Поддержка поверхностного натяжения для FDM-принтеров

Я думал об альтернативах опорным материалам для FDM-принтеров, таких как многоосевые принтеры, двойная головка с растворимым опорным материалом или печать в геле/жидкости, которая удерживает материал на месте. Затем мне пришло в голову, что, возможно, можно использовать поверхностное натяжение жидкости в качестве опорного материала, подобно тому, как маленькие предметы, такие как насекомое, могут плавать на воде, даже если они тяжелее воды. Это также отлично подойдет для охлаждения экструдированного материала. Обратите внимание, что мы все еще используем базовую пластину, как и любой другой FDM-принтер, с той лишь разницей, что у нас есть водная поверхность на строительной пластине, которая действует как опорный материал для больших свесов/крутых углов. Все по-прежнему прикреплено к самой пластине сборки. Мы не просто печатаем отдельные части на поверхности воды.

После некоторых высоконаучных испытаний (Сбрасывание экструдированной нити ПЛА и размещение тонкой печатной части ПЛА поверх воды) Я пришел к выводу, что очень возможно плавать ПЛА на поверхностном натяжении воды. См. Рисунок для справки: PLA floating on surface tension

Как видите, плавучая конструкция вовсе не тривиальна, она имеет как гладкие круглые формы, так и множество острых углов и отверстий в ней, плавать все равно было чрезвычайно просто (я мог бы сбросить ее с высоты 5 см, и она все равно не нарушила бы поверхностного натяжения). Я также изо всех сил старался исследовать влияние наличия под ними структур, которые могли бы испортить поверхностное натяжение, помещая более крупные детали PLA под плавающее кольцо и пытаясь утопить кольцо, касаясь нижней стороны и углов, но безуспешно погружая плавающую часть. Единственный способ заставить эту часть утонуть, это столкнуть ее под воду. Даже если бы поверхностное натяжение было нарушено только на полпути вдоль кольца, кольцо все равно плавало бы. Если вы думаете, что кольцо действовало как лодка, то это не так. Я позаботился о том, чтобы заполнить небольшие углубления водой, чтобы не было воздушных карманов, удерживающих его на плаву.

Еще более обнадеживающим результатом было другое кольцо, которое было намного толще, чем оно было широким. Он все еще умудрялся плавать от поверхностного натяжения на верхней стороне конструкции, в то время как остальная часть была погружена, точно имитируя то, как структура на самом деле будет находиться в воде во время печати. Смотрите картинку: Floating PLA ring thick

В то время как это кольцо гораздо легче утонуть, оно было очень устойчивым к перемещению. Опять же, в принципе, единственный способ потопить его состоял в том, чтобы столкнуть его под воду, хотя, как только поверхностное натяжение было нарушено с одной стороны, все кольцо быстро погрузилось.

Все это подводит меня к моему вопросу: кто-нибудь знает о 3D-принтере, который использует поверхностное натяжение воды в качестве опорного материала?

Я искал вокруг некоторых в Интернете, и я действительно не нашел ничего вообще по этому вопросу. Я могу предвидеть много потенциальных проблем (например, экструдер перемещает неподдерживаемые линии в сторону при изменении направления, адгезия слоев, закрытые области, не заполняющиеся водой и т. Д.), Но возможность печати без поддержки и необходимость беспокоиться только о том, чтобы сохранить только что экструдированный материал на месте, может открыть большой потенциал.

ОБНОВЛЕНИЕ: Я также попробовал воду при температуре 60 градусов Цельсия (на случай, если вам понадобится горячая вода, чтобы помочь с адгезией слоя), и поверхностное натяжение все еще было в состоянии плавать на более толстом кольце, хотя мне казалось, что поверхностное натяжение было слабее.

, 👍1

Обсуждение

Хотя я ценю ваш энтузиазм, какой смысл печатать его на воде? Как вы указали, ваш кусок, скорее всего, будет двигаться во время печати, что отрицает все это. Цель базы состоит в том, чтобы обеспечить базу. Это место, где у вас есть прочность и стабильность. Без него у вас не будет точности. У вас не будет ничего, кроме беспорядочного куска пластика. Ваша идея чиста сама по себе, но какова конечная выгода для этого?, @Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

@PᴀᴜʟSᴛᴇʀ2 О, вы неправильно поняли, я никогда не говорил, что мы печатаем только на воде. Мы все еще используем основание, как обычный принтер, разница только в том, что мы используем поверхность воды в качестве опорного материала, так что мы можем печатать чрезвычайно крутые углы (90 градусов). Ваш отпечаток все еще прикреплен к опорной пластине принтера. Я добавил небольшое описание этого в пост на случай, если это было слишком неясно., @Beacon of Wierd

Использование поверхностного натяжения звучит интересно, но я не думаю, что это даже необходимо. Плавучие силы и быстрое охлаждение, которые являются результатом печати на жидкости, уже могут быть достаточными, чтобы помочь мостам и другим типам свесов., @Ezra


3 ответа


0

Мне пришла в голову та же мысль, и я погуглил. Моя идея состояла в том, чтобы погрузить всю печатную платформу в воду и опустить ее вниз так, чтобы уровень воды и текущая линия слоя всегда были на одной и той же высоте. Возможно, потребуется насос, чтобы противодействовать вытеснению пластиковой воды. Полностью плавающие части отпечатка могли бы иметь башню с тремя контактными точками внизу, чтобы удерживать их на месте без необходимости поднимать всю конструкцию.


,

Хотя я ценю ваш энтузиазм, это, вероятно, должно было быть комментарием к вопросу, если кто-то сделал это, а не ответом. Но да, даже с печатным столом, входящим в воду, вам все равно понадобится какой-то насос или достаточно большой объем воды, чтобы вытесненная вода из экструдированного пластика существенно не меняла уровень воды., @Beacon of Wierd


0

Именно так должен был работать Персиковый принтер стоимостью 100 долларов. К сожалению, мошенничество потопило кампанию Kickstarter, и никто не получил свой принтер.

,

На самом деле нет, это совершенно другая технология. Принтер Peachy использовал лазер для отверждения смолы, я говорю о "обычной" печати FDM поверх жидкости вместо использования вспомогательного материала., @Beacon of Wierd

но он использовал - предположительно - использовал воду для поддержки структуры смолы, @scruss

О, хорошо, значит, смола плавала поверх воды? Тогда я думаю, что это похоже, хотя это кажется сомнительным, так как вся УФ-смола, которую я могу найти, имеет плотность над водой и утонет, Но я думаю, что они могли бы использовать более низкую плотность., @Beacon of Wierd

ИТР они использовали рассол, который значительно плотнее, @scruss


1

Это неосуществимо, как описано в обычной технологии FDM.

FDM базируется на осаждении материала по одному пути. Это требует, чтобы осажденный материал оставался в тех же координатах XY для последующих траекторий. И именно здесь плавающая часть терпит неудачу: свободно плавающая часть по самому своему определению не ограничена в XY и будет двигаться вслед за соплом.

Существует также множество факторов, которые делают эту идею неосуществимой со стандартной технологией, то есть вам придется развивать весь процесс, а не просто рекомбинировать две идеи. Это означает, что вам нужно решить следующие вопросы:

Теплоотвод Воды

Экструдированный пластик должен некоторое время оставаться вблизи точки плавления, чтобы он мог плавиться и соединяться с линиями рядом с ними. Однако известно, что вода является очень хорошим способом отвода тепла от предметов, так как каждый литр воды может принимать около 4,1 МДж и только тепло одного Кельвина. PLA с другой стороны только хранит около 1.8 МДЖ за килограмм и Кельвин.

В качестве обратной стороны расчета конверта перепад температуры между комнатной температурой и температурой печати PLA составляет около 180 Кельвинов. Каждый грамм ПЛА эквивалентен 319,8 мм нити (при плотности 1,3 г/см3) или экструдированной линии длиной 9,6 километра шириной 0,4 мм и высотой 0,2 мм! Этот один грамм содержит около 324 джоулей энергии, которая будет рассеиваться до комнатной температуры по мере охлаждения. Чан с водой даже не станет заметно теплее от высасывания этих нескольких джоулей из целого отпечатка!

Хотя это может быть, при правильной настройке, использоваться для быстрого охлаждения печати и затвердевания ее формы, результат быстрого заживления, скорее всего, также негативно повлияет на качество печати, так как межслойное соединение уменьшается.

Сепаратор воды

Это известный трюк в создании полимерных волокон для выдавливания под водой, так как вода не только охлаждается (см. Выше), Но и действует как разделитель между волокнами, в течение очень короткого периода времени они все еще податливы. Это также ударит при печати в воду - между нанесенной нитью будет слой воды, который нужно будет либо отжать, либо сварить, прежде чем произойдет какое-либо поперечное экструзионное соединение. В результате просто выдавливание в воду должно привести к отпечатку, который почти не имеет прочности и может развалиться на ощупь.

Плавающий

Вода имеет плотность 1 г/см3. ПЛА имеет плотность 1,3 г/см3. Так что солидный кусок ПЛА тонет. Но мы не печатаем твердое тело, мы включаем воздух. Не просто несколько процентов, но наполнение обычно ниже 20 %. Я только что напечатал кубик. После сглаживания поверхности шлифованием куб составляет 29, 7x29.9x29.9 мм. Он имеет 3 параметра, 20% наполнения, 5 верхних и нижних слоев с высотой слоя 0,2 мм и доходит до 11 грамм. 11 г/26,55 см3=0,41 г/см3. Или другими словами: куб будет плавать, примерно на 40 % под поверхностью воды, на 60 % над поверхностью. Отпечаток должен был бы, в результате, быстро пробить водную поверхность и не получить никакой поддержки от воды вообще.

Затопить стол?

Основная проблема свободно плавающего объекта (положение) могла бы быть смягчена, если бы существовал стол, который был бы погружен, но если бы кто-то открыл новую банку с червями, это могло бы быть еще хуже: объем печати и точность насосов.

По мере того как печать продолжается - будь проклято качество - печать растет в объеме. Однако она не растет полностью линейно, в зависимости от двух факторов:

  • Происходит ли отпечаток на поверхности воды или под ней? Затем мы включим воду в печать. Объемный рост отпечатка-это в данном случае просто нанесенный филамент. Вам понадобится перелив, чтобы компенсировать рост отпечатка и удержать уровень воды на нужном месте.
  • Происходит ли отпечаток прямо над поверхностью воды? затем смещенный объем растет в соответствии с глубиной отпечатка в воде. Это смягчило бы большинство проблем с водой, предотвращая склеивание и вызывая плавание, и даже более выгодно использовать свойства радиатора, так как любая нить, начинающая провисать, будет остановлена. Это также предотвратило бы попадание воды в печать. Однако он не использует поверхностное натяжение. Кроме того, вам понадобится система перелива, чтобы поддерживать уровень воды устойчивым.
,

Вы вообще читали вопрос до того, как опубликовали это? Я прямо заявил, что отпечаток будет прикреплен к столу. Плохая связь может быть проблемой, хотя вы неправильно рассчитываете, мы заботимся о времени охлаждения. Предполагая высоту слоя 0,2 мм, вдвое меньшую, чем при теплопередаче, температуре печати 210 ° C и температуре воды 60 ° C, требуется 77 мс, чтобы экструдированный PLA достиг 180 ° C. Плавающий не является проблемой, так как отпечаток приклеен к столу. Я также спросил, делал ли кто-нибудь это, я знаю основы физики, я не знаю, что делали люди, поэтому я спросил, пробовал ли кто-нибудь это., @Beacon of Wierd

@BeaconofWierd Поверхностное натяжение просто не поддерживает, как указано. Это быстрое охлаждение, которое сделало бы поддержку ненужной, но привело бы к действительно дерьмовой печати. Фотографии, которые вы показываете, **не** поверхностное натяжение, они плавающие. Это нормальное плавание. Так как их плотность ниже плотности воды., @Trish

@BeaconofWierd добавил другие проблемы и решил проблему погружения - но, как описано, это все еще невозможно **с помощью обычной технологии** - вам нужно решить так много проблем, @Trish