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So konfigurieren Sie Ember für High-Speed-3D-Druck

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So konfigurieren Sie Ember für High-Speed-3D-Druck

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Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks besteht darin, dass er verwendet werden kann, um Teile herzustellen, die nicht mit irgendeiner anderen Technik hergestellt werden können, was dem Konstrukteur große Freiheit gibt und es ihnen ermöglicht, hochoptimierte Teile herzustellen. Ein typisches Beispiel wäre eine Strebe, die für das minimale Gewicht optimiert ist, während eine ausreichende Festigkeit für die Anwendung aufrechterhalten wird.

Trotz dieses Vorteils einer der Faktoren , die Einführung von 3D - Druck in der Fertigung zurückhält, ist die Geschwindigkeit. Die Ausgabe von heutigen 3D-Druckern (über alle Technologien) ist viel langsamer als die anderer Fertigungsprozesse wie CNC-Fräsen, Spritzgießen oder Schmieden. Infolgedessen sind die Kosten für die Herstellung von gedruckten 3D-Teilen unerschwinglich und überwiegen oftmals jeden Nutzen aus dem optimierten Teil (es gibt einige Ausnahmen, wie z. B. Dental- und Hörgeräteindustrien, bei denen 3D-Drucker manuelle Arbeit ersetzten und somit zu erheblichen Kosteneinsparungen führten ). Wenn die Geschwindigkeit des 3D-Drucks erhöht, dann kann es in eine tragfähige Fertigungstechnik umgewandelt werden und eröffnen eine Vielzahl von Möglichkeiten.

In diesem Instructable, wir gehen zu sehen , wie die Geschwindigkeit eines Digital Light Processing Stereolithografie (DLP SLA) 3D - Drucker zu erhöhen, insbesondere die Autodesk Ember 3D - Drucker . Die Techniken, die wir hier beschreiben, gelten für die gesamte Klasse von DLP-SLA-Druckern und können auf vielen verschiedenen Systemen repliziert werden.

Der Ember Drucker ist offen , was bedeutet , kann es leicht die Grenzen der DLP SLA 3D - Druck zu erkunden verwendet werden. Durch die Optimierung der Druckereinstellungen, der Software und des Materials (ohne Hardware-Modifikationen) ist es möglich, die Standard-Druckgeschwindigkeit von Ember von 18mm / h auf 440mm / h zu erhöhen und um einen Faktor von 24 für eine bestimmte Klasse von Geometrien zu erhöhen.

Warum ist dies wichtig und warum als Software-Unternehmen ist Autodesk Durchführung dieser Forschung?

  1. Durch nur Tweaking ein paar Dinge in den Maschineneinstellungen, Software und Material können Sie eine hohe Geschwindigkeit auf einem System, das leicht verfügbar ist zu drucken.
  2. Wir wollen den Stand der Additivproduktion weiter vorantreiben und erwarten, dass die besten Fortschritte in den Herstellungsprozessen von Ansätzen kommen, die Hardware, Materialien und Software kombinieren.

Diese Forschung ist der erste Schritt zur Verwirklichung von High-Speed-3D-Druck in einer Produktionsumgebung.Es gibt einzigartige Design-Regeln, die für High-Speed-DLP-SLA gelten, die über die Fähigkeiten der aktuellen Generation von Design-Software. Durch die Forschung auf diesem Gebiet ist unser Ziel, die additive Fertigungsindustrie voranzutreiben, indem sie ein verbundenes Ökosystem entwickelt, das Designern und Herstellern die Software zur Verfügung stellt, die sie diese Technologieklasse freischalten müssen.

Wir wollen auch die Kraft eines offenen Technologieansatzes demonstrieren. Wenn Ember ein geschlossenes System wäre, dann würden die Forscher nicht in der Lage sein, die Grenzen der additiven Herstellung zu erforschen. Mit Ember haben wir eine leistungsfähige Forschungsplattform geschaffen, die Wissenschaftlern, Ingenieuren und Designern die Möglichkeit gibt, die Zukunft der additiven Fertigung zu erforschen.

Wenn dies interessant klingt, lesen Sie Schritt 1, um mehr über die Wissenschaft hinter Ember zu erfahren. Wenn Sie bereits mit der Funktionsweise von DLP SLA vertraut sind, fahren Sie mit Schritt 2 fort, um zu erfahren, wie Sie Ember für hohe Geschwindigkeit konfigurieren.

Schritt 1: Science of Ember

So konfigurieren Sie Ember für High-Speed-3D-Druck

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Ember ist ein DLP - Stereolithografie 3D - Drucker. Es verwendet einen digitalen Projektor, um lichtempfindlichen flüssigen Kunststoff (wir nennen es Harz) zu einem festen Teil zu exponieren, zu härten und zu härten.

So funktioniert der Prozess:

  1. Das 3D-Modell wird in Querschnittsschichten geschnitten. Jede Ebene wird als Bild gespeichert und auf den Drucker übertragen
  2. Der Projektor belichtet das Harz und verfestigt sich in der Form des Bildes. Die erste Schicht haftet auf dem Bautopf und die nachfolgenden Schichten haften auf der darüber liegenden Schicht.
  3. Der Baukopf hebt auf und dann wird die nächste Schicht gedruckt, dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Teil fertig ist

So konfigurieren Sie Ember für High-Speed-3D-Druck

Vielleicht haben Sie in der GIF oben bemerkt, dass nach jeder Belichtung die Harz-Fach dreht sich hin und her 60 Grad, lässt sich dies in mehr Details.

Wenn Sie jede Schicht freilegen und erstellen, wirkt das gehärtete Harz als Kleber und verbindet den Baukopf mit dem optischen Fenster im Harzbehälter. Die Harze , die verwendet werden in Ember sind Acrylate und Methacrylate Photopolymere , die durch einen freien heilen radikalische Photopolymerisation Prozess. Zu verhindern , dass die Druckschicht die Bindung an das optische Fenster beschichten wir das Fenster mit einer dünnen Schicht aus Polydimethylsiloxan (PDMS), die eine sauerstoffreiche Siliziumkautschuk. Radikalische Polymerisation wird durch die Anwesenheit von Sauerstoff inhibiert somit der Sauerstoff in der PDMS verhindert , dass eine sehr dünne Harzschicht, etwa 5 Mikrometer dick ist , auf der Oberfläche der PDMS aus aushärtet. Dies bedeutet, daß die gedruckte Schicht nicht an dem optischen Fenster haftet.

Bei dünnen, ungehärteten Harzschichten gäbe es enorme Saugkräfte, die auf die bedruckte Schicht ausgeübt werden, wenn man den Baukopf direkt heben würde. Diese Ansaugkräfte sind umgekehrt proportional zur Dicke des ungehärteten Harzes, mit anderen Worten, je dicker die ungehärtete Harzschicht ist, desto geringer ist die Trennkraft. Die Saugkräfte sind auch proportional zur Oberfläche des Teils, je größer das Teil ist, desto größer sind die Kräfte.

Um dies zu nutzen, verwenden wir einen Scher-Trennmechanismus. Die Harzschale dreht sich um 60 Grad, bis der Baukopf nicht länger über dem optischen Fenster liegt, wobei die ungehärtete Harzschicht als Schmierung wirkt und die Scherkraft minimiert. Nach der Drehung befindet sich der Baukopf direkt über einem Kanal, der tiefer ist als das optische Fenster. Zu diesem Zeitpunkt gibt es mehr als 1000 Mikron Harz zwischen der gedruckten Schicht und dem Boden des Harzplatte, bedeutet dies die Saugkraft um den Faktor 200 reduziert wird und somit vernachlässigbar wird, und Sie können den Build - Kopf mit einem Lift nach oben Minimale Saugkraft auf das bedruckte Teil ausgeübt wird. Das Fach dreht sich um 60 Grad und dann wird die nächste Schicht gedruckt.

Wir nennen diesen Prozess Minimal Kraftwerken, und ermöglicht es Ember zuverlässig zu produzieren Teile mit unglaublichen Details, wie die Pfauenfeder oben. Aber es dauert etwa 2-3s pro Schicht und stellt somit etwa 50% der Druckzeit und begrenzt den Druck Geschwindigkeit bei 25-Mikron-Schichten bis 18 mm / Stunde.

Wenn Sie in das Lernen mehr über die Ember Mechanik interessiert sind, können Sie den Download - mechanischen CAD und es erkunden , wird die Ember CAD unter einer Creative - Commons - Lizenz Attribution-ShareAlike geteilt.

Ich werde jetzt zeigen, dass durch die Optimierung der Software und Materialien können Sie diese Trennung Schritt zu beseitigen und drucken bei 440mm / Stunde.

Schritt 2: Drucken bei 440mm / Stunde

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440mm / Stunde ist 24 mal größer als die typische Druckergeschwindigkeit von Ember und wir erreichen dies durch die Optimierung von drei Sachen:

  1. Material - wir haben ein Harz entwickelt, das schneller und dicker härtet
  2. Prozess - wir haben den Druckprozess geändert, indem wir den Trennschritt und den Druck bei 250Micron-Schichten beseitigten
  3. Geometrie - wir haben eine Gitterstruktur gewählt, die die Oberfläche pro Schicht reduziert

Stoff:

Zuerst müssen wir eine Variante auf unserem PR48 Harz vorbereiten, die schneller und tiefer einhärtet. Wir nennen dieses Harz PR48-High-Speed ​​und die Formulierung ist unten aufgelistet.

  • Oligomer: Allnex Ebecryl 8210 39,8238%, Sartomer SR 494 39,8238%
  • Photoinitiator: Esstech TPO + (2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenylphosphinoxid) 0,4005%
  • Reaktivverdünner: Rahn Genomer 1122 19,9119%
  • UV-Blocker: Mayzo OB + (2,2 '- (2,5-Thiophendiyl) bis (5-tert.-butylbenzoxazol)) 0,0400%

Die UV-Blocker-Konzentration in PR48-High-Speed ​​wurde um den Faktor 4 reduziert, verglichen mit PR48, um es schneller und tiefer zu heilen.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Sie Ihre eigenen Harze von Ember stimmen, lesen Sie in dieser Anleitung.

Druckerkonfiguration:

Als nächstes müssen wir die Druckereinstellungen auf Ember zu konfigurieren, können Sie dies entweder durch emberprinter.com oder von SSH in den Drucker und das Bearbeiten der Datei / var / smith / config / Einstellungen.

Auf Mac mit Terminal können Sie SSH in den Drucker mit folgen Befehle (denken Sie daran, die IP-Adresse zu ändern, wenn keine Verbindung über USB)

  Ssh 192.168.7.2 -l Wurzel

Navigieren Sie zur Einstellungsdatei und bearbeiten Sie sie

  Cd / var / smith / config
  Nano-Einstellungen

Bearbeiten Sie die folgenden Einstellungen:

  • "ImageScaleFactor": 1.0,
  • "DetectJams": 0,

Messen Weiter , um die Strahlungsleistung von Ember mit einem frischen , sauberen Harzplatte (ich empfehle eine mit G & R UV - Licht - Meter Modell 220 mit einem 420 nm - Sonde oder einem ILT 1400 mit SLE005 / U - Detektor ) und konfigurieren Sie den "ProjectorLEDCurrent" , so dass der Ausgang 20 MW / cm & supmin; ²

Wenn Sie die Druckeinstellungsdatei über SSH editiert haben, müssen Sie den folgenden Befehl eingeben, damit die Änderungen wirksam werden

  Echo refresh> / tmp / CommandPipe

Print Job Setup:

Nachdem das Material und der Drucker eingerichtet sind, ist es Zeit, den Druckauftrag vorzubereiten. Öffnen Print Studio und importieren Sie das Modell 12-15-14_full_rigid_lattice.stl , das angebracht ist. Für Hilfe, wie Print Studio zu verwenden , finden Sie in dieser Bedienungsanleitung .

Erstellen Sie jetzt ein neues benutzerdefiniertes Material, indem Sie das Autodesk CYMK 25-Mikron-Profil duplizieren. Konfigurieren Sie das Profil wie in den Screenshots oben. Die wichtigsten Einstellungen sind

Brennen in Ebenen

  • Anzahl der Schichten: 10
  • Warten (vor der Belichtung): 0,5 s
  • Belichtungszeit: 3 s
  • Trennschichtgeschwindigkeit: 20 U / min
  • Anlaufgeschwindigkeit: 20 U / min

Modellschicht:

  • Warten (vor der Belichtung): 0 s
  • Belichtungszeit: 1,2 s
  • Z-Achsen-Overlift: 0,25 mm
  • Trennung Z-Achse Geschwindigkeit: 5 mm / s
  • Drehwinkel: 0 Grad

Deaktivieren Sie im Objektbrowser die automatische Supportgenerierung, und schneiden Sie den Job an den Drucker.

Ich habe auch die Job-Datei an die instructable angeschlossen, falls Sie nicht mit den oben genannten belästigt werden können!

Drucken:

Folgen Sie der Pre-Print - Checkliste dann lehnen Sie sich zurück und beobachten Sie Ihre Ember Druck auf 440mm / Stunde.

Schritt 3: Erläuterungen, Einschränkungen und zukünftige Arbeit

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Das war ziemlich cool! Schauen Sie, warum die Optimierungen funktionierten, die Grenzen des Systems, was das in der Praxis bedeutet und wie es in Zukunft verbessert werden könnte.

Erläuterung

Direktzug (Druck ohne Trennung) arbeitete in diesem Fall vor allem, weil wir Software verwendet, um die Geometrie und Material zu optimieren.

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Sie werden aus dem obigen Diagramm bemerken, dass die Gitterstruktur, die die globale Fläche (die Summe aller weißen Pixel in einer gegebenen Scheibe) niemals 15% der Scheibe übersteigt. Die globale Oberfläche muss unter 15% liegen, so dass die an die Oberfläche angrenzenden Saugkräfte nicht größer werden als die Festigkeit des ausgehärteten Harzes, die Reißfestigkeit des PDMS-Fensters und die Normalkraft, die der Linearantrieb aufweist Und Motor kann liefern. Wenn die Saugkräfte diese übersteigen, dann sind die Fehlerarten wie folgt:

  • Saugkraft> Festigkeit des gehärteten Harzes: das bedruckte Objekt wird auseinandergezogen
  • Saugkraft> Reißfestigkeit der PDMS: die PDMS so auseinandergerissen
  • Saugkraft> Normalkraft durch den Linearantrieb und Motor: die z-Achse staut

Sie können aus dem Diagramm und dem Video am Anfang dieses Schritts sehen, dass sich die Geometrie schnell von Schicht zu Ebene ändert, was zeigt, dass Flüssigkeit leicht in die Bereiche fließen kann, die geheilt werden müssen. Wenn wir eine vertikale Säule drucken sollten, dann würde nach einigen Schichten die gesamte Flüssigkeit zwischen dem Teil und dem PDMS aufgebraucht werden, und es wäre schwierig, mehr Flüssigkeit in den Aushärtebereich zu bekommen.

Wir haben auch das Material optimiert, um es schneller zu heilen und zu einer tieferen Tiefe durch die Verringerung der über der Foto-Inhibitor, dies erlaubt uns, tiefer Schichten drucken. Technisch können Sie dies nennen, weil das Drucken auf 250 Mikrometer Schichten ist 10 mal schneller als 25 Mikron Schichten. Aber mit der Optimierung der Geometrie und des Prozesses konnten wir Ember 24-mal schneller drucken.

Einschränkungen

Es gibt vier Hauptbeschränkungen für die Geometrie, die Sie drucken können

  1. Globale Oberfläche
  2. Lokale Oberfläche: Die Oberfläche der einzelnen Teile der Scheibe. Zum Beispiel eine Strebe im Gitter.
  3. Änderung der Lage der lokalen Oberfläche: Wie sich die Lage der lokalen Oberfläche von Schicht zu Schicht ändert
  4. Festigkeit des ausgehärteten Materials

Globale Oberfläche:

Die von der globalen Oberfläche des Teils erzeugten Saugkräfte dürfen die normale Trennkraft des Systems nicht überschreiten.

Lokale Oberfläche:

Die maximale Länge der Mitte jedes lokalen Oberflächenbereichs zu der Grenze sollte kleiner als die maximale Distanz sein, die ein flüssiges Teilchen von der Grenze zur Mitte bei einer gegebenen Druckgeschwindigkeit und Harzviskosität bewegen könnte. Im Wesentlichen, wenn die lokale Oberfläche einer Strebe zu groß ist, dann Harz nicht in der Lage, das Zentrum zu erreichen.

Änderungsrate der lokalen Oberfläche:

Die Änderungsrate des lokalen Oberflächenbereichs sollte so sein, daß keine Pixel in X aufeinanderfolgenden Schichten freigelegt werden.

Festigkeit des gehärteten Materials:

Bei einer bestimmten Geschwindigkeit werden die normalen Kräfte größer als die Festigkeit des ausgehärteten Materials, was bewirkt, daß sich das bedruckte Teil auseinanderzieht.

Zukünftige Arbeit

So wie könnte man ein schnelleres System?

  1. Machen Sie es steifer: die z-Achse, die Harz-Fach, das optische Fenster und das Harz
  2. Die Inhibitionsschicht dicker machen
  3. Die Harzhärtung schneller und niedriger Viskosität

Machen Sie es steifer:

Je steifer das System, desto schneller können Sie ziehen und desto schneller drucken Sie. Jede Komponente des Systems muss steif genug sein, um den Saugkräften standzuhalten; Dies schließt das gehärtete Harz, das optische Fenster und die Z-Achse ein. Aber seien Sie vorsichtig, wenn Sie das Harz zu steif und stark machen, dann wird es schwierig, aus dem Baukopf entfernen und entfernen Sie alle Träger.

Die Inhibitionsschicht dicker machen:

Bei 5 Mikrometern ist die Inhibitionsschicht eben nicht so dick. Wenn Sie die Inhibitionsschicht bis zu 500-1000 Mikron dick erhalten könnten, dann wäre die Saugkraft vernachlässigbar, der heilige Gral, aber anspruchsvoller als es scheint.

Machen Sie die Harzhärtung schneller und niedriger Viskosität:

Ein niedrigviskoses Harz, das in Millisekunden aushärtet, würde die Druckgeschwindigkeit erhöhen, würde aber die oben beschriebenen Einschränkungen nicht überwinden.

Was bedeuten diese Einschränkungen in der Praxis?

Für einen Start, können Sie nicht drucken Standard-DLP SLA Teile wie zahnärztliche Restaurationen, Hörgeräte oder Ringe. Sogar dünnwandige Teile wie Ohrenschalen und Zahnkappen haben zu viel Oberfläche pro Schicht zu arbeiten (zumindest auf Ember). Wir haben festgestellt, dass alle Teile, die mit dieser Technik bedruckt werden, dünngestreckte Gitter sein müssen.

Die Spark - Team haben ein entwickeltes Werkzeug , damit Sie Gitterstrukturen von Volumenmodellen zu schaffen. Zum Beispiel, wenn wir das allgegenwärtige Stanford Bunny nehmen, können wir eine Gitterdarstellung erstellen und dann Print Studio verwenden, um es für Ember zu schneiden, aber es ist schwer, das Endprodukt mit dieser Technik zu steuern. Zum Beispiel, wenn Sie die Bunny-Modelle herunterladen, werden Sie sehen, dass einige Teile des Gitters in den Ohren nicht mit dem Hauptkörper verbunden sind. Um erfolgreich Design für High-Speed-DLP, benötigen Sie Design-Software, die den Prozess, die Hardware und Materialien versteht.

So konfigurieren Sie Ember für High-Speed-3D-Druck

Bei Autodesk sind wir

Forschungs-, Bau-und Test-Lösungen, die die Zukunft der Herstellung ändern wird. In Zukunft dürfen Sie sich nicht an einen Arbeitsplatz setzen und skizzieren, extrudieren und einen Teil bilden. Sie könnten ein generatives Design - Tool wie mit Traumfänger , wo Sie Eingabe eine Reihe von High-Level - Ziele , einschließlich , wie Sie das Produkt und die Computer iteriert durch Tausenden von Designs Optionen herzustellen wollen , bis er einen findet, der alle Ihre Ziele erfüllt. Der Ausgang wäre ein funktionelles Teil, das für Hochgeschwindigkeits-DLP optimiert ist.

Der Schlüssel zum Freischalten von High-Speed-DLP als Herstellungsprozess ist nicht nur neue Hardware oder Materialien, sondern in der Tat, auf die Entwicklung neuer Design-Software, die in vollem Umfang nutzen können die Fähigkeiten im Angebot. Deshalb bauen wir ein angeschlossenes Ökosystem aus Hardware, Software und Materialien, so dass wir produktionsfertige Additiv-Fertigungsabläufe liefern können.

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