Wybór drukarki 3D a duże pole robocze

Jako firma specjalizująca się we wdrożeniach technologii druku 3D często dostajemy zapytania o to jaką drukarkę wybrać. Istnieje kilka kryteriów oceny drukarki 3D, od doboru odpowiedniej technologii aż po parametry techniczne rozważanych urządzeń.

Często pojawiającym się kryterium przy wyborze drukarki w technologii FDM jest wielkość pola roboczego.
Ale czy na pewno niestandardowo duże pole robocze pozwali nam efektywnie wykorzystać nabyte urządzenie?
A może możemy drukować dobre jakościowo wydruki w krótszym czasie nie ponosząc wysokich kosztów zakupu maszyn o dużym polu roboczym?

Poniżej przedstawimy symulację, która pozwoli nam odpowiedzieć na te pytania.

Model, na którym wykonamy symulację to profil okienny o wymiarach:

Oś X – 76,92mm
Oś Y – 78,17mm
Oś Z  – 400mm

Przygotowanie pliku dla drukarki 3D
Zdjęcie 1. Widok elementu w slicerze od FlashForge / Źródło: Sygnis New Technologies

Czas wydruku takiego elementu przy standardowych ustawieniach drukarki (wypełnienie 15% , prędkość druku 60 mm/s, wartwa 0,2 mm) to aż 40 godzin.

Przy tak długim czasie ciężko mówić o rapid prototypingu.

Jednak czas wydruku to nie jedyny problem, który może pojawić się przy druku tak wysokich elementów.

Trudności przy tego typu realizacjach to również:

Ryzyko związane z drukiem wysokich i wąskich elementów
Wydruk wysokich i wąskich elementów niesie ze sobą ryzyko uszkodzenia modelu poprzez zahaczenie go przez głowicę, co wynika ze skurczu materiałowego powstającego przy użyciu filamentów tj. PLA i ABS. Wysokie elementy są bardziej narażone na tego typu zjawisko. W przypadku drukowania elementów do 200 mm. takie ryzyko jest praktycznie zerowe.

Duże zużycie materiału
Należy wziąć pod uwagę, że model nie wyjdzie tak jak powinien przez jego geometrię. Istnieje też możliwość skończenia się filamentu przed ukończeniem pracy drukarki – większość drukarek nie jest wyposażone w czujniki stopujące wydruk w momencie zakończenia się filamentu. Dlatego też zostawienie drukarki bez dozoru na tak długi czas może znacząco zwiększyć straty materiałowe.

Brak dostępnych na rynku drukarek o małym polu podstawy i wysokiej osi Z
Obecnie na rynku nie istnieją drukarki o polu podstawy 100x100x400 mm (oś Z). Stworzenie takiej drukarki na zamówienie wiążę się z wysokimi kosztami, nie tylko wytworzenia, ale także trudno dostępnych części zamiennych czy drogim serwisem.

Na podstawie przeprowadzonej analizy wiemy już, że przy wyborze drukarki 3D w technologii FDM, niestandardowo duże pole robocze, a szczególnie duża wysokość osi Z, nie jest najlepszym rozwiązaniem.
Jak więc najwydajniej rozwiązać ten problem nie rezygnując z wydruku dużych elementów i nie ponosząc zbędnych kosztów?

Naszym zdaniem najlepszym rozwiązaniem dla druku dużych elementów w technologii FDM, jest zastosowanie dwóch niezależnych drukarek 3D.  Potwierdzają to również realizowane przez nas wdrożenia druku 3D.

Na potrzeby symulacji wykorzystaliśmy model profilu okiennego o oryginalnych wymiarach 100x100x400mm, który przecięliśmy  w połowie i umieściliśmy w polu roboczym drukarki Sygnis Flashforge Creator Pro.

Realne korzyści wynikające z wdrożenia dwóch niezależnych drukarek 3D:

Znacznie przyśpieszony proces prototypowania 
Dzięki wdrożeniu dwóch drukarek 3D pierwszą wyraźną korzyścią jest znacznie przyśpieszony proces prototypowania nowych elementów. Pracując jednocześnie na dwóch drukarkach skracamy czas druku o połowę. Jest to znacząca różnica biorąc pod uwagę, że czas wydrukowania elementu o wysokości 400 mm na jednej drukarce to min. 40 godzin.

Znacznie zmniejszone ryzyko przerwania wydruku
Drukarki wyposażone w standardowe wielkości pola robocze są dopracowane tak aby proces wydruku był jak najbardziej samoczynny. Ich zadaniem jest stworzyć model tak jak tego chcemy. Nie ma potrzeby martwienia się czy głowica zahaczy się o podwinięty materiał – wydruk nie przekraczający 200 mm jest wydrukiem bardzo stabilnym.

Zdjęcie 2. Drukarka 3D Sygnis FlashForge Creator PRO / Źródło: Sygnis New Technologies

Wymiana filamentu podczas trwania procesu drukowania
Sygnis New Technologies posiada w swojej ofercie drukarki z funkcją zastopowania wydruku . W momencie gdy zauważymy, że szpula jest pusta wystarczy zastopować drukarkę, zmienić filament i rozpocząć wydruk od tego samego miejsca, bez konieczności puszczania wydruku od nowa.

Bardzo łatwy sposób połączenia ze sobą wydrukowanych elementów w jeden większy
Ograniczenia pola roboczego drukarki nie stoją na przeszkodzie do stworzenia bardzo dużego prototypu. Istnieje wiele sposób łączenia ze sobą wydrukowanych elementów. Jednym z nich jest łączenie elementów z ABSu przy pomocy metody chemicznej czyli roztworu acetonu i samego ABSu. Łączenie jest niezwykle łatwe i szybkie oraz bardzo wytrzymałe. Zdjęcia poniżej przedstawiają wydrukowaną na naszych drukarkach lampkę (wysokość ok. 550 mm), która składa się z kilkudziesięciu połączonych ze  sobą części, za pomocą metody opisanej powyżej.

Niższy koszt wdrożenia dwóch drukarek 3D niż jednej większej
Koszt drukarki o dużym polu roboczym to minimum 20 000 zł netto. Za taką kwotę kupujemy jedną drukarkę, która jest nam w stanie wykonać jeden wysoki element w długim czasie.
Dla porównania zakup dwóch drukarek dostępnych w naszej ofercie to koszt 12 000 – 16 000 zł. Za tą kwotę stajemy się posiadaczami dwóch drukarek oraz skracamy czas prototypowania o połowę.

Podsumowanie

Reasumując to jaką drukarkę 3D wybierzemy zależy od konkretnych potrzeb użytkownika, aczkolwiek jak wynika z naszych doświadczeń, warto nie tylko skupiać się na możliwości wydrukowania części w jednym kawałku, ale przede wszystkim zastanowić się nad opłacalnością wielkogabarytowych drukarek 3D w technologii FDM.

Na podstawie analizy kosztów zakupu takich urządzeń oraz trudności w druku widzimy, że warto rozważyć zakup dwóch mniejszych urządzeń.
Opłacalność i wysoką wydajność takiego rozwiązania potwierdzają również liczne wdrożenia druku 3D w technologii FDM.