Tässä kaksiosaisessa artikkelissa käydään läpi tukimateriaalivaihtoehtoja ja niiden käyttöä

Olen kirjoittanut useampi vuosi taaksepäin pienen vertailuartikkelin poisrevittävän ja veteen liukenevan tukimateriaalin välillä ja nyt materiaalien ja viipalointiohjelmistojen kehityttyä palaan hiukan laajemmin asiaan.

Tukimateriaalien käyttö on perinteisessä lankapursotustekniikassa hyvin yleistä, koska kappaleita ei yksinkertaisesti voida rakentaa ilman päälle. Lankapursotukseen liittyy kuitenkin muutamia poikkeuksia milloin tämä onnistuu...

Yksi esimerkki tulee esiin nousukulmissa. Nousukulmalla tarkoitetaan kappaleen kasvamista ulospäin tietyssä kulmassa. Yleisesti suositellaan 45-asteen kulmaa, jota pienemmillä kulmilla tukimateriaalia ei tarvita, mutta todellisuudessa tämä vaihtelee hiukan materiaalien ja tulostusparametrien mukaan. Hyvin sulana virtaavat materiaalit tulostuvat loivemmilla kulmilla mitä hiilikuitua sisältävät seosmateriaalit. Loivemmalla kulmalla tarkoitetaan tässä tapauksessa kulmaa pystysuoran seinän ja nousevan reunan välillä. Esimerkkikuvat alla:

Kuva 1. Nousukulmat.

Kuva 2. Nousukulman vaikutus tukimateriaaliin.

Toinen esimerkki on ilmasilta. Tällä tarkoitetaan etäisyyttä kahden seinämän välillä minkä yli tulostusmateriaalia pursoitetaan ilman tuentaa. Ilmasiltojen pituudet ovat myös riippuvaisia käytetyistä materiaaleista ja tulostusparametreistä. Aiemmassa esimerkissä mainitut hyvin virtaavat materiaalit tulostuvat vain lyhyitä matkoja ja hiilikuituseosmateriaalit hiukan pidempiä. Tulostuskappaleen jäähdytyksellä on myös suuri rooli ilmasilloissa.

Lähtökohtaisesti on omasta mielestäni paras, jos kappaleet suunnitellaan valmistustavat tiedostaen ja vältetään tukimateriaalien käyttöä. Voit siis esimerkiksi suunnitella ulokkeen alapuolelle nousukulman. Tai jakaa kappaleen useampaan tulostettavaan osaan tavoitteena välttää ilman päällä olevia alueita. Aina tämä ei tietenkään ole mahdollista ja tällöin on hyvä miettiä miten tuenta voidaan toteuttaa. Voit halutessasi luoda 3D-malliin tilapäisiä tukia, jotka tulostuksen jälkeen poistetaan tai antaa viipalointiohjelmiston päättää tuennasta.

Viipalointiohjelmistojen kanssa tukimateriaaleilla on käytännössä kolme eri päätyyppiä:
1. Rakenneaineesta tulostuvat.
2. Nesteeseen liukenevat tukimateriaalit.
3. Poisrevittävät tukimateriaalit.

1: Jos käytössäsi on yhdellä suuttimella toimiva 3D-tulostin on käytännössä mahdollista käyttää ainoastaan samaa rakenneainetta mitä käytetään itse tulosteen valmistamiseen. Tämä ei aina ole huono asia ja tätä tekniikkaa voidaan käyttää myös usean suuttimen 3D-tulostimissa. Etuna tässä vaihtoehdossa on nopeus ja edullisuus. Nopeus on toki suhteellista, koska kappaleen tulostusajassa tuleva säästö yleensä menetetään kappaleen jälkikäsittelyssä. Tosin nykyään viipalointiohjelmistot osaavat luoda tukimateriaalien ja tulostettavan kappaleen rajapinnat paremmin ja tukimateriaalit irtoavat helpommin. Ongelma tässä tekniikassa ovat onkalot ja kappaleiden sisärakenteisiin tulevat tuennat. Joskus kappaleet sisältävät onkaloita mistä tukimateriaalin poistaminen mekaanisesti on mahdotonta.

2: Nesteeseen liukenevat tukimateriaalit tarkoittavat tukimateriaaleja, jotka voidaan poistaa kemikaalisesti. Varhaiset tukimateriaalit tuli liuottaa pois limoneeniliuoksessa ja ne olivat käytössä ainoastaan teollisen tason 3D-tulostimissa. Myöhemmin työpöytätulostimien saadessa usean tulostussuuttimen mallit markkinoille kehitettiin veteen liukenevat tukimateriaalit. Esimerkiksi meidän myymä Ultimaker otti materiaalivalimoimaansa PVA:n, joka on normaaliin hanaveteen liukeneva. Tämän käyttö on huomattavasti turvallisempaa mitä liuottimien ja happojen kanssa työskentely. Etuna nesteeseen liukenevien tukimateriaalien kanssa on se, että ne pystytään poistamaan kanavista ja onkaloista mihin perinteisillä työmenetelmillä ei pystytä.

3: Poisrevittävillä tukimateriaaleilla tarkoitetaan tukimateriaaleja mitkä eivät luo lujaa sidosta rakenneaineen kanssa. Edut näillä materiaaleille tulevat esiin esimerkiksi isojen koteloiden kanssa missä halutaan luoda isoja tasaisia pintoja ilman päälle. Poisrevittavat tukimateriaalit jättävät pinnat yleensä huomattavasti siistimmiksi mitä rakenneaineesta tehdyt tuet. Suurin heikkous poisrevittävillä tukimateriaaleilla on se, ettei niitä voida kovin luotettavasti tulostaa rakenneaineen päälle. Tämän vuoksi poisrevittävät tukimateriaalit soveltuvatkin ainoastaan kappaleen ja tulostusalustan väliseen tuentaan, eikä esimerkiksi kappaleen sisärakenteiden tuentaan.

Seuraavassa osassa kerron hiukan tarkemmin eri tukimateriaalivaihtoehdoista.

Parhain terveisin, 

Keijo Johansson- Maker3D