Блог

3D Печать с армированием волокном

Обзор технологии

В линейке Anisoprint есть два настольных принтера способных печатать по технологии коэкструзии композитного волокна – Composer A3 и Composer A4. Основным отличием этих двух принтеров является область печати: 296мм x 210мм x 140мм для A4 и 460мм x 297мм x 210мм для A3.
Anisoprint Composer — аддитивное устройство для производства функциональных деталей из композитных материалов. Технология основана на запатентованной методике коэструзии непрерывного композитного армирующего волокна с термопластичным полимером. За счет управляемой укладки армирующего волокна, удается достичь высоких физико-механических характеристик изготавливаемой детали.
Пример различного армирования деталей
Коэкструзия композитного волокна (CFC) — это процесс аддитивного производства для изготовления легких и прочных композитных деталей сложной формы и внутренней структуры. Процесс основан на внедрении композитного волокна в расплавленный пластик с помощью специально разработанной печатающей головки. Печатающая головка, показанная на рисунке ниже, включает два экструдера - пластиковый (FFF) и композитный (CFC). Композитный экструдер имеет два входа и одно сопло. Центральный вход предназначен для композитного материала, а боковые входы - для пластика. Композитное волокно проходит через центральный канал и покрывается расплавленным пластиком, подаваемым через боковой канал в блок экструдера.
Схема печатающей головы, состоящей из двух экструдеров
Процесс печати Anisoprint Composer
Композитное волокно с расплавленным пластиком послойно укладывается через сопло экструдера на рабочую поверхность. После печати нескольких слоёв пластика принтер начнёт печать периметры и заполнение композитного волокна. Из-за особенностей процесса эти слои могут казаться немного неровными, но в дальнейшем визуальное качество укладки нормализуется. Таким образом, формируется композитная деталь, армированная композитным волокном. Экструдер для пластика имеет один вход для пластиковой нити и одно сопло. Эта технология позволяет производить высококачественные армированные изделия, используя при этом гибкость форм и широкий ассортимент пластиков.

Преимущества данной технологии включают повышенную прочность и жесткость изделий, а также возможность создавать сложные геометрические формы. Это находит применение в различных отраслях, включая авиацию, автомобилестроение, медицину и многие другие.

Волокно может прокладываться по любым траекториям. Некоторые другие технологии, такие как, например, укладка ленты, не позволяют укладывать волокно под теми же углами и радиусом. Минимальный радиус окружности составляет 1,1 мм. Пример такой укладки, изображен на рисунке ниже.
Пример укладки волокна по сложной траектории
Данная технология позволяет использовать различные пластики с температурой плавления до 270°C. Можно использовать пластики ABS, PLA, PETG, PA и PC. Материал можно варьировать для достижения наилучших эксплуатационных или экономических параметров изделий в зависимости от поставленных целей.

Материалы

И на данный момент, для печати доступно 3 типа волокна – углеродное, базальтовое и стеклянное.

Углеродное волокно используется в тех случаях, когда нужна максимальная прочность. Его прочность сравнима с самыми прочными титановыми сплавами, но масса в 3 раза ниже. Характеристики углеродного волокна, следующие:
Примеры печати углеродным волокном
Второй тип доступного волокна - базальтовое. Его прочность ниже на 30%, а цена ниже в 2 раза. Это волокно было разработано в основном для использования в радиопрозрачных деталях, а также там, где не нужна большая жесткость. Представляет компромиссный вариант между прочностью и ценой. Характеристики представлены ниже:
Примеры печати базальтовым волокном
Anisoprint CGF – новинка, армирующее волокно, представляющее собой, жгут из тысяч тончайших стеклянных волокон, пропитанные специальным полимерным составом, обеспечивающим качественную пропитку и адгезию между полимерами и волокном.
Примеры печати стеклянным волокном

Программное обеспечение

Однако стоит отметить, что процесс 3D печати с армированием волокнами требует специального программного обеспечения и знаний, а также может потребовать настройки для оптимальных результатов в зависимости от конкретных потребностей проекта.

Для подготовки печати используется специализированное программное обеспечение Anisoprint Aura, которое входит в комплект поставки. Это профессиональный слайсер, сравнимый по функциональности с популярными слайсерами Cura, Repetier и т.д., который также включает в себя весь набор настроек для печати композитами. Основные возможности слайсера:

  • Подходит для FFF и CFC принтеров с форматом RepRap
  • Поддержка STL и САПР-форматов: .stp, .3ds
  • Технология макро и микрослоев
  • Армирование заполнения
  • генерация G-кода, визуализация кода;
  • настройки профилей материалов, оборудования и печати;
  • PREMIUM особенности: маски, Aura.CLI, полностью открытая система.

ПО позволяет подготовить 3D-модель для печати, оптимизировать и настроить схему армирования и объемную долю армирующего волокна в разных частях детали.
Вид программного обеспечения AURA
Одним из преимуществ слайсера Aura является технология микро и макрослоев. Она позволяет добиться наилучшего качества и уменьшить время печати. Технология очень похожа на функцию Combine infill, но она изменяет высоту слоя только для заполнения, в то время как с помощью слайсера Aura можно изменить высоту слоя для всех типов линий.
Пример нарезки модели на макрослои.
Еще одной особенностью слайсера Aura являются маски. Если мы понимаем, где прикладывается нагрузка, мы можем армировать слабые зоны и убрать волокно оттуда, где оно работает неэффективно. Мы также можем воспользоваться преимуществами топологической оптимизации, получить трехмерную оптимизированную модель и использовать ее в качестве карты прокладки волокна. Например, топологическая оптимизацию можно произвести в CAD программе, найдя области, испытывающие наибольшую нагрузку. Полученную область можно применить как маску в Aura. Что позволяет использовать необходимое количество материала, точно в нужных областях. Это поможет сэкономить материал и время на производство детали.
Пример использования маски