1. Введение

На сегодняшний день аддитивные технологии или технологии послойного наращивания объектов – одни из самых быстро развивающихся областей в промышленности [7, С.76], [10]. Данные технологии позволяют создавать сложные трехмерные объекты, которые невозможно или очень трудно произвести с использованием традиционных технологий субтрактивного производства [9, С.151], [8, С.25]. 3D-принтеры являются наиболее распространённым видом машин, используемых для аддитивного производства, а также уже используются во многих сферах промышленности.

2. Основная часть

Наиболее распространенной является конструкция 3D-принтера с наличием 3D стола. 3D стол является немаловажным узлом всего 3D-принтера в обеспечении успешной печати и получении качественных деталей. Именно поэтому выбор подходящей поверхности для 3D-печати является ответственной задачей. На сегодняшний день на рынке аддитивных установок представлены 3D столы с различными показателями адгезии к различным материалам для печати, способам снятия готовой детали, текстуры и стоимости. Наиболее популярными являются: стол с покрытием Ultrabase (ультрабаза), полипропиленовая пластина, стол из пружинной стали с покрытием PEI, стеклянные столы и т.д. Рассмотрим поподробнее каждый из них.

Стол с покрытием Ultrabase (рисунок 1) представляет собой стекло, на которое сверху нанесено микроструктурное пористое покрытие (рисунок 2), обеспечивающее высокую степень сцепления между деталью и 3D столом. При нагревании 3D стола поры покрытия Ultrabase расширяются, а после остывания 3D стола поры покрытия Ultrabase сужаются, вытесняя напечатанную деталь. Таким образом, особенность покрытия Ultrabase заключается в том, что оно обеспечивает прилипание печатаемых деталей к столу, без дополнительного использования адгезивов и в то же время после остывания стола детали от него отклеиваются самостоятельно и снимаются без усилия. Однако, по мнению пользователей, со временем покрытие Ultrabase изнашивается, теряя свои свойства, и для достижения хорошей адгезии детали с поверхностью необходимо прибегать к специальным адгезивам [2], [5].Полипропиленовые пластины (рисунок 3) для 3D-принтеров представляет собой пластину из тонкого листа, который способен гнуться, что облегчает удаление напечатанных деталей, полипропиленовые пластины также устойчивы к температуре и могут использоваться до 120 °C. Однако существенными недостатками являются более быстрый износ, коробление и другие деформации полипропиленовой пластины относительно металлических или стеклянных поверхностей столов [4].Покрытие PEI стола из пружинной стали (рисунок 4) является полиэфиримидом, который обладает термостойкостью, простотой в обслуживании, а также обеспечивает хорошую адгезию с декоративными пластиками [3]. Существует два основных типа столов из пружинной стали с покрытием PEI: клейкие и магнитные. Клейкие столы предназначены для полупостоянного приклеивания поверх существующей пластины и немного дешевле аналогичных магнитных столов. Магнитные столы легко снимаются и заменяются, что обеспечивает большую универсальность. Также столы из пружинной стали с покрытием PEI имеют два типа поверхностей: гладкую и текстурированную. Гладкие столы обладают хорошими адгезивными свойствами, что может затруднить удаление детали, если ее материал для печати слишком хорошо прилипает к гладкой поверхности, однако в случаях если материал для печати плохо прилипает к гладкой поверхности, гладкие столы из пружинной стали с покрытием PEI улучшают адгезию материала с поверхностью печати [4]. Более простым считается удаление детали от стола с текстурированным покрытием, так как на поверхности листа имеются небольшие шероховатости.Стеклянные столы являются наиболее популярной поверхностью для 3D-печати из-за жесткости, твердости и гладкости поверхности. Стеклянная поверхность обеспечивает равномерное распределение тепла и легкое удаление деталей, высокое качество деталей, однако для улучшения сцепления материала с поверхностью стеклянного стола порой может потребоваться адгезив [1]. Существуют различные виды стеклянных столов, например, ситалловое, боросиликатное, перфорированное и т.д.

Ситалловое стекло обладает такими свойствами, как прозрачность, износостойкость, химическая и термическая устойчивость. Применение ситаллового стекла дает возможность печатать разными видами пластика, обеспечивает прочное крепление печатаемой детали с поверхностью, не деформируется при печати образцов даже под воздействием высоких температур, не требует применения клея и других адгезионных материалов. Единственный недостаток – это достаточно высокая стоимость подобного материала [6].Боросиликатное стекло обладает низким коэффициентом теплового расширения, что делает его более устойчивым к нагреванию, в сравнении с обычным стеклом. Также данный тип поверхности обеспечивает хорошую адгезию материала и стола. Боросиликатное стекло устойчиво к перепаду температур и химическому воздействию, а также данный тип стеклянной поверхности является очень прочным, так как при производстве в состав добавляется оксид бора, что исключает содержание воздушных пузырьков [6].Специальное закаленное стекло с перфорированным покрытием обеспечивает крепкое сцепление детали с поверхностью. Такое покрытие позволяет легкого удалить деталь от стола после остывания.Для выявления лучших показателей по адгезии было проведено исследование гладких и текстурированных столов из пружинной стали с покрытием PEI различных производителей, а также стеклянных столов.

Испытания проходили следующим образом. Была разработана 3Dмодель образца (рисунок 7) в виде круга диаметром 240 мм с восемью лучами, высота образца 3 мм. После этого сформированная 3D модель была загружена в программное обеспечение подготовки печати.Печать производилась материалами Nylon, PETG, PP, для каждого материала согласно указаниям производителя, были заданы соответствующие настройки печати, а именно: скорость перемещения печатающей головки, температура, охлаждение детали, параметры, характеризующие расходный материал и т.д. После этого были направлены данные построения в управляющее устройство и 3D принтер подготовлен к печати. Далее подавался материал, необходимый для изготовления образца и запущен процесс печати. Каждым материалом было произведено по 5 запусков печати, при этом на каждом варианте стола производилась печать как с использованием специального адгезива (в таблице 1 «А.» – это адгезив) для печати, так и без него. В качестве адгезива для печати был использован полимерный адгезив-гель, позволяющий улучшить сцепление стола и поверхности детали. Далее проводилась оценка адгезии детали к поверхности стола (таблица 1). Цифра в таблице 1 означает оценку (от 0 до 5) адгезии поверхности стола и детали, где 0 – деталь полностью отклеилась, адгезия плохая, 5 – означает полное сцепление детали с полностью стола, адгезия хорошая. Готовый вид, напечатанных образцов представлен на рисунке 8.

Так же поверхность напечатанных деталей была рассмотрена под микроскопом – рисунок 9, который демонстрирует, что наиболее ровной и гладкой поверхностью обладают образцы, напечатанные на стеклянном столе и гладком столе из пружинной стали с покрытием PEI.

3. Заключение

На основании проведенных испытаний было выявлено, что среди рассмотренных гладких и текстурированных столов из пружинной стали с покрытием PEI различных производителей, а также стеклянных столов наиболее высокими показателями по адгезии для материалов Nylon, PETG, PP обладают гладкие столы из пружинной стали с покрытием PEI, при этом, согласно микроскопии, детали, напечатанные на данном типе столов обладают ровной и гладкой поверхностью.

The additional file for this article can be found as follows: