Инжекционная печать: совмещение литья под давлением и экструзии

Экструзия пластических материалов – широко используемый процесс как для прототипирования, так и для цифрового производства, однако полученные таким способом детали не отличаются прочностью. Печать внутренних структур не всегда способно решить эту проблему.

Исследователи Лоуэлльского отделения Массачусетского университета (UML) разработали гибридную технологию, сочетающую 3D-печать и литье под давлением. Так как в этом случае не требовалась сверхвысокое разрешение печати, то в эксперименте использовались обычные, но немного модернизированные FDM 3D-принтеры. 

В эксперименте печатали стенки детали из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS, АБС), а затем повышали температуру нагрева хотэнда, чтобы увеличить текучесть расплава, и при помощи того же экструдера залили внутренний объем изделия. Процесс состоял из перемежающихся циклов 3D-печати и литья при повышенной температуре. 

Все полученные образцы, подвергли испытаниям. Были сопоставлены результаты испытаний образцов на растяжение и удар, а также проведен анализ изображений на посттестовых образцах. Было обнаружено, что при совмещении технологий инжекционная печать увеличивает скорость печати в среднем в 3,2 раза по сравнению с обычной экструзией материала при использовании тех же линейных скоростей печати. Жесткость образцов выросла на 21%, прочность — на 47%, а относительное удлинение при разрыве — на 35%.

Автор исследования, профессор Дэвид Кацмер, работавший над проектом вместе с докторантом Остином Колоном уточнил: «Это изобретение значительно повышает качество производимых деталей: предельно высокая плотность вкупе с незначительным количеством трещин или пустот делает их намного прочнее. Для технических приложений это меняет правила игры. Новый процесс также рентабелен, поскольку он совместим с уже существующими 3D-принтерами и требует лишь обновления программного обеспечения».

Исследователи отметили основные моменты технологии:

• При помощи экструзии печатаются оболочки, образуя полости, которые заполняются, как литье под давлением.

• Впрыск материала обеспечивает более быстрое и плотное изготовление деталей.

• Более плотные детали имеют повышенную прочность, и приближаются по своим характеристикам к литью под давлением.

• Чередование печати/инжекции уменьшает размерность материала экструзии аддитивного производства.

Исследования показали, что инжекционная печать может использоваться как легкодоступный процесс для повышения прочности деталей и увеличения производительности принтера без значительного увеличения времени печати. Однако эти дополнительные операции не предусмотрены стандартными слайсерами 3D-принтеров, поэтому потребуется ручное добавление команд в машинный код.

Технология будет эффективна для изготовления малых серий наполненных пластиковых деталей, так как это обойдется дешевле, чем изготовление дорогостоящей пресс-формы и литья под давлением. Доклад команды исследователей опубликован. 

Источник: UML