Лучшие профессиональные решения для хранения пластиков для 3D-печати

В этой статье мы расскажем о некоторых сушилках и сухих шкафах — оборудовании, необходимом для правильного хранения филаментов для FDM/FFF 3D-принтеров и получения оптимальных результатов 3D-печати.

Содержание:

1. Вступление

2. Зачем нужны сухие шкафы

3. Специализированные решения:

• BigRep Shield
• Essentium DryBox
• Smart3D
• Apium F300
• X-Treme Series
• Filaments.ca PolyDry

4. Заимствованные решения

• Totech SuperDry HSD
• Mancorp Ultra-Dry

Достаточно испортить несколько распечаток, чтобы понять необходимость в сушилках филамента. Многие FDM 3D-принтеры профессионального и промышленного уровня изначально комплектуются такими устройствами — либо встроенными, либо дополнительными. Если же ваш 3D-принтер не оборудован сухим отсеком, стоит задуматься о приобретении подходящего устройства для защиты филамента от света, пыли и влаги.

Некоторые сухие шкафы/отсеки обрабатывают филамент горячим воздухом, нагреваемым до 60ºC и выше. После просушивания филамент остается в изолированном от внешней среды пространстве с низкой относительной влажностью (как правило, менее одного процента) под постоянным наблюдением датчиков, отслеживающих влажность и при необходимости запускающих дополнительные циклы просушивания.

Другие варианты могут поддерживать филамент в сухом состоянии за счет герметичной камеры с циркуляцией теплого воздуха, но неспособны удалять из филамента значительные объемы накопленной влаги. Такие шкафы или отсеки лучше всего работают в связке со специализированными сушилками.

На рынке немало компактных сушилок под одну-две катушки, как правило на основе обычных фруктосушилок, но если вы работаете в промышленных объемах или часто меняете материалы, потребуется более вместительное оборудование, способное принимать десять-двадцать катушек одновременно. Выбор таких систем относительно невелик, что объясняется наличием интегрированных сухих отсеков на многих промышленных 3D-принтерах. К счастью, сушильные шкафы используются и в других приложениях, но при этом хорошо подходят для нужд аддитивной отрасли. Некоторые из них мы тоже рассмотрим в этой статье.

Зачем нужны сухие шкафы

Эффект влаги на качество 3D-печати одним и тем же материалом (сухой слева, влажный справа). Иллюстрация: Matterhackers

Влажный филамент может не только испортить распечатку, но и потенциально вывести из строя сам 3D-принтер, например забиванием сопла.

Все филаменты в той или иной степени гигроскопичны, поэтому их необходимо держать сухими, но это не единственная проблема. Пыль, свет и сильные перепады температур тоже могут вызвать сложности, хотя разные материалы имеют разную стойкость к воздействию тех или иных факторов окружающей среды.

О правильном хранении филамента стоит задуматься еще до того, как вы вскроете пакет с катушкой. Сухие шкафы помогают не только оберегать филаменты, но и возвращать в оптимальное состояние материалы, впитавшие влагу, что делает подобные устройства неоспоримым подспорьем на предприятиях с высокой занятостью.

Стоимость профессионального сушильного оборудования может измеряться тысячами долларов, но игра стоит свеч, когда на кону большие объемы работ с жесткими сроками. Несмотря на зачастую высокую стоимость сухие шкафы окупаются довольно быстро за счет сэкономленного времени, материалов и нервов.

Если вы обычно держите под рукой лишь несколько катушек филамента, будет экономичнее обзавестись фруктосушилкой, самодельным устройством или даже просто герметичными контейнерами с силикагелем. Если же вы трудитесь в составе целой команды, эксплуатирующей ферму 3D-принтеров и меняющей расходные материалы несколько раз в день, логичнее приобрести специализированный сухой шкаф.

Специализированные решения

BigRep Shield

Промышленный сухой шкаф BigRep Shield. Иллюстрация: BigRep

Производством этих шкафов занимается немецкая компания BigRep, известная крупноформатными FDM 3D-принтерами. BigRep Shield обходится без нагревания: влажность внутри герметичной камеры регулируется с помощью системы рециркуляции, принудительно прогоняющей воздух через гидрофильный сорбент. Устройство поглощает до 99,99% влаги и удерживает относительную влажность воздуха на уровне 0,01% без нагревания филамента, в некоторых случаях способного повредить материал при длительном воздействии. Одна из причин отказа от нагревания в том, 3D-принтеры BigRep зачастую используются в 3D-печати литейных мастер-моделей и других изделий из легкоплавкого полилактида (ПЛА, PLA).

В шкаф вмещаются катушки общей массой до 60 кг. По расчетам BigRep этого достаточно, чтобы обеспечить один FDM 3D-принтер расходными материалами на месяц беспрерывной работы. Шкаф управляется контрольной системой от Siemens, отслеживающей состояние силикагеля для своевременной замены.

Essentium DryBox

Сухие шкафы DB90-SB (слева) и DB270 (справа). Иллюстрация: Essentium

Essentium — техасский бренд 3D-принтеров, объединивший силы с компанией-производителем сушильного оборудования Electronic Controls Design Inc., чтобы создать свой вариант сухого шкафа SmartDry, заточенный под хранение филаментов.

Шкаф DB90 поддерживает относительную влажность ниже одного процента и восстанавливает оптимальные условия хранения менее чем за три минуты после закрытия дверцы. Вариант DB90-SB включает систему Smartbake, поддерживающую температуру в пределах 40-60°C. Система позволяет программировать температуру, влажность и время просушки.

Более крупный вариант носит обозначение DB270. Этот шкаф обладает таким же функционалом, как базовый шкаф DB90, но с увеличенной в два с лишним раза вместительностью: до 72 катушек массой 750 г, либо 24 катушек массой 2,5 кг, либо 18 катушек массой 15 кг. Система Smartbake в этом варианте не предусмотрена.

Опциональные световые индикаторы показывают степень готовности филамента.

Smart3D

Мультиматериальная сушилка Smart3D. Иллюстрация: Smart3D

Сушилки Smart3D производятся одноименной американской компанией, также выпускающей 3D-принтеры. Это оборудование осуществляет просушивание и хранение филамента в оптимальных условиях до начала 3D-печати.

Большинство сушилок работают только с одной или двумя катушками одновременно, потому что разным материалам требуются разные тепловые режимы. Например, просушивание полиэфирэфиркетона (ПЭЭК, PEEK) занимает больше времени и требует более высоких температур, чем полиамиада (ПА, PA). Особенность этой «мультиматериальной» системы в том, что она выполняет перемежающиеся вакуумные и нагревательные циклы, позволяя просушивать филаменты из нескольких материалов одновременно без риска повреждения полимеров.

Сушилка оснащена семидюймовым сенсорным экраном, позволяющем выставлять режим работы в зависимости от типов филаментов и количества катушек, а также отображающем информацию о температуре, влажности и текущих режимах. Как правило, один полный цикл просушивания занимает от двух до трех часов. Система принимает катушки диаметром до 300 мм.

Apium F300

Сушилка Apium F300. Иллюстрация: Apium

Системы F300 предлагаются немецким поставщиком аддитивного оборудования и расходных материалов Apium. Эти сушилки оптимизированы под работу с инженерными термопластами, такими как поликарбонат и полиэфирэфиркетон (ПЭЭК, PEEK). Для наиболее распространенных видов полимеров предусмотрены профили с настройками температурных режимов, но при необходимости значения можно выставить вручную. Рабочая камера изолирована для снижения тепловых потерь и экономии электроэнергии. Рабочие температуры могут достигать 150ºC.

Одна из важных особенностей этой системы состоит в возможности подачи расходных материалов в хотэнды 3D-принтеров прямо из сушилки посредством тефлоновой трубки — до трех филаментов одновременно.

X-Treme Series

Сухие шкафы от X-Treme Series. Иллюстрация: X-Treme Series

Турецкая компания X-Treme Series занимается производством сушильных шкафов с 1987 года и предлагает линейку устройств, обеспечивающих относительную влажность ниже 1% и отлично подходящих для хранения филаментов.

Принцип работы таких шкафов основан на принудительной циркуляции воздуха через фильтры с силикагелем, поглощающим влагу. Емкость силикагеля небезгранична, но конструкторы предусмотрели возможность автоматической просушки насыщенного влагой абсорбента для повторного использования.

Дополнительно шкафы можно оборудовать активными сушилками с нагревательными элементами, поддерживающими температуры до 60ºС или 100ºС, в зависимости от выбранного варианта. Режимы работы регулируются и отслеживаются с помощью бортового сенсорного экрана.

Специально для нужд аддитивной отрасли компания предлагает шкафы с возможностью накачки защитным газом, конкретно азотом, и вытеснения влажного воздуха. Этот вариант предназначен скорее для работы с металлическими расходными материалами — проволокой и мелкодисперсными порошками из активных металлов и сплавов. Такие системы позволяют снижать уровень относительной влажности в камере с 50% до 1% менее чем за семь минут.

Filaments.ca PolyDry

Сухой шкаф PolyDry. Иллюстрация: Filaments.ca

Канадская компания Filaments.ca предлагает PolyDry — полностью автоматизированные системы высокой емкости для длительного хранения филаментов. Такие шкафы, оснащенные системами фильтрации влаги и пыли, позволяют хранить десятки вскрытых филаментов в чистой и сухой среде с относительной влажностью менее 3%.

Модульная конструкция внутренних стеллажей позволяет выбирать удобную конфигурацию в зависимости от количества и размера катушек. С помощью встроенного сенсорного дисплея можно выбрать рабочий режим, а также включить или отключить уведомления о превышении допустимых уровней влажности и неплотно закрытых дверцах. Система автоматически регенерирует насыщенный влагой абсорбент.

Заимствованные решения

Сушильные шкафы находят применение во многих областях и не всегда используются по первоначальному назначению. Например, профессиональные фотографы нередко хранят в сухих шкафах дорогую аппаратуру, в электронной индустрии такое оборудование используется для хранения плат и чипов, но это вовсе не означает, что его нельзя использовать для хранения филаментов.

В таких случаях не стоит ожидать функциональности, свойственной специально разработанным системам, например той же возможности подачи филамента напрямую из шкафа в экструдер 3D-принтера — она вряд ли предусмотрена конструкторами. Тем не менее, можно найти устройства, поддерживающие влажность на уровне ниже 10% и потому хорошо подходящие под длительное хранение пластиков для 3D-печати. При выборе такого оборудования будьте внимательны к заявленным характеристикам: например, некоторые шкафы способны снижать относительную влажность только до 30%. Для хранения фототехники этого может быть достаточно, но для хранения филаментов маловато.

Некоторые примеры:

Totech SuperDry HSD

Totech SuperDry HSD. Иллюстрация: Totech

Эти шкафы изначально созданы для хранения электронных компонентов и доступны в нескольких конфигурациях. Устройства могут быть оснащены опциональными нагревателями с температурой воздуха внутри камеры до 40°С и влажностью менее 1-2%. Уровни влажности и температуры можно настроить с помощью бортового дисплея. На восстановление сухой атмосферы после открывания и закрывания шкафа уходит порядка пятнадцати минут.

Mancorp Ultra-Dry

Mancorp Ultra-Dry 1490H (слева) и 490H (справа). Иллюстрация: Mancorp

Серия Ultra-Dry от американской компании Mancorp — еще один пример шкафов, изначально предназначенных для хранения электроники. Эти устройства оснащены герметичными дверцами и могут поддерживать относительную влажность на уровне ниже 5%. На восстановление «сухой» атмосферы уходит до тридцати минут. Опционально компания предлагает нагревательные блоки с температурой воздуха до 40ºC, однако выставить вручную температуру нельзя, так что этот вариант может оказаться неподходящим для просушивания некоторых пластиков.

Адаптированный перевод статьи The Best Filament Drying & Storage Cabinets for Professionals. Оригинал размещен на сайте All3DP.com.