3D-друк для початківців: початок роботи з 3D-друком

Початок роботи з 3D-принтерами не повинен бути страшним. Ми створили це просте керівництво по 3D-друку для початківців, щоб допомогти всім новачкам розібратися в основних термінах.

3D-друк – це дуже загальний термін. Засоби масової інформації, особливо мейнстрім-маркетинг, зображують 3D-друк як чарівну технологію майбутнього, здатну відтворювати складні об'єкти.

Але такий підхід ускладнює розуміння того, що таке 3D-друк з технічної точки зору.

В реальності існує безліч різних технологій 3D-друку, але найбільш поширеним для початківців є метод пошарового моделювання (FDM або FFF), на якому зосереджена дана стаття.

Ender 3 V2 - один з найбільш популярних 3D-принтерів для любителів.

FDM друкує деталі з використанням термопластика, який в основному являє собою нитку з матеріалу, здатного плавитися, охолоджуватися і застигати. Деталі будуються шляхом накладання шарів один на одного.

Ця технологія була створена тому, що людям потрібен був спосіб швидко створювати прототипи деталей. Навіть сьогодні швидке виробництво прототипів є одним з найбільших переваг FDM і 3D-друку в цілому. Не дивно, що 3D-друк також поступово стає потужним виробничим рішенням.

Перш ніж ми перейдемо до деталей того, як працює FDM, варто згадати ще одну річ. Якщо ви вже провели дослідження FDM, ви могли помітити, що деякі джерела використовують термін «FFF» (метод наплавлення ниток) замість FDM, коли мова йде про технології. Це пояснюється тим, що FDM - це термін, спочатку запатентований Stratasys, а FFF – це незапатентоване загальне скорочення. Пам'ятайте, це одна і та ж технологія, тільки назви різні. Сьогодні більшість людей використовують термін FDM.

3D-друк FDM. Як це працює?

1. Інтерфейс управління 3D-принтера
2. Пластик для 3D-друку (філамент)
3. Екструдер
4. Хотенд (гарячий кінець)
5. Вентилятор (кулер)
6. Друкована платформа (стіл)
7. 3D-друк

Найпростіший спосіб зрозуміти, як працює FDM, — це вивчити деталі 3D-принтера FDM. Однак перш ніж ми поговоримо про конкретні деталі, варто згадати, що більшість 3D-принтерів можуть виконувати рухи по трьох осях: X, Y та Z. Осі X і Y відповідають за рух вліво, вправо, вперед і назад, в той час, як вісь Z відповідає за вертикальне переміщення.

Тепер розглянемо основні компоненти 3D-принтера:

Інтерфейс управління: деякі сучасні 3D-принтери мають сенсорний екран, який використовується для управління 3D-принтером. На старих принтерах замість сенсорного інтерфейсу може бути простий РК-дисплей з фізичною прокруткою і колесом управління. В залежності від моделі також можуть бути присутні слот для SD-карти та USB-порт.

Друкована платформа: Платформа або стіл 3D-принтера - це, по суті, поверхня, на якій виготовляються деталі. Платформи найчастіше виготовляють з підігрівом, щоб поліпшити адгезію деталі, але про це пізніше.

Екструдер(и): Екструдер — це компонент, відповідальний за плавлення і поступове осадження пластикової нитки для побудови моделі.

Насправді екструдер складається з двох підкомпонентів: гарячого і холодного. Гарячий кінець або хотенд містить нагрівач і сопло, яке фактично розплавляють філамент, в той час, як холодний кінець складається з двигуна, приводних шестерень та інших дрібних компонентів, які проштовхують нитку в хотенд для розплавлення.

Між гарячим і холодним кінцем знаходяться радіатор і вентилятор, тому що необхідно, щоб холодний кінець залишався холодним, щоб уникнути заклинювання.

На додаток до вентилятора радіатора зазвичай є, принаймні, ще один вентилятор, призначений для охолодження розплавленої нитки після того, як вона виходить з екструдера — він зазвичай називається вентилятором охолодження деталей.

Друкувальна головка: на друкувальній голівці встановлено один або кілька екструдерів (стандартні 3D-принтери мають один екструдер). У верхній частині друкувальної головки знаходиться трубка, по якій нитка подається в друкувальну голівку.

Як друкує 3D-принтер.

Процес починається, коли ви відправляєте файл 3D-моделі на принтер. Після запуску завдання на друк сопло починає нагріватися. Коли сопло досягає температури, необхідної для плавлення нитки, екструдер втягує нитку в гарячий кінець для підготовки до моделювання методом наплавлення.

Тепер принтер готовий приступити до 3D-друку деталі. Друкувальна голівка опускається на робочу поверхню (платформу) і починає наплавляти філамент, який охолоджується і твердне незабаром після виходу з сопла завдяки вентиляторам охолодження деталі.

Пластик наноситься по одному шару за раз, і після того, як один шар буде завершено, друкувальна голівка переміщається вгору по осі Z на невелику відстань, і процес повторюється до тих пір, поки деталь не буде завершена.

Створення, завантаження і покупка 3D-моделей.

Звичайно, якщо ви хочете надрукувати деталь на 3D-принтері, у вас повинна бути тривимірна модель цієї деталі. Тривимірні моделі створюються з використанням програмного забезпечення для тривимірного моделювання, яке зазвичай називають програмним забезпеченням САПР (автоматизоване проєктування). Ось кілька прикладів популярних програм для 3D-моделювання:

• Autodesk's Fusion 360 (безплатно для некомерційного використання)
• Блендер (безплатно)
• ZBrush (платна, але є безплатна пробна версія)

Проте більшість новачків в 3D-друку не мають навичок, необхідних для використання такого програмного забезпечення. Якщо це так, не хвилюйтеся, тому що є й інші рішення.

По-перше, є більш прості варіанти програмного забезпечення САПР, такі як Tinkercad, програма, яку може використовувати майже кожен без якого-небудь попереднього досвіду. Це онлайн-додаток, розроблений Autodesk, одним з провідних розробників програмного забезпечення САПР.

Завантаження файлів

У зв'язку з тим, що в останні роки дуже багато людей отримали доступ до 3D-принтерів, кілька сайтів стали репозиторіями для 3D-моделей.

Ось деякі з найбільш популярних:

• Thingiverse (безплатно)
• MyMiniFactory (багато безплатних, частина платних)
• Cults3D (безплатно і платно)
• CGTrader (кілька безплатних і більшість платних)
• PrusaPrinters (все безплатно)

Таким чином, будь-який охочий може отримати у свої руки модель без будь-яких навичок моделювання.

Підготовка моделей.

3D-моделі необхідно підготувати для 3D-друку за допомогою спеціального програмного забезпечення, яке переводить модель в машинні інструкції. Це робиться за допомогою програмного забезпечення для нарізки, також званого слайсером. 3D-моделі імпортуються в слайсер, який потім фактично «розрізає» модель на шари. Отримані файли складаються з G-коду, який, по суті, являє собою довгий список інструкцій. Цим інструкціям слідкує 3D-принтер для побудови моделі.

G-код - це «мова» 3D-принтерів і верстатів з ЧПУ. Ці файли містять важливі параметри, необхідні для створення моделі, такі як швидкість і температура друку, товщина стінки, відсоток заповнення, висота шару і багато інших. Іншими словами, 3D-друк неможливий без файлів G-коду!

Підтримки (опорні структури)

Ще одна з основних функцій слайсера — генерування опорних структур (підтримок). Зокрема, підтримки потрібні для деталей з навісними частинами.

Слайсер дозволяє вам вибрати, де поставити опори та наскільки щільними ви хочете їх бачити. Деякі слайсери навіть пропонують користувачам можливість вибирати різні типи опорних структур для більш легкого видалення або міцності.

Підготовка принтера.

Перед початком друку на 3D-принтері потрібно зробити кілька обов'язкових кроків:

Завантаження пластику: Екструдер повинен бути готовий видавлювати нитку до початку друку. Процес завантаження починається з нагрівання хотенда до температури розплаву, а потім безпосередньо нитка завантажується в нагрітий екструдер.

Вирівнювання платформи: Для того, щоб принтер успішно надрукував об'єкт, стіл повинен бути максимально рівним.

В залежності від принтера калібрування платформи може виконуватися ручним, напівавтоматичним і автоматичним способами.

Вирівнювання платформи дуже важливо, тому що, наприклад, якщо сопло знаходиться занадто далеко від столу, перший і самий важливий шар не буде прилипати до поверхні, внаслідок чого ви не зможете надрукувати об'єкт.

Матеріали для FDM 3D-друку.

Як ми вже згадували, 3D-принтери FDM використовують котушки з пластиком в якості матеріалу для деталей. Філамент — це в основному термопластик, спеціально розроблений для розплавлення та охолодження при збереженні своєї структурної цілісності.

Нитки для 3D-друку зазвичай бувають двох діаметрів: 1,75 мм і 3 мм (або 2,85 мм). Більшість 3D-принтерів використовують пластик діаметром 1.75, саме тому різноманітність типів і відтінків філамента 1,75 істотно перевищує 2.85.

Рекомендуємо перед тим, як купити 3D-принтер, обов'язково уточнити, з яким філаментом він працює.

Переробити екструдер з 2.85 на 1.75 можливо, але вимагає метушні, часу і додаткових аксесуарів.

Одна з кращих особливостей 3D-принтерів FDM полягає в тому, що вони можуть працювати з широким асортиментом пластиків.

Ось лише деякі з різних типів, які використовуються в 3D-друку FDM:

Стандартні:

• PLA
• ABS
• PETG

Інженерні:

• Гнучкі (TPU, TPE)
• Нейлон
• З добавками (дерево, метал і т. д.)
• Полікарбонат (PC)

Для підтримок:

• HIPS
• PVA

Крім іншого, філамент для FDM є одним з найбільш дешевих матеріалів, використовуваних у світі 3D-друку.

Постобробка надрукованих виробів.

Постобробка — це завершальні дії, які ви повинні зробити для завершення вашого об'єкта.

Нижче ми перерахували деякі кроки постобробки 3D-друкованої деталі. Вам не обов'язково потрібно виконувати кожен з цих кроків.

Найчастіше постобробка завершується на етапі видалення підтримок.

Видалення підтримок: Після друку опорні структури видаляються механічним шляхом, ви просто їх ламаєте. В результаті ви можете побачити сліди, залишені на поверхні деталі.

Якщо ви купили 3D-принтер з двома екструдерами, ви можете використовувати спеціальні розчинні пластики для друку підтримок. У цьому випадку вам просто необхідно помістити об'єкт у воду, якщо ви друкували PLA+PVA або в лімонен, якщо ви друкували ABS+HIPS.

Шліфування: На вашій деталі можуть залишитися дефекти (наприклад, після видалення підтримок). У цьому випадку в справу вступає шліфування. Легке шліфування деталей, надрукованих на 3D-принтері, може зробити поверхню гладкою.

Фарбування: Часто ви будете друкувати одним кольором. Щоб додати більше кольорів, деталей або захисту, ви можете розфарбувати свою модель!

Полірування або згладжування: Епоксидне покриття є одним зі способів згладжування поверхні друкованої деталі. Для ABS часто використовують ацетонову парову лазню. Під впливом парів ацетону ABS починає розчинятися і, якщо вчасно зупинити цей процес, ви отримуєте гладку та глянсову деталь.

Склейка: якщо ви хочете надрукувати велику 3D-модель, яка не вміщується в камері побудови вашого принтера, ви можете видрукувати деталь з двох або більше частин, а потім склеїти їх.

Поширені проблеми з 3D-принтером.

Нумо обговорімо деякі з найбільш поширених проблем, з якими можуть зіткнутися новачки при використанні 3D-принтера.

Деформація: Ця проблема виникає із-за різниці температур в процесі 3D-друку. Розшарування 3D-друку - 5 порад і хитрощів, щоб уникнути деламінаціі.

Просочування пластику (соплі): тонкі додаткові нитки пластику на вашій моделі можуть бути викликані неправильними налаштуваннями температури або ретракта. Деякі типи пластику, наприклад, PETG більш схильні вільного витікання зі сопла.

Засмічення сопла: Засмічення сопла — одна з найбільш неприємних проблем 3D-принтерів FDM.

Якщо ви чуєте дивний звук друкувальної головки, і пластик не виходить з сопла, можливо, сопло забито. Це може бути викликано, зокрема, поганою якістю филамента або неправильними температурними параметрами.

Зсув шару: ця проблема може бути викликана вібраціями й коливаннями вашого принтера, недостатнім натягом ременів по осях Х і Y, а також надмірно високою швидкістю друку.

Недоекструзія: Недостатня екструзія виникає, коли під час друку видавлюється недостатня кількість пластику. Це може призвести до перепусків, відсутності шарів і навіть невеликим точкам або діркам в шарах. При недостатньому видавлюванні погіршується якість, і навіть міцність деталей.

Переекструзія: Як випливає з назви, надмірна екструзія виникає, коли ваш 3D-принтер видавлює забагато матеріалу. Це може призвести до провисання шарів, порушення геометрії та поганої якості ваших відбитків. Перевірте діаметр вашого филамента, пограйте з налаштуваннями швидкості друку і плинності в слайсері.