Mlaznice za 3D printanje

by ruj 1, 2021Tehnologija 3D printanja

Prilikom pripreme kompletnog procesa za 3D print potrebno je provjeriti i definirati mnogo postavki te ispravno pripremiti 3D printer i uvjete rada. Mogli bi nabrojati mnoštvo postavki koje nam nude razni programi za pripremu 3D printanja (tzv. slicer programi), no uz softverski dio ne smijemo zanemariti hardver koji koristimo. U ovom blogu otkrit ćemo ti koje sve vrste mlaznica postoje te kada je bolje koristiti mlaznice manjeg, a kada većeg promjera.

Sastavni dio 3D printera koji često smetnemo sa uma je mlaznica, sapnica ili dizna. Budući se radi o posljednjem dijelu 3D printera, koji ima dodir sa filamentom, on ima značajan utjecaj na kvalitetu 3D printanog komada. Mlaznicu možeš ispravno odabrati uz pravilno razumijevanje uporabnih prednosti i nedostataka. Odabirom prave mlaznice može se uvelike poboljšati cjelokupno iskustvo 3D printanja.

O mlaznicama

Mlaznica je mehanički dio kroz koji omekšani filament za 3D printanje izlazi van te je, kao što smo i spomenuli, zadnji dio 3D printera kroz koji filament prolazi. Toplinska energija dolazi do mlaznice putem grijača koji zagrijava blok te se tako omekšava filament unutar same mlaznice. Tri su karakteristike usko vezane za mlaznice: veličina, materijal od kojega su izrađene te njihov unutarnji promjer.

Što je mlaznica veća, veća je masa i površina na raspolaganju za prijenos topline na filament. Dakle, što je mlaznica veća moguće je brže i učinkovitije istiskivati materijal. Toplinska vodljivost  također se odnosi na materijal od kojeg je mlaznica izrađena, jer različiti materijali drugačije provode energiju na temelju svojih svojstava. Unutarnji promjer mlaznice utječe na količinu plastike istisnute u sekundi, odnosno protokom koji utječe na najveću moguću brzinu izlaza materijala.

Verzije koje možemo pronaći su uglavnom za promjere filamenta od 1.75 mm i 2.85 mm. Izlazni promjer vrha najčešće je označen točkama na plosnatim bočnim dijelovima mlaznica te može varirati od proizvođača do proizvođača. 

Neki od proizvođača, koji su trenutno najpoznatiji na tržištu, su E3D, Micro Swiss, Slice Engineering. U našoj ponudi imamo E3D i Micro Swiss mlaznice te dodatke za 3D printer, koje i sami koristimo te za koje smo službeni zastupnici.

Mlaznice za 3D printanje

Za 3D ispis predmeta kod kojih detalji nisu toliko bitni,  koriste se mlaznice većeg promjera. (Izvor slike: Unsplash)

Veličine mlaznice

 

Standardna

Trenutno na tržištu nema toliko različitih veličina mlaznica. Duljina ovisi o vrsti i veličini grijačeg bloka (eng. heater block). Standardne dimenzije ovih dijelova su, u skladu sa V6 ‘hotendom’, ukupne duljine mlaznice 12-13 mm, od vrha do kraja navoja. Standardne mlaznice se najčešće koriste za potrebe 3D ispisa.

Volcano

Takozvani Volcano ‘hotendi’ posebno su dizajnirani za veće brzine i temperature rada. Sa Volcano ‘hotendom’ moguće je obraditi najmanje 3 puta više plastike od ranije spomenutog standardnog V6 ‘hotenda’. Volcano mlaznice su uobičajeno dugačke 21 mm, od vrha do kraja navoja, kako bi se dobila što bolja vodljivost. 

SuperVolcano

Treća opcija veličine, koja se rijetko viđa kod standardnih 3D printera, je SuperVolcano. Kao što i sami naziv implicira radi se o dodatno unaprijeđenoj Volcano mlaznici. Duljina SuperVolcano mlaznice je oko 50 mm. Za upotrebu mlaznice tolike dimenzije potrebni su grijači od 80W i takav sustav može doseći temperature i do 500°C. 

 

filament sun pla

Shema E3D V6 Hotenda (Izvor slike: prusaprinters.org)

Materijali

Sve mlaznice koje se danas proizvode izrađene su od neke vrste metala. Za izradu se koriste različiti metali od kojih svaki ima jedinstvena svojstva koja na različite načine utječu na proces 3D printanja. U nastavku neki od najpopularnijih materijala za izradu mlaznica.

1. Mesing

Mesing je daleko najčešći metal koji se koristi za izradu mlaznice 3D printera. Legura bakra i cinka nudi odličan prijenos topline uz relativno niske troškove. Uz niske cijene izrade i mogućnost jeftine nabave, mesing nije najotporniji materijal. Vrlo je osjetljiv na trošenje, pogotovo uz zahtjevnije kompozitne filamente.

Posebni, zahtjevniji filamenti sa dodacima npr. ugljičnih vlakana (carbon fiber), drva ili metala, sadrže abrazivne čestice koje mogu uništavati unutarnje površine mlaznice. Oštećen unutarnji promjer ugroziti će kvalitetu 3D printa. Ta oštećenja gotovo je nemoguće uočiti već će utjecati na kvalitetu i spoj među linijama i slojevima samog komada. Iz navedenih razloga uporaba mesingane mlaznice preporučuje se za rad sa jednostavnijim, ne abrazivnim materijalima, kao što su PLA, PETG, ABS, TPE i sl. te do temperature od 300°C.

2. Nehrđajući čelik

Nehrđajući čelik još je jedan od popularnih materijala koji se koristi za izradu mlaznica. Naspram mesinga pruža nešto bolju otpornost na trošenje te u određenoj mjeri sprječava da se rastopljena plastika lijepi na površinu mlaznice, pa je samim time urednija i jednostavnija za održavanje.

Ova vrsta materijala ne ostavlja tragove olova na 3D printanom komadu što ga čini pogodnim pri izradi dijelova u medicinske i prehrambene svrhe.

Dodatna oprema

Mlaznica izrađena od nehrđajućeg čelika. (Izvor slike: All3DP)

 

Mlaznice od nehrđajućeg čelika dopuštaju uporabu širokog spektra vlakana, ali se i dalje ne preporučuju za tešku uporabu abrazivnih materijala. Najbolje ih je koristiti sa ne abrazivnim materijalima ili povremenom uporabom sa manje abrazivnim materijalima. Može izdržati temperature rada do 500°C. 

3. Ojačani čelik (hardened steel)

Mlaznice izrađene od ojačanog čelika velika su nadogradnja za tvoj 3D printer. Naime, dovoljno su čvrste za čestu uporabu abrazivnih materijala i nude dugačak period korištenja bez potrebe za izmjenom.

Ovaj materijal ima nižu toplinsku vodljivost od prethodna dva materijala stoga mu je potrebno više vremena za postizanje željene temperature.

Dodatna oprema

Mlaznice izrađene od ojačanog čelika – “hardened steel”.  (Izvor slike: All3DP)

Budući da se radi o tvrdom metalu, obrada površina je problematičnija nego kod mekših materijala. Postoji mogućnost da je unutarnja površina nešto grublja te moguće vodi do manje kvalitete 3D printanog komada. Mlaznice od ojačanog čelika pogodne su za rad do 500°C te je moguća česta uporaba abrazivnih materijala. 

4. ‘Nozzle X’

Mlaznica ‘Nozzle X’ izrađena je od posebne legure čelika te je na nju dodatno nanesena prevlaka od nikla što joj omogućava izuzetnu čvrstoću na povišenim temperaturama kao i veliku otpornost na habanje.

Mlaznica je osim toga premazana W2S poli fiber nano premazom koji sprječava lijepljenje materijala na mlaznicu.

Pogodna je za rad do 500°C, te može izdržati čestu uporabu abrazivnih kompozitnih materijala. 

Dodatna oprema

Promjer provrta

Promjer mlaznica uobičajeno se kreću od 0.1 mm pa do 2 mm. Taj raspon korisniku nudi veliki stupanj fleksibilnosti pri odabiru mlaznice. Naposljetku, sve se svodi na ravnotežu između količine istisnutog filamenta i koliko brzo će ta količina izaći van.

Standard na 3D printerima postala je mlaznica sa izlazom od 0.4 mm, koja se nalazi na gotovo svim popularnim strojevima. Navedeni promjer pruža izvrsnu ravnotežu između brzine i preciznosti izrade 3D printanog komada.

Potrebno je napomenuti da preporučeni raspon visine sloja ovisi o promjeru mlaznice. U pravilu, maksimalne vrijednosti visine sloja ne smiju prelaziti 80% promjera mlaznice. Primjera radi, mlaznici od 0.4 mm preporučena maksimalna visina sloja bila bi 0.32 mm.

Podrazumijeva se da veće mlaznice mogu istisnuti više materijala kroz deblje slojeve po visini i širini. Sa druge strane manje mlaznice mogu dati iznimnu detaljnost te jedva vidljive slojeve. Kod mlaznica sa manjim promjerom manja je brzina ispisa i povećana je mogućnost zastoja materijala, odnosno začepljenja. Na našem 3DPrintaj webshopu možeš pronaći E3D hotende i mlaznice u rasponu od 0.15 mm pa sve do 1.2 mm, ovisno o vrsti i namjeni.

filament sun pla

Razlike 3D printanih komada korištenjem mlaznica različitih promjera (Izvor slike: Youtube)

Kada koristiti mlaznice manjeg promjera?

  • za ispis vrlo detaljnih modela – materijal se istiskuje sa nižom visinom sloja i tanjim linijama
  • ukoliko nisi vremenski ograničen – manji promjer mlaznice zbog kojega je protok materijala manji, a to znači da će brzina ispisa biti znatno niža
  • za umjetničke objekte – 3D print kvadrata, pravokutnika i sl. rezultirat će samo duljim vremenom ispisa bez značajnih razlika u krajnjem rezultatu
  • za lakše uklanjanje ‘support’ materijala – izgradnja ‘support’ strukture uvijek se pokušava izbjeći ili smanjiti promjenama orijentacije modela u programu za pripremu ukoliko se nije moglo izbjeći prilikom modeliranja. 3D printanjem užom mlaznicom linije ‘supporta’ biti će uže, samim time krhkije i lakše za ukloniti
  • za 3D printanje neabrazivnim materijalima – poželjno izbjegavati filamente sa dodacima metala, drveta i sl. jer čestice tih dodataka u filamentu lako mogu začepiti malu mlaznicu
  • primjene – male mlaznice odlično će poslužiti 3D printanju nakita, minijatura i drugih sitnih detalja

 

Kada koristiti mlaznice većeg promjera?

  • za brže 3D printanje – veći promjer mlaznice rezultira većim protokom materijala, samim time duljina ispisa se smanjuje
  • za povećanje visine sloja – veći promjer mlaznice također znači mogućnost izrade većeg sloja, npr. mlaznica debljine 0.8 mm ima maksimalnu predloženu visinu sloja od 0.64 mm
  • za bolja mehanička svojstva – 3D modeli koji su izrađeni većom mlaznicom imaju povećanu žilavost. Imaju veću sposobnost apsorpcije udara nego predmeti 3D printanim manjim promjerom mlaznice. Prema Prusa Research testu, 3D model isprintan mlaznicom 0.6 mm apsorbirao je 25% više energije od onoga isprintanim 0.4 mm mlaznicom.
  • za 3D printanje sa abrazivnim materijalima – mlaznice većeg promjera mogu se učinkovito koristiti za 3D printanje abrazivnih vlakana. Općenito se rjeđe i teže zaštopaju nego mlaznice manjeg promjera, a ukoliko i dođe do štopanja lakše se očiste.
  • za 3D print niže razlučivosti – budući su veće, mlaznice imaju mogućnost izrade debelih linija te one nisu idealan izbor za modele sa sitnim i finim detaljima
  • primjene – velike mlaznice mogu se koristiti za ispis velikih objekata gdje visoka razina detalja ne igra ulogu, ne moraju biti estetski privlačni, već kod 3D modela koji moraju imati bolja mehanička svojstva

Zamjena mlaznice

Kao što smo do sada mogli vidjeti imamo široku ponudu materijala od kojih su mlaznice izrađene ali isto tako i široku paletu filamenata. Bilo da se radi o abrazivnim materijalima ili ti je jednostavno potrebna druga širina mlaznice u nastavku možeš saznati kako ispravno odraditi zamjenu. Zamjenu mlaznice potrebno je odraditi oprezno iz razloga što se radi o visokim temperaturama te se opekline vrlo brzo i lagano mogu dogoditi.

Ovisno od uređaja koji posjedujete postupak može varirati no u suštini vrijede ista pravila za sve 3D printere. Od alata potreban je pomični ključ kojim ćeš prihvatiti grijači blok, te drugi ključ kojim ćeš odviti mlaznicu.

Sljedeći korak je zagrijavanje mlaznice na željenu temperaturu. Mlaznicu je poželjno zagrijati iznad radne temperature sa kojom uobičajeno printaš, no 240 – 260 °C će u većini slučajeva biti dovoljno. Kada je mlaznica dostigla postavljenu temperaturu pomičnim ključem potrebno je prihvatiti grijači blok, te drugim ključem otpustiti mlaznicu. Uklonio si staru mlaznicu te je nova spremna za montažu. Novu mlaznicu potrebno je pritegnuti tako da unutar bloka bude apsolutno spojena sa ‘heatbreakom’. Ukoliko ostane praznog prostora između mlaznice i ‘heatbreakea’ vrlo lako će doći do štopanja mlaznice ili izlaska viška materijala po grijačem bloku. U najgorem slučaju to može rezultirati oštećenjem ostalih komponenti tvog 3D printera te skupim popravcima.

Kada si siguran da je mlaznica ispravno montirana možeš nastaviti sa 3D printanjem.

Dodatna oprema

Prikaz zamjene mlaznice na 3D printeru (Izvor slike: MatterHackers)

Zaključak

Vrlo je važno ozbiljno razmisliti koju mlaznicu trebaš montirati na svoj 3D printer ovisno o namjeni i rezultatu 3D ispisa koji želiš postići. Razumijevanje prednosti i nedostataka različitog dizajna i pravilnog korištenja materijala (filamenta) može uvelike poboljšati performanse tvog 3D printera, a naposljetku i kvalitetu 3D printanog komada.

Mogli bi zaključiti da ćemo najbolju mlaznicu odabrati prema digitalnom 3D modelu koji izrađujemo, materijalu kojim 3D printamo taj model te koliko smo spremni na kompromise u omjeru kvalitete i brzine izrade gotovog proizvoda. 

#3DPrintaj #3dprinthrvatska #3dprintingcroatia

 

IZVORI:

powered by

Mikrotvornica je tehnološka tvrtka specijalizirana za aditivne tehnologije.

OIB: 11632409972
MBS: 081129419
Trgovački sud u Zagrebu

Žiro račun (PBZ d.d.) IBAN:
HR9323400091110899688

Ponosni član Zagrebačkog inovacijskog centra

Kontakt

Ponedjeljak – Petak
09:00 – 17:00

Avenija Dubrovnik 15/12 HR-10000 Zagreb, Hrvatska

+385 95 514 2570
info@3dprintaj.com

Prati nas

Načini plaćanja

Jednokratno: MasterCard®, Maestro®, Visa, Diners, bankovni transfer, virman, pouzećem.

Obročno (od 2 do 12 obroka za narudžbe veće od 1000 kn) : 1. Diners 2. Mastercard, Maestro, Visa Mbnet grupacije 3. Maestro, Visa tekućeg računa PBZ d.d. 4. Kreditne i poslovne kartice izdavatelja PBZ card d.o.o.