高性能ポリマー3Dプリント - オープンソースの液冷式スケーラブルプリンター設計

High-performance polymer 3D printing - Open-source liquid cooled scalable printer design.

抄録

高性能ポリマーをプリントするためには、高温に達することができる安定稼働のプリンターが必要です。プロセスパラメータの操作や、プロセスだけでなくプリンターを監視するセンサーの拡張を可能にする低コストソリューションは、現在のところ不足しています。この論文では、新しい高温ポリマーの研究だけでなく、現在利用可能なすべてのポリマーからの製造を可能にする、低コスト3Dプリンター用のオープンソースのハードウェアアップグレードを紹介します。ハードウェアのコストは、プリンターを含めて1700ドル未満である。制御には、KlipperとFluiddによるオープンソースのファームウェアが使用されています。プリンターは、ノズル500℃、加熱ベッド200℃、加熱チャンバー135℃に達することができ、内部のすべての電子機器は推奨温度範囲内で動作しています。提示された設計では、優れた表面品質と層間剥離の兆候のないCF-PEEK 3DBenchyとスパイラル花瓶を製造しました。PA-CFを用いたISO527に準拠した試験片は、XY方向で製造された試験片についてメーカーが提供したデータシートと同様の性能を示し、ZX方向ではデータシートを15%上回った。オリジナルのPrusa i3 MK3Sで作成した試料と比較すると、改良型プリンターはYX方向で22%、ZX方向で25%高い強度を持つ試料を作成しました。ハードウェアとファームウェアの両方を継続的に監視し、慎重に校正することで、今回発表した設計は材料科学の研究ツールとして機能し、高性能ポリマーの大規模なコンポーネントを製造することができるようになりました。

To print high-performance polymers, a stable running printer that can reach high temperatures is needed. There is currently a lack of low-cost solutions that allow manipulation of process parameters and expansion of sensors to monitor the printer as well as the process. This paper presents an open-source hardware upgrade for low-cost 3D printers to enable research on new high-temperature polymers as well as manufacturing from all currently available polymers. The hardware cost less than $1700, including the printer. Open-source firmware by Klipper and Fluidd is used for control. The printer is able to reach 500 °C nozzle, 200 °C heated bed, and 135 °C heated chamber with all electronics inside operating within the recommended temperature range. The presented design produced a CF-PEEK 3DBenchy and a spiral vase with excellent surface quality and no signs of delamination. Test specimens according to ISO527 using PA-CF performed similarly to the datasheet provided by the manufacturer for samples produced in the XY-orientation and outperformed the datasheet by 15 % in the ZX direction. Compared to specimens made on an Original Prusa i3 MK3S, the modified printer produced specimens with 22% higher strength in the YX-direction and 25% in ZX. By continuously monitoring and carefully calibrating both hardware and firmware, the presented design can perform as a research tool in material science and produce large-scale components of high-performance polymers.