Mejora de la estabilidad dimensional en la impresión 3D con Onyx

A principios de este año, lanzamos nuestro material Onyx, un filamento profesional rígido para aplicaciones de uso final. Disponible anteriormente para los usuarios de Mark Two Enterprise y ahora más accesible que nunca con nuestras impresoras de la serie Onyx, el material aumentó la estabilidad dimensional y una mayor tasa de éxito de impresión en comparación con otros materiales de impresión 3D. En este blog, profundizaré un poco más en por qué y qué significa. En este contexto, la estabilidad dimensional se refiere a la capacidad de los componentes impresos en 3D para mantener su forma a medida que se imprimen. Una impresora o un material pueden tener una estabilidad dimensional deficiente por diferentes razones. Si ha trabajado anteriormente con impresoras 3D FDM, probablemente haya experimentado algunos problemas comunes como deformación de la pieza cuando el filamento se enfría o caída y acabado deficiente de la superficie debajo de voladizos sin soporte. Incluso cuando se utiliza material de soporte, ciertas geometrías pueden fallar debido a la forma en que el filamento se enfría y, como resultado, las piezas no cumplirán con las especificaciones que necesita o fallarán durante la impresión y necesitarán un rediseño.

El nailon reforzado con microcarbono que forma el filamento de Onyx le da algunas de las propiedades del material que puede haber visto al observar las propiedades de Onyx enumeradas en nuestra hoja de datos:el Onyx es más rígido y tiene diferentes propiedades térmicas, como la deflexión del calor, que la mayoría de 3D. plásticos impresos. Esto afecta la forma en que imprime:la rigidez y la deformación térmica mínima crean mucho menos deformaciones durante el proceso de impresión 3D. Esto minimiza el despegue de la placa de construcción, permite voladizos más sustanciales (con y sin soportes) y garantiza una alta precisión dimensional cuando se imprime en 3D. Una vez que se extruye el filamento, se mantiene mucho más fiel a su forma, lo que significa que sus piezas son más precisas para su modelo CAD. Como dice el cliente Alan Rencher de Media Blackout, "Onyx es un material más rígido, los bordes son verdaderos ... las piezas se ven mejor y encajan mejor entre sí, por lo que ha sido de gran ayuda. No tenemos que rediseñar o imprimir piezas nuevas ".

Para mostrar la estabilidad dimensional en la impresión 3D de Onyx, he estado tratando de llevar el material al límite y he realizado algunas pruebas para experimentar lo que Onyx puede tolerar. Si bien algunas de estas propiedades están entrelazadas notablemente con nuestra impresora, espero que esto le dé una buena comprensión de lo que queremos decir cuando decimos "alta estabilidad dimensional".

Deformación

La deformación es un gran problema para muchas impresoras 3D de escritorio, por lo que primero proporcionaré una breve explicación de por qué las piezas impresas en 3D se deforman. Las piezas se deforman en primer lugar porque a medida que el plástico impreso se enfría, se encoge. Una vez que se extruye el material, inmediatamente comienza a enfriarse. Cuando la impresora traza el perímetro de una pieza, se adhiere a la placa de impresión. En este punto, el material todavía se está enfriando y todavía quiere encoger, pero está atascado. Esto crea una fuerza alrededor del perímetro de la pieza que tira de los lados hacia adentro (un momento térmico) que hace que el borde de la pieza quiera curvarse hacia el centro. A medida que se agrega otra capa, vuelve a suceder y la fuerza ahora se duplica esencialmente, y esto solo aumenta a medida que se agregan capas más grandes (capas con voladizos más agresivos), por lo que incluso con material de soporte, las piezas pueden fallar debido a deformaciones. Las piezas comienzan a desprenderse de la placa de construcción una vez que se han apilado suficientes capas, por lo que no se nota en la primera capa. Las piezas tienden a despegarse en las esquinas porque actúan como puntos de concentración de tensión. Imagine que se coloca una sola línea de filamento. Naturalmente, quiere contraerse a lo largo de su longitud. Cuando se introducen dos líneas perpendiculares, esto crea una fuerza mayor directamente en la esquina, como se muestra en la imagen a continuación.

Esto no ocurre tanto con los perímetros redondos y lisos porque no hay un punto en el que se acumule la fuerza más que en otro. Pero sigue siendo un gran problema, entonces, ¿cómo se puede evitar la deformación en la impresión 3D? Las soluciones comunes para la deformación varían, incluido el aumento del contacto del área de superficie en las esquinas con balsas o discos, calentar la placa de construcción o usar un recinto calentado para regular el enfriamiento de manera más efectiva. Pero realmente, la deformación también se puede resolver con materiales. Con materiales más rígidos que se deforman menos cuando se aplica calor, también se puede reducir la deformación. El ónix es uno de esos materiales:su rigidez y sus propiedades térmicas significan que tiene una deformación mínima en comparación con la mayoría de los otros filamentos. Además, con el refuerzo de fibra continua, la deformación se reduce aún más porque la fibra es lo suficientemente fuerte como para obligar a las capas a permanecer planas, contrarrestando así el momento térmico con materiales en lugar de diseños externos o arreglos de configuración de la impresora. Imprimimos un prisma triangular equilibrado en su borde, con un 100% de relleno de Onyx, como se muestra en Eiger.io, nuestro cortador:

Esta forma es realmente terrible de imprimir porque el filamento se coloca principalmente sobre un eje, por lo que realmente quiere tirar de cada lado hacia el centro. Eso, combinado con capas de sección transversal más grandes encima de él (para formar el triángulo invertido) significa que está obteniendo una fuerza enorme que hace que la pieza se despegue. Esto es lo que sucedió cuando lo imprimimos en PLA (100% relleno, sin balsa) en una impresora 3D de escritorio lista para usar con FFF (Fused FIlament Fabrication) diferente. La pieza se desprendió por completo de la placa de construcción, por lo que en realidad no se pudo imprimir por completo:

Y ahora, aquí está Onyx:

Voladizos

En las impresoras 3D de escritorio con extrusoras de plástico individuales como la nuestra, los voladizos siempre son una gran pregunta cuando se trata de materiales, porque muchas personas intentan diseñar para evitarlos. En el Mark Two, esto no siempre es necesario, porque nuestro material de soporte termina siendo realmente fácil de quitar, como se muestra:

Pero incluso con soportes, los voladizos a veces son difíciles de lograr por las mismas razones por las que la deformación es un problema. Las secciones transversales más grandes que se apilan encima de las más pequeñas crean un momento térmico que puede hacer que los bordes de un voladizo, incluso cuando estén apoyados, se doblen y atasquen la impresora. Con un material como Onyx, hay una deformación mínima y, por lo tanto, una inestabilidad mínima del voladizo. De hecho, puede subir con seguridad hasta unos 70 grados sin soportes, lo que incluso nos sorprendió:

Usamos las piezas de prueba de impresión 3D de Make Magazine para evaluar el material. Y el acabado de la superficie en la parte inferior sigue siendo bastante bueno:

Estabilidad dimensional

Este filamento, combinado con la resolución detallada de nuestra impresora, significa que puede producir piezas impresas en 3D de alta calidad y dimensionalmente estables que salen tal como las diseñó. Eche un vistazo a este GIF en el que realizamos una prueba de tolerancia espacial negativa (también de la prueba de Make Magazine), obteniendo un espacio radial de 0,2 mm entre cada pin y su orificio correspondiente:

A esto es a lo que nos referimos cuando decimos que nuestro nuevo filamento de ónix reforzado con microcarbono tiene estabilidad dimensional. La pieza se mantendrá fiel a su diseño, lo que significa que puede usar este material para obtener resultados precisos, consistentes y hermosos, y no necesitará usar masilla de lijado o relleno para dar forma a sus voladizos o superficies planas para obtener la calidad necesitas. Con Onyx y nuestra impresora 3D de escritorio de ingeniería, puede presentar piezas de uso final fácilmente y no tener que preocuparse de que sus diseños impresos en 3D no cumplan con las especificaciones. ¡Diseñamos nuestro premio Parte de la semana con Onyx para mostrar los tipos de diseños de los que es capaz!

¡Y desde la vista superior, parece nuestro logo!