Lämpötilan vaikutus tulostustarkkuuteen FDM-tulostimilla

Abstract

FDM-tulostamisessa (engl. Fused Deposition Modelling) oikealla tulostuslämpötilalla on suuri merkitys lopulliseen tulostettavan kappaleen tulostustarkkuuteen. Tässä tutkimuksessa tutustutaan, miten määritetään tulostettavan materiaalin tulostuslämpötilat: valmistusalustan lämpötila, pursotussuuttimen lämpötila, sekä kammion lämpötila. Tämän jälkeen syvennytään millaisia muodonmuutoksia eri tulostuslämpötilojen epäoptimaalisuus saa tulostettavalla kappaleella aikaan.

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, kuinka FDM-tulostimen eri lämpölähteiden lämpötilat vaikuttavat lopulliseen tulostustarkkuutteen ja miten niillä voidaan hallita epämuodostumia. Käytetyt lähteet rajataan teorian osalta ainoastaan tuoreisiin vertaisarvioituihin tutkimuksiin. Tämän lisäksi tutkimuksessa hyödynnetään kahden eri tulostinvalmistajan omia tutkimuksia heidän nettisivultaan. Lähteiden hakua on tehty pääsääntöisesti englanniksi, mutta tiedon puuttuessa on hakua laajennettu myös saksan, suomen, ruotsin ja venäjän kielille. Tutkimusmenetelmä on narratiivinen kirjallisuuskatsaus, jolla pyritään lähteiden keskinäiseen keskusteluun.

Tulostettava kappale kutistuu lämpölaajenemisen seurauksena. Tutkimuksessa käy ilmi, että kutistuminen on jokaisella tutkitulla materiaalilla erisuuruista eri tulostusakselien suuntiin. Liian matala valmistusalustan lämpötila ei takaa riittävää tartuntaa valmistusalustan ja kappaleen välillä, jolloin kappale kipristyy. Liian korkea valmistusalustan lämpötila voi johtaa liian suureen tarttuvuuteen, jolloin ensimmäinen tulostuskerros ei pääse vapaasti kutistumaan aiheuttaen lämpöjännityksiä kappaleeseen, mikä johtaa estyneeseen kutistumiseen. Kipristyminen ja estynyt kutistuminen ovat yleisiä geometrisia epämuodostumia. Näiden kahden lisäksi tulostettava kappale voi kutistua tyynymäisesti ja trapetsimaisesti. Nämä ovat kuitenkin selvästi harvinaisempia geometrisia epämuodostumia. Liian korkea pursotuslämpötila aiheuttaa ylipursotusta ja liian matala pursotuslämpötila alipursotusta. Ylipursotus kasvattaa kappaleen ulkoreunojen kokoa ja alipursotus pienentää. Kammion lämpötilaa nostamalla voidaan madaltaa lämpövirtaa, mikä vähentää tulostettavassa kappaleessa lämpöjännityksiä ja täten takaa paremman tulostustarkkuuden.

Pääsääntöisesti lähteitä löytyi runsaasti ja ne olivat korkealaatuisia. Kuitenkaan jos ei englannin kielellä löytynyt relevanttia ja luotettavaa lähdettä, ei sitä löytynyt myöskään muilla tutkimuksessa käytetyillä hakukielillä. Tutkimuksessa havaittiin, että monet tutkimukset eivät tarkenna käytetyn filamentin paksuuden, valmistajaa tai väriä, jolloin tutkimuksissa esitettyihin arvoihin tulee suhtautua enemmän suuntaa antavina kuin absoluuttisina totuuksina. Tämän lisäksi tässä tutkimuksessa havaittiin, että ASA-materiaalin (akryylinitriilistyreeniakrylaatti) yleistä kutistumisprosenttia ei ole tutkittu riittävästi ja sille ei löydy yhtään korkealaatuista tutkimusta haetuilla kielillä. Tämän lisäksi erisuuruista kutistumista eri akselien suuntaan ei ole tutkittu tarpeeksi, sillä sille ei löydy selkeää vastausta.