Lucrarea IX

STUDIUL TEHNOLOGIEI DE IMPRIMARE 3D PRIN

EXTRUDARE TERMOPLASTICA 

1. Scop

Obtinerea unui obiect tridimensional prin intermediul tehnicii de extrudare a polimerilor

termoplastici, utilizând o imprimantă 3D.

2. Referat de literatura

Procesul de imprimare tridimensională (3D) este o tehnică modernă ce constă în

transformarea unui fişier digital de modelare în diferite obiecte solide 3D.

Imprimantele 3D pot forma un anumit obiect prin procesul de adiţie controlată de material

strat peste strat, urmărind modelul digital. Fiecare astfel de strat poate fi vazut ca o sectiune

orizontala din obiect, mai exact o felie 2D, toate straturile fiind îmbinate gradual la un loc pentru

a alcătui forma finala a obiectului.

Fig.1 Obţinerea machetei turnului Eiffel prin imprimare 3D

Cum se face printarea 3DToate imprimantele 3D actuale folosesc un proces de aditie de strat peste strat, fiind

totodata mai multe tipuri de tehnologii disponibile, diferenta dintre ele constand in modul in care

sunt create si alipite straturile. Unele dintre ele se bazeaza pe topirea sau marirea gradului de

maleabilitate a materialului pe care se lucreza, altele pe diferite procese ce includ utilizarea unor

fascicule laser sau radiatii ultraviolete pe materiale (reticularea rasinilor termoreactive).

Pentru a putea obtine un obiect cu ajutorul imprimentei 3D este nevoie de schita virtuala

computerizata a acestuia, care fie este creata folosind un program de proiectare asistata de

1

calculator (CAD - Computer Aided Design) fie este obtinuta prin scanarea 3D a obiectului.

Astfel, folosind o imprimanta se pot crea obiecte tridimensionale de orice fel - mai exact de orice

forma - avand la dispozitie o varietate de culori si tipuri de materiale de productie, cele mai

accesibile si folosite materiale sunt cele polimerice (termoplastice, termoreactive).

Principalele avantaje ale imprimarii 3D :

1. La baza calculului pentru costul de fabricatie sta exclusiv volumul de material

utilizat. Deoarece complexitatea lucrarii nu conteaza, nefiind necesare alte manopere

si procedee adiacente.

2. Realizarea de forme dificile pentru tehnologia traditionala. Printarea 3D are

incredibila capacitate de a realiza mecanisme perfect functionale, dintr-o singura

operatiune, fara alte procedee de asamblare si post productie. Mecanisme cum sunt

rulmentii cu bile, lanturi, chiar si cutii de viteze intregi sau motoare pot fi imprimate

intr-un singur procedeu tehnologic. Daca ar fi sa folosim procedeele traditionale, ar

trebui realizate matrite multiple, urmate de procese de munca intensiva de asamblare,

care necesita timp si bani.

 Aplicatii ale imprimantelor 3D- in arhitectura: crearea in miniatura a unui model arhitectural sau machete;

- in industrie: crearea de obiecte mici si cu o forma sau structura complexa,

- in paleontologie: reconstructia fosilelor;

- in arheologie: reconstructia de artifacte;

- in criminalistica: recrearea de obiecte fizice deteriorate sau incomplete;

- in medicina: crearea de tesuturi (de exemplu organe, vase sangvine, s.a.) care sa fie

compatibile cu o anumita persoana, constructia de implanturi dupa o anumita forma -

de exemplu implanturi dentare sau de os;

- in aeronautica: productia de structuri metalice sau plastice cu o forma complexa sau

de o compozitie superioara fata de cele obtinute in sectorul industrial;

- in tehnologii de performanţă

a b

Fig.2 Obiecte obtinute prin imprimare 3D pentru industria stomatologica (a) Orteza de mana

obtinuta prin imprimare 3D (b)

2

Metode de imprimare 3D:

Stereolitografia (polimerizarea cu ajutorul luminii UV)

Extrudarea (modelare prin extrudare termoplastica)

Sinterizarea granulelor (utilizeaza un laser pentru topirea selectiva a granulelor)

Tehnologia de prototipare rapida FDM ( Fused Deposition Modeling)

Aceasta metoda se traduce prin Modelare prin Extrudare Termoplastica (depunere de

material topit) si este cea mai utilizata tehnologie de fabricare aditiva datorita simplitatii si a

accesibilitatii acesteia. Este utilizata in modelare, prototipare dar si in aplicatii de productie. Cu

ajutorul unei aplicatii software dedicate, modelul 3D dorit este feliat initial in sectiuni

transversale numite straturi (layere). Tehnologia de printare consta in trecerea unui filament din

material plastic printr-un extrudor ce il incalzeste pana la punctul de topire, aplicandu-l apoi

uniform (prin extrudare) strat peste strat, cu exactitate pentru a printa fizic modelul 3D conform

fisierului CAD. Capul (extrudorul) se deplaseaza atat pe orizontala cat si pe verticala sub

coordonarea unui mecanism de comanda numerica, controlat direct de soft-ul imprimantei.

In deplasare, capul depune un sir subţire de plastic topit care la racire se intareste imediat,

lipindu-se de stratul precedent pentru a forma modelul 3D dorit. Pentru geometrii complexe sau

modele cu inclinare mare, tehnologia FDM necesita printarea cu material suport care va trebui

ulterior indepartat manual.

a

BazaPlatforma

Rola pentru suport

Rola pentru constructie

Filament de material pentru suportFilament de material pentru constructie

Cap de extrudareRoti motoare

DuzeLichefiere

ObiectSuport

BazaPlatforma

Rola pentru suport

Rola pentru constructie

Filament de material pentru suportFilament de material pentru constructie

Cap de extrudareRoti motoare

DuzeLichefiere

ObiectSuport

b

Imagine cu imprimanta 3D (a) Reprezentarea schematica a imprimantei 3D (b)

Materiale pentru imprimare 3D:

Pentru aceasta lucrare se vor folosi role de acid polilactic de diferite culori pentru obtinerea

obiectului printabil personalizat. Pentru partea de suport a obiectului de va folosi rola de culoare

neagra iar pentru partea de nume se va folosi rola de culoare galbena.

3

Mod de lucru:- se va pregati un model 3D ce contine numele fiecarei persoane in programul de modelare

1234D Design.

- modelul 3D cu numele se va introduce in programul FlashPrint alaturi de partea de suport

pentru constructia finala a obiectului.

- se va exporta obiectul personalizat intr-un fisier compatibil cu imprimanta.

- se seteaza parametrii de lucru ai imprimantei (temperatura extruderelor, temperatura platformei

unde are loc obtinerea obiectului)

- se vor introduce rolele de acid polilactic in cele doua capete de extrudare.

-se va printa obiectul personalizat.

4