Один маленький буксир на протяжении многих лет остается индикатором качества 3D-принтера и одним из лучших способов настроить его работу.
Погруженные в горы отходов и десятки вариантов итераций дизайна, Даниэль Норе и Пауло Кифе понимали, что должен быть более простой способ.
Это было в 2015 году, и им было поручено провести стресс-тестирование принтеров в Creative Tools, компании по 3D-печати, базирующейся в Швеции. Работа требовала печати нескольких дизайнов с конкретными деталями, которые были специально сложны для точной печати. Каждая модель требовала длительного времени печати, чтобы найти единственный дефект печати, который в конечном итоге оказывался в мусоре.
Именно тогда и родился Benchy.
Benchy — названный его создателями «забавным тестом 3D-печати» — представляет собой отпечаток, содержащий ряд сложных для печати элементов, в том числе:
- выступы
- гладкие изогнутые поверхности
- отверстия (без поддержки)
- очень мелкие детали
Benchy также является идеальным тестом для обнаружения:
- деформации
- проблем с первым слоем
- непоследовательных шагов слоя
- сбоев в управлении температурой
- проблем с управлением движением
Все это в масштабе, который для большинства принтеров занимает не более часа. Benchy не только ускоряет процесс оценки возможностей 3D-принтера, но и дает в результате очаровательный, достойный демонстрации отпечаток.
Необычный характер Benchy завоевал множество преданных поклонников и обеспечил ему статус иконы 3D-печати, с собственным веб-сайтом. Сейчас, спустя десять лет после его создания, он считается самым печатаемым объектом на 3D-принтере за всю историю и остается самым популярным объектом для печати на Thingiverse. Давайте посмотрим поближе, почему он так полезен и как Benchy стал канонизированным спасителем 3D-принтеров.
13 проблем с Benchy, их причины и способы устранения
| Проблема | Как она проявляется на Benchy | Вероятные причины | Предлагаемые способы устранения |
|---|---|---|---|
| Паутина / Текучесть | Тонкие волоски между стенками рубки, дымовой трубой или через зазоры | Не настроен откат, слишком высокая температура сопла, слишком влажный филамент | Отрегулируйте величину/скорость отката, снизьте температуру сопла, просушите филамент |
| Чрезмерная экструзия | Неровные слои корпуса; шероховатая поверхность; избыток пластика вокруг деталей | Слишком высокий поток, неправильно откалиброванный диаметр филамента | Откалибруйте шаги экструдера (E-steps), проверьте диаметр филамента, уменьшите поток |
| Недостаточная экструзия | Зазоры в стенках, слабые слои, отсутствующие верхние слои | Засоренное сопло, неправильные E-шаги, низкий поток, плохая подача филамента | Очистите сопло, перекалибруйте экструдер, слегка увеличьте поток, проверьте натяжение экструдера |
| Деформация | Углы корпуса отрываются от стола, деформированное основание | Плохая адгезия к столу, слишком низкая температура стола, сквозняк | Используйте кайму/подложку, увеличьте температуру стола, нанесите средство для улучшения адгезии, закрыть принтер |
| Смещение слоев | Стенки рубки или дымоход выглядят смещенными или перекошенными | Ослабленные ремни, перегрев шагового драйвера, механическое препятствие | Затяните ремни, проверьте шкивы, обеспечьте плавное движение оси, улучшите охлаждение драйвера |
| Плохой мостик / перемычки | Провисание филамента под крышей рубки или внутри окон | Недостаточный обдув, слишком высокая скорость печати, слишком высокая температура сопла | Увеличьте скорость охлаждающего вентилятора, снизьте температуру сопла, уменьшите скорость мостика |
| Проблемы с выступом | Опущенные края под крышей рубки, дымоходом или носом | Недостаточный обдув, угол превышает возможности выступа | Улучшите обдув детали, снизьте температуру сопла, уменьшите скорость печати |
| Z-полосы / ребра | Горизонтальные волнистые узоры вдоль корпуса или дымохода | Неравномерное движение по оси Z, погнутый ходовой винт, плохая смазка | Проверьте прямоту Z-штанги, очистите/смажьте резьбу, затяните муфты |
| Призраки / Звон | Эхоподобные волны возле иллюминаторов, текста или острых краев | Слишком высокая скорость печати, ослабленные ремни, вибрация рамы | Уменьшите скорость/ускорение, затяните ремни, стабилизируйте принтер |
| Пробелы в верхнем слое | Пробелы или отверстия на верхней палубе или крыше рубки | Слишком мало верхних слоев, недостаточная экструзия, слишком низкое перекрытие заполнения | Увеличьте количество верхних твердых слоев, проверьте калибровку экструзии, увеличьте перекрытие заполнения |
| Слоновая нога | Сдавленный/увеличенный первый слой в нижней части корпуса | Слишком высокая температура стола, сопло слишком близко к столу, чрезмерное сдавливание первого слоя | Слегка снизить температуру стола, отрегулировать Z Offset, уменьшить поток первого слоя |
| Неточность размеров | Окна рубки, двери или корпус не соответствуют правильному размеру | Неправильная калибровка шагов/мм, усадка при охлаждении | Откалибруйте шаги X/Y, отрегулируйте масштабирование слайсера, оптимизируйте обдув |
| Шероховатость поверхности | Неровности на крыше рубки или поверхности корпуса | Проблемы с обдувом, слишком высокая температура, неравномерная экструзия | Улучшите обдув, уменьшите температуру сопла, убедитесь в качестве филамента |
Параметры по умолчанию
Эта маленькая лодка может выглядеть как игрушка, но ее дизайн появился после нескольких продуманных итераций. Задача заключалась в том, чтобы придумать узнаваемый дизайн, «включающий множество измеримых геометрических и художественных форм, чтобы бросить вызов возможностям и выявить проблемы 3D-принтеров». Дополнительным требованием было то, что печать должна занимать около часа. Параметры слайсера по умолчанию следующие, но пользователям предлагается протестировать и попробовать различные разрешения и параметры, чтобы увидеть разницу:
- Масштаб: 1:1 (в неизменном виде размер 3D Benchy составляет 60 мм от носа до кормы)
- Высота слоя: 0,2 мм
- Заполнение: 10%
- Скорость печати: до 50 мм/с
- Скорость печати (перемещение): до 150 мм/с
- Диаметр сопла: 0,4 мм
Как мы увидим, эти рекомендованные параметры были расширены и дополнены в различных проектах, но они остаются базовыми, используемыми в подавляющем большинстве эталонных отпечатков.
Разработчик не ставил перед собой задачу создать нечто, способное протестировать или откалибровать все аспекты 3D-печати, но Benchy охватывает большинство полезных моментов для оптимизации производительности печати. На сайте 3DBenchy.com есть очень полезный PDF-файл, в котором подробно описаны особенности конструкции.
Но как, собственно, использовать этот и только что напечатанный буксир для устранения неполадок и выявления областей, требующих улучшения? Хорошие моряки систематически осматривают свои суда, чтобы выявить любые неполадки и проблемы, и неплохо бы сделать то же самое с 3D Benchy.
Проверьте общее качество отпечатка
Первым делом проверяем общее качество и очевидные проблемы печати. Ваш отпечаток должен выглядеть как буксир!
Не ожидайте абсолютного совершенства, например на крыше кабины (как показано выше) будут видны явные ступеньки, где происходит смена слоев. (Многие Бенчи в интернете — это не реальные фотографии, а рендеры 3D-модели. Если у них плоская крыша кабины, это уже повод задуматься).
- Паутина: Если между деталями, такими как дверь и окна рубки, имеются тонкие, похожие на волоски — это может указывать на температуру сопла или проблемы с откатом. Это также может быть связано с частичным засорением и сильно зависит от филамента. Существует несколько простых способов решения этой проблемы.
- Неровные или смещенные слои: Неравномерные слои часто указывает на механические проблемы. Если слои немного смещены от линии по горизонтали, причина, скорее всего, связана с ремнями и шкивами и их следует отрегулировать для плавной и равномерной работы. При больших смещениях проверьте, не находятся ли вентиляторы обдува слишком близко к отпечатку. Мы подготовили простое руководство по поиску и устранению подобных проблем. В случае неровных по вертикали слоев (например, одни толстые, другие тонкие) причина может заключаться в муфтах шагового двигателя или проблемы с валом оси Z в зависимости от типа принтера. На принтерах с прямыми экструдерами небольшие расхождения в слоях могут быть вызваны подачей филамента непосредственно сверху — иногда помогает подача сбоку.
Осмотрите корпус
Корпус должен быть равномерно круглым и гладким, а линии слоя не должны быть слишком заметными. Обратите внимание, что даже для одного и того же принтера и настроек этот показатель сильно зависит от филамента и даже его цвета.
- Чрезмерное количество капель, точек или лишних нитей: Это может указывать на чрезмерную экструзию из-за слишком высокой скорости потока. В этом случае может помочь калибровка экструдера. Небольшие дефекты, расположенные в случайном порядке или в одну линию, также могут быть вызваны артефактами Z-шва.
- Заметное утончение линий слоя: Постоянное истончение линий или неравномерные промежутки по длине линий указывают на недоэкструзию. Существует несколько потенциальных причин этого явления и их необходимо систематически прорабатывать, чтобы найти основную причину. Это может быть связано с неправильной температурой филамента, неполным блоком, проскальзыванием экструдера (или трубки PTFE, если она используется) или другими проблемами. Начните с нашей статьи о простых шагах по устранению недостаточной экструзии, чтобы выявить и устранить все проблемы.
- Повторяющиеся узоры: Если на корпусе видны повторяющиеся узоры в виде тонких волнистых линий или «рыбьей чешуи», это, скорее всего, связано с ослаблением компонентов в раме, экструдере или приводном ремне. Как правило, такие проблемы усугубляются с увеличением скорости печати. В совокупности эти проблемы известны как звон и призрак. Есть несколько быстрых решений, которые можно попробовать устранить, но для высокоскоростной печати, возможно, потребуется рассмотреть такие передовые решения, как input shaping (частота шейпера).
Осмотрите днище
Это отличная проверка качества первого слоя. Буквы «CT3D.xyz» должны быть четко выдавлены, а остальная часть днища должна быть гладкой (или отражать текстуру поверхности печатной пластины принтера).
- Линии экструзии должны быть хорошо видны: Если линии очень заметны, особенно если между ними есть промежутки, это может указывать на то, что сопло находится слишком далеко от слоя, слишком низкую температуру печати или настройки слайсера с недостаточной шириной (первого слоя). Эти эффекты зависят от материала. Ознакомьтесь с нашим руководством по получению идеального первого слоя, если вы столкнулись с одной из этих проблем.
- Тонкие, нечеткие буквы: Этот эффект противоположен вышеописанному и может указывать на слишком близкое расположение сопла к столу, слишком большую ширину начальной линии, слишком высокую температуру стола или сопла.
- Слоновья нога: Первый слой, который больше предыдущего или имеет резкий ободок вокруг основания, может быть признаком «слоновьей ноги«, которая возникает из-за слишком высокой температуры слоя или сопла. Если она присутствует только вокруг части Benchy, это также может указывать на проблемы с невыровненым столом.
Внешний вид рубки и палубы
Далее обратите внимание на то, как ваш принтер обрабатывает детали, свесы, перемычки и другие мелкие детали, такие как надписи на днище Benchy.
Сначала посмотрите на верхнюю часть окон рубки. Переднее (квадратное) окно должно быть прямым и ровным, а боковые окна должны иметь четкую дугу.
- Верхняя часть окон рубки наклонилась: Это указывает на недостаточный обдув отпечатков или слишком быстрое и горячее печатание. Ознакомьтесь с нашей статьей о советах и рекомендациях по созданию идеальных мостов, чтобы узнать, как улучшить эту часть работы вашего принтера.
- Углы рубки закруглены или выпирают наружу: Если с печатью все в порядке, это обычно можно исправить, просто снизив скорость печати. Однако если это невозможно, можно внести изменения в прошивку, чтобы улучшить точность углов. В зависимости от прошивки ищите, как настроить linear advance или pressure advance или как отрегулировать параметры ускорения и рывка.
Далее посмотрите на трубу. Он показывает, как ваш принтер справляется с быстрой укладкой детальных слоев.
- Труба не круглая: Это может быть трудно измерить, особенно если филамент не был уложен чисто. Однако если отверстие в верхней части явно овальное, это указывает на проблемы с размерами. См. раздел ниже по этой теме.
- Дымовая труба неровная по вертикали или менее качественная, чем другие части: Будучи самой верхней частью модели, каждый слой дымохода добавляется к нижележащему почти сразу. Это подчеркивает проблемы с обдувом детали или слишком быстрой печатью, которые могут быть незаметны в других местах и может привести к «ссутуленным» или сжатым элементам.
Измерение и калибровка
3D Benchy должен быть напечатан точно по размеру. Измерить это линейкой или рулеткой довольно сложно, поэтому без штангенциркуля не обойтись. Подробные размеры можно найти в таблице «Измерение и калибровка«.
- Размер от носа до кормы не равен 60 мм, а ширина от борта до борта не равна 31 мм: В зависимости от ориентации, используемой для печати Benchy, это указывает на то, что калибровка оси Y или оси X нарушена. Если нарушена калибровка только одной из них, отверстия дымовой трубы и флагштока будут выглядеть овальными, а не круглыми. Причин для нарушения точности размеров может быть несколько. Однако если вы зашли так далеко без других проблем, скорее всего, необходимо обратить внимание на шаги на единицу (обычно это исправление «в последнюю очередь»).
- От днища до верхушки трубы не 48 мм: Это немного сложнее. Если разница незначительна, в первую очередь следует исключить проблемы с первым слоем или плохую печать трубы. В противном случае следуйте рекомендациям, предложенным выше для случая с осями XY.
Байки бывалых мореходов
На этом наша история не заканчивается. Как и в старых морских сказках, у 3D Benchy есть свои мифы.
Многие сообщают, что оригинальные STL-файлы 3D Benchy вызывали ошибки в некоторых слайсерах. Сегодня 3DBenchy.com утверждает, что топология STL-файла «на 100% соответствует требованиям и не содержит ошибок сетки, таких как области коллектора, перевернутые нормали, дыры и т. д.», однако некоторые инструменты для восстановления STL-файлов по-прежнему сообщают о » дегенеративных гранях» и вносят изменения в STL-файл. Эти изменения незначительны и не оказывают очевидного влияния на результирующий эталон. Теперь также доступна версия дизайна в формате 3MF, которая меньше по размеру и свободна от возможной путаницы в дизайне.
Более интересными являются загадочные «линии корпуса», которые могут появиться. Эти слабые горизонтальные линии обычно появляются только тогда, когда качество печати уже достаточно хорошее, и уже много лет являются предметом споров. В этой статье Prusa дает отличное объяснение этого странного явления и того, что можно с ним сделать (если вообще можно). Здесь также подчеркивается, что едва заметные изменения в настройках слайсера могут неожиданным образом заметно повлиять на конечный результат отпечатка, поэтому стоит поэкспериментировать и проверить.
Итоговые размышления
Выше мы отметили, что 3D Benchy был разработан таким образом, что его печать на обычном FDM-принтере занимает чуть больше часа. Но как быстро можно сделать приемлемый Benchy? За час, 30 минут, 10 минут? Задача 3D Benchy вдохновила энтузиастов 3D-принтеров по всему миру на то, чтобы расширить границы современных технологий печати и напечатать Benchy на очень высокой скорости. Это самый лучший тест на прочность, который наглядно демонстрирует, что именно определяет качество печати. Кто-нибудь сможет напечатать за 5 минут?
Конечно, можно изменить «правильные» размеры и печатать очень маленькими или большими. В 2020 году физики из Лейденского университета в Нидерландах создали 3DBenchy длиной около 40 мкм (1/10 человеческого волоса) с помощью фотонного принтера Nanoscribe. На другом конце шкалы находятся версии почти в 200 раз больше! Каждый из них имеет свои технические сложности и свои нюансы анализа готового Benchy.
Даже если скорость — не ваш конек, вы все равно можете обнаружить, что очень быстро накопили много (иногда сотни) Benchy. Они могут послужить очень полезной точкой отсчета при работе с различными материалами, настройками слайсера и даже при оценке влияния старения принтера. Существует множество конструкций подставок для 3D Benchy, позволяющих хранить их в определенном месте — например, эта практичная подставка разработанная MasterNBC, а также другие забавные и художественные конструкции.
Часто говорят, что «подражание — самая искренняя форма лести», и в этом случае 3D Benchy должен чувствовать себя очень польщенным. Быстрый поиск на сайтах обмена STL-файлами выявит десятки дизайнов, вдохновленных Benchy. Ни один из них не улучшает его использование в качестве эталонного инструмента, но многие из них очень забавны!
