3DGence Sp. z o. o. realizuje projekty dofinansowane z funduszy Unii Europejskiej. ue

Czy wygrzewanie filamentu przed użyciem jest konieczne?

Sprawdź dlaczego i jak powinieneś suszyć materiały do druku 3D.

Czy wygrzewanie filamentu przed użyciem jest konieczne
Sprawdź dlaczego i jak powinieneś suszyć materiały do druku 3D

Dlaczego filamenty pochłaniają wilgoć?

Większość materiałów do druku posiada silne właściwości higroskopijne, co oznacza, że bardzo łatwo pochłaniają wilgoć z otoczenia. Nawet najbardziej szczelnie zapakowany przez producenta filament, nie zawsze nadaje się do użycia od razu po wyjęciu z opakowania. Powinniśmy mieć mieć na uwadze, że sam zakup materiału nie jestem ostatnim etapem przed rozpoczęciem drukowania.

Aby proces druku 3D przebiegł prawidłowo, kluczowe jest odpowiednie przygotowanie filamentu. Wygrzanie materiału we właściwej dla niego temperaturze pozwala na wyeliminowanie wilgoci, którą filament mógł pochłonąć.

Negatywny wpływ wilgoci na filamenty

Higroskopijność czyli podatność na pochłanianie wilgoci przez filament jest w tym przypadku zjawiskiem niepożądanym, ale występuje bardzo często, szczególnie wśród materiałów inżynieryjnych. Jak to wygląda w praktyce? Woda osadza się na zewnętrznych warstwach materiału oraz penetruje do wewnątrz mając bezpośredni wpływ na proces druku 3D oraz modele. 

Higroskopijność filamentów powoduje znaczące problemy podczas samego procesu drukowania, nie zawsze widoczne na pierwszy rzut oka. Nawet mała ilość wilgoci w materiale może mieć negatywny wpływ na:

  1. parametry mechaniczne wydruku – w przypadku druku z materiałów inżynieryjnych, które posiadają określone właściwości nie możemy sobie pozwolić na utratę ich parametrów mechanicznych 
  2. jakość modelu – możliwość pojawienia się na ścianach wydruku pęcherzyków powietrza
  3. laminację warstw – zdolność do łączenia się ze sobą kolejnych warstw wydruku
  4. dużą porowatość – materiał, który pochłonął wilgoć po wydruku może posiadać strukturę „spienioną”. Świadczy to o dużej ilości porów, które powstają podczas wytłaczania filamentu z dyszy. Cząsteczki wody w kontakcie z rozgrzaną dyszą odparowują tworząc pęcherzyki. Przekłada się to bezpośrednio na gęstość struktury wydruku (o czym może świadczyć jaśniejszy kolor) oraz dokładność wymiarową.

Porozmawiaj z ekspertami druku 3D

lipiec
Temperatura wygrzewania ma znaczenie. Dlatego bardzo ważne jest przygotowanie filamentu do druku 3D zgodnie z określonymi zaleceniami dla danego materiału i wygrzanie go w temperaturze pozwalającej na całkowite pozbycie się wilgoci. W 3DGence przed wydaniem rekomendacji sprawdzamy różne możliwości, aby jak najbardziej ułatwić pracę użytkownikom przemysłowych drukarek 3D - 3DGence INDUSTRY F340 i 3DGence INDUSTRY 420.
Łukasz Lipiec, Technical Sales Support Engineer at 3DGence

Suszenie materiałów do druku 3D

Kluczem do uzyskania pożądanych właściwości wydrukowanej części jest odpowiednie wygrzanie materiału przed rozpoczęciem drukowania. Na czym polega ten proces?

W celu usunięcia nadmiaru wilgoci z materiału, konieczne jest umieszczenie szpuli z filamentem  w odpowiednim urządzeniu, które umożliwi jego wysuszenie. Czas i temperatura, w jakich powinna być przeprowadzona operacja wygrzewania są zależne od stosowanego materiału.

W jakich temperaturach należy wygrzewać materiały?

Większość materiałów inżynieryjnych należy przed rozpoczęciem wydruku wygrzać, aby pozbyć się wilgoci, którą filament chłonie z otoczenia. W odpowiednich warunkach wygrzewania zaobserwujemy odparowywanie wilgoci z materiału. Należy być ostrożnym przy dobieraniu temperatury, zbyt wysoka temperatura może zdeformować filament. Zaleca się z korzystania z uwag producenta.

Skąd wiemy, w jakiej temperaturze należy wysuszyć materiał przed jego użyciem?

Zespół R&D 3DGence przed wdrożeniem każdego nowego materiału sprawdza w jakich warunkach najlepiej pracuje dany materiał. Na podstawie własnych doświadczeń zespół opracowuje zalecenia, z których może skorzystać każdy użytkownik maszyn 3DGence.

Sprawdź jakie są zalecenia dla niektórych materiałów inżynieryjnych dotyczących ich wygrzewania po wyciągnięciu z opakowania.

  1. PA6 [3DGence]:
    • konieczność wygrzewania materiału w 60°C przez min. 24h.
  2. Nylon 680 [Taulman3D]:
    • konieczność wygrzewania materiału w 70 – 80°C przez ok. 8h.
  3. ULTEM AM9085F-1010 [Sabic]:
    • konieczność wygrzewania materiału w  120°C przez min. 24h
  4. PolyMide CoPa [Polymaker] 
    • konieczność wygrzewania materiału w 60 – 80°C przez ok. 12h
  5. PEKK-A [Kimya]
    • konieczność wygrzewania materiału w 60°C przez min. 12h
  6. PEEK [3DGence]
    • konieczność wygrzewania materiału w 75°C przez około 24h
Materiał PA6 został wygrzany w 65°C (ta temperatura jest zbyt niska do tego filamentu, stąd widoczne niedoskonałości modelu.
PA6 filament - proper drying temperature
Materiał PA6 został wygrzany w 85°C (ta temperatura jest odpowiednia do zachowania wysokich parametrów mechanicznych modelu

W jaki sposób suszyć filamenty?

Odpowiednie przygotowanie materiałów jest konieczne do przeprowadzenia prawidłowego procesu druku. Istnieje kilka sposobów, które umożliwiają wysuszenie filamentów.

1. Wykorzystanie grzanej komory filamentów

Zadaniem komory jest utrzymywanie filamentów w środowisku podwyższonej temperatury, co zapobiega zawilgoceniu, zmianie parametrów oraz wymiarów materiału. Drukarki 3DGence z serii INDUSTRY zostały wyposażone w grzaną komorę filamentów, które może osiągnąć temperaturę:

  • do 70°C w przypadku 3DGence INDUSTRY F340,
  • do 50°C w przypadku 3DGence INDUSTRY F420.

2. Wykorzystane dedykowanej suszarki do wygrzewania.

Na rynku dostępnych jest sporo urządzeń, które są dedykowane do suszenia materiałów. 

W 3DGence do wygrzewania materiałów przed użyciem, wykorzystujemy profesjonalną suszarkę laboratoryjną Drying Oven SLW 53 [pobierz specyfikację techniczną]

Suszenie filamentów w piekarniku. Czy to dobry pomysł?

Operacja suszenia filamentów, jako nieodzowna część procesu przemysłowego druku 3D powinna być przeprowadzana w całkowicie kontrolowanych i przewidywalnych warunkach. Suszenie filamentów w piekarniku kuchennym nie pozwala na pełną kontrolę i może prowadzić nawet do uszkodzenia materiału i przerwania całego procesu druku.

Porozmawiaj z ekspertami druku 3D

3DGence Drying Oven SLW 53 - suszarka laboratoryjna
Grzana komora filamentów - 3DGence INDUSTRY F420

Czy filament podczas wielogodzinnego druku może zawilgotnieć?

Tak, nawet jeżeli wygrzejemy filament przed drukowaniem, to w trakcie samego procesu, który często jest długotrwały, filament może ponownie chłonąć wilgoć z otoczenia, jeżeli nie jest odpowiednio zabezpieczony. W związku z tym do druku z materiałów inżynieryjnych o wysokich właściwościach higroskopijnych powinniśmy wykorzystywać przemysłowe drukarki 3D wyposażone w grzaną komorę filamentów. Grzana komora filamentów utrzymuje wysoką temperaturę oraz ogranicza dostęp powietrza z otoczenia drukarki, co uniemożliwia ponowne chłonięcie wilgoci przez materiał.

Jaki może być wpływ wilgoci na wydruk 3D - przykład

Zgodnie z zaleceniami materiał ULTEM powinien być wygrzewany przez 24h w temperaturze 120⁰C. Na potrzeby tego badania sprawdziliśmy co stanie się z wydrukiem, jeżeli nie wysuszymy tego materiału przed procesem druku. W grzanej komorze filamentów drukarki 3DGence INDUSTRY F420 umieściliśmy niewygrzany ULTEM i rozpoczęliśmy drukowanie. 

Wraz z upływem czasu grzana komora w drukarce 3DGence INDUSTRY F420 pomogła w odparowaniu wilgoci z zewnętrznych zwojów materiału. Miało to znaczący wpływ na jakość modelu, która poprawiła się wraz ze stopniową eliminacją wody z filamentu. Zmniejszyła się również porowatość drukowanej próbki w czasie.

Jak poznać, że nasz materiał wchłonął wilgoć?

Szczelne opakowanie prosto od producenta nie gwarantuje tego, że nasz materiał nie wchłonął wilgoci i że będzie nadawał się druku bez wcześniejszego przygotowania. Pomimo braku widocznych różnic wizualnych, właściwie tylko pomiar masy i wygląd samego wydruku może wskazać, że materiał wchłonął pewną ilość wody.

1. Wykonanie wydruku 3D

Jeśli nie posiadamy dobrze przygotowanego filamentu to podczas ekstruzji materiału z dyszy możemy:

  1. zaobserwować tworzenie się bąbli na wydruku,
  2. zaobserwować widoczne odparowywanie wilgoci,
  3. usłyszeć syczenie lub trzaski podczas wydruku.

W konsekwencji prowadzi to do ubytku tłoczonego materiału z którego zbudowana jest warstwa oraz wprowadzenia porów do struktury wydruku, osłabiając tym samym powstający element.

2. Pomiar masy materiału

Masa filamentu w opakowaniu może być zbliżona do masy materiału pozostawionego w wilgotnym środowisku, wskazując że nie zawsze producent filamentu zapewnia odpowiednie warunki podczas pakowania. 

Zobaczmy przykład

Po rozpakowaniu masa filamentu Nylon 680 [Taulman] wynosiła 466,5 g (po odjęciu masy szpuli). Materiał pozostawiono na 24h w warunkach średniej temp. 23°C oraz wilgotności powietrza 48%. Czy materiał pochłonął wilgotność z otoczenia? Tak, po zważeniu materiału okazało się, że zwiększył on swoją masę o 0,6g do 467,1g. Przeprowadzenie preprocessing’u przed drukowaniem okazało się konieczne. Materiał poddano procesowi wygrzewania zgodnie z zaleceniami i umieszczono go na 8 godzin w grzanej komorze druku, w temperaturze 70°C, w maszynie 3DGence INDUSTRY F340. Wygrzanie materiału zmniejszyło jego masę do 464,2g. Oznacza to że proces wygrzewania pozwolił na usunięcie z filamentu wilgoci o masie 2,9g stanowiącej 0,62% filamentu przed wygrzaniem.

Wydruk został wykonany z Nylonu 680 Taulman, materiał przed użyciem nie został wygrzany.
Wydruk został wykonany z Nylonu 680 Taulman, materiał przed użyciem wygrzano w rekomendowanej temperaturze 85°C

Wnioski

  1. Ważne, abyśmy korzystali świadomie z materiałów do druku 3D. 
  2. Preprocessing jest kluczowy i odpowiednie przygotowanie materiału do druku będzie miało znaczący wpływ na nasz finalny wydruk. 
  3. Warto korzystać z zaleceń producentów materiału lub bazach wiedzy takich jak https://3dgence.com/support/
  4. Pamiętajmy, że pomimo braku widocznych różnic po rozpakowaniu materiału, nie oznacza to, że filament nie wchłonął wilgoci. Możemy to sprawdzić tylko poprzez pomiar masy filamentu oraz wygląd samego wydruku. Dla bezpieczeństwa procesu i wydruku zawsze zakładajmy, że nowy materiał, nawet szczelnie zamknięty, wymaga wysuszenia zgodnie z zaleceniami producenta.
  5. Zwracajmy uwagę także na odpowiednie zabezpieczenie filamentu przed wilgocią podczas samego procesu drukowania. Grzane komory w przemysłowych drukarkach 3D to gwarancja utrzymania naszego materiału w odpowiedniej temperaturze. 
  6. Ważne jest również prawidłowe składowanie oraz zabezpieczenie filamentu po zakończonym druku (szczelne z osuszaczem w zacienionym miejscu). 

Jak wybrać przemysłową drukarkę 3D do firmy?

Przemysłowe drukarki 3D wspierają procesy produkcji w największych zakładach na świecie. Jednakże wybranie odpowiedniej maszyny, która będzie odpowiednia do zastosowań Twojej firmy nie jest prostym zadaniem. 

Jeśli chcesz dowiedzieć się jaka drukarka 3D pomoże Ci zredukować koszta oraz przyspieszyć procesy produkcji, skonsultuj się z ekspertami druku 3D: [email protected]

Dowiedz się więcej o przemysłowej drukarce 3D