Справочник по
3D-печати
Составитель:
Гринин Е.Е.
ОГК
АЕДОН
2022
Введение
Данный справочник направлен на предоставление начальной информации по 3Dпечати, для более углубленного изучения проблематики потребуется доступ в сеть интернет и
желание разобраться в этом вопросе.
В случае обнаружения неточностей, опечаток или иных замечаний просьба обращаться к
составителю.
Информация, представленная в документе, носит исключительно справочный характер.
2
Rev: 1.0
Что нового?
v1.0 – Справочник выпущен для общего пользования.
3
Rev: 1.0
Оглавление
1 Аддитивные технологии...............................................................................................................5
1.1 Разновидность аддитивных технологий.................................................................................6
2 Общие сведения по 3D-печати.....................................................................................................8
2.1 История 3D-печати................................................................................................................8
2.2 Устройство FDM 3D-принтеров..............................................................................................8
2.3 Кинематика принтеров........................................................................................................14
2.3.1 Конструкция и кинематика от Джозефа Прюши (Josef Prusa)........................................14
2.3.2 Кинематики по типу принтеров компании "Felix printers"..............................................15
2.3.3 Кинематика "Ultimaker".................................................................................................16
2.3.4 Кинематика H-bot/CoreXY..............................................................................................16
2.3.5 Delta кинематика..........................................................................................................18
2.3.6 Сравнение различных кинематик..................................................................................19
2.4 G-code.................................................................................................................................21
2.4.1 Основные команды.......................................................................................................21
2.5 Нарезка модели (слайсинг)..................................................................................................23
2.5.1 PrusaSlicer.....................................................................................................................23
2.5.2 Cura..............................................................................................................................24
2.5.3 Simplify3D.....................................................................................................................25
2.5.4 Слайсер - основные настройки......................................................................................26
2.5.5 Подготовка поверхности для печати.............................................................................29
3 Характеристики принтера Qidi X-max..........................................................................................31
3.1 ПО для X-Max.......................................................................................................................33
3.2 Слайсер и настройки...........................................................................................................33
3.2.1 PrusaSlicer.....................................................................................................................33
4 Филаменты.................................................................................................................................34
4.1 PLA......................................................................................................................................34
4.2 ABS......................................................................................................................................35
4.3 HIPS.....................................................................................................................................36
4.4 PETG....................................................................................................................................37
4.5 SBS......................................................................................................................................38
4.6 Flex......................................................................................................................................39
4.7 Nylon...................................................................................................................................39
4.8 PC........................................................................................................................................40
4.9 Другие филаменты..............................................................................................................40
4.10 Сравнение характеристик материалов...............................................................................40
5 3D-модели..................................................................................................................................42
5.1 Сайты с 3D-моделями..........................................................................................................42
5.2 Программное обеспечение для 3D-моделирования..............................................................42
5.3 На что обратить внимание при разработке модели.............................................................42
6 Глоссарий...................................................................................................................................45
7 Полезные ссылки........................................................................................................................48
4
Rev: 1.0
1 Аддитивные технологии
Аддитивные технологии (англ. Additive Manufacturing) — технологии послойного
наращивания и синтеза объектов. Широкое применение получили для так называемой фаббертехнологии (англ. fabber technology, также распространено наименование «3D-печать») — группы
технологических методов производства изделий и прототипов, основанных на поэтапном
формировании изделия путём добавления материала на основу (платформу или заготовку).
В начале 1980-х начали развиваться новые методы производства деталей, основанные не
на удалении материала как традиционные технологии механической обработки, а на послойном
изготовлении изделия по трехмерной модели, полученной в САПР, за счет добавления материала
в виде пластиковых, керамических, металлических порошков и их связки термическим,
диффузионным или клеевым методом. Группа этих технологий на западе получила название
«аддитивное производство» (англ. Additive Manufacturing). За три десятилетия технология
перешла от изготовления бумажных и пластиковых прототипов к непосредственному получению
готовых функциональных изделий. К настоящему времени технология позволяет получать
металлические и неметаллические прототипы и функциональные изделия, которые не требуют
механической пост-обработки.
Среди применений аддитивных технологий наиболее востребовано производство
функциональных изделий для нужд наиболее заинтересованных отраслей промышленности таких
как авиакосмическая отрасль, автомобиле- и машиностроение, ВПК, медицина в части
протезирования, то есть там, где существует острая потребность в изготовлении высокоточных
изделий и их прототипов в кратчайшие сроки.
3D-печать применяется для:
• Быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и
объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом
изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен
существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции;
• Быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов,
поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства;
• Изготовление моделей и форм для литейного производства;
• Изготовления конструкций из прозрачного материала, позволяющих увидеть работу
механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами Porsche при изучении тока
масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке;
• Производство различных мелочей в домашних условиях;
• Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например, беспилотный
самолёт Polecat компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом
скоростной трёхмерной печати;
• Изготовление лекарств, протезов и органов;
1Аддитивные технологии
5
Rev: 1.0
• Строительства зданий и сооружений;
• Создания компонентов оружия (Defense Distributed). Существуют эксперименты по печати
оружия целиком;
• Производства
корпусов
радиоэлектронное оборудование);
экспериментальной
техники
(автомобили,
телефоны,
• Пищевое производство.
1.1 Разновидность аддитивных технологий
Несмотря на всё многообразие способов и материалов применяемых в аддитивных
технологиях, в основе любого процесса лежит принцип послойного создания («наращивания»)
твёрдого объекта. В таблице 1.1 приведена сравнительная характеристика аддитивных
технологий.
Наибольший интерес для нас представляет технология FDM (Fused Deposition Modelling моделирование наплавленных отложений) или же FFF (Fused Filament Fabrication - изготовление
наплавлением волокон ), так как именно принтер с такой технологией применяется на нашем
производстве.
1.1Разновидность аддитивных технологий
6
Rev: 1.0
1.1Разновидность аддитивных технологий
Струйная печать
Метод многоструйного моделирования (Multi Jet modeling,
MJM)
+
+
Прямая лазерная наплавка,
прямая электронная наплавка
(Directed Energy Deposition)
Точечная подача
порошка
-
Выборочное тепловое спекание
(selective heat sintering, SHS)
Изготовление объектов с
+
использованием ламинирования
(англ. laminated object
manufacturing, LOM)
-
Прямое лазерное спекание металла (direct metal laser
sintering)
Ламинирование
-
Селективное лазерное спекание (selective laser sintering, SLS)
+
-
-
Электронно-лучевое производство изделий свободной
формы (англ. electron beam
freeform fabrication, EBF),
-
-
Формирование
3D Printing, 3DP
слоя на
выровненном слое
Электронно-лучевая плавка
порошка
(electron-beam melting, EBM)
Подача проволочного материала
+
-
SLA-LCD
+
+
+
+
-
-
-
-
SLA-DLP
-
-
+
+
Цветная печать
Лазерная стереолитография
(aser stereolithography, SLA)
+
Робокастинг (Robocasting или
direct ink writing, DIW)
Фотополимеризация
+
Моделирование методом наплавления (fused deposition
modeling, FDM)
Экструзия
Печать неск.
матер-ми.
Технология
Тип
Рабочий материал наносится с помощью струйной печати
Подаваемый порошок плавится под действием лазерного или электронного
луча
Деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер (или режущий инструмент) вырезает в каждом контуре сечения будущей детали
Плавление подаваемого проволочного материала под действием электронного излучения
Плавление порошка нагревательной головкой
Плавление металлического порошка под действием лазерного излучения
Плавление порошка под действием лазерного излучения
Плавление металлического порошка электронным лучом в вакууме
Склеивание порошка путём нанесения жидкого клея с помощью струйной
печати
Светодиодная ультрафиолетовая матрица засвечивает фотополимер через
маску ЖК-экрана (LCD)
Ультрафиолетовый DLP (англ. Digital Light Processing) засвечивает фотополимер
Ультрафиолетовый лазер засвечивает жидкий фотополимер (через фотошаблон, или постепенно, пиксель за пикселем)
«Чернила» (обычно керамический шлам) выходят из сопла в жидком состоянии, но сразу же принимают нужную форму благодаря псевдопластичности.
Застывание материала при охлаждении — печатная головка выдавливает
на платформу (обычно с функцией подогрева) расплавленный термопластик. Материал быстро застывает и слипается с предыдущими слоями, формируя будущий объект.
Описание
Таблица 1.1 Виды аддитивных технологий
7
Rev: 1.0
2 Общие сведения по 3D-печати
3D-печать - это автоматизированный процесс аддитивного производства, при котором 3Dпринтер создает физическую модель на основе цифровых данных (3D-объект). Существует ряд
различных технологий 3D-печати, но наиболее часто используемая технология, называемая FDM
(FFF ), проста: объект создается слой за слоем путем плавления нити пластика. Представьте, что
вы берете трехмерный объект и разрезаете его на тонкие кусочки – как картофель на чипсы.
Затем вы берете клеевой пистолет и «рисуете» каждый слой горячим клеем. Обычно объекты
печатаются так - это аддитивный метод, потому что мы добавляем материал. Это прямо
противоположно методу вычитания, который заключается в обработке существующего
материала.
2.1 История 3D-печати
Сначала 3D-печать называлась Rapid Prototyping (быстрое прототипирование) - этот
термин используется даже сегодня, хотя и редко. До того, как доступные 3D-принтеры стали
обычным явлением, эта технология использовалась только для создания прототипов.
Типичной задачей быстрого прототипирования являлась разработка и производство
пультов дистанционного управления для телевизоров. Подготовительные работы к производству
могут стоить десятки тысяч долларов США (изготовление форм, сам производственный процесс,
тестирование…), поэтому производитель должен быть полностью уверен, что его пульт от
телевизора удобно лежит в руках пользователя и все кнопки могут быть нажаты комфортно. Вот
тут-то и пригодилось прототипирование. Несмотря на то, что цены на 3D-принтеры были
действительно высокими, стоимость изготовления одного прототипа старыми методами
составляла около тысячи долларов, что все равно позволяло сэкономить много денег
относительно полного цикла производства. Высокая стоимость печатных станков не оставляла
шансам на приобретение для простых обывателей, однако ситуация вскоре изменилась.
2.2 Устройство FDM 3D-принтеров
Самая распространенная и самая доступная технология 3D-печати, подходящая для печати
функциональных / механических деталей и прототипов. В качестве основного ресурса принтер
использует нить пластика. Катушка с нитью пластика называется филамент. Типовой диаметр
нити пластика - 1,75 мм. На рынке все еще распространены 3-миллиметровые прутки, однако их
точность печати довольно низкая, и их использование не рекомендуется. По сравнению с
жидкими смолами или порошкообразными материалами, филамент безопасен и с ними легко
работать. Обратной сторона FDM печати - слои на печатных объектах видны невооруженным
глазом. Обычная высота слоя (при использовании сопла 0,4 мм) составляет от 0,05 до 0,3 мм
2.2Устройство FDM 3D-принтеров
8
Rev: 1.0
На картинке ниже изображен хотенд (Hot end) - та часть экструдера 3D принтера, где
происходит расплавление прутка (филамента).
Рисунок 2.1 - Усройство хотэнда
Пластиковый пруток подается через тефлоновую трубку и радиатор в термобарьер, и через
него в нагревательный блок. Там филамент плавится и выходит через сопло. Сопло имеет
определенный диаметр, который маркируется на нем.
2.2Устройство FDM 3D-принтеров
9
Rev: 1.0
Рисунок 2.2 - Внешний вид сопла
Сопло часто делают из латуни, так как материал недорогой, легко обрабатывается. От
сопла зависит точность печати. Чем меньше сопло, тем больше ниточек укладывается в 1 мм.
Самым «ходовым» является диаметр сопла равный 0,4мм.
Рисунок 2.3 - Условное отображение слоёв
при печати
Нагреватель и терморезистор образуют обратную связь для контроля и регулировки
температуры. То есть подача напряжения на нагреватель зависит от того какую температуру
показывает терморезистор, а процессор сравнивает ее с заданной.
2.2Устройство FDM 3D-принтеров
10
Rev: 1.0
Далее видим нагревательный блок. В него с одной стороны вкручивается сопло, а с другой
- термобарьер. Термобарьер служит для того, что бы минимизировать нагрев пластика выше
термоблока. Наиболее часто выполняется из нержавеющей стали. У нее теплопроводность ниже,
чем у обычной, нелегированной стали.
Рисунок 2.4 - Внешний вид термобарьера
Для предотвращения плавления прутка выше термоблока сверху на термобарьер
накручивается радиатор и обдувается кулером. Все достаточно просто.
Для того, чтобы подать пруток в нужное время и в нужном месте необходим фидер
(feeder), то есть устройство подачи прутка. Иногда его выполняют совмещенным с хотэндом, и
тогда такой тип экструдера (это все вместе хотэнд+фидер) называют директом (direct), то есть
подача прямая, без трубок. Так же фидер делают отдельно, а подачу прутка осуществляют через
фторопластовую трубку. Называют такую систему - боуден (bowden). Это делается для того,
чтобы облегчить движущуюся часть.
2.2Устройство FDM 3D-принтеров
11
Rev: 1.0
Рисунок 2.5 - Внешний вид директа
Таблица 2.1 Сравнительная характеристика директа и боудена
Вид
Достоинства
экструдера
Директ
1) Более надежный за счет меньшего
числа соединений для подачи пластика;
2) Менее придирчив к материалам,
которыми печатает, в частности резиной
на основе каучуков проблематично
печатать на боуден экструдерах;
Боуден
1) Вынесенный мотор снижает вес
движущихся частей принтера, а их
меньшая инерционность не влияет на
поверхность модели;
2) Катушка не дергается вслед за
моделью, а то при запутывании витков
катушки с директом получим пропуск
шагов, так как каретка будет тянуть за
собой катушку.
2.2Устройство FDM 3D-принтеров
Недостатки
1) Большой вес, за счет этого при
ускорениях/замедлениях можно
наблюдать небольшую рябь на
поверхности детали;
2) Габариты. Они очень сильно влияют на
область построения. Скажем, как на
картинке выше, директ с 4 цветами был
бы очень громадным. А для боудена это в
самый раз.
1) Настройки ретракта (вытягивание
прутка обратно при холостых
перемещениях, что бы расплавленный
пластик, расширяясь не сочился из сопла)
сложнее, так как пруток меньше
внутреннего диаметра трубки, он имеет
свойство тянуться;
2) Сложнее, чем на директе, выбрать все
зазоры, чтобы печатать различными
гибкими пластиками.
12
Rev: 1.0
Также можно рассмотреть следующие составляющие 3D-принтера:
•
Стол с подогревом. Подогреваемый стол или Heatbed (Хотбед, термостол) - важная часть
любого современного 3D-принтера, которая должна быть совместима с максимально
возможным количеством материалов. Подогреваемый стол не дает печатным объектам
изгибаться, деформироваться или отслаиваться от поверхности.
•
Рама. Рама - это несущая конструкция принтера. Жесткая и точно изготовленная, она
положительно влияет на качестве печати. Прочная и прочная рама сводит к минимуму
вибрацию и позволяет печатать быстрее без заметных проблем с качеством получаемых
печатных деталей.
•
Шаговые двигатели. Шаговые двигатели обеспечивают движение по всем осям включая экструдер и стол, а также контролируют движение филамента. Преимущество
шаговых двигателей в том, что шагами можно точно управлять.
•
Материнская плата. Материнская плата представляет собой электронную плату с
интегральными схемами, которая управляет всем принтером. Ее основная функция состоит
в чтении файлов инструкций (G-кодов) и управлении двигателями, подогреваемым столом
и нагревателем на основе инструкций, содержащихся в G-коде
2.2Устройство FDM 3D-принтеров
13
Rev: 1.0
2.3 Кинематика принтеров
Существует весьма ограниченное число кинематических схем, под которые написана
прошивка, и которые вполне сносно отрабатывают перемещения. Выделяют две основных
подгруппы кинематики: декартова (англ. Cartesian) и дельта (англ. Delta). В свою очередь,
системы построенные на декартовом перемещении, подразделяется на различные исполнения о
которых и пойдёт речь дальше.
2.3.1 Конструкция и кинематика от Джозефа Прюши (Josef Prusa)
Перемещение вдоль каждой из осей (X, Y, Z) обеспечивается своим независимым мотором.
Перемещение по оси Z (вверх-вниз) обеспечивается с помощью 2 моторов и с помощью
кинематической пары винт-гайка. Часто используются шпильки М5, в последнее время все чаще
ставят винты с трапецеидальной резьбой.
Рисунок 2.6 Кинематика "Прюша"
2.3.1Конструкция и кинематика от Джозефа Прюши (Josef Prusa)
14
Rev: 1.0
2.3.2 Кинематики по типу принтеров компании "Felix printers"
По сути кинематика та же, что и у Prusa. Независимые друг от друга оси. Только теперь
стол ездит не вдоль одной оси, а сразу вдоль целых двух. Вдоль оси Z, и по оси Y.
Рисунок 2.7 - Пример кинематики принтера "Felix printers"
На валах по Z ездит платформа. Сзади висит двигатель. По рельсам при помощи ремня
передвигается стол. Хотенд передвигается только вдоль одной оси.
2.3.2Кинематики по типу принтеров компании "Felix printers"
15
Rev: 1.0
2.3.3 Кинематика "Ultimaker"
Кинематка называется так в честь фирмы выпускающей принтеры ("Ultimaker").
Кинематика построена полностью на валах. Они выступают одновременно и как направляющие, и
как шкивы. Кинематика так же относится к декартовым кинематикам с независимым
перемещением вдоль каждой оси своим мотором. Очень привередлива к прямоте валов. Если
использовать кривые валы можно получить весьма забавные артефакты на стенках моделей. И
они будут по всем 3 координатам. Чаще всего это выглядит как разная толщина первого слоя и
небольшие волны по стенкам.
Рисунок 2.8 - Пример кинематики принтера "Ultimaker"
2.3.4 Кинематика H-bot/CoreXY
Следующая по распространению. Так же, декартовая. Два мотора неподвижны, но
перемещают каретку по направляющим с помощью одного длинного куска ремня (H-bot), или с
помощью двух (CoreXY), но покороче. Математика сложнее, чем у предыдущих, так как
необходимо синхронизировать поворот обоих роторов двигателя. То есть, для перемещения
вдоль каждой оси нужно вращать оба мотора, а для перемещения по диагонали - всего 1.
2.3.4Кинематика H-bot/CoreXY
16
Rev: 1.0
Рисунок 2.9 - Схема кинематики принтера
"H-bot/CoreXY"
Силы справа и силы слева создают крутящий момент. Поэтому для реализации этой
кинематики необходима жесткость кинематической схемы. Чаще всего ее реализуют в рельсах.
Рисунок 2.10 - Пример кинематики принтера "H-bot/CoreXY"
2.3.4Кинематика H-bot/CoreXY
17
Rev: 1.0
2.3.5 Delta кинематика
Кинематика основана на движениях дельта-робота, только вместо захватов
устанавливается хотенд. Редко когда устанавливают директ-экструдеры, так как эффектор
(площадка для установки хотенда) часто крепится на магнитах и необходимо максимально
разгрузить его. Но для уменьшения влияния длины трубки (а конкретнее, длины трубки за счет
правильной настройки ретрактов) на качество печати, экструдер вешают на те же каретки, но на
отдельных подвесах. За счет этого уменьшается длина боуден-трубки и улучшается качество
печати.
Рисунок 2.11 - Пример кинематики принтера "Delta"
2.3.5Delta кинематика
18
Rev: 1.0
2.3.6 Сравнение различных кинематик
Для наглядности, в таблице ниже представлены плюсы и минусы описанных ранее
кинематик 3D-принтеров.
Таблица 2.2 - Сравнение кинематик принтеров
Вид
кинематики
принтера
Кинематика
от Джозефа
Прюши
Достоинства
Недостатки
1) Независимое перемещение каждой из
осей. Легко поймать понять какая ось
пропускает шаги. Кинематика
перекочевала в принтеры от фрезерных
ЧПУ;
2) Кинематика проста как два пальца. Ее
очень просто собрать;
3) Легко изменяется под свои нужды,
размер экструдера тоже имеет небольшое
значение, так как он выступает вперед и
не мешает движению остальных частей.
1) Сложная калибровка. Поскольку стол
'дрыгается' печатать сложновато
качественно, ибо деталь и стол при
резкой смене направления перемещения
по инерции стремятся ехать дальше.
Получаются некрасивые артефакты
печати;
2) Деламинация. Из-за открытого корпуса
и постоянно перемещающейся платформы
горячий воздух, можно сказать, постоянно
сдувается, а охлаждая излишне деталь
сквозняками мы увеличиваем и без того
большую усадку нейлонов, абс и прочих
капризных пластиков.
1) Несомненно, большие дергающиеся
массы;
2) Нет возможности сделать ему
нормальную термокамеру. Стол двигается
вперед-назад и градиент температуры
просто сдувается.
Кинематика
1) Отсутствует второй мотор по оси Z.
"Felix printers" Винт, так же не стоит закреплять сверху;
2) Много места для установки директэкструдера;
3) Жесткая рама;
4) Если брать конструкцию Феликса на
профиле, то с помощью замены пары
кусков профиля и винта по Z можно
увеличить область печати.
Кинематика
1) Стол движется только вдоль одной оси.
"Ultimaker"
Вертикальной. И градиент температур
никоим образом от этого не страдает;
2) При всей кажущейся сложности
кинематической схемы она проста и
каждая ось перемещается с помощью
своего же мотора;
3) Корпус закрытый, что защищает от
сквозняков, и следовательно
деламинации.
2.3.6Сравнение различных кинематик
1) Требования к качеству деталей. Для
хорошей печати мало купить пачку
ровных валов. Собрать все эти валы
правильно воедино та еще задачка.
Заодно и купить хорошие подшипники;
2) Необходимо выставить правильно все
параллели валов;
3) Конструкция не предусматривает
увеличение области печати с помощью
пары кусоков профиля, поэтому размеры
хотенда имеют значение.
19
Rev: 1.0
Вид
Достоинства
кинематики
принтера
Кинематика
H-bot
"H-bot/CoreXY" 1) Ремень необходим всего один, а схема
предусматривает его работу без
скручиваний;
2) Натягивать один ремень удобнее, чем
2, поэтому в этой схеме нужен всего один
нормальный натяжитель.
CoreXY
1) Два коротких куска ремня. Их проще
найти, чем один длинный;
2) Силы уравновешивают балку, а не
стремятся ее повернуть, поэтому эту
кинематику можно собирать и на валах.
Кинематика
"Delta"
1) Легко кастомизируется. Для увеличения
высоты достаточно прикупить 3 куска
профиля подлиннее, и увеличить
максимальную высоту в настройках;
2) Занимает мало места. Она чаще
высокая, чем громоздкая по длине и
ширине, за счет этого компактность;
3) Если сделать легкий эффектор
(каретка, на которой установлен хотенд),
то можно добиться больших скоростей без
потери качества печати;
4) Перемещение по высоте не отличается
от перемещения по XY. Таким образом,
нет залипания линейных подшипников на
переездах стола, как у принтеров с
декартовой механикой;
5) Отсутствие выступающих частей дает
возможность закрыть корпус и придать
раме жесткости;
6) Эстетическая часть - на работу дельты
интереснее залипать.
2.3.6Сравнение различных кинематик
Недостатки
H-bot
1) Ремень имеет свойство растягиваться
со временем, а так как величина
растяжения напрямую зависит от длины,
то необходимо следить за его
натяжением;
2) Необходимо выставлять ролики строго
перпендикулярно плоскости XY, так как
при небольшом перекосе ролика ремень
будет съедаться об буртики ролика;
3) Сложная математика, из-за чего на
скоростях выше 100 мм/с могут быть
проблемы с нехваткой ресурсов 8 битных
плат.
CoreXY
1) Есть схемы с перекручиванием ремней
и перехода ремня с одного уровня на
другой - для ремня это не очень приятно;
2) Сложность нятяжки ремней. Их
необходимо натягивать одинаково, иначе
силы нятяжки будут стремиться повернуть
каретку;
3) Сложность сборки и разработки.
Необходимо выдержать вертикальность
роликов, относительно горизонтальности
площадки для установки моторов и рельс.
1) Сложная математика перемещений,
рекомендуется ставить сразу 32-битные
платы;
2) Сложная настройка. Частая проблема в
настройке - убрать так называемую
'линзу', ведь каждый стержень вращается
с радиусом, и при некорректной настройке
у вас печатаемая плоскость будет либо
выпуклой, либо вогнутой линзой;
3) Сложно и дорого сделать жесткую
раму, что бы ее не болтало от постоянных
дрыганий кареток;
4) Сложность установки директэкструдера;
5) Проблемы точности изготовления
деталей - любые неровности и
несоосности будут видны, даже если они
на одной оси. И они складываются по
осям.
20
Rev: 1.0
2.4 G-code
G-code — условное наименование языка программирования устройств с числовым
программным управлением (ЧПУ) и написанного на этом языке кода. Был создан компанией
Electronic Industries Alliance в начале 1960-х. Программа, написанная с использованием G-code,
имеет жесткую и последовательную структуру. В отличие от других языков программирования, в
G-code нет циклов, функций и логических команд, т.е. оборудование выполняет ровно то, что
подготовила программа, либо пользователь ручным набором.
Также важно понимать что все 3D-принтеры , фрезерные станки, CO2-станки и прочее
станки ЧПУ работают практически на одном языке. Разница может быть сугубо в количестве
уникальных команд для того или иного типа устройств.
2.4.1 Основные команды
Основные команды языка начинаются с буквы G (отсюда и его название), это например:
•
перемещение рабочих органов оборудования с заданной скоростью (линейное и круговое),
•
выполнение типовых команд (таких, как запуск вентиляторов, нагревателей и т.д.),
•
управление параметрами,
исчисление).
системами
координат
(абсолютное
или
относительное
Также существует большое количество команд, что начинаются с букв M и T, они относятся
к вспомогательным и используются в фрезерных станках и фрезерных обрабатывающих центрах.
Каждая строка G-code содержит в себе конкретную команду и набор параметров,
характеризующий само действие оборудования. Так, обычное перемещение во время печати
может характеризоваться рядом параметров, таких как направление, время работы приводов, для
перемещения на заданное расстояние, количество выдавленного пластика, скорость и ускорение.
Для наглядности рекомендуется ознакомится со списком допустимых команд.
Если раньше программировать действия станков приходилось вручную, то в наше время
существует большое многообразие программ, что могут преобразовать загруженный 3D-объект в
код управления, необходимый станку для создания этого объекта.
Для 3D-принтеров применяются программы, называющиеся слайсерами.
Такие слайсеры, как Cura, Simplify3D, PrusaSliser и множество подобных, помогают
автоматизировать процесс написания кода управления, пользователю остается лишь
использовать полученный с их помощью код. Возможная ручная корректировка сводится к
коррекции одного или двух параметров, или поиску лишней команды. Теперь не требуется писать
100-200 строк кода, достаточно лишь сгенерировать код в слайсере и, если требуется, внести
небольшие правки.
Каждая строка G-кода — это команда, которую выполняет 3D-принтер. Если ваш принтер
“делает что-то не так”, а механика его при этом исправна и настроена правильно, скорее всего
дело в коде, где-то в него закралась неверная или находящаяся не на своем месте команда.
2.4.1Основные команды
21
Rev: 1.0
Рассмотрим типичную команду:
G1 X-9.2 Y-5.42 Z0.5 E0.0377
В этой кодировке содержится следующая информация:
•
G1 — перемещаться по прямой;
•
Координата X — -9,2 мм;
•
Координата Y — -5,42 мм;
•
Координата Z — 0,5 мм;
•
Экструзия — 0,0377 мм.
В таблице ниже представлены некоторые «базовые» команды.
Относительные координаты - это координаты относительно текущего положения головки.
Абсолютные координаты - это координаты, строго привязанные к рабочей области.
Таблица 2.3 - Пример "базовых" G-code'ов
Команда
G0
G1
G4
G28
G90
G91
G92
М112
M82
M83
M104
M105
M106
M107
M109
M140
M190
Пояснение
Холостой ход, без работы инструмента
Координированное движение по осям X Y Z E
Пауза в секундах
Команда Home - паркуем головку
Использовать абсолютные координаты
Использовать относительные координаты
Установить текущую заданную позицию
Экстренная остановка
Установить экструдер в абсолютную систему координат
Установить экструдер в относительную систему координат
Ожидание нагрева экструдера до определенной
температуры в 190 С, без ожидания прогрева
Получить текущую температуру экструдера
Включение вентилятора обдува детали — мощность 50%
Выключение вентилятора обдува детали
Нагреть экструдер и дождаться температуру 215 C
Установить температуру стола 65 С, без ожидание прогрева
Нагреть стол и дождаться температуру 60С
2.4.1Основные команды
Пример
G0 X10
G1 X10
G4 S15
G28 Y0 X0 Z0
G90
G91
G92
M112
M82
M83
M104 S190
M105 S2
M106 S127
M 107
M109 S215
M140 S65
M190 S60
22
Rev: 1.0
2.5 Нарезка модели (слайсинг)
Нарезка - это процесс превращения трехмерного объекта в машинный код (G-код) с
помощью программы, называемой слайсером. Наиболее распространенными слайсерами
являются Slic3r PE (и его преемник PrusaSlicer 2.0), Simplify3D и Cura. Входными данными
для генерации G-кода является не только трехмерный объект, но и различные настройки. Они
могут повлиять на G-код / процесс печати разными способами - например, на прочность модели,
количество деталей или скорость печати.
Также можно изменять объекты - доступны инструменты:
•
масштабирования,
•
вращения,
•
резки
•
и другие.
И последнее, но не менее важное: вы можете использовать слайсеры для размещения
объекта или объектов на виртуальной поверхности стола. Программное обеспечение так же
важно, как и оборудование, а это означает, что правильные настройки слайсера оказывают
решающее значение для красивой и правильной 3D-печати. Существует несколько доступных
слайсеров, у каждого из которых есть свои плюсы и минусы. Большинство из них доступны
бесплатно. Новичкам следует придерживаться слайсеров, которые оснащены протестированными
предварительно созданными профилями для их принтеров. Как только вы освоитесь с чем-то, что
работает «из коробки», вы можете загрузить другие пакеты программного обеспечения и
попробовать поэкспериментировать. Практически каждый крупный производитель 3D-принтеров
имеет собственный слайсер, настроенный для своей линейки принтеров. Давайте посмотрим на
три слайсера, которые больше всего используются.
2.5.1 PrusaSlicer
PrusaSlicer основан на проекте Slic3r с открытым исходным кодом или, скорее, является его
ответвлением. Приложение имеет ряд полезных функций и регулярно обновляется. Оно содержит
множество улучшений и оптимизаций для продуктов Prusa Research, включая профили для
печати на нескольких материалах. Кроме того, он поставляется с огромной библиотекой готовых
и протестированных настроек для всех видов материалов. Это отличный вариант для каждого
владельца 3D-принтера Original Prusa.
Особенности PrusaSlicer:
•
Бесплатный и с открытым исходным кодом;
•
Имеет более 30 протестированных профилей для различных филаментов, от самых
популярных до различной экзотики (например, Woodfil - деревонаполненные и др.);
•
Профили регулярно обновляются;
•
Встроенный инструмент для прошивки оригинальных 3D-принтеров Prusa;
2.5.1PrusaSlicer
23
Rev: 1.0
•
Поддержка печати несколькими материалами;
•
Интеграция Octoprint (упрвление принтеров через WEB-сервисы);
•
Множество опций для настроек печати, включая специальные модификаторы на основе
области;
•
Предварительный просмотр срезов модели, который показывает объект слой за слоем;
•
Настройки переменной высоты слоя;
•
Поддержка 3D-принтеров SLA;
•
Возможна генерация древовидных поддержек.
Рисунок 2.12 - Окно ПО PrusaSlicer
2.5.2 Cura
Cura - это программное обеспечение для нарезки, разработанное Ultimaker,
производителем 3D-принтеров. Это наиболее распространенный выбор для владельцев 3Dпринтеров Ultimaker. Однако в программе есть несколько профилей для 3D-принтеров других
производителей
Особенности Cura:
•
Бесплатно и с открытым исходным кодом;
2.5.2Cura
24
Rev: 1.0
•
Простой интерфейс удобен для начинающих, но есть и расширенные настройки;
•
Оптимизированные профили для официальных материалов и 3D-принтеров Ultimaker;
•
Параметры печати для конкретных объектов, позволяющие размещать несколько объектов
на одном печатном столе, каждый с разной конфигурацией;
•
Предварительный просмотр нарезанной 3D-модели в формате G-кода;
•
Показывает подробную разбивку того, сколько времени потребуется для печати каждого
раздела модели (периметры, опоры, заполнение и другие).
Рисунок 2.13 - Рабочее окно ПО Cura
2.5.3 Simplify3D
Simplify3D - это программа для нарезки, разработанная независимо, поэтому она не
привязана к какому-либо производителю 3D-принтера или конкретной модели. В нем есть
готовые профили для сотен различных 3D-принтеров. Это особенно полезно, если у вас есть
несколько моделей 3D-принтеров, поскольку вам не нужно создавать профили печати
самостоятельно.
Особенности Simplify3D:
•
Платный софт;
•
Моделирование движений хотенда в режиме предпросмотра;
•
Предпросмотр нарезанных 3D-объектов в формате G-кода;
•
Автоматически
пользователя;
2.5.3Simplify3D
создаваемые
3D-поддержки
с
дополнительными
изменениями
25
Rev: 1.0
•
Множество настроек печати;
•
Модификаторы настроек по областям, настройки печати для конкретных объектов.
2.5.4 Слайсер - основные настройки
Температура сопла и печатного стола - каждый производитель филамента
устанавливает оптимальный диапазон температур для своего материала. Вам следует
придерживаться рекомендуемых значений, так как изменение температуры печати приведет к
изменению внешнего вида распечатанной детали. Температура сопла и стола для печати обычно
составляет от 200 ° C до 240 ° C и от 60 ° C до 100 ° C соответственно.
Высота слоя, иногда также называемая «разрешением по оси Z», оказывает большое
влияние как на время печати, так и на общий вид поверхности печатаемого объекта. Более
высокие значения приводят к более быстрой печати и более заметным слоям на поверхности
объекта. Этот эффект особенно заметен на поверхностях, которые почти параллельны печатному
столу. В большинстве случаев предпочтительна высота слоя 0,15-0,20 мм. Меньшая высота слоя
приводит к более детальной печати (менее заметные слои), однако время печати увеличивается.
PrusaSlicer имеет функцию для настройки переменной высоты слоя - это означает, что
пользователи могут выбирать, какие части объекта будут иметь малую высоту слоя
(детализированные или наклонные части), а какие части могут иметь увеличенную высоту слоя.
Рисунок 2.14 - Влияние высоты слоя на время печати
2.5.4Слайсер - основные настройки
26
Rev: 1.0
Вертикальные оболочки или периметры (Vertical shells / Perimeters) - это внешние
стенки модели. Они задаются количеством – т.е. сколько периметров будет у детали.
Результирующую толщину стенки можно примерно рассчитать так: количество периметров ×
диаметр сопла.
Горизонтальные оболочки / твердые слои (horizontal shells / solid layers) используется для настройки количества верхнего и нижнего слоев модели, которые будут
полностью наполненными (100% заполнение).
Заполнение (Infill) - влияет на время печати, прочность печатаемого объекта и расход
филамента. Заполнение задается в процентах, где 0% означает полностью полый объект.
Обычно используется 10-20%. Также можно выбрать рисунок заполнения (см. Ниже).
Рисунок 2.15 - Примеры "рисунков" заполнения
Поддержки (Supports) - конструкции, похожие на строительные леса, которые
поддерживают выступы или части, которые начинаются в воздухе. Поддержки легко снимаются,
но могут оставлять следы на модели. Наша цель - минимизировать их количество за счет
вращения (или даже проектирования) объекта для достижения оптимальной ориентации, когда
требуется лишь несколько поддержек (или ни одной). Меньшее количество поддержек означает
более быструю печать и лучший внешний вид модели.
2.5.4Слайсер - основные настройки
27
Rev: 1.0
Рисунок 2.16 - Примеры поддержек в слайсере(слева) и на реальной модели(справа)
Мостовое соединение (Bridging) - это единственный случай, когда принтер может
печатать в воздухе без опор под слоем. Но это особый случай. Экструдер может протащить
струну экструдированного пластика по прямой линии между двумя точками. Это также означает,
что мостик должен быть идеально параллелен печатной платформе. Максимальная длина
мостика также определяется качеством охлаждения вашего 3Dпринтера.
Край / поле / кромка / кайма (Brim) - для увеличения адгезии печатаемого объекта к
печатной платформе (например, при печати небольших / тонких объектов) рекомендуется
использовать край. Это дополнительная плоская поверхность, которая предотвратит деформацию
/ отслоение объекта во время печати. Его можно легко удалить после завершения печати.
Юбка (Skirt) - в отличие от поля Юбка не касается объекта. Это тонкая стенка вокруг
печатаемого объекта, обычно состоящая из нескольких слоев. Чаще всего она используется при
печати АБС-пластика, который имеет тенденцию к усадке и растрескиванию при остывании.
Дополнительная юбка создает микроклимат, который препятствует циркуляции прохладного
воздуха. Еще одно применение юбки: вы можете осмотреть ее, чтобы проверить, хорошо ли
держится первый слой, и отрегулировать значение оси Z, если это не так.
Плот / рафт / подложка (Raft) - это особая опорная конструкция, которая поднимает
весь печатный объект над печатной площадкой. Он используется в основном с материалами АБС,
поскольку помогает предотвратить деформацию / подъем объекта с поверхности для печати.
Охлаждение (Cooling) - рекомендуется активно охлаждать печатные объекты, особенно
тонкие и высокие структуры, которым не хватает времени, чтобы остыть самостоятельно, потому
что экструдер имеет тенденцию оставаться в одной области в течение длительных периодов
времени.
2.5.4Слайсер - основные настройки
28
Rev: 1.0
Продвинутые настройки. Слайсеры предлагают целый ряд других параметров, которые
вы можете настраивать и корректировать: скорость по периметру, мосты, заполнение и многие
другие. Эти настройки устанавливаются по умолчанию, поэтому зачастую нет необходимости
изменять их.
Рисунок 2.17 - Примеры мостов, каймы, юбки и подложки
2.5.5 Подготовка поверхности для печати
При разработке 3D-принтеров использовали различные варианты печатной поверхности.
Изначально там были только стандартные столики из стекла или зеркала без дополнительного
обогрева. Для увеличения адгезии использовался раствор ABS - ABS сок (крошечные кусочки ABS,
растворенные в ацетоне). Другой вариант - использовать каптоновую ленту или клей для бумаги
(Kores). Это также означало, что работа с принтером была несколько неаккуратной. Затем была
открыта пленка PEI - и все изменилось. Поверхность PEI можно найти на всех современных 3Dпринтерах. Такой тип поверхности не требует длительной и сложной подготовки - достаточно
содержать ее в чистоте и обезжиривать. Он совместим с широким спектром материалов, и
единственный раз, когда вам нужно использовать клей Kores - это когда вы хотите печатать ПЭТ-
2.5.5Подготовка поверхности для печати
29
Rev: 1.0
пластиком. В этом случае клей действует как разделитель, потому что адгезия ПЭТ может быть
слишком сильной, что затрудняет его удаление со стола.
Также существуют «кустарные» варианты 3D-клея для увеличения адгезии:
•
Раствор энтеродеза. 1 пакетик энтеродеза растворяется в 300-500мл спирта. По
необходимости раствор разбавляется водой. Такой раствор позволяет немного обезжирить
рабочую поверхность и нанести на неё адгезионное покрытие. При остывании модель сама
(в большинстве случаев) отходит от стола.
•
Раствор БФ-2. Клей БФ-2 растворяется в спирте в пропорциях 1 к 1. Обеспечивает
отличную адгезию, но могут возникать проблемы с отделением модели от стола.
2.5.5Подготовка поверхности для печати
30
Rev: 1.0
3 Характеристики принтера Qidi X-max
На предприятии имеется 3D-принтер фирмы Qidi, модель X-max. Описание с официального
сайта гласит:
«3D принтер QIDI Tech X-Max - профессиональное устройство для FDM печати. Закрытая
камера и область построения 300х250х300 мм позволяют создавать качественные детали из
разных видов пластика.
QIDI Tech X-Max имеет возможность установки второго экструдера с температурой нагрева
до 300⁰С для работы такими видами филамента, как Nylon и PC. Два варианта расположения
катушки с пластиком делает работу комфортной. Расположение филамента внутри камеры
позволяет равномерно прогреть инженерные пластики и обеспечить надежное сцепление слоев.
Закрытая камера с прозрачным акриловым окошком позволяет добиться хорошего результата при
работе ABS, PETG и другими чувствительными к изменениям температуры пластиками.
Рабочая платформа изготовлена из алюминия и имеет функцию подогрева. Магнитная
подложка в комплекте позволяет легко отделять заготовку от основания. В отличие от подложек
других производителей, основание от QIDI более прочное и толстое. Чтобы отсоединить деталь,
нужно согнуть подложку.
Управлять печатью можно с помощью 5 дюймового полноцветного экрана. Для печати без
потери качества при аварийных ситуациях есть функция возобновления печати после
отключения электричества.»
Рисунок 3.1 - Внешний вид принтера Qidi X-Max
3Характеристики принтера Qidi X-max
31
Rev: 1.0
Наиболее интересующие нас параметры приведём ниже:
•
Температура экструдера — 260 °С — возможна печать материалами типа ABS;
•
Температура стола — 120 °С;
•
Область печати — 300 х 250 х 300 мм (X x Y x Z);
•
Скорость печати / выращивания — 20 - 180 мм/с (по факту предельная скорость печати
составляет порядка 50-60мм/с);
•
Минимальная толщина слоя — 20 мкм.
Иные характеристики принтера, c официального сайта, представлены ниже:
•
Материал печати - Пластиковая нить;
•
Технология печати - FDM / FFF;
•
Корпус принтера — Закрытый;
•
Диаметр нити - 1.75 мм;
•
Тип экструдера — Direct;
•
Кол-во печатающих сопел — 1 шт.;
•
Температура экструдера — 260 °С;
•
Температура стола — 120 °С;
•
Область печати — 300х250х300 мм;
•
Направляющие — Валы;
•
Калибровка — Автоматическая;
•
Скорость печати / выращивания — 20 ÷ 180 мм/с;
•
Минимальная толщина слоя — 20 мкм;
•
Полноцветная печать — Нет;
•
Подогреваемый стол — Да;
•
Высокотемпературная печать — Нет;
•
Видеокамера — Нет;
•
Контроль наличия пластика — Нет;
•
Система возобновления печати — Да;
•
Сопло — 0.4 мм;
•
Поддерживаемые материалы — PLA, ABS, TPU, PETG, Nylon, PC, Carbon fiber.
3Характеристики принтера Qidi X-max
32
Rev: 1.0
3.1 ПО для X-Max
Qidi Technology предоставляет собственное программное обеспечение — слайсер Qidi Print
для использования с устройствами Qidi. QiDi Print можно загрузить с веб-сайта Qidi Tech .
Доступны версии для Windows и MacOS. Отличительной особенностью является возможность
отправки G-code’а по Wifi, даже если модель была нарезана в другом слайсере.
3D-принтер Qidi Tech X-Max также официально совместим с Cura, что неудивительно,
поскольку Qidi Print является модифицированной версией Cura, и с Simplify3D.
3.2 Слайсер и настройки
Среди используемых на нашем предприятии слайсеров можно выделить PrusaSlicer и
Cura. Предпочтительным является PrusaSlicer, так как он имеет версию Portable (не требующую
установки). Инструкции и некоторые настройки расположены по адресу:
Программное обеспечение на Server05
Настройки печати PrusaSlicer и Cura
Актуальная версия PrusaSlicer на GitHub
Сайт загрузки Cura
Сайт загрузки QIDI Print
3.2.1 PrusaSlicer
Рассмотрим заготовленные профили печати PrusaSlicer:
•
Fast_Print – быстрая печать со средним качеством печати;
•
STD_print – скорость меньше чем у Fast_Print, но качество получше;
•
Standoff – низкая скорость печати для ответственных маленьких деталей (например
стоек) ;
•
Supports – низкая скорость, наличие защитного кожуха.
3.2.1PrusaSlicer
33
Rev: 1.0
4 Филаменты
По мере роста популярности 3D-принтеров производители также производят новые
филаменты с разными цветами или особыми свойствами. В настоящее время ассортимент
доступных филаментов довольно широк: легко печатаемый и очень популярный PLA,
универсальный PETG, подходящий для печати механических деталей, очень прочный и
термостойкий ABS, светящиеся в темноте нити, мягкие гибкие материалы, имитирующие внешний
вид дерева или бронзы, композитные материалы и многое другое.
Каждый филамент требует определенных настроек печати, что также означает, что для
одного и того же материала от двух разных производителей могут быть разные требования к
печати. Возможно даже такое, что у филаментов от одного производителя будут разные
требования к печати в зависимости от цвета (например, красный или синий PLA). Чтобы достичь
максимально возможного уровня качества во время печати, всегда обращайтесь к
рекомендуемым температурам печати, установленными производителем. Только в том случае,
если на распечатках есть видимые проблемы, вы можете начать настраивать профиль материала
в слайсере – температуру, скорость вентилятора, скорость печати, поток филамента, втягивание
(ретракт) и другие настройки.
Чаще всего используются филаменты PLA, PETG и ABS. Но на рынке есть и другие
интересные материалы - на самом деле их так много, что лучший способ узнать о них больше это посетить сайты производителей.
Таблица со сравнением основных материалов находится ниже (Таблица 4.2). Данные для
этого раздела позаимствованы с сайта: top3dshop.ru
4.1 PLA
PLA (Полилактид) — биоразлагаемый пластик, в основе которого находится молочная
кислота. Производится из сахарного тростника или кукурузы. Может также производиться из
других натуральных продуктов, таких как картофельный крахмал или целлюлоза. PLA, наверняка,
является наиболее часто используемым филаментом в целом. Данный пластик нетоксичен и
представлен разными производителями в широкой цветовой гамме.
Плюсы:
•
Не дает усадки при печати, что позволяет получить точное соответствие размеров
напечатанного изделия смоделированному.
•
Не требует подогреваемого стола и не боится сквозняков при печати, а значит может
использоваться для печати на самом дешевом китайском принтере с открытым корпусом.
•
Нетоксичен. Во время печати приятно и несильно пахнет, что позволяет печатать им в
квартире без использования специальной вытяжки.
•
Твердый, прочный и скользкий, широкий диапазон применений.
4.1PLA
34
Rev: 1.0
•
Производится из натуральных компонентов, может использоваться для контакта с
пищевыми продуктами.
•
Биоразлагаемый, вещи из данного пластика не наносят вреда окружающей среде при
утилизации.
Минусы:
•
Под воздействием воздуха и ультрафиолета, как и любой натуральный материал, со
временем становится более хрупким, вследствие чего не рекомендуется для
долговременного применения при больших физических нагрузках или использования без
защитного покрытия на открытом воздухе.
•
Низкая температура размягчения (50°C) — в салоне машины, оставленной на солнце в
жаркий день, легко размягчается и теряет форму.
•
Узкий температурный диапазон использования (-20 — +40°C).
•
Высокая твердость пластика затрудняет его механическую обработку.
•
Пластик некоторых производителей, из-за высокого содержания остаточных мономеров,
склонен к образованию пробок в цельнометаллических хотэндах.
Основные способы его применения:
•
3D-печать крупногабаритных изделий;
•
3D-печать изделий с точными размерами;
•
3D-печать декоративных элементов.
4.2 ABS
ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) — ударопрочный пластик, очень популярен в
промышленности и 3D-печати. Изделия из ABS достаточно прочны, поэтому его часто используют
для печати функциональных объектов, имеющих практическое применение.
Выпускается различными производителями в широком ассортименте цветовых оттенков.
Некоторые производители, для снижения стоимости, выпускают его без катушек. Из-за
невысокой стоимости сырья, является одним из самых доступных по цене пластиков.
Плюсы:
•
Хорошее сочетание прочности и упругости позволяет использовать его для изготовления
механических изделий рассчитанных на долгий срок эксплуатации;
•
Широкий диапазон используемых температур позволяет эксплуатировать изделия из него в
технических целях;
4.2ABS
35
Rev: 1.0
•
Простота механической обработки, в комплексе с химическим сглаживанием поверхности
недорогими растворителями типа ацетона, позволяют делать декоративные изделия или
корпуса с высоким качеством поверхности.
Минусы:
•
Плохо переносит воздействие ультрафиолетового излучения, желтеет на солнечном свете,
что ограничивает применение неокрашенных поверхностей на улице;
•
Не любит сквозняков при печати, что ограничивает применение дешевых принтеров с
открытым корпусом;
•
Из-за относительно высокой усадки склонен к деламинации (расслоению), требует наличия
подогреваемого стола, без него возникают проблемы с прилипанием к столу первого слоя;
•
В процессе печати может образовываться неприятных запах, печатать лучше в
проветриваемом помещении, или оснащать принтер специальной системой вытяжной
вентиляции, с выводом за пределы квартиры.
Можем обозначить следующие способы его применения:
•
3D-печать декоративных изделий с последующей обработкой;
•
3D-печать механических изделий;
•
3D-печать изделий, рассчитанных на долгий срок службы в отсутствие воздействия
прямого солнечного света.
•
4.3 HIPS
HIPS (высокопрочный полистирол) — достаточно мягкий пластик, создавался для
использования совместно с ABS, для поддержек при двуэкструдерной 3D-печати. Этому
способствовали его следующие свойства: одинаковая с ABS температура экструзии, низкая
спекаемость с ABS, наличие растворителя (D-Limonene), который растворяет HIPS и не
растворяет ABS.
Но его характеристики сделали возможным использование данного пластика и для
самостоятельного применения. На данный момент выпускается различными производителями в
широком диапазоне цветов, однако меньшем, чем для PLA или ABS.
Плюсы:
•
Меньшая усадка, чем у ABS, что делает его пригодным для печати точных изделий;
•
Меньшая плотность, чем у PLA, что позволяет печатать изделия, где необходима легкость
конструкции;
•
Мягкость поверхности, которая гарантирует простоту механической обработки;
•
Матовость, которая придает эффект сглаженности изделиям;
4.3HIPS
36
Rev: 1.0
•
Температура размягчения почти как у ABS, что позволяет использовать его в уличных
условиях.
Минусы:
•
Как и ABS, требует подогреваемой платформы и подвержен деламинации, хоть и в
меньшей степени;
•
Меньшая, чем у ABS, прочность на изгиб и, как следствие, большая хрупкость изделий;
•
Низкая устойчивость к ультрафиолетовому излучению, что ограничивает использование
изделий на солнечном свете.
Все это позволяет использовать данный пластик для производства мебельного декора и
интерьерных украшений. Основное применение — это печать поддержек для ABS.
4.4 PETG
PETG (полиэтилентерефталат-гликоль) — относительно новый, по сравнению с тем же ABS,
материал, но уже завоевавший заслуженное признание у 3D-печатников. Пластик достаточно
ударопрочный, а спекаемость слоев получается такой, что при нагрузке изделие часто ломается
против слоев, а не вдоль.
Плюсы:
•
Отсутствие запаха при печати — позволяет печатать в домашних условиях не используя
дополнительную вытяжку;
•
Отсутствие усадки обеспечивает высокую точность размеров принтов;
•
Очень сильное спекание между слоями — можно печатать тонкостенные изделия с высокой
прочностью;
•
Стойкость к ультрафиолету — напечатанные модели можно использовать вне помещений;
•
Широкий температурный диапазон эксплуатации;
•
При печати не требуется закрытая камера;
•
Хорошее скольжение и ударопрочность — можно печатать шестерни, втулки и другие
детали механизмов;
•
Не токсичен, можно печатать изделия предназначенные для контакта с пищей.
Минусы:
•
Высокая текучесть требует тщательной настройки ретрактов;
•
Высокая температура печати быстро выводит из строя фторопластовую вставку в хотэнде и
заставляет задуматься о переходе на цельнометаллические термобарьеры;
•
Прочность и температура размягчения ниже, чем у ABS.
4.4PETG
37
Rev: 1.0
Можем обозначить следующие способы его применения:
•
3D-печать форм для вырубки печенья;
•
3D-печать не сильно нагруженных кинематических пар;
•
3D-печать элементов декора;
•
3D-печать изделий, эксплуатирующихся в уличных условиях.
4.5 SBS
SBS (стиролбутадиен–стирол) — еще один из относительно новых игроков на рынке
пластиков для 3D-печати. Характеризуется низкой токсичностью и усадкой, а также высокой
прочностью. Основное его преимущество в его прозрачности. Изделия, напечатанные этим
пластиком и обработанные сольвентом, приобретают прозрачность окрашенного стекла.
Производителей на рынке представлено не так уж и много. Но цветовая гамма завораживает.
Плюсы:
•
Относительно низкая усадка, позволяющая печатать в принтерах с открытым корпусом;
•
Высокая адгезия к столу;
•
Возможность контакта с пищевыми изделиями;
•
Ударопрочность;
•
Красивые цвета, позволяющие создавать уникальные предметы декора;
•
Прозрачность после обработки, возможность использования в светильниках;
•
Широкий диапазон температур эксплуатации, морозостойкость;
•
Простота постобработки как химическими, так и механическими методами.
Минусы:
•
Слабая межслойная адгезия, требует сопел с большим диаметром отверстия, либо печати
со 100% заполнением;
•
Относительно высокая температура печати, как и у PETG.
Можем обозначить следующие способы его применения:
•
3D-Печать элементы светильников;
•
3D-печать элементов декора.
4.5SBS
38
Rev: 1.0
4.6 Flex
Flex (полиуретан) — мягкий резиноподобный материал. Используется там, где нужна
гибкость и эластичность готовых изделий. Некоторые производители производят по нескольку
сортов, разной жесткости. Разнообразие цветов небольшое — редкий производитель производит
цветные флексы — обычно это белый, черный или серый материал. Материал имеет достаточно
узкую нишу применения.
Плюсы:
•
Гибкость — основное свойство, которое обуславливает применение.
•
Масло-бензостойкость — может использоваться при прямом контакте с этими жидкостями.
•
Широкий температурный диапазон применения — можно использовать в технических
изделиях, в условиях повышенных температур.
Минусы:
•
Сложность печати — зачастую требуется доработка экструдера для печати гибкими
материалами.
•
Не всегда возможна печать с ретрактами — возможно возникновение “соплей” на модели.
Основные применения - прокладки и ремни для технических изделий.
4.7 Nylon
Nylon (нейлон — синтетический материал из семейства полиамидов) — очень стоек к
истиранию, отсюда и основное применение — трущиеся узлы кинематических пар (шестеренки,
втулки и т.д.).
Так-как используется в основном в технических целях, выпускается обычно белого, реже
черного цвета.
Его устойчивость к высоким температурам, хорошее скольжение и стойкость к истиранию
делают нейлон незаменимым материалом для разнообразных шестеренок и конструкционных
деталей. Нивелируется это очень высокой усадкой, необходимостью закрытой камеры для печати
и невозможностью печати больших изделий.
Плюсы:
•
Прочность.
•
Упругость.
•
Высокое скольжение.
•
Термостойкость.
•
Химическая стойкость.
4.7Nylon
39
Rev: 1.0
Минусы:
•
Сложность печати.
•
Высокая усадка, при моделировании необходимо обязательно корректировать размеры с
учетом усадки.
4.8 PC
PC (Поликарбонат) — один из самых крепких материалов в этом списке. Устойчив к
физическому и тепловому воздействию. Выдерживает температуру до 110°C. Прозрачный. В
промышленности используется для изготовления бронестекол и масок для аквалангов,
остекления парников. В бытовой 3D-печати применяется редко. Причина - высокие
гигроскопичность, температура печати и усадка. Используется для печати технических изделий
высокой прочности или работающих в условиях повышенных температур.
4.9 Другие филаменты
На просторах интернета также можно встретить множество других материалов, таких
например как:
•
Metal, bronzefill и т.д. (Металлонаполненный);
•
Conductive (электропроводный);
•
Ceramo, ceramic (керамический);
•
и многие другие.
4.10 Сравнение характеристик материалов
Ниже представлена таблица с параметрами печати наиболее часто используемых
матералов:
Таблица 4.1 - Параметры печати
Хар-ка
PLA
ABS
HIPS
PETG
SBS
FLEX
Nylon
PC
Темп-ра
190-230°C 210-245°C 210-245°C 215-245°C 220-240°C 220-240°C 235-260°C 270-310°C
экструзии
Тем-ра стола 20-60°C 90-120°C 90-120°C
20-80°C
70-90°C 90-110°C 100-120°C 90-110°C
Требуется
да
нет
нет
да
да
нет
нет
нет
обдув
Межслойная
очень
хорошая средняя
средняя
низкая
хорошая
высокая
высокая
адгезия
высокая
Адгезия к
хорошая средняя
средняя
средняя
средняя
средняя
низкая
низкая
столу
Сравнительная характеристика материалов представлена ниже, в таблице 4.2.
4.10Сравнение характеристик материалов
40
Rev: 1.0
Таблица 4.2 - Технические характеристики пластиков
Хар-ка
Темп-ра
плавления
Темп-ра
размягчения
Темп-ра
эксплуатации
изделий
Твердость
(по Роквеллу)
Относительное
удлинение при
разрыве
Прочность на
изгиб
Прочность на
разрыв
Модуль
упругости при
растяжении
Модуль
упругости при
изгибе
Темп-ра
стеклования
Плотность
PLA
ABS
HIPS
PETG
SBS
FLEX
Nylon
175-180°C 175-210°C 175-210°C 222-225°C 190-210°C 200-210°C 215-220°C
50°C
100°C
97°C
80°C
76°C
110°C
120°C
PC
300°C
127°C
-20÷+40°C -40÷+80°C-40÷+70°C -40÷+70°C-80÷+65°C 100÷+100°
30÷+120°C 40÷+120°C
C
(по Шору)
R70-R90 R105-R110
L79
R106
R118
R70-R90
D82
D40
3,80%
6,00%
55,3 МПа
41 МПа
57,8 МПа
250,00%
600,00%
300,00%
4,80%
37,6 МПа 76,1 МПа
36 МПа
5,3 МПа
70 МПа
89 МПа
22 МПа
16,4 МПа 36,5 МПа
34 МПа
17,5 МПа
66-83 МПа
57 МПа
3,3 ГПа
1,6 ГПа
0,93 ГПа
2,6 ГПа
1,35 ГПа
0,06 ГПа
2,7 ГПа
1,95 ГПа
2,3 ГПа
2,1 Гпа
1,35 ГПа
1,12 ГПа
1,45 ГПа
0,07 ГПа
2,6 ГПа
1,8 ГПа
60-65°C
105°C
55°C
80°C
95°C
-
50-70°C
161°C
1,1 г/см³
1,13 г/см³
1,2 г/см³
1,23÷1,25
г/см³
64,00%
50,00%
1,1 г/см³ 1,05 г/см³ 1,3 г/см³ 1,01 г/см³
Минимальная
толщина
1 мм
стенок
Точность
± 0,1%
± 1%
± 0,5%
± 0,1%
± 0,4%
± 1%
печати*
Усадка при
изготовлении
нет
до 0,8%
0,40%
нет
0,20%
0,35-0,8%
изделий
Влагопоглощен
0,2-0,4%.
0,45%.
1%.
0,12%.
0,07%
0,04%
ие
*- Не учитывается точность самого принтера
**- Данные в таблице типовые и могут отличаться для конкретного производителя и
4.10Сравнение характеристик материалов
1 мм
-
± 3%
± 6%
1,00%
3,00%
3,10%
0,20%
филамента
41
Rev: 1.0
5 3D-модели
В целом, 3D-модель можно получить одним из следующих способов:
•
Скачать 3D-модель из Интернета;
•
Создать собственную модель;
•
3D-сканирование реального объекта.
5.1 Сайты с 3D-моделями
Самый простой способ начать работу с 3D-печатью - это бесплатно найти 3D-объекты в
Интернете.
Обычно они имеют форматы файлов .stl или .obj. Существует ряд веб-сайтов,
предлагающих широкий спектр загружаемых моделей, лучшие из которых перечислены ниже:
•
Printables.com
•
Thingiverse
•
YouMagine
•
Pinshape
•
MyMiniFactory
•
Cults
•
Статья с ссылками на известные сайты с моделями
5.2 Программное обеспечение для 3D-моделирования
В настоящее время вы можете выбирать из широкого спектра различных приложений для
3D-моделирования. Существуют простые и легкие в освоении (зачастую веб-приложения), такие
как TinkerCad.
Вы можете попробовать параметрическое моделирование с помощью OpenSCAD или
использовать полностью профессиональный инструмент, такой как популярный Autodesk Fusion
360. Все эти приложения позволяют создавать модель и экспортировать ее как файл STL.
5.3 На что обратить внимание при разработке модели
1. Постарайтесь свести к минимуму потребность в поддержках. 3D-принтеры не могут
печатать в воздухе, а для больших выступов также требуются поддержки. Чтобы
42
5.3На что обратить внимание при разработке модели
Rev: 1.0
сэкономить время, материал и улучшить качество поверхности объекта, постарайтесь
спроектировать объект таким образом, чтобы свести к минимуму необходимость в
поддержках.
2. Решите, как модель будет расположена на печатном столе. Поверхности, расположенные
поверх опор, не будут такими же гладкими, как поверхности, расположенные
непосредственно на печатной платформе.
3. Печать имеет меньшую прочность в направлении, параллельном напечатанным слоям, чем
в направлении, перпендикулярном напечатанным слоям. Если Вы ожидаете, что печатная
деталь будет выдерживать определенные нагрузки, имейте это в виду.
4. Вы можете разделить модель на несколько частей, а затем найти оптимальное положение
для этих частей на печатном столе. Возьмем для примера простую сферу. Распечатать её
как единую деталь довольно сложно, потому что начальный слой, который касается
печатной платформы, очень мал. Вы можете добавить козырек и опоры, чтобы решить эту
проблему. Однако пострадает качество поверхности. Возможное решение - разрезать
сферу на две части. Распечатайте их по отдельности, а затем склейте.
5. При моделировании деталей, которые должны подходить друг к другу, необходимо
учитывать определенный допуск. Вы не сможете соединить две детали с нулевым допуском
у размеров. Имейте в виду, что вам, вероятно, придется изменить допуски, пока не
достигнете оптимального результата. Не существует единого «универсального» значения все зависит от размера модели, горизонтальной или вертикальной ориентации, формы
деталей, которые должны сцепляться, калибровки, настроек, материалов и других
аспектов. Так что не беспокойтесь о том, что не добьетесь успеха с первого раза,
потребуется несколько попыток, чтобы все настроить - в конце концов, 3D-принтеры
созданы как отличные машины для создания прототипов, поэтому продолжайте перебирать
варианты, пока не получите наилучший результат. Быстрый пример: если мы хотим
вставить стержень диаметром 10 мм в трубку, диаметр трубки должен быть примерно на
0,15 мм больше.
6. Круглое отверстие, напечатанное вертикально, не будет идеально круглым. Для
достижения лучшего результата распечатайте круглые отверстия по горизонтали.
Отдельно можно отметить решение — отверстия в форме капель. Также рекомендую к
ознакомлению следующее видео.
5.3На что обратить внимание при разработке модели
43
Rev: 1.0
Рисунок 5.1 - Отверстие в форме капли
7. Ширина одного периметра при печати со стандартным соплом 0,4 мм составляет около
0,45 мм. Это влияет на общую ширину стенок модели.
5.3На что обратить внимание при разработке модели
44
Rev: 1.0
6 Глоссарий
•
AMF/3MF файл - формат файла, используемый программным обеспечением слайсера для
сохранения всей сцены (модели, размещение и настройки печати)
•
FDM / FFF - технологии 3D-печати - аддитивный производственный процесс. Пруток
филамента загружается в экструдер, нагревается, плавится и экструдируется. В принтере
есть механические части, движущиеся по трем осям, что позволяет печатать любой 3Dобъект.
•
G-Code - файл, содержащий список команд для 3D-принтера.
•
OBJ файл - один из файлов 3D-объектов, поддерживаемых слайсерами, как и STL.
•
PEI - пленка на поверхности печатного стола с хорошей адгезией и простым уходом.
•
RepRap - первый проект 3D-принтера с открытым исходным кодом. Он был основан в 2005
году в Университете Бата Адрианом Бауэром. Теперь проект находится в руках сообщества
3D-печати - сотен разработчиков и десятков тысяч пользователей.
•
Resin (Смола) - жидкий материал, используемый для печати на 3D-принтерах SLA. Также
называется фотополимером, потому что процесс затвердевания инициируется УФ-светом.
•
SLA / DLP - технологии 3D-печати, основанные на отверждении жидкой смолы с помощью
УФ-излучения.
•
SLS - технология 3D-печати, основанная на спекании металлических порошков с помощью
лазера.
•
STL файл - один из поддерживаемых форматов файлов для слайсеров. Он определяет
набор точек (вершин) в трехмерном пространстве, которые соединяются, образуя ребра и
многоугольники. Это самый распространенный тип файлов в индустрии 3D-печати.
•
Bed, heatbed (Стол) - поверхность для печати, как правило, с нагревательным элементом
для улучшения адгезии.
•
Bridge, bridging (Мостик) - единственный случай, когда печать в воздухе без опор
возможна, но работает только в определенном сценарии. С помощью моста можно создать
прямую линию между двумя точками с одинаковой высотой по оси Z. Это означает, что
мост должен быть параллелен печатной машине.
•
Brim (Край / поле / кайма) - дополнительный материал, напечатанный вокруг
основания предмета для улучшения адгезии - особенно полезен для небольших предметов.
•
Extruder (Экструдер) - вся печатающая головка. Обычно он состоит из хотенда,
механизма подачи и вентилятора.
•
Filament (Филамент, пруток) - печатный материал, используемый в 3D-принтерах FDM /
FFF.
6Глоссарий
45
Rev: 1.0
•
Firmware (Прошивка) - программное обеспечение для запуска и управления 3Dпринтерами.
•
Heat break (термобарьер) - часть хотэнда в форме трубки, которая сводит к минимуму
передачу тепла между нагревательным блоком и радиатором.
•
Heater block (Нагревательный блок) - нижняя часть хотенда изготовлена из
теплопроводных материалов. Включает в себя сопло, модуль нагрева и термистор.
•
Heater cartridge (Нагревательная капсула) - нагревательный модуль, который
нагревает нагревательный блок вместе с форсункой.
•
Hotend (Хотэнд) - часть экструдера, плавящая филамент.
•
Infill (Заполнение) - параметры нарезки, которые определяют, насколько плотной будет
внутренняя структура печатаемого объекта. 100% означает твердый заполненный объект.
Обычно в диапазоне от 10 до 20%. Этот параметр существенно влияет на время печати и
количество используемого материала.
•
Layer (Слой) - один слой объекта, созданный в процессе нарезки. Рекомендуемая высота
слоя не должна превышать 0,75 от диаметра сопла. Сильно влияет на скорость печати: чем
меньше высота слоя, тем больше деталей будет по оси Z.
•
Mesh (Сетка) - способ представления 3D-модели. Набор вершин,
многоугольников (фасетов) в трехмерной декартовой системе координат.
•
Nozzle (Сопло) -деталь 3D-принтера, используемого для экструзии расплавленного
пластика. Его диаметр влияет на качество и скорость печати.
•
Overextrusion (Переэкструзия) - ошибка 3D-печати - через сопло проталкивается
чрезмерное количество филамента, в результате чего поверхность печатаемого объекта
получается неровной.
•
Perimeter (Периметр) - внешняя «стенка» 3D-печатного объекта. Слайсеры имеют
возможность изменять количество периметров. Толщина периметра определяется
диаметром сопла. При использовании стандартной насадки 0,4 мм толщина периметра
составляет 0,45 мм. Количество периметров сильно влияет на время печати.
•
Raft (Подложка) - тип опор, который присутствует под всем первым слоем печатаемого
объекта
•
Retraction (Ретракт) - команда, которая заставляет филамент втягиваться обратно в
сопло при движении экструдера. Таким образом предотвращается выливание
расплавленного филамента на модель. Неправильные настройки ретракта часто могут
проявляться в виде бахромы (см. «нитки / бахрома»).
•
Skirt (Юбка) - линия вокруг печатаемого объекта, обычно в несколько слоев. Это создает
микроклимат для напечатанной модели и снижает вероятность изгиба, деформации или
растрескивания. Также может использоваться для калибровки высоты первого слоя.
6Глоссарий
ребер
и
46
Rev: 1.0
•
Slicer (Слайсер) - программа для преобразования (нарезки) 3d-модели в машинный код,
читаемый 3D-принтерами (G-Code). Их несколько на рынке, некоторые из них бесплатные,
а другие платные - PrusaSlicer, Cura, Simplify3D и т.д. Слайсер не является инструментом
моделирования.
•
Slicing (Слайсинг, нарезка) - процесс преобразования 3d-модели в машинный код,
читаемый 3d-принтерами. «Разрезает» модель на горизонтальные слои определенной
высоты и создает инструкции движения для экструдера.
•
Stringing (Нитки, бахрома) - нежелательный эффект проявляется в виде тонких нитей
пластика («волосков») на поверхности объекта. Обычно помогает регулировка отката /
ретракта.
•
Supports (поддержки) - структуры, похожие на строительные леса, используются для
печати сложных объектов либо с большими выступами, либо с частями, начинающимися в
воздухе. Поддержки печатаются со специальными настройками, поэтому их достаточно
легко оторвать от напечатанного объекта. Однако опоры FFF / FDM обычно оставляют
следы на поверхности.
•
Thermistor (Термистор) - термодатчик. Используется для проверки и регулировки
температуры хотэнда и подогреваемого стола.
•
Under-extrusion (Недоэкструзия) - Проблема с 3D-печатью, которая возникает, когда
через сопло проталкивается недостаточное количество филамента, что проявляется в
отсутствии слоев / частей напечатанной модели. Если настройки температуры правильные,
причиной обычно является засорение сопла.
6Глоссарий
47
Rev: 1.0
7 Полезные ссылки
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
3dtoday - сайт по 3D-печати
Лайфхаки для печати
Тонкости 3D-печати. Часть 1. Полимеры
Тонкости 3D-печати. Часть 2. Теория и практика
Статья про ретракт/откат
Чем и что печатать. Часть 1-я.
Чем и что печатать. Часть 2-я.
Дефекты печати
Пост обработка ABS
7Полезные ссылки
48
Rev: 1.0