Багатоматеріальний 3D-друк

Багатоматеріальний 3D-друк – 3D-друк кількох матеріалів в одному безперервному процесі друку. Основна мета друку кількома матеріалами полягає в досягненні комбінації їхніх властивостей, наприклад, щоб вони були електропровідними, твердими, м’якими, прозорими, хімічно стійкими тощо. Однак у деяких випадках необхідно поєднати характеристики різних матеріалів в одному об’єкті, щоб повністю використовувати його застосування.

Багатоматеріальний 3D-друк також дає можливість друкувати опорні конструкції з іншого матеріалу, який можна легко видалити під час пост-обробки. Прикладами цього є PVA та HIPS. Крім того, з точки зору постобробки, багатоматеріальний 3D-друк може значно зменшити це, оскільки кінцеві частини, виготовлені з кількох матеріалів, можна виготовити за один раз, що робить непотрібним складання окремих окремо надрукованих частин.

Ефективний багатоматеріальний 3D-друк залежить від технології та обладнання, що використовується. Зараз багатоматеріальний 3D-друк можливий за допомогою SLA, наприклад, за допомогою декількох місткостей з різними матеріалами, а також за допомогою струменевого друку (який за своєю конструкцією особливо підходить для друку з кількох матеріалів одночасно). В останньому друкуючі головки оснащені декількома соплами, які розпилюють різні матеріали за допомогою струминної технології. Однак на цей момент FDM є одним із найпродуктивніших і найдосконаліших рішень для 3D-друку з використанням багатьох матеріалів. У порівнянні з іншими процесами друку, FDM є економічно ефективним, простим і дозволяє обробляти різні термопластичні полімери та композитні матеріали. 

Для успішного багатоматеріального 3D-друку важливо встановити правильні параметри слайсера, оскільки принтер повинен знати, коли кожен матеріал потрібно надрукувати. У деяких випадках відповідні інструкції повинні бути інтегровані в G-код. Однак точні налаштування залежать від того, яка конфігурація принтера використовується для друку; чи це принтер з одним соплом, чи є кілька сопел, чи надбудова. 

Цілком можливо реалізувати 3D-друк із багатьох матеріалів за допомогою стандартного FDM-принтера. Однак, якщо принтер має екструдер лише з одним гарячим наконечником і одним соплом, необхідно вручну змінити матеріал. Це вимагає від принтера переривати друк, як тільки з’являється новий матеріал. Відповідні паузи вже можна вбудувати в G-код. Залежно від слайсера цей крок може бути дуже простим або досить складним. 

Крім ручної заміни нитки, вже існують принтери, які забезпечують друк декількома нитками. Одним із прикладів, який в основному використовується для багатоколірного друку, є змішувальний хотенд.

Якщо ви використовуєте принтер з екструдером Bowden, ви можете використовувати класичний Y-розділювач для поєднання двох різних матеріалів. За допомогою системи Боудена матеріали використовуються та екструдуються по черзі, але завжди «готові», щоб утворилася однойменна форма Y. Цей підхід також використовується для двокольорового друку та може бути розширений до подвійного Y-розділювача для кількох екструдерів.

Окрім цих апаратних функцій, у вас також є можливість оновити принтер додатковими компонентами для друку з кількома матеріалами. Завдяки комплектам MMU1, MMU2 і найновішому MM3 для мультиматеріалів Prusa створила додаткові компоненти, які дозволяють друкувати до п’яти різних ниток.

Іншим доповненням є Mosaic Palette. Цей додатковий пристрій для FDM-принтерів усіх типів нарізає нитки потрібного розміру та збирає їх у єдину пряму для точного друку. Потім нитка може бути надрукована за один прохід без зміни або паузи. Зараз також є постачальники, які оснащують свої принтери додатковими системами для багатоколірного або багатоматеріального 3D-друку. Завдяки своїй AMS (автоматизованій системі матеріалів) Bambu Lab створила систему, яка більше не обмежує користувача друкувати за допомогою однієї нитки та дозволяє створювати різноманітні, естетичні та функціональні відбитки.

З огляду на це, багатоматеріальний друк набагато простіше досягти, якщо в одній друкувальній голівці є кілька гарячих насадок. У цьому випадку для кожного матеріалу є відповідне сопло, щоб жодні залишки матеріалу від попереднього матеріалу не забивали сопло. Вже існують одинарні друкуючі головки з двома-чотирма хотендами. Однак це робить друкувальну голівку важчою, що впливає на швидкість друку.

Якщо підхід із декількома соплами для екструзії матеріалу поширити на кілька друкуючих головок, різноманітність матеріалів може бути ще більше розширена. Цей підхід також забезпечує кращі результати, оскільки різні матеріали не об’єднуються в одному нагрівальному блоці в гарячій частині. Відомим прикладом цього є принтери IDEX (незалежний подвійний екструдер).

У цих принтерах є подвійні головки, кожна з яких має гарячий наконечник, які можуть рухатися незалежно одна від одної. Окремі шляхи відповідних ниток запобігають засміченню або блокуванню сопла, і деякі з найпоширеніших помилок під час 3D-друку з багатьох матеріалів можна заздалегідь виключити. Однак принтер IDEX може друкувати лише два матеріали одночасно. Часто це основний матеріал і опорний матеріал.

Одним з інструментів, який розширює межі подвійного екструдера, є пристрій зміни інструментів. Цей пристрій зміни інструменту може змінювати головки під час роботи. Це не тільки друкуючі головки, а й ті, які можуть різати, фрезерувати та свердлити (для гібридного виробництва). Однак у випадку друкуючих головок це дає змогу друкувати різні матеріали за допомогою кількох друкуючих голівок, подібно до принтерів IDEX.

Зараз існує широкий асортимент принтерів для 3D-друку з різних матеріалів, включаючи настільні рішення, промислові системи та різноманітні доповнення. Одним із перших мультиматеріальних принтерів був Fab@Home, який був запущений у 2006 році. На рівні виробника Prusa, Bambu Lab і Flashforge виділяються своїми рішеннями, а також Raise3D і UltiMaker. Особливої уваги заслуговують Flashforge Creator 4, Prusa XL із п’ятьма матеріалами та E2 від Raise3D.

Промислові рішення пропонують Modix з Modix Big-120Z, OMNI3D з Factory 2.0 і Factory 2.0 NET і WASP з Delta WASP 2040 Industrial X, серед інших. AIM3D також зосереджується на багатоматеріальному 3D-друці на промисловому рівні та навіть поєднує гранули та нитки у своїх системах друку.