Интернет-магазин ООО «3ДТУЛ» 3Dtool $$

Россия, г. Москва, ул. Дорогобужская, д. 14, стр. 4, офис 302

8 (800) 775-86-69

Сравнение
Сравните товары по характеристикам! Начните свой выбор с каталога товаров или воспользуйтесь поиском, если ищете что-то конкретное.
Вы смотрели
Список просмотренных товаров пока пуст. Вы можете начать свой выбор с каталога товаров или воспользоваться поиском, если ищете что-то конкретное.
0
В корзине
нет товаров
sales@3dtool.ru 8 (383) 285-62-18
Заказать звонок
Главная страницаСтатьиКакие бывают 5D принтеры? Особенности и преимущества пятиосевых аддитивных систем

Какие бывают 5D принтеры? Особенности и преимущества пятиосевых аддитивных систем

Какие бывают 5D принтеры? Особенности и преимущества пятиосевых аддитивных систем
Какие бывают 5D принтеры? Особенности и преимущества пятиосевых аддитивных систем
Рейтинг ()

Содержание:

  1. Настольные 5D-принтеры
  2. Stereotech
Всем привет. С вами компания 3Dtool.

Пятикоординатное аддитивное производство дает целый ряд преимуществ в плане прочности, экономичности и геометрической сложности. Рассказываем откуда взялся термин «5D-печать» и какие решения доступны на современном рынке.

Как однажды подметил американский предприниматель и шоумен Финеас Барнум, плохого пиара не бывает. Верность этого утверждения мы видим на примере так называемых 5D-принтеров и 5D-печати: кто только уже не острил про пять измерений, но термины прижились, а интерес к этому направлению не угасает. Конечно, речь идет не о пяти измерениях, а о пяти степенях свободы, так что D уместнее расшифровывать как degrees of freedom, а не dimensions, аналогично DoF.

2.jpg


В отличие от трехосевых (3D) принтеров, пятиосевые системы добавляют еще две координаты. Идея естественным образом позаимствована из мира обрабатывающих станков с  ЧПУ, где пяти- и даже шестиосевые системы — не редкость. В 5D-принтерах дополнительные оси обычно реализуются за счет поворотно-наклонных платформ или модульных креплений.

3.jpg


Зачем это нужно? Дополнительные степени свободы позволяют выходить за рамки планарной печати, то есть не только выполнять укладку расплава горизонтальными слоями, но и выстраивать наклонные поверхности без опорных структур, а значит экономить на расходных материалах и постобработке, а также укладывать нити полимера внахлест, тем самым повышая прочность изделий на разрыв в разных направлениях нагрузки.

4.jpg

Армирующая углеволоконная нить в полимерной оболочке

Дополнительно прочность можно повысить за счет использования композиционных материалов с армирующими наполнителями  — угле-, стекло- или параарамидными (кевларовыми) волокнами. Еще более продвинутый метод — параллельная укладка полимеров и непрерывных армирующих волокон. Об этом мы поговорим чуть ниже.

5.jpg

Экспериментальная многоосевая аддитивная система за авторством ученых Делфтского технического университета


Разработка пятиосевых принтеров ведется в разных странах, а сам термин «5D-печать», вероятнее всего, зародился в Японии: в 2016 году команда ученых из компании Mitsubishi Electric под руководством профессора Вильяма Еразуниса опубликовала ролик (см. ниже), в котором пятикоординатное построение именуется 5D printing. В нем же демонстрируется повышение прочности за счет непланарной укладки расплава: 3D-печатный полимерный образец ломается под нагрузкой в 0,1 МПа, а образец, полученный из того же материала методом пятикоординатной печати, выдерживает до 3,7 МПа. Заодно при 5D-печати расход материала сократился на 25%, так как удалось обойтись без поддержек. 


Добавление еще двух осей неизбежно влечет усложнение конструкции, но это относительно легко решаемая задача. Другая, более серьезная проблема — программное обеспечение, так как обычные слайсеры не приспособлены под непланарную печать, а писать машинный код вручную слишком трудоемко. Как результат, под 5D-принтеры приходится разрабатывать специальные слайсеры, либо адаптировать имеющиеся CAM-программы, используемые для подготовки машинного кода многоосевых обрабатывающих станков с ЧПУ. 

6.jpg


В мире многоосевой печати наиболее распространены промышленные аддитивные системы. В основном такое оборудование строится на основе роботов-манипуляторов, зачастую с более чем пятью степенями свободы. Это упрощает и аппаратную, и программную стороны. Аналогичным образом экструдерами можно оборудовать многоосевые обрабатывающие станки с ЧПУ. Выбор настольных 5D-принтеров пока сильно ограничен, по крайней мере на коммерческом рынке.

Настольные 5D-принтеры


Один из вариантов в 2017 году представила индийская компания Ethereal Machines. Аппарат под названием Ethereal Halo с рабочим объемом Ø150х150 мм и экструдером собственной разработки использует обычные филаменты диаметром 1,75 мм. 

7.jpg


Ethereal Halo

На самом деле это даже не принтер, а гибридная система, то есть способная как печатать, так и фрезеровать. На выставке потребительской электроники CES 2018, где впервые публично демонстрировался этот проект, компания получила награду за лучшую инновацию, но сейчас ориентируется больше на фрезерные центры и производство деталей на заказ. 

Другой проект реализовала британская компания 5axisworks, предлагающая пятиосевые системы 5axismaker. Это тоже гибридные аддитивно-субтрактивные станки, способные как печатать, так и фрезеровать. В частности, установка шпинделя вместо экструдера дает возможность автоматизированной чистовой механической обработки 3D-печатных деталей. 

8.jpg


5axismaker

Насадки — экструдеры и шпиндели — предлагаются в виде быстрозаменяемых модулей, а сами станки доступных в четырех размерах и собираются на заказ.

Еще один интересный вариант предлагает российская компания Epit 3D. Эта система уникальна кинематикой: вместо прямоугольной, картезианской системы координат выбор сделали в пользу дельта-принтера. Дополнительные оси опять-таки реализованы посредством наклонно-поворотного стола. 

9.jpg


Epit 5.1 и два очень довольных собой конструктора

5D-принтеры Epit 5.1 предлагаются в комплекте с программным обеспечением FASP собственной разработки. Размер области построения достигает внушительных 530х440х870 мм.

10.jpg


Для борьбы с термоусадкой используется закрытая камера, а хотэнд прогревается до 320°С, позволяя работать с большинством доступных термопластов за исключением тугоплавких конструкционных полимеров вроде полиэфирэфиркетона (PEEK). 


Есть даже опенсорсные проекты, например Open5x за авторством группы инженеров и программистов из Имперского колледжа Лондона и компании Microsoft. Одна из таких систем демонстрировалась на прошлогоднем фестивале East Coast RepRap в Мэриленде.

11.jpg


Ребята взяли за основу FDM 3D-принтер Original Prusa i3 MK3s и добавили самодельный наклонно-поворотный стол с 3D-печатными компонентами и слайсер — скрипты на языке визуального программирования Grasshopper 3D, используемом системой автоматизированного проектирования Rhinoceros 3D. С помощью скриптов можно генерировать траектории, просматривать процесс построения в режиме симуляции, а затем экспортировать готовый G-код и приступать к печати. 

12.jpg


Помимо Original Prusa i3 MK3s поворотно-наклонный модуль и программное обеспечение уже адаптированы под принтеры Voron и аддитивные системы с автоматической сменой инструмента от E3D. Файлы и инструкции можно найти в репозитории GitHub.


Самый же развитый и массово выпускаемый продукт на сегодняшний день — 5D-принтеры волгоградской компании Stereotech, заслуживающие более подробного разбора.

Stereotech


Компания «Стереотек» выпускает целую линейку систем, включая 3D-принтеры и 5D-принтеры. Точнее, 3D-принтеры Hybrid 530 можно переоборудовать а пятикоординатные системы установкой поворотно-наклонного модуля. Что еще интереснее, Stereotech предлагает трех- и пятиосевые системы Fiber 530 с возможностью армирования деталей непрерывными углеродными волокнами. Все варианты обладают рабочим объемом 300х300х300 мм в режиме 3D-печати и 300х300х230 мм в режиме пятикоординатного построения. Саму технологию пятикоординатной экструзионной печати предприятие именует 5Dtech. 

13.jpg


Аддитивная система Fiber 530

И системы Hybrid 530, и системы Fiber 530 оснащаются двумя головками, но по-разному. На  Hybrid 530 устанавливаются двойные экструдеры с возможностью одновременной печати основными и опорными материалами, например водорастворимым поливиниловым спиртом. На Fiber 530 устанавливается один экструдер, спаренный с головкой для подачи армирующего волокна. 

14.jpg


Спаренная головка для укладки полимерного расплава и непрерывной армирующей нити на 5D-притере Fiber 530

Процесс печати на Fiber 530 состоит из попеременной укладки слоев полимера и углеволокна. Армирующее волокно можно укладывать в разных направлениях для лучшего сопротивления нагрузкам, но с определенными ограничениями в режиме 3D-печати — только в горизонтальной плоскости. Апгрейд до пятиосевой системы за счет установки поворотно-наклонного модуля снимает это ограничение и тем самым позволяет добиваться оптимальных прочностных характеристик уже в любом направлении.

15.jpg


Наклонно-поворотный модуль, устанавливаемый вместо подогреваемой платформы

Армирующий компонент предлагается в виде нитей, пропитанных связующим полимером. Это делается для повышения адгезии с полимерными слоями во время укладки. Каждая нить состоит из трех тысяч тонких углеродных волокон толщиной всего в несколько микрометров.

16.jpg


Примеры изделий, полученных 3D-печатью с укладкой непрерывного армирующего волокна

Хотэнды экструдеров разогреваются до 310°С, позволяя работать с такими материалами, как ABS, ASA, PLA, PETG, термопластичный полиуретан, ударопрочный полистирол, полибутилентерефталат, полипропилен и полиамиды. Как вариант, в качестве матрицы можно использовать угле- или стеклонаполненные полимеры — в комбинации с укладкой непрерывного армирующего волокна это дает еще более прочные изделия. 

17.jpg


Аддитивная система Hybrid 530

Для печати материалами с высокой термоусадкой предусмотрена закрытая камера, помогающая стабилизировать фоновую температуру. В режиме 3D-печати используется подогреваемая до 120°С платформа, что дополнительно помогает повышать адгезию с рабочей поверхностью и бороться с преждевременной термоусадкой. Очевидно, из-за конструктивных особенностей поворотно-наклонный модуль не обеспечивает возможность подогрева моделей. Активный прогрев самой камеры пока не реализован, но эта задача может быть решена в будущих моделях оборудования.

18.jpg


Хотя аддитивные системы от Stereotech совместимы с материалами от сторонних производителей, компания предлагает собственную линейку полимеров и композитов:

  • Proto — фирменный вариант экологичного, биоразлагаемого полилактида (PLA), в основном используемого в печати моделей, макетов и прототипов;
  • Enduse — акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), широко используемый в производстве функциональных деталей;
  • Fiberpart — угленаполненный композит на основе ABS с четырехпроцентным содержанием рубленого углеволокна, снижающего усадку и повышающего прочность;
  • Sealant — термопластичный полиуретан (TPU), устойчивый к растворам кислот и щелочей, жирам, маслам, ксилолу, дизельному топливу и хорошо подходящий для изготовления прокладок, уплотнений и других эластичных деталей;
  • Metalcast — полимер с порошковым наполнителем из стали марки 316L, используемый в аддитивном производстве полимер-металлических заготовок с последующим отжигом и спеканием в цельнометаллические изделия;
  • Contifiber — те самые армирующие нити из непрерывного углеродного волокна в полимерной оболочке.   


Как мы уже упоминали, один из ключевых элементов 5D-печати — подходящие слайсеры. Оборудование от Stereotech полагается на фирменное программное обеспечение STE Slicer, развиваемое как опенсорсный проект. Наработки по слайсеру доступны в репозитории GitHub, а подробные инструкции по установке и эксплуатации опубликованы на официальном сайте.

19.jpg


Программа производит расчеты траекторий с учетом использования дополнительных исполнительных устройств, позволяет выбирать способы построения моделей и задавать параметры печати, генерировать опорные структуры, оптимизировать траектории, генерировать заполнение. Программа совместима с 64-разрядными операционными системами Windows от 10 и выше. 

Дополнительно предусмотрено приложение STE App, позволяющее осуществлять удаленный контроль оборудования и наблюдение за рабочими процессами с помощью встроенных вебкамер с планшетов, смартфонов или персональных компьютеров с подключением по Wi-Fi или проводному соединению.

Минимальные системные требования STE Slicer:

  • Процессор: Intel Core 2 или AMD Athlon 64
  • Оперативная память: 4 Гб
  • Свободный объем на жестком диске: 600 Мб


Технические характеристики 3D/5D-принтеров Hybrid 530 и Fiber 530:

  • Технология печати: FDM/FFF, 5Dtech
  • Размер области построения: 300х300х230 мм (в режиме 5D), 300×300×300 (в режиме 3D)
  • Камера: закрытая со смотровым окном
  • Количество экструдеров: 2 (Hybrid 530) , 1 + головка для укладки армирующего волокна (Fiber 530)
  • Диаметры сопел: 0,2, 0,3, 0,4, 0,6, 0,8 мм (полимерные филаменты), 1 мм (армирующее волокно, только Fiber 530)
  • Максимальная скорость позиционирования: 150 мм/с
  • Минимальная толщина слоя: 0,05 мм
  • Калибровка: автоматическая 
  • Расходные материалы: АБС, АСА, ПЛА, ПЭТГ, СБС, ударопрочный полистирол, поливиниловый спирт, термопластичный полиуретан, полиамиды (нейлоны), поликарбонат, полибутилентерефталат, эластомеры, различные композиционные материалы с порошковыми металлическими и угле- или стекловолоконными наполнителями
  • Диаметр полимерного филамента: 1,75 мм
  • Диаметр армирующей волоконной нити в полимерной оболочке: 0,4 или 0,6 мм
  • Максимальная температура хотэндов: 310°С
  • Интерфейс: Wi-Fi, USB, Ethernet
  • Дисплей: пятидюймовый цветной сенсорный
  • Разрешение вебкамеры: 2 Мп
  • Режим удаленного управления: есть
  • Датчик окончания филамента: есть
  • Датчик застревания филамента: есть
  • Автоматическое сохранение при внеплановом отключении питания: есть
  • Программное обеспечение: STE Slicer, Ultimaker Cura
  • Поддерживаемые форматы файлов: *.stl, *.gcode, *.3mf, *.obj
  • Платформа: подогреваемая до 120°C (только в режиме 3D-печати)
  • Дополнительное исполнительное устройство: поворотно-наклонный модуль (только в режиме 5D-печати)
  • Точность позиционирования: 1,56 мкм по осям X и Y, 1,25 мкм по оси Z, 2’15” (0,037°) по осям А и С
  • Электропитание: 100-240 В, 50-60 Гц, 850 Вт
  • Габариты: 505х513х627 мм
  • Вес: 35 кг (нетто), 54 кг (брутто)



Компания «Стереотек» активно развивается. Весной 2022 года предприятие заявило о намерении нарастить производство пятиосевых принтеров для обеспечения бесперебойной работы российских промышленных предприятий в условиях санкций. Осенью того же года Stereotech открыло новое, расширенное производство аддитивного оборудования, получив финансовую поддержку фонда Национальной технологической инициативы (НТИ) в размере ста миллионов рублей.

20.jpg


Технология 5Dтесh позволяет оперативно изготавливать детали непосредственно на производстве и тем самым сокращать логистические издержки. Как утверждают разработчики, получаемые функциональные полимерные и композитные изделия в четыре раза прочнее, чем изготовленные на стандартных 3D-принтерах, а выгода только на одном типе детали может составлять до трех миллионов рублей в год. Аддитивные системы под волгоградским брендом уже эксплуатируют компании  «Северсталь», «Нефтемаш», «Газпром Химволокно» и Grass.


Если вас интересуют технологии 5D-печати и аддитивного производства композитами, свяжитесь с нами и получите подробную консультацию по 3D-принтерам компании «Стереотек» и материалам для разных задач. 


Приобрести 3D принтеры, ЧПУ станки или другие 3D устройства и расходные материалы, задать свой вопрос, или сделать предложение, вы можете, связавшись с нами:


Наша информация также публикуется в Telegram, Dzen и ВКонтакте.


Другие новости

Будьте в курсе

Подпишитесь на последние обновления и узнавайте о новинках и специальных предложениях первыми

Нажимая на кнопку «Подписаться», Вы соглашаетесь с  условиями подписки