voxeljet High Speed Sintering: Polimerowy nadruk 3d dla niestandardowych elementów obuwia

Przez długi czas wszystkie buty z serii modelowej były takie same. Jedynymi wyjątkami były drogie, szyte na miarę specjalne modele dla elitarnych sportowców. Teraz pojawił się nowy potencjał innowacyjny dla producentów butów: Druk 3D z voxeljet umożliwia produkcję butów na zamówienie, które mogą nawet oferować konsumentom funkcje zwiększające wydajność i komfort. Dodatkowe procesy produkcyjne, takie jak szybkie spiekanie voxeljet, torują drogę do produkcji obuwia jutra poprzez produkcję na zamówienie i rozwój materiałów.

Fakt, że takie buty wykonywane na zamówienie mogą uwzględniać indywidualne kształty stóp, wagę ciała i długość kroku, oferuje również szczególną korzyść dla klientów końcowych. Jednak z punktu widzenia producenta, nie tylko korzyści dla klienta przemawiają na korzyść procesu HSS (High Speed Sintering). Dzięki HSS można dostosować prawie wszystkie parametry produkcji, aby umożliwić bardziej ekonomiczne, szybsze i bardziej przyjazne dla środowiska procesy produkcyjne, a jednocześnie umożliwić dostosowanie procesu do różnych materiałów.

Prawie żaden menedżer produktu z branży produkcyjnej nie jest obecnie w stanie uniknąć tematu "Struktury kratowe". Są to abstrakcyjne, wygenerowane przez CAD konstrukcje kratowe, które przyjmują naturę jako model. Konstrukcje te zapewniają produktom maksymalną stabilność i trwałość oraz tworzą ogromną oszczędność materiału i wagi. Nic więc dziwnego, że nawet wiodący na rynku producenci obuwia sportowego są bardzo zainteresowani procesami produkcji dodatków. Dzięki trójwymiarowym strukturom kratowym można zredukować koszty produkcji, a dzięki oszczędnościom materiałowym proces produkcyjny chroni również środowisko. Niespiekane tworzywo sztuczne może, w zależności od procesu i materiału, zostać poddane recyklingowi i wprowadzone z powrotem do procesu produkcji.
Postęp technologii druku 3D w przemyśle obuwniczym

Różni producenci obuwia pracują już z technikami druku 3D przy produkcji wkładek środkowych lub innych elementów obuwia, takich jak wkładki. Technologie dodatków uszlachetniających w postaci płynnej żywicy są popularnymi metodami, w których spiekane powierzchnie są selektywnie narażone na działanie światła, a tym samym utwardzane. Chociaż metody te oferują możliwość zadrukowania wodoodpornych elementów obuwia o drobnych szczegółach i dobrych właściwościach powierzchniowych, przetworzone materiały, a tym samym same zadrukowane części, są stosunkowo ciężkie.

Inną techniką produkcji dodatków jest Fused Filament Fabrication (FFF). W metodzie tej warstwa roztopionego włókna z tworzywa sztucznego jest nakładana jako nić i klejona. Zaletą szybkiego spiekania jest większa prędkość produkcji, różnorodność materiałów, stały czas nakładania warstw, a tym samym łatwiejsze zarządzanie termiczne i swoboda geometryczna. W przeciwieństwie do FFF, HSS nie wymaga struktur nośnych do stabilizacji zadrukowanych elementów. Niezadrukowany proszek podtrzymuje elementy w skrzynce roboczej. Pozwala to na pełne wykorzystanie skrzynki roboczej HSS.

Większość procesów dodatków działa w oparciu o geometrię; powstają w nich struktury typu plaster miodu lub inne bionowe struktury kratowe dla różnych stref naprężeń w bucie. W rezultacie, na przykład, grubość ścianek konstrukcji musi być większa, aby uzyskać większą stabilność. Z drugiej strony, proces HSS pracuje ze zmiennym wkładem farby, co pozwala na uzyskanie różnych właściwości materiału, takich jak wytrzymałość lub sztywność w strukturze kratowej, ale również w materiale stałym. Różne ilości farby pochłaniającej promieniowanie podczerwone (IR) mogą być nadrukowane na naprężonych obszarach podeszwy buta. Składnik ten uzyskuje większą wytrzymałość w tym momencie podczas procesu spiekania. Kolejną alternatywą, podobnie jak w przypadku wszystkich procesów produkcji dodatków uszlachetniających, w przypadku HSS, może być praca ze strukturami kratowymi w celu uzyskania różnych stopni wytrzymałości na wierzchu. Dzięki nadrukowi HSS w skali szarości firmy voxeljet producenci obuwia mogą zoptymalizować poszczególne sektory komponentu obuwia z nadrukiem 3D pod kątem określonych obciążeń w zakresie komfortu noszenia, stabilności i elastyczności.
Proces HSS i druk w skali szarości: jak to działa?

Skala szarości HSS z voxeljet to trójwymiarowy proces druku do tworzenia trójwymiarowych części o zmiennych właściwościach docelowych. Na właściwości materiałowe wytwarzanego korpusu można wpływać indywidualnie we wszystkich trzech wymiarach. Takimi właściwościami mogą być wytrzymałość mechaniczna lub sprężystość i gęstość materiału, a tym samym waga i środek ciężkości drukowanego obiektu 3D. Duża zaleta: te zmienne właściwości materiału nie są widoczne w późniejszym elemencie.

W procesie HSS na ogrzewaną platformę budynku nakładana jest cienka warstwa proszku z tworzywa sztucznego, takiego jak TPU, EVA lub TPE. Następnie atramentowa głowica drukująca przesuwa się po platformie i selektywnie nakłada atrament pochłaniający światło podczerwone na obszary budynku. Po zakończeniu na platformę konstrukcyjną promieniuje światło podczerwone. Zadrukowane obszary plastikowego proszku pochłaniają ciepło, które powoduje ich spiekanie się z leżącymi poniżej warstwami. Po zakończeniu procesu spiekania platforma konstrukcyjna jest obniżana o jedną warstwę, a następnie nakładana i drukowana jest kolejna warstwa proszku z tworzywa sztucznego. Proces ten powtarza się do momentu zakończenia budowy np. Podeszwy środkowej. Następnie cała przestrzeń konstrukcyjna wraz ze spieczonymi częściami zostaje schłodzona wewnątrz lub na zewnątrz systemu drukującego. Wreszcie podeszwę buta można usunąć z otaczającego proszku i poddać dalszej obróbce. Dzięki selektywnemu wprowadzaniu temperatury niezadrukowany proszek pozostaje sypki i może być ponownie wykorzystany do dalszych procesów drukowania, w zależności od użytego materiału.

Wartość szarości, skala szarości lub poziom szarości wskazuje ilość atramentu nadrukowanego na proszek. W zależności od użytego materiału na materiale proszkowym można nadrukować do sześciu różnych poziomów szarości. Atramentowe głowice drukujące są sterowane za pomocą map bitowych. Ponieważ głowica drukująca kontroluje ilość pochłaniającego podczerwień atramentu w procesie HSS, można zmieniać wielkość kropli absorbera, a tym samym wartość szarości na objętość.

Im ciemniejszy odcień szarości, tym więcej energii cieplnej może zostać pochłonięte przez drukowany materiał z lampy IR. To nie tylko nadaje podeszwie jej trójwymiarowy kształt, ale także umożliwia jednoczesne dodawanie i integrację trójwymiarowych właściwości mechanicznych.

Co więcej, skalę szarości można łączyć z ditheringiem (symulacją faktycznie nieistniejących etapów pośrednich poprzez określone układy / rasteryzacje pikseli). Pozwala to na jeszcze dokładniejszą regulację współczynnika pochłaniania, wkładu energii, a tym samym efektywnej temperatury materiału proszkowego, co dodatkowo wpływa na właściwości materiału.
Specyfikacje techniczne druku w skali szarości

Różne stopnie twardości, które można drukować za pomocą wkładu atramentowego
Możliwe do 6 poziomów szarości
Skale szarości zmienne dotyczące pochłaniania energii w zależności od materiału
Lepsza ostrość krawędzi w porównaniu z ditheringiem
Wysoki poziom szczegółowości
Większa wytrzymałość części niż dithering podeszwy
Możliwe dalsze kombinacje z ditheringiem dla jeszcze większej różnorodności
Gładsze powierzchnie

Open Source umożliwia bezpłatne dostosowanie do wymagań materiałowych

W przypadku HSS, voxeljet polega na oprogramowaniu typu open source ProPrint do kontrolowania swoich systemów drukowania 3D. Najważniejsza cecha rozwiązania open source: Klienci mogą dowolnie dostosowywać wszystkie parametry druku do własnych wymagań materiałowych. ProPrint i zintegrowane narzędzie do analizy danych Voxeljet Vamos, na przykład, umożliwiają swobodną kontrolę wprowadzania temperatury, z jaką ma się stopić drukowany proszek. Grubość warstwy, transfer farby i ogólne sekwencje procesu można również dowolnie regulować.

Młoda technologia Voxeljet, eksperta od druku 3D, ma ogromny potencjał dla przemysłu obuwniczego, aby na nowo odkryć but. Różnorodność materiałów, oszczędność zasobów, lekka konstrukcja, dostosowywanie i zwiększanie wydajności dla klientów końcowych to tylko niektóre z potencjalnych korzyści.
www.voxeljet.com