Ekosystem Zortrax został właśnie uzupełniony o możliwości zaawansowanej produkcji modeli z filamentów o wysokiej wytrzymałości. Stało się to możliwe dzięki wprowadzeniu Zortrax Endureal, czyli nowej przemysłowej drukarki 3D trzeciej generacji. Podział na generacje urządzeń 3D został dokonany na podstawie ich konstrukcji i specyfiki działania. Do pierwszej generacji drukarek 3D należą te, które pracują w temperaturze pokojowej. Maszyny z drugiej generacji, na przykład Zortrax Inventure, to te z zamkniętą komorą druku, która może nagrzać się do 80° C. Drukarki 3D trzeciej generacji, które obecnie wchodzą na rynek, posiadają zaawansowane systemy zarządzania temperatur, gdzie użytkownicy mają możliwość nagrzania komory druku aż do 200° C. Jeden z czołowych przedstawicieli branży druku 3D, Manuel Garcia-Leiner, zaproponował powyższą klasyfikację w 2019 roku i doskonale pasuje ona do urządzeń w ekosystemie Zortrax, z uwzględnieniem nowo opracowanej drukarki Endureal. To urządzenie klasy przemysłowej zostało zaprojektowane, aby drukować z najmocniejszych filamentów na świecie w zaawansowanym systemie kontroli temperatur. Oto jak Endureal działa.

Rozwiązania w Zarządzaniu Temperaturami

Jako maszyna skierowana do sektora przemysłowego, drukarka Zortrax Endureal została stworzona do pracy z wysokotemperaturowym polimerem Z-PEI 9085 oraz tymi, które bazują na PEEK. Materiały te oferują doskonałe właściwości porównywalne z tymi, które posiadają stopy metali, lecz charakteryzują się mniejszą gęstością i ciężarem. Druk 3D przy użyciu takich materiałów wymaga niezawodnego działania komponentów urządzenia oraz stworzenia warunków, które często wiążą się z bardzo wysokimi temperaturami. Dzięki konstrukcji drukarki, temperatura ekstruzji osiąga nawet 480° C, a komora robocza nagrzewa się do 200° C, czyli wartości wymaganych w trakcie druku z zaawansowanych filamentów. Zaprojektowanie urządzenia, które sprostałoby takim wymaganiom konstrukcyjnym, było wyzwaniem. Nasi inżynierowie musieli starannie dobrać materiały i elementy osprzętu urządzenia oraz dokładnie rozważyć procesy zachodzące w trakcie druku. Dlatego też konstrukcja maszyny Zortrax Endureal opiera się na trzech odizolowanych termicznie strefach: komorze druku, komorze ekstrudera i komorze filamentów. Przepływ temperatur między tymi strefami w dużym stopniu ograniczają zaawansowane technologiczne rozwiązania izolacji. Przykładowo — różnica temperatur między komorą druku a komorą ekstrudera może wynosić nawet 100° C. Ponadto temperatura w trzech kluczowych punktach dla procesu druku, czyli w ekstruderze, na platformie i w komorze głównej może być w pełni kontrolowana przez użytkowników tak, aby zapewnić możliwie najlepsze działanie urządzenia w trakcie przetwarzania wymagających  filamentów.

Wydajność pod kontrolą

Maszyna Endureal utrzymuje pełną kontrolę na każdym etapie budowania modeli, a także nad sprawnością części, z których jest zbudowana. Drukarka wyposażona jest w szereg czujników, które monitorują proces ekstruzji materiałów oraz działanie kluczowych komponentów. Usprawnienie takie jak system kontroli zasilania, sprawdzone już w drukarkach z serii M Plus i M300 Dual, zapisuje postęp wydruku w przypadku przerw w dostawie prądu. Po ponownym uruchomieniu urządzenia użytkownik może wznowić wydruk, który rozpocznie się od punktu, w którym został przerwany. Dodatkowo w każdym momencie pracy urządzenia użytkownicy mogą wyświetlić podgląd z termoodpornej kamery zainstalowanej wewnątrz komory głównej i monitorować postęp wydruku. Wiele odrębnych czujników odpowiada za wykrywanie problemów z filamentami, dzięki czemu użytkownicy zawsze są informowani o sytuacjach, w których dochodzi do zacięcia materiału lub jego wyczerpania. Sprawne działanie drukarki zapewniają również czujniki temperatury, które zapobiegają przegrzewaniu się jej komponentów, a także czujniki pojemnościowe i optyczne, które mierzą dokładną pozycję elementów osprzętu. Co więcej, komora filamentów zapewnia optymalne warunki temperatury i wilgotności dopasowane do przechowywania silnie higroskopijnych materiałów. Dzięki wspomnianym środkom kontroli i bezpieczeństwa, maszyna Endureal może w efektywny sposób regulować zaawansowany technicznie druk 3D.

Kompleksowe Przetwarzanie Materiałów

Przetwarzanie filamentów wysokotemperaturowych w drukarce Zortrax Endureal wymaga przeprowadzenia pewnych zabiegów obróbki termicznej przed, jak również po druku 3D. Oprócz samego procesu druku odbywającego się w określonych warunkach termicznych, obróbka materiałów odbywa się w trakcie dwóch odrębnych procesów, dzięki którym druk przynosi pożądane rezultaty, a modele osiągają swoje ostateczne właściwości. Pierwszym krokiem jest osuszanie filamentu, które należy przeprowadzać przed wydrukiem. Ten proces pozwala zredukować ilość wilgoci, która zgromadziła się w materiale, tak aby nie wpłynęła negatywnie na właściwości termiczne i mechaniczne modeli. Podobnie gotowe wydruki należy poddać kontrolowanemu procesowi wygrzewania, w trakcie którego są podgrzewane do temperatury zeszklenia materiału użytego w trakcie druku (poniżej temperatury topnienia), a następnie po pewnym czasie schładzane do temperatury pokojowej. Wygrzewanie niweluje naprężenia wytworzone w modelach w trakcie druku oraz pozwala znacznie poprawić właściwości mechaniczne modeli bez zmiany ich kształtu wyjściowego. Oba procesy można przeprowadzić w głównej komorze drukarki Endureal przy użyciu dedykowanych funkcji w menu. Takie rozwiązania udowadniają, że praca z drukarką przemysłową i wymagającymi filamentami staje się prosta jak w przypadku druku z materiałów ABS lub PLA. Przy minimalnym nakładzie pracy potrzebnej na obróbkę materiałów użytkownicy mogą rozpocząć wydruk i po pewnym czasie usunąć podpory z gotowego wydruku.

Podpory w Trybie Podwójnej Ekstruzji

Druk 3D z filamentów o wyjątkowej wytrzymałości i zwiększonych właściwościach mechanicznych wymagał dobrze przemyślanych rozwiązań, zwłaszcza w zakresie struktur podporowych. Drukarka Endureal nie mogła używać tego samego materiału do druku modelu i podpór, ponieważ takie rozwiązanie generowałoby dodatkowe koszty oraz znacznie utrudniłoby obróbkę gotowych modeli. Dlatego projekt maszyny Endureal od początku uwzględniał system podwójnej ekstruzji, który pozwala użytkownikom na druk struktur podporowych odpowiednich dla używanego materiału modelowego.Gruntownie przetestowaliśmy wyłamywalne, jak również rozpuszczalne materiały podporowe stworzone, aby ułatwiać druk 3D przy użyciu wszystkich wpieranych materiałów modelowych. Te specjalne filamenty wytrzymują wysokie temperatury w trakcie druku i zapewniają odpowiednią stabilność modelom. Ponadto przyczepność modeli poprawia się także dzięki aluminiowej platformie pokrytej warstwą PEI, która utrzymuje swoje właściwości mechaniczne w temperaturach sięgających 220° C. Silny związek pomiędzy specjalistycznymi polimerami i maszynami z systemem podwójnej ekstruzji może w przyszłości posłużyć do druku zaawansowanych części kompozytowych złożonych z dwóch materiałów wysokotemperaturowych o odpowiednio dobranych właściwościach. Takie technologie są obecnie opracowywane dla Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Liczne Zastosowania Przemysłowe

Z-PEI 9085 jest jednym z polimerów wysokotemperaturowych kompatybilnych z drukarką Zortrax Endureal. Filament z powodzeniem jest stosowany w sektorze lotniczym, gdzie wiodący producenci używają go do druku 3D ognioodpornych komponentów wnętrz samolotów. Właściwości termiczne i mechaniczne materiału Z-PEI 9085 dorównują właściwościom, które posiada wysokiej klasy aluminium 6061. Ponadto najnowsze badania wskazują, że filament ma duży potencjał wspierania przemysłu kosmicznego. Rama konstrukcji miniaturowego satelity wykonana z takiej samej mieszanki polieteroimidów, jaką stosujemy w Z-PEI 9085, pomyślnie przeszła badania odporności na wibracje. Takie badania są konieczne, aby umieścić komponent w konstrukcji statku kosmicznego. Z-PEI 9085 jest także jednym z nielicznych materiałów do druku 3D dopuszczonym do użytku na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej dzięki potwierdzonym właściwościom FST (Flame, Smoke, Toxicity) i odgazowania.

Innym materiałem przetestowanym w przestrzeni kosmicznej jest PEEK. Komponenty wykonane z tego polimeru zostały przetestowane w różnych warunkach, także w tych panujących na niskiej orbicie okołoziemskiej wokół Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Próbki materiału wykazały minimalną podatność na degradację w próżni oraz działanie promieniowania i ekstremalnych zmian temperatury. Z tego względu badacze mogli zastosować w swojej pracy mieszankę PEEK do druku elementów konstrukcyjnych o bardzo dobrych właściwościach wytrzymałościowych, wysokiej stabilności i odporności na temperaturę. Co więcej, materiały typu PEEK są biokompatybilne, co otwiera nowe możliwości zastosowań, m.in. w trakcie druku 3D pełni funkcjonalnych wyrobów medycznych przeznaczonych do implantacji.

Drukarka Zortrax Endureal to innowacyjne urządzenie, które doskonale odpowiada potrzebom wyżej wymienionych obszarów i gałęzi przemysłu. Maszyna może wykonywać wszelkie niezbędne procedury wymagane w trakcie przetwarzania materiałów wysokotemperaturowych, czyli osuszanie i wygrzewanie, a także oferuje łatwość obsługi i wszechstronność. Jednocześnie w większości przypadków użytkownicy mogą samodzielnie wykonywać prace konserwacyjne i naprawcze bez utraty gwarancji. Dzięki temu nie ma potrzeby oczekiwania na wykwalifikowanych serwisantów, a czas przestoju maszyny jest znacznie zredukowany. Tym samym Zortrax Endureal to wyjątkowe rozwiązanie specjalnie dostosowane do potrzeb sektorów wysokiej technologii.