Tpu что это такое
Преимущества ТПУ (TPU) перед ПВХ-материалом
Термопластичный полиуретан, или ТПУ (TPU) – современный полимерный материал, относящийся к классу эластомеров, веществ с повышенной эластичностью (в два раза эластичнее резины). Ткань с покрытием из ТПУ идеально подходит для изготовления надувного оборудования, и превосходит привычную ПВХ-ткань по многим ключевым показателям.
ТПУ – это атмосферостойкий и светостойкий материал, не подверженный гидролизу. Он также устойчив к воздействию масел и жиров, износу и трению, не теряет форму, не растягивается даже при длительном воздействии, не плавится при температуре до +80 о С. На сегодняшний день он используется, в том числе, при производстве надувных лодок, пневмокаркасных палаток, надувного игрового оборудования – зорбов, всесезонных аттракционов.
Сравнение ТПУ и ПВХ
ТПУ называют симбиозом каучука и пластмассы. Его производят на основе алифатического изоцианата, простых и сложных полиэфиров. Именно наличие алифатических изоцианатов делает термопластичный полиуретан устойчивым к атмосферным воздействиям, в том числе и ультрафиолету. Этот же компонент делает ТПУ невосприимчивым к микроорганизмам.
Преимущества ТПУ-материала
ТПУ или ПВХ – что лучше? Оба материалы огнестойки, водо- и воздухонепроницаемы, выпускаются в разных цветах либо прозрачными. За ними легко ухаживать. Некоторые механические характеристики, такие как адгезия, прочность на растяжение, разрыв и раздирание у TPU и PVC одинаковы и зависят от конкретной марки материала.
Тем не менее, если взять в руки кусочки ПВХ-ткани и ТПУ-материала, можно отметить, что последний более мягкий, эластичный и лёгкий, специфический запах у него отсутствует. Благодаря этим качествам его используют даже для изготовления верхней детской одежды для прогулок в непогоду, для так полюбившихся современным мамам «непромокаек».
Преимущества ТПУ перед ПВХ-тканью:
Главный минус термополиуритана – его цена, она выше, чем у ПВХ. При этом износостойкость материала делает надувное изделие из ТПУ разумным выбором, если предполагается продолжительная эксплуатация. Являясь производителем, компания «Тайм Триал» предлагает вам оборудование из ПВХ-ткани или ТПУ. Мы рассчитаем стоимость вашего заказа в двух вариантах исполнения, чтобы вы могли купить надувное оборудование, наилучшим образом подходящее для ваших целей и бюджета.
Почему TPU так хорошо подходят для глубинного обучения?
Тензорный процессор третьего поколения
Тензорный процессор Google — интегральная схема специального назначения (ASIC), разработанная с нуля компанией Google для выполнения задач по машинному обучению. Он работает в нескольких основных продуктах Google, включая Translate, Photos, Search Assistant и Gmail. Облачный TPU обеспечивает преимущества, связанные с масштабируемостью и лёгкостью использования, всем разработчикам и специалистам по изучению данных, запускающим передовые модели машинного обучения в облаке Google. На конференции Google Next ‘18 мы объявили о том, что Cloud TPU v2 теперь доступен для всех пользователей, включая бесплатные пробные учётные записи, а Cloud TPU v3 доступен для альфа-тестирования.
Но многие спрашивают – какая разница между CPU, GPU и TPU? Мы сделали демонстрационный сайт, где расположена презентация и анимация, отвечающая на этот вопрос. В этом посте я хотел бы подробнее остановиться на определённых особенностях содержимого этого сайта.
Как работают нейросети
Перед тем, как начать сравнивать CPU, GPU и TPU, посмотрим, какого рода вычисления требуются для машинного обучения – а конкретно, для нейросетей.
Представьте, к примеру, что мы используем однослойную нейросеть для распознавания рукописных цифр, как показано на следующей диаграмме:
Если картинка будет сеткой размером 28х28 пикселей серой шкалы, её можно преобразовать в вектор из 784 значений (измерений). Нейрон, распознающий цифру 8, принимает эти значения и перемножает их со значениями параметра (красные линии на диаграмме).
Параметр работает как фильтр, извлекая особенности данных, говорящих о схожести изображения и формы 8:
Это наиболее простое объяснение классификации данных нейросетями. Перемножение данных с соответствующими им параметрами (окраска точек) и их сложение (сумма точек справа). Наивысший результат обозначает наилучшее совпадение введённых данных и соответствующего параметра, которое, скорее всего, и будет правильным ответом.
Проще говоря, нейросетям требуется делать огромное количество перемножений и сложений данных и параметров. Часто мы организовываем их в виде матричного перемножения, c которым вы могли столкнуться в школе на алгебре. Поэтому проблема состоит в том, чтобы выполнить большое количество матричных перемножений как можно быстрее, потратив как можно меньше энергии.
Как работает CPU
Как подходит к такой задаче CPU? CPU – процессор общего назначения, основанный на архитектуре фон Неймана. Это значит, что CPU работает с ПО и памятью как-то так:
Главное преимущество CPU – гибкость. Благодаря архитектуре фон Неймана, вы можете загружать совершенно разное ПО для миллионов различных целей. CPU можно использовать для обработки текстов, управления ракетными двигателями, выполнения банковских транзакций, классификации изображений при помощи нейросети.
Но поскольку CPU такой гибкий, оборудование не всегда знает заранее, какой будет следующая операция, пока не прочтёт следующую инструкцию от ПО. CPU нужно хранить результаты каждого вычисления в памяти, расположенной внутри CPU (так называемые регистры, или L1-кэш). Доступ к этой памяти становится минусом архитектуры CPU, известным как узкое место архитектуры фон Неймана. И хотя огромное количество вычислений для нейросетей делает предсказуемым будущие шаги, каждое арифметико-логическое устройство CPU (ALU, компонент, хранящий и управляющий множителями и сумматорами) выполняет операции последовательно, каждый раз обращаясь к памяти, что ограничивает общую пропускную способность и потребляет значительное количество энергии.
Как работает GPU
Для увеличения пропускной способности по сравнению с CPU, GPU использует простую стратегию: почему бы не встроить в процессор тысячи ALU? В современном GPU содержится порядка 2500 – 5000 ALU на процессоре, что делает возможным выполнение тысяч умножений и сложений одновременно.
Такая архитектура хорошо работает с приложениями, требующими массивного распараллеливания, такими, например, как умножение матриц в нейросети. При типичной тренировочной нагрузке глубинного обучения (ГО) пропускная способность в этом случае увеличивается на порядок по сравнению с CPU. Поэтому на сегодняшний день GPU является наиболее популярной архитектурой процессоров для ГО.
Но GPU всё равно остаётся процессором общего назначения, который должен поддерживать миллион различных приложений и ПО. А это возвращает нас к фундаментальной проблеме узкого места архитектуры фон Неймана. Для каждого вычисления в тысячах ALU, GPU необходимо обратиться к регистрам или разделяемой памяти, чтобы прочесть и сохранить промежуточные результаты вычислений. Поскольку GPU выполняет больше параллельных вычислений на тысячах своих ALU, он также тратит пропорционально больше энергии на доступ к памяти и занимает большую площадь.
Как работает TPU
Когда мы в Google разрабатывали TPU, мы построили архитектуру, предназначенную для определённой задачи. Вместо разработки процессора общего назначения, мы разработали матричный процессор, специализированный для работы с нейросетями. TPU не сможет работать с текстовым процессором, управлять ракетными двигателями или выполнять банковские транзакции, но он может обрабатывать огромное количество умножений и сложений для нейросетей с невероятной скоростью, потребляя при этом гораздо меньше энергии и умещаясь в меньшем физическом объёме.
Главное, что позволяет ему это делать – радикальное устранение узкого места архитектуры фон Неймана. Поскольку основной задачей TPU является обработка матриц, разработчикам схемы были знакомы все необходимые шаги вычислений. Поэтому они смогли разместит тысячи множителей и сумматоров, и соединить их физически, сформировав большую физическую матрицу. Это называется архитектурой конвейерного массива. В случае с Cloud TPU v2 используются два конвейерных массива по 128 х 128, что в сумме даёт 32 768 ALU для 16-битных значений с плавающей точкой на одном процессоре.
Посмотрим, как конвейерный массив выполняет подсчёты для нейросети. Сначала TPU загружает параметры из памяти в матрицу множителей и сумматоров.
Затем TPU загружает данные из памяти. По выполнению каждого умножения результат передаётся следующим множителям, при одновременном выполнении сложений. Поэтому на выходе будет сумма всех умножений данных и параметров. В течение всего процесса объёмных вычислений и передачи данных доступ к памяти совершенно не нужен.
Поэтому TPU демонстрирует большую пропускную способность при подсчётах для нейросетей, потребляя гораздо меньше энергии и занимая меньше места.
Преимущество: уменьшение стоимости в 5 раз
Какие же преимущества даёт архитектура TPU? Стоимость. Вот стоимость работы Cloud TPU v2 на август 2018 года, на время написания статьи:
Обычная и TPU-шная стоимость работы для разных регионов Google Cloud
Стэнфордский университет раздаёт набор тестов DAWNBench, измеряющих быстродействие систем с глубинным обучением. Там можно посмотреть на различные комбинации задач, моделей и вычислительных платформ, а также на соответствующие результаты тестов.
TPU (термопластичный полиуретан) — материал для 3D-печати
TPU (термопластичный полиуретан) — это гибкий, стойкий к истиранию термопластик. Является весьма распространенной формой упругого полимера, или термопластичного эластомера (TPE). Представляет собой смесь твердого пластика и резины.
Используется в ряде производственных процессов как для бытового, так и для промышленного использования. В определенных смесях он может стать очень мягким.
Как один из материалов 3д печати TPU (ТПУ) обладает многими преимуществами и характеристиками. Когда дело доходит до 3D-печати, детали TPU долговечны. Способны выдерживать температуру окружающей среды до 80 градусов Цельсия.
Нить из ТПУ устойчива к истиранию, выдерживает удары и устойчива ко многим химическим веществам. Он универсален и используется во многих отраслях промышленности. Существуют разные версии материала TPU.
Но в основном его можно классифицировать как два типа, известные как полиэфирный полиуретан и полиэстерный полиуретан. Причем оба имеют разные характеристики, которые могут быть приспособлены к конкретной потребности.
TPU — Основные особенности
Ударная вязкость: высокая
Гибкость: очень высокая
Сопротивление
Химическая стойкость: средняя-высокая
Устойчивость к истиранию: высокая
Температуры
Сопло/экструдер: 220-250 градусов Цельсия
Подогреваемая кровать: 0-60 градусов Цельсия
Закрытая камера: не требуется
Проблемы
Термопластичный полиуретан труднее печатать по сравнению с другими материалами накаливания, в основном из-за его гибкости.
Особенности материала TPU
Особенности материала TPUМатериал ТПУ обладает рядом особенностей. Это делает его отличным выбором для широкого спектра применений. Он устойчив к истиранию, воздействию масел, химических веществ и износу. Что делает его идеальным для использования в таких отраслях, как автомобилестроение.
Печатные детали из TPU также устойчивы к низким температурам. Это означает, что они не становятся хрупкими и с ними трудно работать.
По сравнению с TPE, который также является гибкой нитью, ТПУ немного легче печатать. И он лучше сохраняет свои эластичные свойства при более низких температурах. Материал TPU также имеет более высокую стойкость к истиранию. И более высокую стойкость к маслам и смазкам.
Нить из ТПУ, в отличие от других более жестких термопластов, обладает большей гибкостью. Он также имеет отличную межслойную адгезию. А также не скручивается и не расслаивается во время процесса 3D-печати. Конечно, при использовании правильных настроек.
TPU — твердый или эластичный
Материал TPU состоит из ряда полимеров, которые обладают собственными свойствами. Поэтому его твердость может зависеть от смеси полимеров. Температура, при которой нить ТПУ будет выдавливаться, составляет 220–250 градусов.
Нагреваемая сборочная платформа не требуется. Но при ее использовании температура не должна превышать 60 градусов. Экструдерная система должна выдерживать эластичные и сжимаемые материалы до постоянной температуры 250 градусов.
Термопластичный полиуретан обладает превосходным уровнем гибкости. Но это также зависит от настроек программного обеспечения для 3D-печати. При использовании низкого уровня заполнения (твердости детали, подлежащей печати), 3D-печатный дизайн также будет более гибким.
Это позволяет создавать объекты, которые являются более эластичными или более жесткими. Когда речь идет о 3D-печати, материал TPU требует передачи большего количества энергии, чем множество других нитей.
Тем не менее, по сравнению с другими материалами нет проблем деформации, которые могут возникнуть при термическом шоке.
TPU 3D печать — советы
Когда дело доходит до печати с нитью из TPU, важно понимать ее сильные и слабые стороны. Как получить максимальную отдачу от этого материала? При принятии решения начать с материала TPU важно учитывать возможные проблемы. Чтобы вы знали, чего ожидать.
Оптимизация скорости подачи
Часто лучше использовать постоянную скорость подачи, которая является медленной при 3D-печати с гибкими нитями. Это связано с тем, что материал является эластичным. И может стать неконтролируемым, если есть какие-либо внезапные изменения в скорости печати.
Увеличение скорости печати может привести к сжатию нити накала. Что может привести к застреванию. Часто может потребоваться несколько попыток найти оптимальную скорость печати для 3D-печати на материале ТПУ. Однако хорошей отправной точкой является скорость 35 мм/с.
Чтобы добиться этого, используя термопластичный полиуретан, печатайте на более низких высотах слоя. При этом следя за тем, чтобы они находились в диапазоне от 0,1 мм до 0,2 мм.
При более низкой высоте слоя существует потребность в меньшем количестве пластика. А это означает, что экструдер подает с более низкой скоростью. Что уменьшает нагрузку на нить.
Используйте отрицательный допуск и избегайте использования плотов
При проектировании детали, которая является гибкой и требует установки поверх другого объекта, стоит рассмотреть возможность использования отрицательного допуска между деталями. Это будет гарантировать, что гибкая часть имеет возможность удобно растягиваться над другим объектом.
При использовании гибкой нити, такой как материал TPU, важно избегать использования плотов. Потому что базовые слои со скоростью имеют более высокую скорость экструзии. А это может привести к проблемам.
Оптимизируйте настройки отвода
TPU очень чувствительный к быстрым движениям, таким как отводы. Поскольку материал TPU является гибким и эластичным. Следовательно, для успешной 3D-печати с использованием нити TPU крайне важно оптимизировать параметры втягивания, чтобы ограничить перемещения.
Крайне важно начать с небольшого количества втягивания при использовании более медленной скорости. Чтобы помочь с любым возможным просачиванием из экструдера (hot-end).
Сократить расстояние
Общее мнение в пользу 3D-печати гибких материалов с помощью экструдера Direct Drive. Тем не менее, вы можете достичь тех же результатов, используя правильные настройки на 3D-принтере с экструдером Bowden.
Для пути, по которому нить проходит в зону расплава, важно иметь жесткие допуски. Которые могут предотвратить любое изгибание или скручивание.
Размещение катушки
Когда дело доходит до 3D-печати TPU, пара изменений в катушке материала может иметь большое значение. Обычно ведущее колесо экструдера вытягивает нить в сопло. Это приводит к тому, что катушка нити разматывает небольшое количество пластика в процессе.
Однако, поскольку TPU является эластичным, нить будет растягиваться при вытягивании. Что может привести к недостаточной экструзии. Поэтому установите катушку над принтером так, чтобы нить раскручивалась вниз. Это может уменьшить любое сопротивление.
Отрасли, которые используют материалы TPU в 3D-печати
Существует много различных отраслей, которые используют 3D-печать TPU. Потому что ее функции предлагают им ряд преимуществ.
Спортивные товары и обувь
Поскольку спортивные товары должны быть гибкими и износостойкими, материал TPU является идеальным выбором. Во многих видах спорта его можно найти в учебных пособиях, водном снаряжении и тренажерах.
Обувь должна выдерживать низкие температуры, гибкость и быть устойчивой к воде и химическим веществам. Поэтому 3D печать TPU отлично подходит для производства спортивных товаров.
SLEM, инновационный и образовательный центр для обувной промышленности, попросил Tractus3D сотрудничать в проекте 3D-печати для обуви. Цель состоит в том, чтобы исследовать, как количество отходов материала может быть максимально уменьшено, исследуя новые и существующие методы для быстрой настройки цифровых моделей для каждого клиента.
SLEM обнаружил, что технология FDM и другие подходы, такие как изготовление из плавленой нити (FFF), возможно, представляют собой наиболее экономически эффективное решение для индивидуальной настройки подошв.
Обувь, созданная с использованием этих процессов, особенно эффективна при подборе дизайна подошвы в соответствии с уникальными потребностями владельца. От формы и комфорта до нужного и специфического применения, такого как спорт.
В будущем конечной целью для обувных компаний будет печать подошв в течение одного дня. Чтобы обеспечить быстрый переход от получения данных о клиентах к оптимизации дизайна, производства и доставки клиентам.
Авиационно-космическая отрасль
Авиакосмическая отрасль также серьезно относится к использованию 3D-печати TPU. Поскольку она также расширила свое использование, точно понимая, что она может предложить. Его также можно найти в приборных панелях и датчиках.
Автомобильная промышленность
Автомобильная промышленность внедрила материал TPU в процесс производства автомобилей. В последние годы использование значительно возросло. Поэтому его часто можно встретить в приборных панелях, датчиках и рычагах. А также во многих других областях.
Что вы хотите создать с помощью 3D-печати с TPU?
Теперь вы понимаете сильные и слабые стороны TPU. Конечно, жизненно важно выбрать 3D-печатную машину, которая сможет извлечь максимум пользы из этого материала.
С 3D-принтером на вашем столе вы можете легко создавать мелкие детали и специализированные инструменты самостоятельно. Он гораздо менее сложен, чем другие машины. Это означает, что вы можете производить больше продуктов эффективным и простым способом без больших затрат.
Статья относится к нашему обзору База знаний 3D-печати.
Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook
Знакомимся с пластиком TPU (термопластичным полиуретаном).
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Раньше я с таким пластиком не сталкивался, поэтому в этом обзоре буду знакомиться с ним вместе с вами. Буду исследовать механические свойства пластика, его прочность, искать правильную температуру печати, изучать свариваемость слоёв, ну и чего-нибудь полезного из него напечатаем. Заходите, будет интересно.
Этот пластик относится к эластомерам. Эластомеры конечно бывают разные, но этот очень эластичный, не ломается при многочисленных перегибах прутка. Что-то среднее между мягким ПВХ и силиконом, ну по моим ощущениям:
При печати им запаха нет вообще, это очень хорошо.
Скажем у PETG очень плавная и относительно небольшая зависимость текучести от температуры в околорабочем диапазоне. А у SBS наоборот, текучесть очень резко увеличивается при увеличении температуры.
Вообще об условиях теста можно подробнее почитать вот в этом обзоре:
Производителем заявлена рабочая температура печати 200-220 градусов. Тестовый температурный столб я печатал 190-230. С обдувом. К чистому стеклу липнет, но в процессе печати отлипает. На ПВА держится хорошо.
Забегая вперёд скажу, что пластик был влажный.
Вообще я был удивлён. Такой дорогущий пластик, в герметичной упаковке с откаченным из неё воздухом. Не менее дорогой производитель, который рассказывает прямо на упаковке, что он номер 1, и внутри буклет про специальную упаковку с силикагелем, поглощающим влагу…
Не понимаю, чего так заморачиваться, делать специальную упаковку, укладывать в неё силикагель, откачивать из неё воздух, если вы всё равно кладёте туда влажный материал?
Ладно, будем знать, что даже у 1-го номера не всё в порядке, поэтому поехали дальше.
После просушки уже имеем гораздо лучшее качество столба, но сушить надо хорошо:
Столбы я печатаю в том числе, чтобы посмотреть качество поверхности на разных температурах, а так же свариваемость слоёв.
Свариваемость проверяю пытаясь разломать столб и смотрю на какой температуре мне это удаётся, с каким усилием и по слоям или поперёк них.
Так вот порвать деталь из TPU руками мне не удалось ни на какой температуре. Просто отлично.
Мало того, мне не удалось порвать даже бракованную деталь с пузырями, прочность пластика просто удивительная:
Ещё один важный, но уже отрицательны момент.
Да даже на директе Титане, если чуть труднее начинает идти при снижении температуры, тут же наматывается на шестерёнку, хотя там приёмная трубка подходит практически вплотную к этой шестерёнке.
Но какой же он классный по своим свойствам в уже готовом изделии! Прекрасная свариваемость слоёв, очень эластичный, при этом удивительно прочный! Порвать очень и очень сложно. Это реально конструкционный материал:
Теперь давайте из него напечатаем что-нибудь полезное.
Ну например мягкие ножки или амортизирующие накладки на что-нибудь?
Ножки можно купить в магазинах фурнитуры или хозяйственных, такого добра навалом, да и всяких амортизирующих накладок тоже. Хотя стоп. Когда я себе проектировал мебель, я просил у изготовителя дать мне в запас демпферов для мебельных шариковых направляющих, но он мне сказал, что такое не продаётся и идёт только в комплекте с самой направляющей.
Вот о чём я говорю:
Походив по фурнитурным магазинам я убедился, что действительно, по крайней мере в нашем городе, и на тот момент, такой демпфер шёл только в комплекте с направляющей и отдельно не продавался.
В результате у меня уже некоторые демпферы на самых используемых ящиках стёрлись. А ведь они помимо демпфирующей функции, выполняют и роль стопоров от самопроизвольного открывания ящиков.
Меня это как бы не сильно напрягало, но вот сейчас я про это вспомнил.
Для начала немного обмеров, и простенький эскиз:
После печати и вставки демпфера в направляющую, оказалось что достаточно подкорректировать чуть-чуть размеры, а форму менять не обязательно, всё работает как надо и так.
Вот окончательный результат:
По тактильным ощущениям эти изделия из этого пластика напоминают полиуретановую подошву на обуви.
Во всяких Википедиях да и у производителя материала написано, что это очень износостойкий полимер. Давайте проверим:
Вообще ютуб сильно замылил видео при переконвертации. В реальности на детали вообще не заметно никаких следов от напильника.
Мало того, здесь тестовое коротенькое видео. Но помимо него, я ещё пытался первые демпферы, которые оказались великоваты обточить напильником, чтобы не выкидывать. Точил долго и точно так же безуспешно. Почти совсем не стирается материал. Срезать его получилось только острым ножом.
По итогам реальной печати могу сказать, что при температуре 210 градусов, на скоростях около 50 мм/с нить у меня не успевает липнуть к предыдущему слою, идёт отрыв, за счёт эластичности начинает стягиваться, комковаться. На 25 мм/с печатает нормально.
Ретракт делать больше, чем обычно у вас для жёстких пластиков. У меня, к примеру, обычно ретракт 1 мм, а для этого пластика пришлось ставить 3мм. Причём волос от него немного (ну по сравнению с PETG, например), но при холостых перемещениях на краях деталей, откуда съезжает сопло, могут образовываться наросты. С маленьким ретрактом их больше.
Обдув ставить только, если у вас очень маленькое время печати слоя, ну, примерно, меньше 10 секунд.
В общем хорош этот пластик, ну прям очень хорош, если бы не цена. 5000 Российских рублей за 1 кг материала изобретённого почти 80 лет назад, мне кажется это перебор. Я очень надеюсь, что бюджетные производители тоже оценят этот материал, его потенциал и освоят производство прутка из него. И цена станет более разумной.
В качестве подопытного выступал TPU пластик компании REC под торговой маркой Sealant.