3D-печать для начинающих: С чего начать освоение FDM

Знакомство с 3D-печатью не должно быть пугающим. Ознакомьтесь с нашим простым руководством по 3D-печати для начинающих!

Что имеется в виду, когда кто-то упоминает термин «3D-печать»? Средства массовой информации, особенно маркетинг, представляют 3D-печать как волшебную технологию будущего, способную воспроизводить сложные объекты. Но из-за этого трудно понять, что именно представляет собой 3D-печать с технической точки зрения. На самом деле существует множество различных технологий 3D-печати, но наиболее распространенной является технология моделирования методом послойного наплавления (FDM) о которой пойдет речь в этой статье.

FDM работает с использованием термопластичного филамента, который представляет собой пруток из пластика, который можно расплавить, выборочно нанести и охладить. Это повторяется слой за слоем, пока не будет сформирована целая модель.

Эта технология была создана людьми, которые хотели быстро создавать прототипы деталей. И сегодня быстрое создание прототипов является одним из самых больших преимуществ FDM и 3D-печати в целом. Неудивительно, что 3D-печать также стала мощным производственным решением.

Прежде чем мы перейдем к подробному описанию того, как работает FDM, стоит упомянуть еще одну вещь. Если вы уже проводили исследования в области 3D-печати, то могли заметить, что в некоторых источниках вместо термина FDM используется термин FFF, что означает (производство способом наплавления филаментом). Это потому, что термин FDM был изначально запатентован компанией Stratasys, а другая аббревиатура является более общим термином. Помните, это одна и та же технология, только названия разные. Сегодня большинство людей (включая нас!) используют «FDM».

А теперь давайте действительно начнем!

Принцип работы

Самый простой способ понять, как работает FDM — это сначала изучить составные части 3D-принтера FDM. Прежде чем говорить о конкретных деталях, стоит упомянуть, что в большинстве 3D-принтеров используются три оси: X, Y и Z. Оси X и Y отвечают за движение влево, вправо, вперед и назад, а ось Z управляет вертикальным движением.

Основные компоненты

Теперь давайте рассмотрим основные компоненты 3D-принтера.

Стол

Рабочий стол (также называемая билд-пластина) — это поверхность на которой изготавливаются детали. Стол обычно оснащаются подогревом, чтобы детали легче прилипали к ним, но об этом подробнее позже.

Экструдер

Экструдер — это компонент, отвечающий за протягивание и проталкивание филамента через печатающую головку. В зависимости от типа экструдера (прямой или боуденовский) экструдер и печатающая головка иногда считаются одним и тем же (то есть блоком, который перемещается по порталу или порталам). Это часто происходит при рассмотрении или обсуждении целых узлов экструдера и хотенда. С этой точки зрения экструдер состоит из двух субкомпонентов: экструдера и хотенда.

Экструдер — это механическая часть, состоящая из двигателя, приводных шестеренок и других мелких компонентов, которые толкают и тянут филамент.

Хотенд содержит нагреватель и сопло. Первый нагревает филамент, чтобы он мог быть выдавлен из второго. В случае с экструдером Боудена хотенд никогда не считается частью экструдера.

Печатающая головка

В принтере может быть одна или несколько печатающих головок, хотя в большинстве принтеров имеется только одна. На печатающей головке, между экструдером и хотендом, расположены радиатор и вентилятор, которые помогают предотвратить утечку тепла.

Помимо вентилятора радиатора, обычно имеется еще как минимум один вентилятор для охлаждения расплавленного филамента после ее выхода из сопла. Обычно он называется вентилятором обдува отпечатка.

Интерфейс управление

Некоторые современные 3D-принтеры оснащены сенсорным экраном, который используется для управления 3D-принтером. В более старых принтерах вместо сенсорного интерфейса может быть простой ЖК-дисплей с физическим колесом прокрутки и клика. В зависимости от модели может также присутствовать слот для карт памяти SD и порт USB.

Как печатает 3D-принтер

Процесс начинается с того, что вы отправляете файл 3D-модели на принтер. В файле содержится набор инструкций для всего, включая температуру сопла и стола, а также перемещение печатающей головки и количество выдавливаемого филамента.

Когда начинается печать, сопло нагревается. Когда сопло достигает температуры, необходимой для расплавления филамента, экструдер выталкивает виламент через сопло. В этот момент принтер готов начать 3D-печать детали. Печатающая головка опускается и начинает подавать расплавленный материал, выдавливая первый слой между соплом и столом. Материал охлаждается и начинает затвердевать вскоре после выхода из сопла благодаря вентилятору (или вентиляторам) обдува отпечатка. После того как слой завершен, печатающая головка перемещается вверх по оси Z на небольшую величину и процесс повторяется до тех пор, пока деталь не будет завершена.

Скачивание или создание 3D-модели

Если вы хотите напечатать деталь на 3D-принтере, у вас должна быть трехмерная модель этой детали. Трехмерные модели создаются с помощью программного обеспечения для трехмерного моделирования, которое обычно называют программным обеспечением САПР . Вот несколько популярных программ для 3D-моделирования:

• Autodesk’s Fusion 360 (бесплатно для некоммерческого использования)
• Blender (бесплатно)
• ZBrush (платная, но бесплатная пробная версия)

Однако у большинства новичков в 3D-печати нет навыков, необходимых для использования такого программного обеспечения. Если это так, не волнуйтесь, потому что есть другие решения.

Для начала, есть более простые варианты программного обеспечения САПР, такие как Tinkercad программа, которую может использовать почти каждый без опыта. Это онлайн-приложение, разработанное Autodesk, одним из ведущих разработчиков программного обеспечения САПР.

Скачать модель

В связи с тем, что в последние годы так много людей получили доступ к 3D-принтерам, несколько сайтов стали репозиториями для 3D-моделей. Вот некоторые из самых популярных:

• Thingiverse (все бесплатно)
• MyMiniFactory (многие бесплатные, некоторые платные)
• Cults3D (бесплатная и платная)
• CGTrader (несколько бесплатных и большинство платных)
• PrusaPrinters (все бесплатно)

Таким образом, любой может заполучить модель без каких-либо навыков моделирования.

Подготовка модели

После того как модель готова в программе САПР, ее необходимо подготовить с помощью специального программного обеспечения, которое переводит модель в сценарий машинных инструкций, о котором мы говорили ранее. Для этого используется программа для нарезки, также называемая слайсером. После импорта 3D-модели в слайсер можно настроить параметры в соответствии с вашими требованиями. С помощью слайсера можно задать множество важных параметров, таких как скорость печати, температура, толщина стенок, процент заполнения, высота слоя и многие другие.

Полученный файл состоит из G-кода — «языка» 3D-принтеров и станков с ЧПУ. G-код — это, по сути длинный список инструкций, следуя которым 3D-принтер создаст вашу модель. Другими словами, 3D-печать невозможна без файлов G-кода!

Поддержка

Одна из основных функций слайсера — анализ вашей модели и определение необходимости создания поддерживающих опор. В частности, поддержки необходимы для деталей с сильными выступами. Слайсер позволяет выбрать, где разместить поддержки и насколько плотными они должны быть. Некоторые слайсеры даже предлагают пользователям возможность выбирать различные типы опорных конструкций, которые могут быть легче удаляемыми или более устойчивыми.

Когда речь заходит о слайсерах, на выбор предлагается множество вариантов. Ознакомьтесь с нашим руководством по слайсерам, чтобы помочь вам с выбором!

Заполнение

Заполнение — это еще один параметр, который оказывает большое влияние на ваши 3D-отпечатки. Заполнение — это внутреннее наполнение детали, которое играет важную роль в ее прочности, весе и времени печати. Заполнение можно настроить с помощью двух параметров в слайсере, а именно: шаблон заполнения и плотность.

Плотность заполнения означает, насколько заполнена внутренняя часть отпечатка и определяется в процентах. Отпечаток с 0% заполнения является полым, в то время как 100% заполнение означает, что он полностью цельный. Для большинства стандартных отпечатков рекомендуется плотность заполнения 15-50%. Если вам нужно сделать деталь более прочной, попробуйте увеличить плотность заполнения. Имейте в виду, что для более высокой плотности заполнения требуется большее количество филамента и большее время печати.

Можно выбрать шаблон заполнения для печати. Для моделей и фигурок лучше всего подходят молнии, линии и зигзагообразные шаблоны в Cura, так как они ускоряют печать. Для стандартных отпечатков, таких как горшки и контейнеры, лучше всего подойдут сетка и треугольник. А если вы печатаете что-то, требующее прочности, например кронштейн для полки, вам подойдут кубические, гироидные и октетные шаблоны.

Подготовка принтера

Перед печатью на 3D-принтере всегда необходимо сделать несколько вещей:

1. Загрузка филамента: перед началом печати экструдер должен быть готов к выдавливанию прутка. Процесс загрузки начинается с нагрева горячего конца до температуры расплава прутка (выше 175 ° C, в зависимости от прутка), а затем загрузки нити в нагретый экструдер.
2. Выравнивание стола: для того, чтобы принтер укладывал пруток и успешно строил объект, стол должен быть ровным. В зависимости от принтера выравнивание может быть ручным или автоматическим. Выравнивание стола очень важно, потому что если платформа для печати находится слишком далеко от сопла, первый и самый важный слой не будет прилипать к платформе, что приведет к автоматическому сбою печати.

Взгляните на наше руководство по выравниванию кровати, чтобы получить дополнительную информацию об этом важном шаге!

Филаменты

Как мы уже упоминали, в 3D-принтерах FDM в качестве материала для создания деталей используются катушки с филаментом. Эти филаменты, по сути, представляют собой специально разработанные термопласты, которые можно плавить и охлаждать без потери их структурной целостности.

К счастью, филаменты для FDM — особенно распространенные материалы — являются одними из самых дешевых материалов, используемых в мире 3D-печати. Обычно они бывают двух разных диаметров: 1,75 мм и 3 мм (или 2,85 мм). Помимо диаметра, филаменты также различаются по размеру катушки. Беглый взгляд на рынок показывает, что наиболее распространенные размеры — 500 г, 750 г, 1 кг, 2 кг и 3 кг.

Одна из лучших особенностей 3D-принтеров FDM заключается в том, что они могут работать с различными типами филаментов. Вот лишь некоторые из различных типов филаментов, которые используются в 3D-печати FDM:

• Обычные: среди самых популярных типов филаментов вы найдете PLA, ABS и PETG. Они, как правило, дешевле и с ними относительно легко работать.
• Характеристики и инновации: Существует множество специальных видов филаментов. Некоторые из них гибкие (например TPE и TPU) или наполнены деревом, металлом или другими материалами. Если сосредоточиться на эксплуатационных характеристиках, то можно найти такие филаменты, как нейлон и поликарбонат (PC), а также другие.
• Мультиматериал: Если ваш принтер способен экструдировать несколько материалов, вы можете использовать PVA или HIPS для обеспечения растворимой поддержки.

Ознакомьтесь с нашим руководством по филаментам, чтобы узнать о самых популярных типах филаментов для 3D-печати. В нем мы расскажем об их применении, свойствах и о том, где их можно купить.

Постобработка

Постобработка — это заключительный этап процесса 3D-печати (хотя обычно мы выступаем за вторичную переработку). В зависимости от ваших требований, вам может понадобиться выполнить некоторые из следующих общих этапов постобработки 3D-печатной детали FDM:

• Удаление поддержек: После печати вам, скорее всего, потребуется удалить все лишние поддерживающие элементы. Нередко на поверхности детали остаются следы.
• Шлифовка: Для устранения дефектов, например тех, что остались после удаления поддерживающих элементов, на помощь приходит шлифовка. Легкая шлифовка 3D-печатных деталей может сделать их поверхность более гладкой.
• Покраска: Часто печать выполняется в одном цвете. Чтобы добавить желаемые цвета, детали или защиту, вы можете покрасить модель!
• Полировка или сглаживание: эпоксидное покрытие также является одним из способов сгладить поверхность напечатанной детали. Некоторые филаменты, такие как ABS, особенно хорошо работают с особыми процессами, такими как паровое сглаживание, для получения гладкой, глянцевой поверхности.
• Сборка или склеивание: Если вам нужно напечатать большую 3D-модель, которая не помещается в объем печати, можно напечатать деталь из двух (или более) частей, а затем соединить их с помощью сварки или клея.

Хотите узнать больше о постобработке? Ознакомьтесь с нашим руководством по постобработке, которое подойдет для новичков!

Поиск и устранение неисправностей

Давайте обсудим некоторые из наиболее распространенных проблем, с которыми могут столкнуться новички при использовании 3D-принтера.

• Деформация: это происходит из-за разницы температур в процессе изготовления.
• Паутина: тонкие нежелательные нити накала на вашей модели могут быть вызваны неправильной настройкой температуры, ретракта или из-за типа прутка.
• Засорение сопла — одна из самых неприятных проблем 3D-принтеров FDM. Если вы слышите странный звук из печатающей головки и внезапно нить накала больше не выходит из сопла, возможно, сопло забито. Это может быть вызвано, в частности, плохим качеством нити, плохим регулированием температуры или типом прутка.
• Расслоение отпечатка: это может быть вызвано небольшим колебанием оси Z или чрезмерной скоростью печати.
• Недостаточная экструзия: Недостаточная экструзия возникает, когда во время печати выдавливается недостаточное количество нити. Вы поймете, что испытываете это, когда увидите уродливые отпечатки с промежутками между слоями.
• Чрезмерная экструзия: Чрезмерное выдавливание — это когда экструдируется слишком много филамента. Это приводит к провисанию слоя и в целом к ​​плохим результатам.

Держите в чистоте

3D-принтеры, как и любой другой инструмент, требуют регулярного обслуживания для дальнейшей работы.

• Чистка стола: Всегда полезно протирать печатную пластину после печати. Если остались следы или на печатной пластине остался клей, не стесняйтесь использовать кухонную губку, мыло и теплую воду, чтобы попытаться от него избавиться. Также могут пригодиться линейки и шпатели. Если есть возможность, следуйте инструкциям производителя принтера и не забывайте, что различные материалы печатной пластины (например стекло, лист PEI) по-разному реагируют на чистящие средства.
• Очистка сопла: Перед началом печати просто протрите сопло кисточкой или салфеткой. Это гарантирует, что вокруг сопла не застрянет твердый филамент, который может вызвать проблемы при печати в будущем. Однако иногда может потребоваться что-то более серьезное. Ознакомьтесь с нашим руководством по очистке сопел, чтобы узнать больше.
• Остатки филамента: Большинство принтеров «капают» небольшое количество филамента, чтобы заправить экструдер перед началом печати первого слоя, но при этом в зоне печати остаются нити филамента. Собирайте их и выбрасывайте, чтобы всегда быть уверенным в чистоте печатной пластины.

Место хранения

Хранение филамента — важный аспект 3D-печати, особенно если у вас есть несколько катушек. Это важно, потому что если катушки оставить, например на столе на некоторое время, в них осядет пыль и влага, которые могут испортить свойства филамента.

На рынке представлено множество контейнеров для филаментов, а также вакуумных пакетов. Они предотвращают попадание пыли и влаги на филамент.

Также иногда используются сушилки для филаментов. Эти устройства сохраняют филаменты и делают их более качественными, выводя из них впитанную влагу. Ознакомьтесь с нашей статьей о способах безопасного хранения филаментов для получения дополнительной информации.