Можно ли использовать оборудование для экструзии 3D-принтеров и нити филамента для литья под давлением?

Литье под давлением требует двух основных компонентов: давления и тепла. Таким образом, ваш вопрос можно разбить на эти две половины: может ли ваш средний экструдер обрабатывать температуру литья под давлением и может ли он обрабатывать давление литья под давлением?

Начнем с давления. На этой странице сайта Университета Миннесоты пластиковое литье под давлением обычно требует давления от 2 до 8 тонн на квадратный дюйм. Предполагая, что вы используете сопло 0,4 мм, которое имеет поперечное сечение 0,126 мм2, что составляет 0,000195 (1,95 E-4) квадратных дюйма, что переводит примерно на 3 фунта общего давления в сопле, предполагая, что вы собираетесь для высокого конца 8 тонн (16 000 фунтов). Однако из-за того, что вы обрабатываете расплавленную нить в экструдере как гидравлическую жидкость, вы должны иметь дело с тем фактом, что "поршень" на одном конце на самом деле намного больше, что означает, что вы должны умножить силу на эту разницу в размерах. Поперечное сечение нити 1,75 мм составляет приблизительно 9,62 мм2, или 0,149 дюйма. Это в 76,4 раза больше, что означает, что вам нужно надавить на конец этой нити с силой около 230 фунтов, или 105 кг.

Для справки, Nema 17, который находится на моем экструдере, имеет крутящий момент 76 унций, зацепляется 4:1 через экструдер Wade, а затем действует на зубчатое колесо с эффективным диаметром 6 мм (радиус 3 мм). К моему собственному удивлению, когда я пишу это, это означает, что маленький пластиковый экструдер на самом деле способен только к северу от 160 фунтов силы давления! Все эти цифры должны быть пересчитаны для 3 мм филамента, а у меня нет опыта работы с 3 мм, поэтому мы пока пропустим это.

Теперь, как говорится, мой экструдер также способен измельчать нить, если условия не совсем правильные. Основные две проблемы, которые вам придется преодолеть, - это 1) достаточно сильно сжать нить накала, не разрушая ее, и 2) удержать нить от изгиба. Я думаю, что если бы вы поумнели с некоторыми шестернями, поддерживающими синхронизацию нескольких зубчатых колес, и полированной алюминиевой или стальной подающей трубкой, вы могли бы абсолютно сделать свой собственный экструдер, способный последовательно прикладывать 300+ фунтов силы к вашей пластиковой нити без ее изгиба или зачистки. Недостатком является то, что скорость подачи будет довольно медленной, поэтому каждое литье под давлением, скорее всего, займет у вас довольно много времени. Более крупный двигатель, такой как мускулистый NEMA23, может помочь компенсировать это, давая вам гораздо более высокий крутящий момент на более высоких скоростях, если вы можете расплавить нить достаточно быстро. Однако нам нужно будет вернуться к этим числам давления через несколько минут, после того, как я объясню несколько вещей о температуре.

Теперь давайте посмотрим на температуру. Очевидно, мы знаем, что можем расплавить саму нить, когда она движется через экструдер. Используя сопло вулкана или что-то еще, вы даже можете гарантировать расплавленную нить с довольно высокой скоростью экструзии. Однако большинство принтеров спроектированы таким образом, что нить охлаждается до твердого состояния (обычно 60-80 °C) почти сразу. Конструкции литья под давлением требуют, чтобы вся масса пластика оставалась расплавленной. К счастью, ABS и PLA плавления temps легко доступны буквально любой тостер, так что засуньте ваши настройки там, и вы золотой, не так ли?

Но подождите, это еще не все! Одна из проблем, с которой вы столкнетесь сразу же, заключается в том, что экструдеры тщательно спроектированы таким образом, чтобы пластик расплавлялся как можно меньше времени, потому что расплавленный пластик против металлической трубки создает большое трение, следовательно, требуется сверхвысокое давление во время литья под давлением. Если пластик расплавится слишком рано, то вы забьете свой радиатор ("холодная" сторона экструдера) и вообще не сможете выдавливать. Это довольно распространенный источник застревания в 3D-печати, где вы выдавливаете слишком медленно, и на радиаторе недостаточно охлаждения. К счастью, E3D продает титановый экструдер с водяным охлаждением, который сохранит теплоотвод в прохладном состоянии. Однако остальная часть вашей зубчатой передачи и двигатель также нуждаются в активном охлаждении, так как тепло повреждает постоянные магниты в роторах, а печатная зубчатая сборка, очевидно, расплавится, если поместить ее в духовку. Ваш лучший выбор может быть установка Боудена с водяным охлаждением, предполагая, что вы можете найти трубные фитинги, которые могут выдержать несколько сотен фунтов силы. Вы могли бы подумать об использовании твердых трубок, таких как тормозная магистраль, а не о ваших обычных махинациях с ПТФЭ.

TL;DR: Получите экструдер с водяным охлаждением, сделайте суперпрочную установку Боудена и зацепите огромный двигатель с кучей синхронизированных зубчатых передач, и вы можете на самом деле вытащить его! Существует множество файлов экструдера Thingiverse, которые вы можете использовать в качестве отправной точки.

Что касается коммерчески доступных экструдеров, однако, я не думаю, что вы сразу найдете что-либо, что может справиться с тем, что вам нужно, без некоторого уровня модификации в зависимости от выбранного давления впрыска.

Инжектор для литья под давлением расплавляет весь пластик, необходимый для выстрела, и очень быстро выталкивает его в форму и через пружину. Возможно, именно поэтому это и называется "выстрел".

Машины для литья под давлением не нагревают форму до температуры плавления пластика. Это работает, потому что пластик вводится быстро и заполняет форму до того, как пластик остынет. Формы спроектированы так, чтобы это происходило, и часто включают несколько толстых литников, чтобы направить пластик во все части трюма.

Впрыскивание с помощью экструдера для 3D - принтера будет медленным процессом. Если форма находится не выше температуры плавления, пластик остынет и, вероятно, превратится в клубок нитей на входе в форму. Чтобы побороть это, вы могли бы нагреть форму. Это выполнимо, и будет подходящей изоляцией температура холодного конца и экструдера должна быть приемлемой.

При нагревании формы вы будете впрыскивать пластик, пока форма не заполнится. Нагреватель формы будет отключен, и форма остынет. Это заняло бы много времени.

Машины для литья под давлением, как правило, имеют формы с водяным охлаждением, чтобы быстрее охлаждать пластик. Время-деньги для литьевой фабрики, и быстрое охлаждение является ключом к производительности.

Для машины для литья под давлением 3D-принтера время, когда пластик нагревается, может быть довольно продолжительным-дольше, чем обычно бывает при литье под давлением. Я обеспокоен тем, что некоторые пластмассы, возможно, такие как PLA, будут разрушаться или гореть в течение длительного времени расплава. Потребуется опыт.

Да, технически вы можете, но только для небольших деталей.

Однако размер объекта будет ограничен (примерно размером кнопки). Это связано с мощностью нагревательного элемента. Его слишком мало, чтобы обеспечить достаточное количество тепловой энергии для нагрева достаточно пластика достаточно быстро, чтобы заполнить большую полость (т. е., по моему скромному мнению, что-то больше кнопки). Предыдущие ответы дают представление о том, почему. Обычно в литьевой машине пластик начинает охлаждаться, когда он ударяется о стены. Как только первый набор пластика ударяется о стенку формы, он прилипает и начинает охлаждаться. Вы должны поместить остальную часть пластика, прежде чем эта область остынет и затвердеет. Практично для небольшой части, но не для большой части.

Что касается вашей идеи о сохранении самой формы горячей, да, это сработало бы, если бы вы могли поддерживать температуру в пределах диапазона. Перегрев пластика разрушает связи, ослабляя деталь. Слишком холодно, и он забьется.

Но я предлагаю попробовать это с хотендом вулкана и настоящей плесенью. Пластик будет плавиться быстрее, если вы используете подогреватель (второй hotend, расположенный выше по течению), чтобы распечатать пластик до 80% температуры до того, как он поступит в конечный экструдер.