Из практики: домашняя 3D-печать
Поделюсь некоторым практическим опытом любительской 3D-печати. Я пока поработал с тремя разными принтерами. Это бюджетные устройства, все они относятся к типу FDM (FFF), то есть, строят изделие методом последовательного наплавления слоёв пластика: пластиковая нить поступает в подвижную печатающую головку, где пластик расплавляется при помощи нагревательного элемента и выдавливается, формируя очередной слой изделия, – впрочем, думаю, что принцип печати многим хорошо знаком.
Два принтера, которые я использую и сейчас, это Anycubic Mega X и Anycubic 4Max Pro 2.0 (далее – просто 4Max). Третий – Wanhao Duplicator 4S (как я понимаю – больше не выпускается), его я некоторое время назад всё же разобрал с прицелом на модификацию, поскольку и качество печати оставляло желать лучшего, и принтер требовал постоянной настройки и мелкой возни с механической частью. Единственное преимущество этого принтера состоит в том, что там двойной печатающий узел, который, в теории, позволяет печатать двумя типами пластика одновременно. Упомянутый принтер Wanhao вполне можно использовать, но, к сожалению, добиться устойчивого и приемлемого результата с этим устройством весьма непросто, кроме того, сам принтер на настоящий момент сильно устарел. Так что в этой записке речь, в основном, только об упомянутых принтерах Anycubic, которыми я пользуюсь. Эти принтеры, кроме кинематической схемы, отличаются тем, что первый – полностью открытый, а второй имеет закрываемый корпус, с прозрачной крышкой и дверкой.
(Продолжение с картинками.)
Пластики и печать
Сейчас я почти все изделия печатаю из PLA (тип пластика). С этим пластиком никаких проблем нет, так как удалось подобрать параметры, обеспечивающие хорошую воспроизводимость и, так сказать, устойчивый процесс печати: изделие не отклеивается от столика раньше времени, при печати не появляются всякие лишние “мусорные” нитки и не возникают дефекты формы модели. Печатаю я непосредственно на столике, который у используемых принтеров покрыт специальной пластиной, напоминающей текстурированное стекло. Надо заметить, что свойства этого покрытия, в случае с PLA, полностью соответствуют заявленным: при печати пластик прочно держится, а после того, как столик остынет до комнатной температуры (20-25°C) – отклеивается сам, без усилий. (У Wanhao, кстати, проблема была с отклеиванием изделий из PLA даже после того, как столик остыл. Но Wanhao использует совсем другое покрытие для столика – оно выполнено из какого-то пластика. Хотя, конечно, можно установить и обычное стекло, которое шло в комплекте и проблем только добавляло.)
А вот с ABS-пластиком (который, на мой взгляд, мало чем отличается от PLA с практической точки зрения) основная проблема как раз в отклеивании изделия в процессе печати. Наверное, тут поможет скотч или дополнительный клей, но я предпочёл использовать другой пластик и сохранить чистый столик.
Неплохие результаты на некоторых моделях показал пластик PETG (см. иллюстрации ниже), однако этот пластик требует более высокой температуры подачи (по сравнению с PLA: хотя бы 230°C против 190°C для PLA), что, – опять же, по опыту, – приводит к засорению “хотенда” (подающей горячей части печатающей головки). Да и общее качество при использовании PLA выше, так как выше точность: PETG, из-за каких-то особенностей “термоусадки”, приводит к большей погрешности по высоте, особенно, если печатать тонкими слоями (менее 0.2 мм).
В теории, оба рассматриваемых принтера могут печатать “гибкими пластиками” (Flex), но это только в теории. На принтере Mega X напечатать что-то “гибкое” у меня не получилось вообще, а вот от 4Max удалось добиться чего-то похожего на процесс печати, однако с весьма и весьма посредственным результатом, который вряд ли можно назвать практически полезным. Думаю, что различный результат тут обусловлен устройством принтеров: в Mega X мотор экструдера, обеспечивающий подачу нити, находится далеко от “хотенда”, поэтому нить проталкивается через длинную трубку, которая, к тому же, изгибается при перемещении печатающего узла; а вот мотор экструдера 4Max – размещён непосредственно в печатающем узле, рядом с “хотендом”, соответственно, здесь нить затягивается с катушки через подающую трубку, а интервал проталкивания сравнительно мал. Но, подчеркну, рассчитывать на практическую, – а не “формальную” (чтобы соответствовать заявленному списку возможностей), – печать гибких изделий всё равно не приходится ни с тем, ни с другим принтером.
Некоторые настройки температур, которые я использую:
PLA, Mega X
“хотенд” (температура пластика): 200-210°C – первый слой, 190°C – остальные слои;
столик, при температуре в помещении 20-25°C: 70-80°C – первый слой, 60°C – остальные слои;
столик, при температуре в помещении 15°-20°C: 90°C – первый слой, 70-80°C – остальные слои.
PLA, 4Max
“хотенд” (температура пластика): 210°C – первый слой, 190°C – остальные слои;
столик: 70°C – первый слой, 50°C – остальные слои.
PETG, 4Max
“хотенд” (температура пластика): 230°C – все слои;
столик: 70°C – первый слой, 60°C – остальные слои.
PETG, 4Max, второй вариант
“хотенд” (температура пластика): 250°C – все слои;
столик: 80°C – первый слой, 60°C – остальные слои.
UPDATE (09/06/2021):
После многочисленных опытов с PETG на 4Max, наилучший результат удалось получить со следующими настройками: 250°C (все слои) температура “хотенда”; 80°C – столик, первый слой; 70°C – столик, остальные слои; толщина слоя 0.15-0.2 мм; скорость печати – 25-30 мм/сек. внутри и 18 мм/сек. для внешних стенок; при этом перемещения печатающей головки выполняются (при наличии возможности) только над уже напечатанными фрагментами изделия (соответствующая опция есть в “слайсерах”, например, в Cura (см. ниже), а требуется это для того, чтобы головка не задевала изделие за края и пластик не нависал лишними “ветками”).
Различия между принтерами
Как ни странно, но наилучшие результаты, для моих задач, показывает Mega X. Скорее всего, это обусловлено кинематикой: у Mega X вертикальное (ось Z) перемещение точки печати обеспечивается подъемом печатающего узла, вместе с горизонтальной направляющей (осью), а столик всегда находится на одной высоте; у 4Max – столик перемещается вертикально, две других оси обеспечиваются движением печатающей головки. Более того, в Mega X за вертикальное перемещение отвечают два мотора, которые вращают два вертикальных винта с резьбой, а в 4Max – винт, обеспечивающий вертикальное движение столика, только один. При этом, в целом, и тот, и другой принтер вполне хороши, соответствуют своей нише. Преимущество 4Max состоит в наличии закрытого корпуса, который позволяет стабилизировать температуру воздуха вокруг области печати и, соответственно, меньше нагревать столик. У 4Max заметно меньше объём печати, чем у Mega X (270x210x190 мм против 300x300x305 мм), но и этого объёма вполне достаточно.
Вообще, что касается печати больших изделий, то эти принтеры ограничены скорее не объёмом, а скоростью: основное время отнимает перемещение печатающего узла, поэтому печать даже какой-нибудь простой коробочки, размером 200 х 200 х 200 мм – может занять сутки. При этом, на любом этапе что-то может пойти не так и придётся запускать весь процесс с самого начала.
Процесс подготовки модели
Для того, чтобы изделие распечатать, нужно подготовить модель. Геометрическое описание, обычно, выводится в файл STL, на основе которого формируется файл команд принтера (GCODE). Помимо записи координатного перемещения печатающего узла, GCODE содержит и другие технические параметры печати: температуру, скорость подачи и пр. Эти параметры зависят от модели конкретного принтера, от типа пластика, от метода печати (и много от чего ещё). А файл STL – это именно описание формы модели, без технических параметров печати. В качестве операционной системы у меня Debian (это один из линуксов), но, думаю, упомянутые ниже программы доступны и под Windows, а некоторые – и под Mac OS.
Основной инструмент подготовки моделей – OpenSCAD. Это довольно простой, но при этом весьма мощный программный пакет, позволяющий описывать геометрические параметры моделей “процедурным образом”, то есть, на некотором высокоуровневом языке: вы пишете программу, а OpenSCAD рисует по этой программе объект. Для OpenSCAD достаточно готовых библиотек, решающих различные типовые задачи, например, для генерирования резьб. Многие библиотеки входят в стандартный дистрибутив, другие – несложно добавить. Конечно, есть и экспорт в STL.
Иногда я использую Blender (мощный пакет для трёхмерной компьютерной графики), но не для подготовки моделей, а для того, чтобы перед печатью сгенерировать детальную визуализацию модели и (виртуально) собрать сложные модели из нескольких элементов в единое изделие. В частности, результат визуализации (рендер) можно кому-то показать до того, как объект будет распечатан. В принципе, Blender годится и для подготовки моделей, но я всё же использую OpenSCAD, так как эта система представляется мне более подходящей. Чтобы загрузить в Blender модели, подготовленные в OpenSCAD, подходит формат STL.
Подготовка набора инструкций для принтера включает в себя “нарезание” модели на слои, этот процесс часто называют “слайсингом”, а программу, которая его выполняет, – “слайсером”. Я, в основном, использую весьма удобный пакет (Ultimaker) Cura. В рамках “нарезания”, Cura выполняет разметку подпорок (для печати нависающих над столиком элементов), генерирует трёхмерную “заливку” для внутреннего объёма изделия и решает другие задачи, которые, впрочем, обычны для программы-“слайсера”.
Процесс подготовки модели к печати выглядит следующим образом.
Шаг 1. OpenSCAD – создание геометрического описания, на выходе файлы .scad (описание модели OpenSCAD) и .stl (описание геометрии для экспорта).
Шаг 2. Blender – предварительная визуализация (этот шаг часто пропускается).
Шаг 3. Cura – “нарезка” на слои.






Примеры изделий



Конечно, 3d-принтер пока что не является необходимым бытовым устройством, но нередко оказывается полезен в самом практическом смысле, позволяя спроектировать и тут же распечатать элемент крепежа уличной видеокамеры, дверной фиксатор или ремонтную втулку.
(Update, 25/02/2023: небольшие дополнения про принтеры.)
Адрес записки: https://dxdt.ru/2021/05/24/9037/
Похожие записки:
- Фольклор и квантовый компьютер
- Причина падения марсианского "коптера"
- Записки за январь 2025
- Умение писать код и DevOps c SRE
- Реплика: про HTTP-код 408 (Request Timeout)
- Домены и адреса
- "Лазейки" вокруг неравенства Белла
- Аварии сайтов Британской библиотеки
- TIKTAG и процессоры с кешированием
- Raspberry Pi 5
- День Космонавтики
Написать комментарий