Jak rozwijać formy wtryskowe? Case study drukarek 3D Formlabs na Politechnice Częstochowskiej

Od kilku lat Politechnika Częstochowska prowadzi badania nad wkładkami formującymi do form wtryskowych drukowanymi przestrzennie. Dzięki CadXpert w ofercie dydaktycznej i badawczej uczelni pojawiła się precyzyjna drukarka 3D Form 3 od Formlabs. Nasza współpraca z uczelniami wyższymi otwiera drogę do odkrywania nowych zastosowań druku 3D i pomaga kształcić przyszłe kadry technologii addytywnych. Przeczytaj, jak Politechnika Częstochowska wykorzystuje Formlabs Form 3.

O Uczelni

Politechnika Częstochowska wdrożyła druk 3D z żywic na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki. W Katedrze Technologii i Automatyzacji w ramach przedmiotów takich jak “Technologie przyrostowe” i “Rapid prototyping and tooling” studenci uczą się projektowania, modelowania oraz optymalizacji procesów produkcyjnych. Drukarki 3D pojawiają się także na zajęciach z uczniami partnerskich szkół średnich, dla których, często po doświadczeniach z FDM w edukacji, korzyścią jest poznawanie różnorodnych technologii addytywnych.

Uczelnia aktywnie współpracuje też z przemysłem, co umożliwia realizację projektów badawczych i inżynierskich z zastosowaniem druku 3D w rzeczywistych warunkach. 

Wyzwania

Katedra Technologii i Automatyzacji od 2020 r. korzysta z żywicznego druku 3D, zajmując się wyzwaniami takimi jak optymalizacja kształtów elementów czy tworzenie prototypowych wkładek formujących do form wtryskowych.

Wśród celów badań jest opracowanie naukowe praktycznych właściwości żywic stosowanych w Form 3 oraz projektowanie prototypowych wkładek do form wtryskowych.

“Od kilku lat na uczelni prowadzimy prace nad prototypowymi formami wtryskowymi, w których gniazda formujące są wykonane metodami przyrostowymi. Formy wtryskowe, zwłaszcza na niewielkie elementy, wymagają dużej dokładności.” mówi dr Tomasz Jaruga z WIMiI Politechniki Częstochowskiej.

Innym wyzwaniem, przed jakim stoi uczelnia, jest zwiększenie atrakcyjności oferty dydaktycznej, tak żeby przyciągnąć studentów i zaoferować im dostęp do najnowocześniejszych technologii bezpośrednio na zajęciach. W ramach międzynarodowych programów wymiany (np. Erasmus+) studenci szukają dobrze wyposażonych pracowni i zwracają uwagę na jakość aparatury laboratoryjnej.

Rozwiązanie

Drukarka Formlabs Form 3 okazała się dobrze dostosowaną odpowiedzią na potrzeby Politechniki Częstochowskiej, a także szerzej – pracowni druku 3D w edukacji wyższej.

1. Urządzenie pracuje w warunkach biurowych i nie zajmuje dużo przestrzeni. Nie wymaga dodatkowych wyciągów i filtrów powietrza. Dzięki temu łatwo umiejscowić ją w warunkach uczelnianych pracowni.
2. Technologia SLA dostarcza wysokiej dokładności wymiarowej wydruków potrzebnej przy tworzeniu precyzyjnych wkładek formujących do form wtryskowych.
3. Form 3 to korzystna krzywa uczenia się. Studenci są szybko w stanie nauczyć się obsługi urządzenia.
4. Drukarka Form 3 umożliwia szybkie prototypowanie i łatwe projektowanie dzięki oprogramowaniu PreForm. Intuicyjność przyspiesza pracę ze studentami i poszerza ich możliwości.

W badawczych zastosowaniach Formlabs Form 3 ponownie rolę gra wysoka dokładność, ale także niezawodność sprzętu. Kilka lat ciągłej pracy na Politechnice Częstochowskiej nie wiązało się z naprawami sprzętu, a resin tanki (kuwety na żywicę) są wysoce trwałe.

Ważna okazuje się także odporność wydruków wkładek, które można kolejno wykonać z różnych żywic i prowadzić symulacje oraz porównania w praktyce formowania wtryskowego. 

Rezultaty

Na Politechnice Częstochowskiej do badań nad formami wtryskowymi dotąd wykorzystano żywice standardową Grey oraz inżynieryjne High Temperature i Rigid 10K. Studenci testowali przykładowo zginanie trójpunktowe belki z różnych żywic przy wzroście temperatury.

Przeprowadzono także testy ścinania i określano wytrzymałość na ściskanie poszczególnych żywic. Wśród wyników pojawiły się wnioski o stopniu kruchości żywic, o stopniu odkształcenia czy odporności mechanicznej.

Możliwość operacji na wydrukach 3D jest cennym doświadczeniem dla dydaktyki. Studenci wykonują na przykład wypraski z niewielkimi napisami, gdzie ważna jest dokładność technologii SLA albo przygotowują prace dyplomowe w oparciu o badania wydruków.

Obecność nowoczesnej drukarki 3D na wydziale jest skutecznym asumptem do pracy dla studentów i otwiera nowe obszary badań dla kadry. Na wydziałach mechanicznych laboratoria można wyposażyć w drukarki 3D w ramach państwowych programów dofinansowań i doposażeń w aparaturę laboratoryjną.

W CadXpert pomagamy przeprowadzić wdrożenie drukarki na każdym etapie – od planowania i dokumentacji po wstępne szkolenia z obsługi.

Podziękowania

“Drukarkę Form 3, pracującą w technologii Light Force Stereolithography, stosujemy, gdy zależy nam na dokładności odwzorowania szczegółów, czego nie zapewniają powszechniej stosowane drukarki pracujące w technologii FDM. Cenimy też intuicyjność obsługi programu do przygotowania wydruku – PreForm.” zaznacza dr Tomasz Jaruga.

“Jesteśmy w stałym kontakcie z CadXpert w kwestii zaopatrzenia w żywice i utrzymania drukarki Form 3. CadXpert to całościowa pomoc we wdrożeniu i użytkowaniu. ” dodaje.

Co dalej? Formlabs Form 4

Technologie przyrostowe od Formlabs wykonały w 2024 r. znaczący krok do przodu wraz z wprowadzeniem nowej drukarki 3D Form 4. Zastosowana w tym modelu technologia Low Force Display pozwoliła przyspieszyć druk nawet 4-krotnie przy zachowaniu precyzji. 

Politechnika Częstochowska testuje nową Form 4 do tworzenia wkładek do form rozdmuchowych. W przeciwieństwie do podstawowych modeli drukarek 3D sprzęt od Formlabs dobrze radzi sobie z żywicami inżynieryjnymi, o właściwościach potrzebnych w formowaniu wtryskowym. Połączenie wytrzymałości wydruków z nową szybkością technologii LFD dodatkowo wskazuje wybór Formlabs do zastosowań badawczych.

W CadXpert wykonaliśmy dla uczelni 2 wkładki z żywicy Rigid 10K, które posłużyły do przygotowania modelu maskotki uczelni z użyciem rozdmuchu.

Większa szybkość druku i nowe wytrzymałe żywice na Form 4 wyznaczają kierunek rozwoju wykorzystania technologii addytywnych w Częstochowie. Prezentujemy kilka zdjęć z pierwszych formowań na naszych wkładkach.