Printare 3D#
Tipuri de Printare 3D#
There are a few different kinds of 3D printing. FDM (Fused Deposition Modeling) (also known as Fused Filament Fabrication) extrudes a melted filament to create a part and is the most common type and the one we’ll focus on in this guide. SLA (stereolithography) and SLS (Selective Laser Sintering) are both options for 3D printing plastics, but they are generally more complex, expensive, or hold other disadvantages in FTC® applications. For those reasons, they are not recommended.
Printarea 3D cu metal (SLS sau altele), este de asemenea din ce în ce mai accesibilă, însă nu este documentată în acest ghid.
Sfat
Consider checking out the FTC docs 3D printing section, a guide for FDM 3D printing within the scope of FTC. It covers topics such as: bed adhesion, tolerances, designing for 3D printing, tuning, and hardware choices.
Avantajele Printării 3D#
Printarea 3D permite personalizarea dimensiunilor și optimizarea perfectă, de exemplu, pentru echipele care au nevoie de o transmisie cu curea cu un anumit număr de dinți.
Printarea 3D permite echipelor să se adapteze între kit-urile și piesele individuale cu ușurință, din moment ce nu toate kit-urile au monturi adaptabile. Un exemplu bun în acest sens sunt adaptoarele de ax ale roților mecanum Nexus, pe care echipele le pot printa 3D.
Printarea 3D permite echipelor să fabrice piese care altfel ar fi imposibil de obținut din materiale precum aluminiu din cauza limitărilor de fabricare.
Printarea 3D permite echipelor să reducă stresul asupra cablurilor și conexiunilor, fiind un proiect în care merită investit timp.
Dezavantajele Printării 3D#
Dacă rămâi fără piese printate 3D la o competiție, ți s-a terminat norocul. Este recomandat ca echipele să printeze cel putin un set suplimentar de piese printate 3D de rezervă pentru competiții.
Piesele printate 3D sunt, în general, mai ușor de rupt decât alte materiale, precum aluminiul. Însă, printarea 3D În orientarea potrivită poate fi foarte rezistentă. Unele echipe au printat 3D cârlige și alte piese să iși susțină roboții lor FRC ® (55 kilograme) si roboții FTC (18 kilograme)
Piesele printate 3D ar trebui să fie încărcate într-o singură orientare. Dacă robotul este susținut de un cârlig, singura încărcătură ar trebui să fie pe partea de jos a cârligului. Încearcă să elimini orice încărcătură din părțile laterale pe cât este posibil.
Dimensiunile pieselor printate 3D sunt limitate de dimensiunile patului de printare al imprimantei tale.
Piesele de dimensiuni mari și late pot dura foarte mult să se printeze (>10 ore) și sunt predispuse la eșec.
Printarea 3D poate fi destul de scumpă, deși filamentele se pot achiziționa la prețuri rezonabile, precum eMAG, filamente3d.ro, hobbymarket.ro, etc.
Filamente Comune#
Pentru aproape orice piese care trebuie printate 3D pentru FTC, PLA (sau PLA+, Pro, etc.) sau PETG vor îndeplini orice nevoie pentru durabilitate, rezistență și aspect. Aceste două tipuri de filament sunt pe departe cele mai ușor de printat și sunt vândute de producători la prețuri rezonabile. Alte filamente au avantaje specifice, precum TPU, care vin la un preț ridicat, necesită mai mult efort și timp.
Pericol
If your printer’s hotend (the part that melts the filament) has a PTFE (Teflon) lining where the PTFE tube goes all the way down to the heat block (common in lower price printers like the Ender 3 and its variants), then you should not be printing at or above 250 degrees Celsius. Doing so will cause the PTFE tube to degrade and melt, releasing toxic fumes. If you need to print at these temperatures and you have a PTFE lined hotend, you can look at upgrading to an all-metal hotend.
PLA (Acid Polilactic)#
Cel mai comun filament pentru printarea 3D este acidul polilactic, sau PLA. Este un plastic fabricat din surse naturale precum amidonul de porumb sau trestia de zahăr. PLA este rigid, dar mai fragil decât alte filamente și tinde să aibă aproape zero deviere în timpul printării. PLA este protrivit pentru majoritatea componentelor pentru roboți, însă nu va rezista mult timp la impacte, drept pentru care aceste piese trebuie modelate potrivit.
PLA hotend temperatures range from 190°-230° C
PLA bed temperatures range from 20°-60° C, but a heated bed isn’t strictly required for PLA
Sfat
Din cauza punctului scăzut de topire al PLA, nu este indicat să lăsați piesele printate din PLA într-o mașină în soare, deoarece se pot produce deteriorări ale materialului.
Există multe variante ale PLA-ului vândute de diverși producători, precum PLA+ sau PLA Pro. Aceste filamente au diverși aditivi în compoziție pentru a îmbunătăți rezistența, durabilitatea, pritabilitatea și alte proprietăți. Deși sunt mai scumpe, aceste produse pot aduce multe beneficii PLA-ului și reduc slăbiciunile acestui filament.
PETG (Polietilen Tereftalat Glicol)#
PETG poate fi descris ca o îmbunătățire a durabilității PLA-ului. Nu este dificil de printat, deși produce des „fire” și defecte minore. Deși, teoretic, are o rezistență mai slabă decât PLA, este cu mult mai puțin fragil și face față mai bine impacturilor, fiind un material ușor flexibil. Este o opțiune bună pentru componentele roboților care trebuie să reziste la impacturi, unde PLA nu face față. Rezistența mai bună la temperaturi ridicate reduce riscul de deteriorare al materialului într-un mediu cald.
Atenționare
PETG este cunoscut pentru aderența sa foarte bună pe patul de printare, în special pe sticlă sau PEI, și este comun să se rupă bucăți de pe suprafață. Este o idee bună să adăugati adeziv (precum lipici la tub pentru școală) sau fixativ înainte de printare.
PETG hotend temperatures range from 230°-260° C
PETG bed temperatures range from 60°-80° C
Filamente mai Puțin Comune#
Aceste filamente sunt mai puțin comune decât cele descrise mai sus, însă pot avea suficiente aplicații în cazul unui robot FTC. Acestea sunt folosite în general pentru proprietățile lor specifice precum flexibilitatea sau durabilitatea. Aceste calități vin, în schimb, cu obstacole în procesul de printare întrucât pot preveni anumite imprimante să printeze cu aceste materiale din fabrică, și de obicei, aceste filamente sunt mai scumpe.
ABS (Acrilonitril Butadien Stiren)#
ABS used to be the standard filament for printing before PLA became commercially available. You’ve probably used ABS before in LEGO® pieces. It can withstand high loads and is quite ductile. This comes at the cost of printing difficulty, where an enclosure is often necessary to raise the ambient temperature and prevent severe part warping. The strength improvements over PLA can be more easily found in PETG, so ABS parts are not as common in FTC. ABS is quite affordable though, sold at the same prices as PLA.
ABS hotend temperatures range from 230°-250° C
ABS bed temperatures range from 100°-120° C
O carcasă pentru imprimanta 3D este recomandată pentru a preveni deterioarea ABS-ului.
Din cauza dificultății printării cu ABS și limitările sale, o alternativă mai bună este ASA, care are propriețăti similare, însă o printabilitate mai bună.
TPU/TPE (Poliuretan termoplastic)#
TPU și TPE sunt ambele filamente des întâlnite care sunt utilizate în general datorită flexibilității acestora. Aceste proprietăți permit pieselor printate să se deformeze și să revină la forma inițială. Vândute sub diferite durometre (măsura flexibilitatii unui material), TPU/TPE dețin o rezistență puternică asupra impacturilor, drept pentru care sunt folosite în role pentru intake-uri în loc de tubulatură, dar și personalizate sub formă de curele pentru transmisii la aplicații ușoare.
Sfat
Din cauza flexibilității tubului PTFE, folosit de anumite imprimante 3D, unde motorul care alimentează imprinta cu filament nu este poziționat direct deasupra hotend-ului, TPU/TPE sunt dificil de printat pe aceste tipuri de imprintante.
TPU/TPE hotend temperatures range from 210°-250° C
TPU/TPE does not usually need a heated bed, but if one is used it should not go over 60 °C as this will fuse TPU with print bed.
TPU/TPE are tendința să absoarbă multă umiditate din aer, iar cel mai probabil va trebui să fie uscat filamentul înainte/în timpul printării 3D.
Un extrudor de tip „Direct Drive”, cu motorul care alimentează hotend-ul cu filament amplasat direct deasupra acestuia, este recomandat.
Filamente „Exotice”#
Aceste filamente sunt întâlnite rar în FTC. Aceastea oferă propriețăti extrem de bune ale materialului pentru piesele care sunt expuse la condiții extreme. Aceste filamente sunt mult mai scumpe decât cele descrise mai sus, și sunt destul de dificil de printat.
Nailonul (Nylon)#
Filamentele din nailon pot fi compuse din sticlă, carbon, sau din material pur. Nailonul este „regele” rezistenței la impacturi în cazul în care piesa printată 3D poate să se deformeze și să revină la forma originală, în loc să se spargă. Ocazional, nailonul este folosit pentru protecții ale roților/șasiurilor, unde sunt predispuse la loviri puternice repetitive. Nailonul are nevoie de o temperatură mare de printare și, în general, o carcasă pentru a izola atmorsfera imprimantei. Nailonul trebuie uscat bine înainte și în timpul printării pentru rezultate excelente.
Nylon hotend temperatures range from 240°-260° C
Nylon bed temperatures range from 55°-80° C
Nailonul este cunoscut pentru absorbția sa a umidității din aer și ar trebui uscat integral înainte și în timpul printării. Nefăcând acest lucru, piesa este predispusă la eșec în timpul printării.
Carcasa cu atmorsferă închisă este recomandată.
Filament Compus din Carbon#
Multe filamente sunt produse cu aditivi compuși din bucăți mici de fibră de carbon pentru a mări rezistența, dar și rigiditatea și printabilitatea nailonului. Filamentele din fibră de carbon au nevoie de temperaturi mari de printare și o duză din oțel dur. Totuși dacă imprimanta ta poate din fabrică să printeze nailonul pur, poate printa și variantele sale compuse din fibră de carbon.
Policarbonat (PC)#
Policarbonatul și alte variante ale sale sunt materiale tehnice foarte, foarte rezistente. PC este un material foarte rigid, și poate face față la șocuri foarte puternice. PC are nevoie totuși, de o imprimantă capabilă de printare cu temperaturi foarte mari, și o carcasă închisă. Este un material foarte dificil de printat și foarte scump. În general, nu există motive concrete să folosești piese printate din PC în FTC, din moment ce nu vor exista șocuri extrem de puternice în timpul jocului care să facă PC un material neapărat util.
Există câteva variante ale PC care sunt mai ușor de printat, precum PolyMaker PolyMax PC. Este un filament ușor de printat, care reține avantajele PC-ului. PolyLite nu este la fel de rezistent, însă cu mult mai ieftin. Ambele sunt mai ușor de printat decât PC-ul pur.
PC hotend temperatures range from 250°-320° C
PC bed temperatures range from 80°-140° C
O carcasă închisă este obligatorie
Filamentul trebuie ținut uscat
Filamente „Exotice” de Top#
Există câteva materiale care pot avea proprietăți de top, și care pot duce mai departe capabilitățile printării 3D, însă nu ar trebui folosite dacă nu ești foarte experimentat în printarea 3D, iar piesele nu au un folos în FTC. Aceste materiale includ: Delrin (Polioximetilen Homopolimer Acetal), PEI (Polieter Imidă, marca ULTEM), PEEK (Polieter eter cetona), și PEKK (Polietercetonecetonă). Aceste materiale sunt extrem de greu de printat, au nevoie de temperaturi extrem de mari (la care duzele din oțel încep să se topească), și sunt extrem de scumpe.
Ghidul Modelării pentru Printarea 3D#
Aici este un scurt ghid care explică proiectarea pieselor printate 3D, care sperăm să fie util pentru echipele care nu sunt familiarizate cu piesele printate 3D.
Primul lucru pe care al trebui să îl consideri când schițezi o piesă printată 3D este orientarea în care va fi printat. Acest lucru se referă la partea care va face contact cu suprafața de printare a imprimantei. Preferabil, acea parte ar trebui să aibă o suprafață plată pentru un contact eficient cu patul imprimantei.
Sfat
Eficientizarea contactului cu patul de printare va asigura faptul că piesa nu se va deforma în timpul printării 3D.
Dacă este imposibil ca o piesă să aibă o parte plată pentru contact cu patul de printare, o soluție simplă ar fi să împarți piesa în mai multe bucăți de-a lungul unui plan. De exemplu, o placă de angrenaj nu are o suprafață plată de printare, așa că a fost împărțită în două bucăți și lipită ulterior cu adeziv și șuruburi. Dacă piesa ar fi fost printată într-o singură bucată, ar fi fost nevoie de material auxiliar de suport pentru a printa găurile necesare. Piesele care nu au nevoie de material de suport asigură faptul ca filamentul nu este irosit aiurea.
Sfat
Nu teși sau rotunji nimic în perimetrul primului strat printat pe partea de jos a piesei. Teșirea sau rotunjirea piesei va mări șansele de deformare a piesei, în special pe paturile de printare neîncălzite.
Unghiul de Proiectare#
Unghiul de proiectare se referă la unghiul suspendat între piesă și vectorul patului de printare. Unghiul maxim de suspendare se referă la unghiul maxim pe care imprimanta îl poate printa fără material de suport și este bazat pe calitatea imprimantei, setările imprimantei (viteza de printare, temperatura și răcire) și tipul de filament. Când încerci să reduci din utilizarea materialului de suport, ia în calcul toate unghiurile de suspendare și asigură-te că sunt mai mici decât unghiul maxim de proiectare, reducând asftel riscul de deformare.
Vectori de Stres#
Probabil cel mai important factor ce trebuie luat in considerare este vectorul de stres / rezistență. Piesele printate 3D sunt mai rezistente implicit pe două axe teoretice și mai slabe pe o singură axă. Axa mai slabă este cea pe care sunt printate straturile de filament prin printarea FDM. O soluție comună este să mărești temperatura de printare până la limită, până începe să se strice calitatea piesei, însă axa mai slaba poate fi de asemenea consolidată prin printarea pe mai multe bucăți. În esență, încearcă să mărești rezistența prin optimizirea secțiunilor piesei pe planul pe care sunt printate. De exemplu, piesa de mai jos a fost responsibilă pentru susținerea întregului robot, deci implicit trebuia să aibă rezistența maximă a unei piese printate 3D.
Sfat
Ar putea părea ilogic să împarți o piesă în mai multe părți pentru a mări rezistența, însă există o logică în spatele acestui concept.
Piesa ar fi putut fi printată cu ușurință într-o singură bucată, însă ar fi fost destul de slabă din punct de vedere mecanic cănd stresul ar fi fost exercitat în sus. Împărțirea axei și crearea unei suprafețe noi, plate, pentru printare va mări rezistența fiecărei axe. Dacă o bucată ar fi dat greș, robotul tot ar mai putea funcționa într-un fel sau altul. De exemplu, piesele laterale au fost printate separat pe o axă complementară pentru a mări rezistența piesei întregi.
Această piesă este un exemplu bun de considerare al orientării bucăților, unghiurilor de proiectare, și vectorilor de stres în fiecare parte al modelului. Piesele complexe pot fi rezistente și fără material de suport pur și simplu prin împărțirea corectă a piesei.