Produkcja filamentów do drukarek 3D
Utrzymanie stałej średnicy filamentu i właściwości mechanicznych jest trudne ze względu na wahania temperatury podczas wytłaczania, które mogą powodować niepełną plastyfikację lub degradację termiczną materiału termoplastycznego.
Pomiar temperatury w podczerwieni umożliwia bezkontaktowe monitorowanie procesu wytłaczania w czasie rzeczywistym, umożliwiając szybką regulację w celu zapewnienia równomiernego topienia, wiązania i krzepnięcia w trakcie produkcji filamentu.
Uzyskiwane korzyści
- Stabilna średnica filamentu, co przekłada się na niezawodną wydajność druku 3D
- Mniejsze ryzyko zablokowania wytłaczarki i degradacji materiału
- Minimalizacja ilość odpadów produkcyjnych poprzez szybką korektę odchyleń temperatury
- Poprawa wytrzymałości na rozciąganie i jakość powierzchni filamentu
- Ciągła, zautomatyzowana kontrola w celu uzyskania spójnych, wysokiej jakości wydruków
Kontrola temperatury w celu uzyskania spójnych właściwości filamentu w procesie compoundingu
Filament do druku 3D to podstawowy surowiec termoplastyczny do drukarek 3D wykorzystujących technologię osadzania topionego materiału (FDM). Wraz z rozwojem branży, różnorodność dostępnych filamentów wzrosła, aby sprostać zróżnicowanym potrzebom druku.
Produkcja filamentu obejmuje podgrzewanie, wytłaczanie i schładzanie tworzywa sztucznego w celu przekształcenia surowych granulek w gotowy filament. W przeciwieństwie do druku 3D, gdzie materiał jest przepychany przez dyszę, produkcja filamentu polega na przeciąganiu materiału przez dyszę, a prędkość i siła przeciągania określają średnicę.
Proces rozpoczyna się od wprowadzenia granulatu tworzywa sztucznego do komory grzewczej wytłaczarki filamentu, gdzie topi się on i łączy w spójny splot. Filament opuszcza komorę grzewczą i trafia do komory z ciepłą wodą, aby uzyskać zaokrąglony kształt, a następnie przechodzi do komory z zimną wodą, gdzie ulega zestaleniu. Prędkość przeciągania określa średnicę filamentu: niższe prędkości dają większe średnice, a wyższe – mniejsze.
Proces ten, znany jako „compounding”, rozpoczyna się od surowych granulek żywicy syntetycznej, które można mieszać z dodatkami w celu uzyskania pożądanych właściwości. Granulki, wysuszone w celu zmniejszenia zawartości wody, są następnie podgrzewane i wytłaczane do postaci filamentu, przechodząc przez zbiorniki z ciepłą i zimną wodą, a następnie nawijane na szpulę.
Różne filamenty wymagają określonych temperatur druku: PLA drukuje w temperaturze 180…230°C, ABS w temperaturze 210…250°C na stole o temperaturze 50…100°C, PETG w temperaturze 220…235°C, nylon w temperaturze 220…260°C na stole o temperaturze 50…100°C, a elastyczny TPE i TPU w temperaturze 225…235°C na stole o temperaturze 40°C.
Temperatura jest kluczowym czynnikiem w produkcji filamentów z kilku powodów. Bezpośrednio wpływa na proces wytłaczania materiału termoplastycznego, wpływając na średnicę, chropowatość powierzchni i wytrzymałość filamentu na rozciąganie. Odpowiednia temperatura wytłaczania zapewnia równomierne topienie tworzywa termoplastycznego, umożliwiając jego płynny przepływ przez dyszę i utworzenie jednolitego filamentu. Zbyt niska temperatura może spowodować nierównomierne topienie materiału, co prowadzi do niepełnej plastyfikacji i osłabienia filamentów. Z kolei zbyt wysoka temperatura może spowodować degradację materiału, pogarszając jego właściwości mechaniczne. Ponadto, jednolitość średnicy filamentu jest kluczowa dla niezawodnego druku 3D, ponieważ wahania mogą prowadzić do błędów drukowania i wad produktu końcowego. Utrzymując optymalną temperaturę podczas produkcji filamentu, producenci mogą uzyskać wysokiej jakości filamenty o pożądanych właściwościach mechanicznych, gwarantując spójną wydajność w zastosowaniach druku 3D.
Zapobieganie blokowaniu się wytłaczarki dzięki regulacji temperatury w czasie rzeczywistym
Temperatura odgrywa kluczową rolę w produkcji filamentów do druku 3D, szczególnie w przypadku materiałów takich jak kwas polimlekowy (PLA). Proces wytłaczania wymaga precyzyjnej kontroli temperatury, aby zapewnić odpowiednią średnicę, chropowatość powierzchni i właściwości mechaniczne filamentu. Zbyt niska temperatura może nie stopić materiału w pełni, co prowadzi do niepełnej plastyfikacji i powstania filamentów o nierównomiernej średnicy i niskiej wytrzymałości mechanicznej. Z kolei zbyt wysoka temperatura może spowodować degradację termiczną polimeru, negatywnie wpływając na jakość i trwałość filamentu.
Wykorzystanie pomiaru temperatury w podczerwieni (IR) w produkcji filamentów oferuje znaczące korzyści. Pomiar w podczerwieni umożliwia bezkontaktowe monitorowanie temperatury wytłaczania w czasie rzeczywistym, zapewniając stałą i precyzyjną kontrolę. Ta możliwość jest szczególnie przydatna w celu uzyskania stałej średnicy filamentu i właściwości mechanicznych, które są kluczowe dla wysokiej jakości druku 3D. Precyzyjna kontrola temperatury pomaga utrzymać idealną temperaturę wytłaczania, niezbędną do produkcji filamentów o jednolitej średnicy i optymalnej wytrzymałości na rozciąganie. Dodatkowo, pomiar temperatury w podczerwieni pozwala na szybkie wykrywanie wahań temperatury, umożliwiając natychmiastową korektę i zmniejszając ryzyko produkcji wadliwych filamentów. Przekłada się to na wyższą jakość filamentów, lepszą drukowalność i ogólnie lepszą wydajność wydrukowanego obiektu 3D.
Pirometry Optris są wyjątkowo łatwe do zintegrowania z systemami produkcji filamentów, oferując pełną kompatybilność z istniejącymi procesami. Ich bezkontaktowa konstrukcja pozwala na prostą instalację w kluczowych punktach linii wytłaczania bez zakłócania procesu produkcji. Pirometry zapewniają precyzyjne odczyty temperatury w czasie rzeczywistym, które można łatwo podłączyć do jednostek sterujących systemu produkcyjnego, umożliwiając automatyczną regulację w celu utrzymania optymalnych warunków wytłaczania. Ich solidna konstrukcja gwarantuje niezawodną pracę nawet w wymagających warunkach przemysłowych, a przyjazny dla użytkownika interfejs upraszcza konfigurację i monitorowanie. Ta łatwość integracji sprawia, że pirometry Optris stanowią cenne uzupełnienie każdej instalacji produkcyjnej filamentów.