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Alumina 4N Resin 打印部件的故障排查

Alumina 4N Resin 打印部件的故障排查

Alumina 4N Resin(氧化铝 4N 树脂)是适用于极端环境的高性能、高密度和高纯度工业陶瓷材料,具有耐高温、耐磨损、坚硬、机械强度高和化学活性低等特点。传统的部件制造方法是冲压或陶瓷注射成型,但这两种方法均需使用昂贵的模具。

有时打印部件的效果与预期并不相符。请对比 Alumina 4N Resin 打印部件的常见问题特征,缩小问题根源的范围并找到解决方案。

打印过程中的问题

树脂槽或树脂盒中的颗粒沉降

Alumina 4N Resin 含有悬浮在液态树脂中的氧化铝颗粒。与其他含有悬浮颗粒的 Formlabs 树脂一样,如果树脂槽或树脂盒长期闲置不用,氧化铝会随着时间的推移而沉降。

为防止颗粒沉积在树脂槽或树脂盒中:

  • 在打印前摇晃树脂盒两分钟。戴好手套后,用手按压并打开咬阀,确保树脂可以自由流动。
  • 使用无损工具(如 Form 3 树脂槽清理工具)搅拌树脂槽中的树脂,使氧化铝颗粒重新分散。
  • 在不使用时,应将树脂盒和树脂槽冷藏或冷冻,以防止在储存期间发生沉淀。

部件未附着在构建平台上

“未附着”是指打印件部分或完全脱离构建平台的打印缺陷。当打印件的初始层未能附着于构建平台时,便会出现打印件未附着的情况。在打印件完全未附着的情况下,构建平台上不会出现打印件,且在树脂槽底部会有一片固化树脂。

解决使用 Alumina 4N Resin 打印时的非附着问题:

  1. 校准打印机的 Z 轴
  2. 如有必要,可对打印机的 Z 轴进行微调
  3. 使用任何可用的树脂打印层厚为 50 微米 (0.050mm) 的单层。Formlabs 建议在此测试中使用 Standard Resin(标准树脂)
  4. 将打印层和构建平台上的液态树脂清理干净。
  5. 用千分尺或其他类似工具测量打印层厚度。注意最小测量厚度。
  6. 从打印层最小测量厚度中减去 100 微米,以计算所需的 Z 轴调整量。在打印机的触摸屏上,点击
    • Settings(设置)> Maintenance(维护)> Calibration(校准)> Z Axis Fine Tuning(Z 轴微调)Z Axis Fine Tuning(Z 轴微调)界面随即显示。
    • 点击 - 按钮(位于 Z Offset(Z 偏移)上方),将构建平台的默认位置降低上述计算值。

注:

正常情况下,Formlabs LFS 打印机的第一层打印层会明显比标准层厚 50 微米。

如果仍然存在部件未附着问题,请在打印前使用中等或细砂纸打磨构建平台表面。较粗糙的表面有助于 Alumina 4N Resin 打印部件附着在构建平台上。

初始层打印失败(仅限 Form 3)

有时,部件可能会附着在构建平台上,但在前几层打印后失败。这通常是由于 Z 轴校准错误或树脂槽混合器出现问题所致。

为防止部件在初始层打印后出现故障,请校准打印机的 Z 轴

如果打印失败时,混合器未能完全停留在树脂槽一侧的混合器盒内,请将混合器从树脂槽中取出。将混合器臂稍微向外弯曲。调整混合器的方向,使其臂朝上并朝向树脂槽左侧的混合器盒。混合器中的磁铁应朝下。将混合器向左滑入混合器盒中,直至每端的弯曲臂均卡入到位。

部件从支撑结构上脱落

正确附着在构建平台上的部件也有可能因为在打印过程中从支撑结构上脱落,导致打印失败。该问题可能是支撑不足、部件几何形状特殊或树脂老化造成的。
Alumina 4N Resin 打印部件从支撑结构上脱落

防止部件在打印过程中从支撑结构上脱落:

  • 如有必要,在 PreForm 中手动添加支撑结构。
  • 确保支撑触点的尺寸合适。Formlabs 建议接触点尺寸为 0.4-0.8mm。首选 0.5mm 的接触点。较大的接触点通常能更好地固定部件,但在后处理过程中会留下较大的痕迹或凹痕。
  • 调整部件的方向,以免打印开始时便形成锋利边缘。与大多数 Formlabs 树脂不同,在使用 Alumina 4N Resin 打印时,通常建议将部件平行于构建平台放置。如果部件必须以一定角度打印,可对底边进行圆角处理,以便提高支撑接触点在部件上的表面积。
  • 调整部件方向,避免出现杯状结构。请查阅 Alumina 4N Resin 设计指南,了解更多建议。
  • 随着 Alumina 4N Resin 的老化,其在细节(包括较小的接触点)方面的性能也会下降。如果树脂使用时间超过三个月,请考虑使用更大的接触点进行打印。在两次使用之间请冷藏树脂盒和树脂槽,以延长其使用寿命。

部件在打印过程中断裂

即使部件没有从支撑结构上脱落,也可能在打印过程中断裂。该问题可能是支撑不足、部件几何形状特殊或混合器与部件之间发生碰撞造成的。

防止部件在打印过程中断裂:

  • 如有必要,在 PreForm 中手动添加支撑。
  • 调整部件方向,避免出现杯状结构。请查阅 Alumina 4N Resin 设计指南,了解更多建议。
  • 调整部件的方向,避免层间质量或横截面积突然发生变化。
  • 在打印过程中检查混合器是否脱离。

部件几何形状无法成型

部件中非常小的特征可能无法正常打印,尤其是在树脂老化的情况下。

如果精细特征未成型:

  • 确保部件符合设计指南建议。即使使用新树脂,过小的特征可能也无法打印。
  • 随着 Alumina 4N Resin 的老化,其在细节方面的性能也会下降。在两次使用之间对树脂盒和树脂槽进行冷藏,可将其使用寿命延长多达 12 个月。

混合器解耦(Form 3 代)

在打印前和打印过程中,Formlabs LFS 打印机会在树脂槽和构建平台上移动混合器,以检查是否有障碍物存在并混合树脂。LPU 箱中的磁铁与混合器中的相应磁铁耦合,当 LPU 移动时,混合器也会被拉动。如果混合器遇到先前的失败打印件或其他阻塞物,则会从 LPU 箱上脱离。通常会伴随出现 混合器检查失败错误信息。
替换文字

解决混合器脱离问题:

  • 清除树脂槽中的固化树脂并过滤树脂槽中的树脂
  • 如果混合器无法停留在混合器盒内,则可能是由于混合器两端的臂间距过宽。从树脂槽中取出混合器。将混合器臂稍微向内弯曲。调整混合器的方向,使其臂朝上并朝向树脂槽左侧的混合器盒。混合器中的磁铁应朝下。将混合器向左滑入混合器盒中,直至每端的弯曲臂均卡入到位。根据需要调整臂,使其只需轻轻用力就能卡入到位。
  • 如果混合器可以停留在混合器盒内但无法固定就位,则可能是由于混合器两端的臂间距过窄。从树脂槽中取出混合器。将混合器臂稍微向外弯曲。调整混合器的方向,使其臂朝上并朝向树脂槽左侧的混合器盒。混合器中的磁铁应朝下。将混合器向左滑入混合器盒中,直至每端的弯曲臂均卡入到位。根据需要调整臂,使其只需轻轻用力就能卡入到位。
  • 如果混合器在打印过程中继续脱离,请联系 Formlabs Support 或您的 授权经销商。可能需要更换混合器。

混合器在预印期间检测到碎屑(Form 4 代)

在预印例程中,混合器沿构建平台刮动,以检查是否有先前打印留下的碎屑。Alumina 4N Resin 的粘度可能会在此阶段导致误报。

随着 Alumina 4N Resin 的老化,其粘度会增加。在两次使用之间,将树脂盒和树脂槽冷藏,以延长其保质期至 12 个月。

如果在预印期间看到 检测到混合器碎屑 错误:

  • 检查构建平台是否完全清洁且无碎屑。
  • 检查树脂的批号和有效期。如果树脂已过期或在冰箱外存放超过三个月,则可能需要更换树脂。
  • 树脂槽中的沉积物会导致混合器跳动并触发误报。在每次打印前,使用塑料刮刀或拆卸混合器并手动左右移动混合器,彻底搅拌树脂。

如果仍然遇到预印刷碎屑检测问题,请联系 Formlabs Support授权经销商 寻求更多帮助。

构建平台上沉积白色颗粒

在打印过程中,树脂中的污染物会沉积在构建平台上。这些污染物可能是物理碎屑,也可能是与水或异丙醇 (IPA) 接触的产物。
Alumina 4N Resin 树脂槽中的白色颗粒

如果在打印后发现构建平台上沉积有白色颗粒:

碎屑沉积在部件表面

打印过程中沉积在部件表面的大块碎屑可能来自之前的失败打印或当前打印的失败部分。固化树脂碎片可能悬浮在树脂槽中,也可能会被混合器从树脂槽覆膜层膜上剥离。

Alumina 4N Resin 打印部件表面残留碎屑示例
Alumina 4N Resin 打印部件表面残留碎屑示例

如果发现打印部件表面有固化树脂片:

  • 过滤树脂槽中的树脂
  • 如有必要,在 PreForm 中手动添加支撑,以免打印失败。
  • 使用成功的特定模型重试打印任务。如有可能,应调整部件的方向,使其自行支撑,然后重新打印。

基底牢固地附着在构建平台上

使用 Alumina 4N Resin 打印的部件会更牢固地附着在粗糙的构建平台表面上。在某些情况下,打印部件可能会牢固地附着在构建平台上,以至于难以移除。

如果打印部件过度附着在构建平台上:

小心:

在湿滑的表面(如有树脂涂层的构建平台)上使用附带的工具(如平口剪钳或刮刀)可能会导致突然移动。请勿将尖锐工具朝向自己,在切割或刮擦时更是如此。

  • 固定构建平台。使用 Form 2/Form 3 Finish Kit 中的刮刀、腻子刀或其他类似工具以及锤子将打印部件与构建平台分离。
  • 仅限 Stainless Steel Build Platform如有必要,在取下打印部件并清洁构建平台后,用玻璃珠对构建平台表面进行介质喷砂处理。

原始状态部件的问题

部件呈粉红色

使用 Ceramic Wash Solution(陶瓷清洗溶剂)清洗打印部件后,您可能会发现部件表面呈现粉红色。这是由于树脂与某些类型的筑炉产生的副产品发生了反应。除了外观上的变化外,这并不会给烧制部件带来其他问题,在完成烧制后,部件仍应符合其设计尺寸和强度。
Alumina 4N Resin 打印部件表面呈现粉红色

如果在清洗后发现部件表面有粉红色的色调:

  • 在干燥过程中保持部件各处的气流均匀。考虑将打印部件放在筛子、铁丝网或有 V 形槽的承烧器上,让气流通过其底面。

部件很难从支撑结构上移除

使用 Alumina 4N Resin 打印的部件必须在烧制前从支撑结构上移除。根据部件几何形状、支撑几何形状和部件方向,移除支撑可能会比较困难。

如果很难将打印部件与支撑结构分离:

  • 确保支撑尖端尺寸合适。Formlabs 建议接触点尺寸为 0.4-0.8mm。首选 0.5mm 的接触点。
  • 使较薄部件自行支撑,或使用端钳或其他类似的精密工具去除支撑。
  • 如果支撑表面非常大,则可能会出现支撑过度情况。使用 PreForm 降低该表面支撑的密度

烧制前部件表面出现裂纹

Alumina 4N Resin 打印部件在原始状态下虽然十分坚固,但仍然容易损坏。特别是在清洗或烘干打印部件不当时,会导致产生表面裂纹。
烧制前 Alumina 4N Resin 打印部件表面出现可见裂纹

如果打印部件在烧制前出现表面裂纹:

  • 请勿使用 IPA 或水清洗打印部件。只能使用 Ceramic Wash Solution 来清洗 Alumina 4N Resin 打印部件上的液态树脂。
  • 在 Ceramic Wash Solution 中每个清洗周期应限制为两分钟。长期接触 Ceramic Wash Solution 会使打印部件开裂。
  • 限制部件表面的气体流速,以降低蒸发率。过快的干燥速度会使打印部件开裂。

部件未完全干燥

使用 Ceramic Wash Solution 清洗打印部件后,务必将其完全干燥后再进行烧制。Formlabs 建议将部件放在筛子或网格上进行干燥,以加强打印部件周围的空气流动。部件必须在 20-30°C 的室温和 30%-45% 的湿度下才能完全干燥。如有需要,将部件放置在 45°C 的烤箱中干燥 8-24 小时。

如果部件未完全干燥:

  • 确保部件已完全清洁,因为残留的液态树脂不会蒸发。
  • 尽可能多地擦拭或吹掉 Ceramic Wash Solution。
  • 残留一些 Ceramic Wash Solution 的部件仍然可以成功烧制。如有可能,减缓初始燃烧过程(低于 150°C)以进行补偿。

孔洞或其他凹面特征被树脂填充

打印后,小孔和其他凹面特征通常会被液态树脂填充。在烧制过程中,这种液态树脂会吸附燃烧产生的气体,导致部件出现裂纹。如果正常清洗无法清除液态树脂,则可能是由于孔过小或过长,导致 Ceramic Wash Solution 无法完全渗入。

如果清洗后,打印部件的孔洞中仍有液态树脂残留:

  • 确保部件符合设计指南建议
  • 使用压缩空气或细铁丝清除孔中的液态树脂。

部件在干燥过程中发生翘曲

使用 Ceramic Wash Solution 清洗打印部件后,充分干燥部件,然后再进行烧制。如果部件周围的气流不均匀,不同表面的干燥速度可能不同,从而导致翘曲。

如果部件在干燥过程中发生翘曲:

  • 在干燥过程中保持气流均匀地流经部件。考虑将打印部件放在筛子、铁丝网或有 V 形槽的承烧器上,让气流通过其底面。

部件烧制过程中和烧制后出现的问题

打印部件出现大裂纹

导致打印部件出现大裂纹的原因有很多。包括设计问题(如应力集中点)、打印准备问题(如支撑不足)和烧制问题(如热均匀性差)。
Alumina 4N Resin 打印部件烧制后出现大裂纹

如果在烧制后发现打印部件上有较大裂纹:

  • 请遵循 Formlabs Alumina 4N Resin 的部件设计指南
  • 考虑将尖角修圆或锉平。
  • 调整部件的方向,避免层间质量或横截面积突然发生变化。
  • 烧制前要小心处理打印部件。Alumina 4N Resin 打印部件在原始状态下虽然十分坚固,但仍然容易损坏。
  • 考虑在耐火箱中烧制部件,以改善热均匀性,从而提高收缩均匀性。

打印部件出现小裂纹

过度清洗或先前打印失败造成的损坏可能会导致较小的表面裂纹。

如果在烧制后发现打印部件上有细小裂纹:

  • 过滤树脂槽中的树脂
  • 快速有效地清洁打印部件,但无需施加很大的力。干燥时确保所有部件表面的气流通过情况良好。

打印部件强度低于预期

Alumina 4N Resin 技术数据表列出了使用该树脂打印的部件的标称材料性能。如果您的部件强度未达预期,很可能是部件中出现了裂纹,从而影响了强度。检查部件是否出现裂纹,并按照上述指导原则进行处理。

打印部件上出现可见的垂直线条

打印部件表面出现的其他瑕疵可能与打印机的光学元件有关,而非打印失败或工艺问题。特别是垂直线可能表示光学窗口脏污。这与针孔/切割打印缺陷类似。

如果发现打印部件表面有垂直线条:

烧制过程中部件与窑炉熔合

使用 Alumina 4N Resin 打印的部件在使用前需要烧制。在烧制过程中,如果烧制温度过高或在没有使用承烧板或承烧砂的情况下烧制,打印部件会熔附在窑炉上。这会损坏打印部件。

如果打印部件在烧制过程中与窑炉熔合在一起:

  • 使用承烧板或承烧砂烧制所有部件。
  • 使用烧制环(工艺温度控制环,PTCR)或烧制锥体来排查窑炉温度问题。确保它们在整个窑炉中读取的温度值接近。遵循供应商规定的加热速率,因为较长的斜坡会导致环的收缩量更大。

打印部件密度不一致

烧制后,Alumina 4N Resin 打印部件应具有一致的密度。部件密度的任何变化都表明在烧制过程中引入了杂质或烧制温度不足。请注意,杂质通常也会导致烧制部件的颜色或半透明度发生变化。

解决烧制部件密度问题:

  • 使用烧制环(工艺温度控制环,PTCR)或烧制锥体来排查窑炉温度问题。确保它们在整个窑炉中读取的温度值接近。遵循供应商规定的加热速率,因为较长的斜坡会导致环的收缩量更大。
  • 确保烧制前窑炉尽可能洁净。
  • 检查承烧板或承烧砂是否由纯耐火材料制成、是否含有氧化铁或二氧化硅等低温玻璃成形剂。

打印部件未按预期收缩

使用 Alumina 4N Resin 打印的部件在烧制过程中会收缩。预期收缩率呈现各向异性:沿 X 轴和 Y 轴为 21.8%,沿 Z 轴为 26%。这些数字基于经验测试,不能保证适用于所有几何体。

如果打印部件在烧制过程中的收缩情况与预期不同,请根据需要缩放,以满足目标部件尺寸要求。

烧制部件呈现非白色色调

Alumina 4N Resin 烧制部件应呈均匀的白色。窑炉中低温材料的污染会使打印部件染色。这些颜色和相关污染物包括但不限于:
  • 红色或粉色:氧化铁
  • 蓝色或绿色:氧化钴或氧化铜
  • 黑色:石墨、未通风的碳杂质和原金属
  • 灰白色:烧焦的钾或磷氧化物
  • 棕褐色或黄色:低浓度的多种不同氧化物
Alumina 4N Resin 的烧制打印部件呈现黑色

为防止污染物使打印部件变色:

  • 确保承烧板、任何承烧砂和任何隔热砖无污染物,并完全符合高温操作要求。
  • 如果窑炉受到污染,则以通风模式运行窑炉,以尽可能将污染物烧尽。如有可能,在窑炉中通入净化气体。
    • 一般来说,空气是清除这些污染物的最佳净化气体。
    • 请务必遵循窑炉制造商的建议,避免因使用错误的气体而损坏窑炉。