Rychlost byla vždy jedním z limitujících faktorů 3D tisku technologií FFF/FDM. Při použití pro výrobu prototypů a malých sérií se stroje FFF/FDM ukazují v mnoha případech jako efektivnější než tradiční výrobní metody. Naopak pro sériovou výrobu středních a vysokých objemů jsou z důvodu rychlosti nevhodné.

Proč jednoduše nezvýšit rychlost tisku?

Většina výrobců a uživatelů to někdy vyzkoušela, ale setkali se s problémy. Zvýšení rychlosti vede k dramatické ztrátě kvality povrchu, rozměrové nepřesnosti a špatné přilnavosti vrstev. Hlavní příčinou jsou vibrace vyvolané rychle se pohybující tiskovou hlavou. Prosté nastavení zvýšení rychlosti nevede k očekávaným výsledkům, protože konstrukce většiny 3D tiskáren FFF/FDM se nedokáže vypořádat s negativními fyzikálními vlivy, ke kterým nutně dojde.

Řešením je Hyper Speed FFF

Vývojové oddělení společnosti Raise3D nalezlo řešení, jak zcela eliminovat ony negativní důsledky. Vyvinuli speciální algoritmus, který absorbuje nadměrné vibrace, které vznikají pokaždé, když tisková hlava při pohybu vysokou rychlostí mění směr nebo doslova kmitá v krátkých a rychlých cyklech. Tento algoritmus je vlastně základem technologie Hyper Speed FFF a umožňuje navýšit rychlost 3D tisku až na 350 mm/s bez ztráty kvality. To znamená rychlost trojnásobně vyšší, než je standard u většiny 3D tiskáren FFF/FDM. Technologii Hyper Speed FFF aplikovali nejprve u 3D tiskáren řady Pro3 s duálním vytlačováním, pro které přizpůsobili celý ekosystém – hardware, filamenty a software. Samotné 3D tiskárny Pro3 již byly dříve konstrukčně navrženy tak, aby u nich mohla být tato technologie implementována.

Hardware

Při extrémně vysokém zrychlení pohybu hlavy a vysokých rychlostech 3D tisku je třeba brát na zřetel také konstrukci tiskárny. Proto byla pilotně vybrána řada Pro3, která disponuje pevným a stabilním rámem. Také pokročilé procesory s mimořádným výpočetním výkonem tiskárny Pro3 umožnily výzkumnému a vývojovému týmu společnosti Raise3D naplno využít sílu inovativních technik, jako jsou plánování pohybu tiskové hlavy se zpracováním více než 600 000 kroků za sekundu. Díky tomu bylo možné implementovat algoritmus aktivního potlačení vibrací.

Obr. 1: Tiskárny řady Pro 3

Filamenty

Zvýšená rychlost tisku představuje také výzvu pro materiálové inženýry. Standardní vlákna (filamenty) ve vysoké rychlosti průtoku tiskovou tryskou nemusí mít vždy dostatek času na tavení. To opět může znamenat nedostatečnou přilnavost mezi jednotlivými vrstvami a deformaci výtisků. Pro některé druhy tiskových materiálů bylo třeba vyvinout zcela nové postupy. Společnost Raise3D se svými partnery spolupracovali na řešení a již uvedli na trh dvě nové řady filamentů pro vysokorychlostní tisk, a sice Hyper Speed a Hyper Core filamenty.

Řada Hyper Speed má nyní k dispozici PLA a ABS, ale již nyní se připravuje uvedení dalších materiálů, jako jsou PETG, PC, ASA, ESD-safe a dalších. V průběhu roku 2023 nabídne řada Hyper Core pro uživatele také svůj první filament PPA CF, což je kompozitní filament vyztužený uhlíkovými vlákny s vynikající tepelnou odolností, pevností a tuhostí. Aby společnost Raise3D rozšířila počet materiálů dostup­ných pro své zákazníky, vyzvala přední světové výrobce filamentů, aby se zapojili do nové specifické fáze jejího programu Open Filament Program (OFP), zaměřeného na vysokorychlostní filamenty.

Obr. 2: Nedávno byla certifikována pro Hyper Speed FFF řada filamentů Ultrafuse PLA Pro1 od výrobce BASF.

Software

Specializovaný Raise3D slicer ideaMaker byl doplněn o nový režim Hyper Speed FFF a materiálové profily pro odpovídající filamenty. Samotná příprava tiskových modelů v ideaMaker pro tisk technologií Hyper Speed FFF je naprosto shodná jako při tisku běžnou technologií.

Jak to celé funguje?

Pro tisk Hyper Speed FFF na 3D tiskárnách řady Raise3D Pro3 je k dispozici speciální kit, který obsahuje vše nezbytné – dvojici vysokorychlostních trysek, kalibrační sondu, klíč pro aktualizaci firmwaru a dvojici vysokorychlostních filamentů (ABS, PLA).

Obsluha aplikuje aktivační klíč na registračním formuláři na webu Raise3D a následně dojde k aktualizaci firmwaru tiskárny. Pak nahradí stávající trysky za vysokorychlostní a založí odpovídající filament. Před prvním tiskem je nutné provést kalibrační měření chování tiskár­ny ve vysokých rychlostech. Každá tiskárna může mít mírně odlišné chování, např. stupeň síly vibrací, jejich frekvencí apod. Chování tis­kár­ny ve vysokých rychlostech ovlivňuje především prostředí, kde a jak je umístěna. Měření se provede pomocí kalibrační sondy, která se po dobu měření umístí do slotu místo jednoho HotEndu. Po spuštění procedury kalibračního měření si zhruba po několika minutách tiskárna otestuje vše potřebné pro eliminaci vibrací. Pomocí naměřených hodnot Hyper Speed FFF algoritmus vyrovnává všechny nežádoucí účinky s tím spojené. Společně s mimořádným výpočetním výkonem v dostatečném čase predikuje chování pohybového ústrojí tiskárny a parametricky dorovnává a optimalizuje souřadnice tisku.

Vysoká rychlost tisku ve vyšších výškách tištěného modelu konkrétní geometrie skutečně může vyvolat značné chvění. Při prvních tiscích si většina operátorů říká, tak toto nemůže dopadnout dobře, ten vý­tisk, to bude hrůza! Stejně tak je po dokončení tisku překvapen, že kvalita detailů, povrchu a geometrie výtisku je naprosto v pořádku.

3x vyšší produktivita 3D tisku je opravdu citelně znát

S dnešními znalostmi a možnostmi 3D tisku jistě můžeme říct, že 3D tisk se produktivitou nikdy nevyrovná např. vstřikovacím lisům. Ale při malosériové výrobě, a hlavně v případech, kdy jeden nebo pár kusů výrobků potřebujete získat co možná nejrychleji, je trojnásobná rychlost tisku významným prolomením zažitých limitů. V obvyklém (normal) prostředí 3D tisku není výjimkou časová náročnost v desítkách hodin, zejména když tiskneme komplexní model větších rozměrů. Pokud takováto úloha vyžaduje čas tisku 30 hodin, s technologií Hyper Speed FFF budete hotovi do 10–12 hodin. A to je citelná časová úspora bez kompromisu v provedení a kvalitě.

Jan Šmejcký Autor článku je ředitelem společnosti Elvira | Abc3D.