересованностью в уменьшении количества отходов. 

Принтеры, которые мы представляем ниже, могут печатать не только экономичными промышленными гранулами, но и практически любым типом измельченного пластика.

На рынке доступно множество подобных материалов с широким спектром свойств — от PLA до высокотемпературных промышленных термопластов, таких как армированный нейлон и PEEK. Печать гранулами позволяет использовать множество различных материалов.

Пеллеты дешевле филамента не только потому, что исключается стадия формования прутка, но и потому, что пластик в форме гранул используется в литье под давлением и других видах производства — поэтому рынок гранул огромен, что удерживает цены на низком уровне.

Особенности 3D-печати пеллетами

3D-печать гранулами (Источник: Titan Robotics, компания 3D Systems)

Пеллетные принтеры обеспечивают гораздо более высокую скорость печати пропускную способность — это значительное преимущество, по сравнению с традиционным FDM, при печати очень больших деталей.

Согласно исследованию химической компании Convestro , которая производит гранулы для 3D-печати, типичная производительность филаментных принтеров составляет от 2,27 до 113 граммов в час. Пеллетные же принтеры имеют типичную производительность от 227 грамм до 9 кг в час.

3D-печать гранулами обычно не влияет на механические свойства конечных деталей — тесты показали, что печать гранулами дает результаты, сравнимые с FDM, а в некоторых случаях может даже улучшить механические характеристики напечатанных деталей, такие как прочность на растяжение, потому что пластик не перерабатывается во второй раз в нить, меньше повторных нагревов — меньше компонентов испаряется, выше качество изделий.

Плюсы и минусы 3D-печати гранулами, пеллетами

Плюсы

• Экономия средств: пеллеты могут стоить на 65-90% дешевле, чем филамент из того же пластика.

• Более высокая скорость печати: из-за больших зон нагрева в печатающих гранулами экструдерах возможна почти в 100 раз более высокая скорость, по сравнению с FDM-принтерами.

• Большие размеры печати: 3D-печать мебели и других крупных объектов часто экономически целесообразна только при использовании наиболее дешевых материалов и максимально быстрых технологий печати. 3D-принтеры с роботизированными руками, в сочетании с печатающими пеллетами экструдерами — это то, что производители обычно используют для создания очень больших принтов, таких как мебель.

• Возможность использования уникальных композитов с заданными свойствами: создавайте свои собственные смеси материалов, комбинируя различные гранулы. Вы можете легко добавлять красители, армирующие волокна и другие добавки в смесь для создания нестандартных композитных пластиков.

• Экологические преимущества: использование измельченных отходов печати позволяет снизить затраты на пластик и свести практически к нулю пластиковые отходы 3D-печати.

Дизайнер мебели Алехандро Эстрада напечатал на 3D-принтере кресло Trusschair. Только печать гранулами дала возможность реализовать этот проект как коммерческий, значительно снизив стоимость его реализации по сравнению с печатью филаментом (Источник: Piegatto).

Минусы

• Ограниченная детализация и геометрия — из-за скорости, с которой экструдируется расплавленный пластик при печати по этой технологии. Создание поддержек также усложнено, поэтому проекты ограничены в геометрии теми формами, которые не требуют опорных конструкций при печати.

• Покупка пеллет в розницу: предприятиям, для промышленной 3D-печати, закупить пластиковые гранулы даже проще, чем филамент, но для отдельных потребителей это может составить проблему, так как организаций, желающих продать 5–10 кг гранул, не много. Это промышленный товар, который продается обычно намного большими объемами.

• Отсутствие ретракции: втягивание пластика в сопло в FDM-печати предотвращает просачивание материала и увеличивает аккуратность печати. Пеллетные принтеры так не могут, потому что они используют шнек для подачи материала к соплу. Единственная возможность уменьшить подачу — остановить или замедлить скорость вращения шнека, либо заблокировать сопло. Лишь немногие промышленные 3D-принтеры могут похвастаться встроенным насосом расплава, который полностью поддерживает втягивание.

 Примеры печати гранулами.

Технология 3D-печати пеллетами

Крупногабаритная роботизированная 3D-печать мебели Nagami с использованием робота ABB (Источник: ABB)

Пеллетные экструдеры для принтера — это специализированные печатающие головки, разработанные специально для 3D-печати гранулами или измельченным повторно используемым пластиком. 

Сердце такого экструдера — шнек, который транспортирует гранулы от выходного отверстия бункера к печатающей головке. По пути гранулы проходят через нагреватели, плавящие пластик.

Для 3D-печати гранулами требуется подобный экструдер, на рисунке экструдер компании Pollen AM (Источник: Pollen AM)

Большинство экструдеров для гранул имеют несколько зон нагрева. Первая из них обычно имеет более высокую температуру, для обеспечения равномерного плавления материала. Другие зоны имеют более низкую температуру, так как их целью является поддержание постоянной температуры и потока вдоль длинного шнека. Обратите внимание, что эти нагреватели, как правило, более горячие, чем нагреватели FDM, и операторы должны обеспечивать безостановочную печать, чтобы избежать возгорания пластика.

Движение шнека создает давление на конце экструдера, которое проталкивает расплавленный пластик через сопло принтера. Бункер в принтере для гранул — это просто большой контейнер, некоторые бункеры позволяют гранулам падать под действием собственной тяжести, в то время как другие используют принудительную подачу.

Некоторые принтеры, такие как WASP, имеют сменные настройки экструдера, поэтому вы можете печатать на них как гранулами, так и филаментом.

Установка экструдера гранул Mahor V4 на Artillery Sidewinder X1 (Источник: Mahor).

Настольная 3D-печать гранулами дома

FDM-принтер можно переделать в пеллетный FGM-принтер, но этому сопутствует несколько потенциальных проблем, таких как необходимость изменить прошивку вашего принтера или переделать X-каретку для работы с автоматическим выравниванием платформы. 

Использование экструдера для гранул также повысит и энергопотребление.

В настоящее время вы нет каких-либо крупных производителей настольных принтеров, которые предлагали бы комплекты для переделки филаментного принтера в печатающий гранулятом — есть лишь небольшие проекты, и их продукты стоят столько, что проще сразу купить печатающий гранулами 3D-принтер, либо продолжать использовать филамент.

Этот комплект адаптера для печати гранулами Lily от Recycl3dprint (895 долларов США) для переделки FDM-принтеров в печатающие гранулами (Источник: Recycl3dprint).

Для домашнего FDM-принтера и доступного источника гранулированного пластика, проще и выгоднее приобрести отдельный экструдер для получения филамента из гранул — так и на материале можно сэкономить очень серьезные суммы, и не будет необходимости замены всего оборудования, а также возможно при необходимости печатать привычными покупными филаментами.

Промышленная 3D-печать гранулами

При профессиональном и промышленном использовании 3D-печать гранулами может сэкономить значительные средства на материалах, по сравнению с FDM, особенно если вы печатаете дорогими инженерными и конструкционными полимерами. Ну и скорость печати значительно повысится, об этом тоже не стоит забывать.

Если 3D-принтером вам служит робот-манипулятор, то для перехода на печать гранулами вам понадобится лишь замена экструдера и бункер для пеллет.

Оборудование для использования гранул / пеллет в 3D-печати

3D-принтеры для прямой печати гранулами

Пеллетный 3D принтер Piocreat G5

Пеллетный 3D принтер Piocreat G5 PRO

Пеллетный 3D принтер Piocreat G12

Экструдер для прямой 3D-печати роботом

Итого

3D-печать полимерными гранулами позволяет значительно сэкономить время и средства в тех случаях, когда требуется печать больших объемов. 

Прямая печать пеллетами не так точна, как печать филаментом, и при акценте на качество лучше использовать традиционные FDM-принтеры, но и тут гранулированный пластик может послужить источником хорошей экономии — ведь есть настольные аппараты, которые делают филамент из намного более дешевых гранул. 

Top 3D Shop предоставляет официальную гарантию на всё предлагаемое оборудование и предлагает профессиональное гарантийное и послегарантийное обслуживание техники опытными инженерами компании.