Скрепление FDM-моделей

Скрепление и склеивание

Обзор

Создайте модели, размер которых превышает размер рабочей камеры вашего 3D-принтера или скрепите детали, напечатанные на 3D-принтере с другими компонентами.

Скрепление деталей, полученных по технологии трехмерной печати FDM

Для моделей, которые не помещаются на лоток построения 3d-принтера, для более быстрого построения с использованием меньшего объема материала поддержки или для моделей с мелкими элементами разбиение по секциям и последующее скрепление FDM деталей это отличное решение. Существует много методов и еще больше материалов для скрепления деталей.

Основные соображения при выборе метода скрепления -это прочность скрепления и совместимость с материалами FDM. Для получения данных по прочности Stratasys провел лабораторные испытания в Университете Texas EI Paso, при которых измерялся предел прочности на разрыв. Другие критерии - включая время, стоимость, сложность операций, конфигурацию деталей и общую производительность также принимались во внимание. Точность скрепляемых деталей, однако, зависит от многих факторов. Например, характеристики адгезии, такие как вязкость, будут влиять на точность. Навыки оператора, способ соединения и тип закрепления будут оказывать еще больше влияние.

Чтобы помочь в выборе метода скрепления, наиболее подходящего для вас, ниже приведена краткая оценка простых способов скрепления деталей, сделанных из различных FDM-материалов.

Клей (эпоксидная смола)

Для скрепления FDM деталей обычно используется двухкомпонентная эпоксидная смола. Компоненты смешиваются и затем наносятся дозаторами, щетками или инфильтрацией. Толщина слоя может ранжироваться от тонкого (как при конопачении) до толстого (как при шпаклевке), так что методы нанесения эпоксидной смолы будут отличаться. После нанесения смолы, скрепляемые части фиксируются или зажимаются, до тех пор, пока клей не затвердеет.

Эпоксидные составы различаются по длительности затвердевания, свойствам материала и прочности скрепления. Они обладают очень хорошей механической прочностью, хорошим тепловым и химическим сопротивлением. Процесс затвердевания длительный, поэтому у вас есть от 20 до 70 минут на незначительные корректировки после стыковки частей. Недостаток процесса - долгое время затвердевания. Затвердевание при комнатной температуре длится от одного до пяти дней, а детали нельзя обрабатывать в течение многих часов. Затвердевание при нагреве может значительно ускорить процесс.

Клей (цианоакрилат)

Цианоакрилат широко известен как супер-клей. Это быстро затвердевающий клей, который может быть использован для быстрого ремонта и для простого склеивания деталей. Супер-клей просто наносится на сопрягаемые поверхности и детали скрепляются. Клеевое соединение устанавливается за несколько минут. Удельная прочность на разрыв FDM-деталей, склеенных супер-клеем выше, чем при склеивании эпоксидным клеем. Однако, его сопротивление высоким температурам, химическим воздействиям и растворителям хуже. Следовательно, скрепление деталей при помощи супер-клея может ухудшить характеристики FDM деталей. Таким образом, цианоакрилат рекомендуется для концептуальных моделей и прототипов для проверки собираемости, нежели чем для функциональных прототипов или конечных изделий.

Растворитель (сольвент)

Скрепление растворителем работает путем химического плавления пластика на соединяемых поверхностях. Растворитель может быть нанесен кистью на сопрягаемые поверхности, после чего детали прижимают и удерживают вместе. Также сольвент может быть введенпутем инъекции в предварительно подогнанные и соединенные детали или существующие трещины. Тонкий, текучий слой растворителя растекается по всех поверхности детали, что улучшает прочность скрепл. Могут быть использованы различные сольвенты, но рекомендуется продукт SAME STUFF от фирмы Micro-Mark.

Метод позволяет получать соединения, которые намного прочнее, чем многие клеевые соединения. Как и склеивание супер-клеем процесс очень прост и склеивание происходит за секунды. Другое сходство это то, что растворитель может быть нанесен в труднодоступных областях, поскольку сольвент хорошо проникает в шов или трещину.

Преимущество перед супер-клеем и эпоксидной смолой в том, что после склеивания скрепленные детали будут содержать только FDM-материал. Несмотря на то, что склеивание происходит за секунды, детали следует выдержать по меньшей мере в течение 8 часов. Также следует заметить, что если деталь будет нагреваться выше 80 градусов, поверхность может начать пузыриться. Скрепление при помощи растворителя не подходит для соединения деталей из PPSF или ULTEM9085. Эти FDM-материалы имеют высокую химическую стойкость, поэтому плохо растворяются сольвентом.

Сварка пластика горячим воздухом

Сварка пластика горячим воздухом похожа на кислородно-ацетиленовую сварку металла. Однако, вместо пламени используется поток горячего воздуха, а вместо присадочной проволоки используется FDM-нить. Чтобы скрепить детали инструмент, подающий горячий воздух медленно проходит вдоль соединения. Тепло расплавляет нить, которая затем заполняет шов. Этот метод позволяет получать крепление более прочное, чем при использовании всех других методов. Он также быстр и недорог.

Детали могут использоваться сразу после охлаждения до температуры, когда их можно брать руками. Поскольку скрепляющий материал это небольшой кусок FDM-пластика, стоимость его незначительна. Другое преимущество использования FDM-материала в качестве скрепляющей среды это преемственность материала. Область крепление имеет те же свойства и характеристики, что и сама деталь. Для получения лучших результатов сварку горячим воздухом не следует использовать для секций с тонкими стенками. Также процесс требует некоторых навыков, поэтому результаты зависят от опыта и техники оператора.

Точечная сварка ультразвуком

Эта технология широко используется в производственных процессах для создания постоянного соединения между пластиковыми деталями. Инструмент сварки ультразвуком использует звуковые волны для сплавления точечных областей соединения. При наличии аппарата ручной ультразвуковой сварки этот метод может быть использован при изготовлении небольших партий прототипов или в прямом цифровом производстве. По сравнению с другими методами скрепления есть несколько небольших недостатков сварки ультразвуком, без учета необходимости приобретать сварочный аппарат. Сваренные области прочнее, чем окружающий материал, в то время как предел прочности на разрыв не столь большой, как при сварке горячим воздухом или у самих деталей. Наконечник сварочного аппарата и насадки часто взаимозаменяемы. Доступно большое количество наконечников и сварочных насадок, которые определяют толщину свариваемых материалов, диаметр сварки, а также ее тип.

Поскольку нет материала-присадки, который вводится в область соединения, то точность деталей и их свойства не претерпевают значительных изменений. Это делает сварку ультразвуком идеальной для медицинских приложений, в которых важно качество деталей, а также их пригодность для контакта с тканями человека.

Когда требуется более высокая прочность, сварка ультразвуком может быть использована в сочетании с другими методами. Технологический шов индивидуальных частей для фиксации их положения и затем применение клеев, сольвентов или других способов скрепления. Этот подход особенно полезен для громоздких и неудобных сборок. Сварка ультразвуком это быстрый и очень недорогой процесс. Как только процесс сварки завершен, деталь можно немедленно использовать в работе. Поскольку никаких расходных материалов не требуется, то стоимость процесса включает только прямые затраты на оплату труда.

Крепеж (механическое соединение)

Хотя этот подход есть не метод скрепления, а метод соединения, он может быть эффективной альтернативой. Существует большое количество способов механического крепления и приспособлений, которые могут быть использованы при соединении FDM-деталей. Один уникальный способ механически соединить секции - это вставить крепежные приспособления в FDM деталь во время процесса построения. Когда он извлекается из аппарата Fortus, крепежные приспособления уже интегрированы внутри детали.