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.

Модель, визуализируемая в OpenSCAD.
Рендер силами пакета Blender.
“Нарезка” модели на слои в Cura.
Готовое изделие (фиксатор для дверки).
Одна и та же модель (втулка), напечатанная двумя принтерами из разных материалов. Справа: 4Max и PETG. Слева: Mega X и PLA. Качество изделия из PLA – выше.
Те же втулки, вид с другого ракурса. PETG – справа. Хорошо видны “мусорные” нитки (которые, впрочем, легко удалить).

Примеры изделий

PLA, Mega X. Болт и гайка. Как ни странно, они вполне годятся для сборки пластиковых деталей.
PLA, Mega X. Это регулируемая по высоте подпорка, спроектированная мной для закрепления монитора.
PLA, Mega X. Струбцина и детали для крепления веб-камеры.

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.

()

Похожие записки:



Далее - мнения и дискуссии

(Сообщения ниже добавляются читателями сайта, через форму, расположенную в конце страницы.)

Написать комментарий

Ваш комментарий:

Введите ключевое слово "F5237" латиницей СПРАВА НАЛЕВО (<--) без кавычек: (это необходимо для защиты от спама).

Если видите "капчу", то решите её. Это необходимо для отправки комментария ("капча" не применяется для зарегистрированных пользователей). Обычно, комментарии поступают на премодерацию, которая нередко занимает продолжительное время.