Как увеличить скорость печати 3D-принтера

Скорость 3D-печати является важным критерием при покупке 3D-принтера. Но и при оптимизации и усовершенствовании существующего 3D-принтера скорость печати оказывает большое влияние на качество и время печати объекта.

Скорость печати 3D-принтера — это скорость с которой материал подается на печатный стол. Время печати модели зависит от скорости печати. Она также оказывает большое влияние на качество объекта.

Поэтому целью 3D-печати всегда является достижение максимально возможной скорости печати без потери качества.

В этой статье вы узнаете все, что нужно знать о скорости печати при покупке 3D-принтера, а также о том, как оптимизировать и улучшить скорость печати имеющегося 3D-принтера.

Скорость 3D-принтера как критерий покупки

Наряду с другими характеристиками 3D-принтера, такими как объем печати или материал печатной основы, скорость печати является важным критерием покупки. Она сильно различается у разных моделей 3D-принтеров и зависит от конструкции 3D-принтера.

О скорости печати можно узнать в технических характеристиках еще до покупки. Однако она не всегда указывается одинаково.

Как указывают скорость?

Для 3D-принтеров FMD скорость печати указывается в мм/с и определяет скорость печатающей головки во время экструзии филамента. Для фотополимерных 3D-принтеров скорость указывается в сек/слой или мм/ч и описывает скорость, с которой печатается объект по оси Z.

Вот несколько примеров спецификаций скорости печати для различных 3D-принтеров:

• 3D-принтер FDM: 50 мм/с означает, что во время печати печатающая головка перемещается со скоростью 50 миллиметров в секунду.
• 3D-принтер FDM: макс. 180 мм/с (нормальная 50 мм/с) означает, что 3D-принтер может достигать максимальной скорости 180 мм/с без учета качества, а нормальное или хорошее качество можно ожидать при скорости 50 мм/с.
• Фотополимерный 3D-принтер: 2 с/слой означает, что 3D-принтеру требуется 2 секунды на один слой.
• Фотополимерный 3D-принтер: 30 мм/ч означает, что 3D-принтер может печатать 30 миллиметров в час в z-направлении.

Поэтому технические характеристики иногда очень противоречивы. Они могут ложно обещать вам более высокую скорость печати. Поэтому правильная интерпретация этих спецификаций очень важна для принятия правильного решения о покупке.

Скорость 3D-принтера

Обычная скорость FDM 3D-принтеров составляет от 40 до 60 мм/с для декартовых 3D принтеров и более 100 мм/с для дельта 3D принтеров. Современные фотополимерные 3D-принтеры достигают скорости печати около 2-3 секунд/слой, что соответствует примерно 30-50 мм/ч.

Чтобы проиллюстрировать скорости печати, вот несколько образцов моделей, чтобы дать представление о том, как быстро могут быть напечатаны различные объекты.

• Технология: FDM Декартовый
• Скорость печати: 50 мм/с
• Материал: около 11 г филамента
• Время печати: 1 час 12 минут

• Технология: FDM Декартовый
• Скорость печати: 50 мм/с
• Материал: около 102 г филамента
• Время печати: 10 часов 42 минуты

• Технология: FDM Delta
• Скорость печати: 100 мм/с
• Материал: около 122 г филамента
• Время печати: 8 часов 42 минуты

Arthas:

• Технология: Фотополимерный
• Скорость печати: 3 с/слой
• Материал: около 70 мл смолы (около 77 г)
• Время печати: 7 часов 30 минут

Факторы которые влияют на скорость

Кинематика 3D-принтера: Дельта против декартового — в 3D-принтерах Delta (таких как FLSUN Super Racer) печатающая головка имеет небольшой вес и перемещается с помощью трех рычагов, а не жестких рельсов с большим весом.

Это позволяет достичь гораздо более высокой скорости печати до возникновения вибраций, которые негативно влияют на качество напечатанного объекта.

Стабильность 3D-принтера: На высоких скоростях при движении 3D-принтера могут возникать вибрации. Чем лучше стабильность 3D-принтера, тем более высокую скорость печати можно установить до появления разрушительных вибраций.

Например, в очень больших или точных декартовых 3D-принтерах шаговый двигатель устанавливается с обеих сторон оси z. Это повышает точность позиционирования и снижает восприимчивость к вибрациям. Это также называется «двойная ось z».

Используемый материал: Различные нити могут иметь разные требования к скорости печати. Например, гибкие филаменты, такие как TPU, могут печатать лучше при более низкой скорости печати.

Для фотополимерных 3D-принтеров смолы имеет решающее значение для того, как долго она должна отвердевать.

Конструкция печатающей головки 3D-принтеров FDM: Существует две различные конструкции печатающих головок для 3D-принтеров FDM.

В экструдере Боудена, экструдер располагается далеко от сопла на раме 3D-принтера и проталкивает филамент через трубку из тефлона к печатающей головке. Это делает печатающую головку очень легкой и позволяет достичь более высокой скорости печати.

При использовании экструдера с прямым приводом экструдер находится в печатающей головке, что увеличивает ее вес. Увеличенный вес вызывает вибрации на более высоких скоростях, чем при использовании более легких печатающих головок.

Высота слоя: При рассмотрении скорости печати важно отметить влияние высоты слоя. Для 3D-принтеров FDM спецификация скорости печати не связана с высотой слоя.

Высота слоя влияет только на продолжительность печати. Тем не менее, отдельные слои печатаются с одинаковой скоростью.

Однако в 3D-принтерах для печати на смоле скорость печати часто связана с высотой слоя. В таких спецификациях, как «30 мм/ч», скорость печати одного слоя умножается на высоту слоя, которая не указывается.

Информация о том, как долго слой должен экспонироваться или насколько сильным является освещение, помогает сравнить различные смоляные 3D-принтеры. Установка высоты слоя в 0,01 мм или 0,1 мм почти не влияет на скорость печати, только на продолжительность печати.

Преимущества и недостатки

Скорость печати влияет на продолжительность и качество 3D-печати. Низкая скорость увеличивает продолжительность и улучшает качество печати. Высокая скорость уменьшает продолжительность печати и ухудшает качество.

Таким образом, преимущество высокой скорости печати заключается в том, что она сокращает продолжительность печати. Чтобы показать, как сильно скорость печати влияет на продолжительность печати для 3D-принтеров FDM, нарезали один и тот же объект на разных скоростях печати.

Скорость печати	Время печати
10 мм/с	17:53
20 мм/с	09:15
40 мм/с	05:09
60 мм/с	03:57
80 мм/с	03:26
100 мм/с	03:11
120 мм/с	03:03

Итак, как видно из данных, более высокая скорость печати определенно окупается до определенного момента. Однако есть точка, за которой более высокая скорость печати улучшает продолжительность печати незначительно.

Увеличение скорости печати с 50 до 100 мм/с почти вдвое сокращает время печати. Увеличение скорости со 100 до 200 мм/с дает улучшение только на 20%.

Учитывая постоянно растущую вероятность ошибок при печати и постоянно снижающееся качество поверхности, часто нецелесообразно увеличивать скорость печати выше определенного значения. В целом, чем выше скорость печати, тем хуже становится качество печати.

Поэтому для каждого 3D-принтера (FDM) существует «золотая середина», когда хорошее качество печати может быть достигнуто при максимально возможной скорости печати.

Совет: Даже если вы хотите установить максимально возможную скорость печати без возникновения ошибок при печати, для первого слоя следует значительно снизить скорость печати. Особенно если у вас есть проблемы с прилипанием печатного слоя, значения от 5 до 10 мм/с помогут создать хорошее прилипание печатного слоя.

Повышение скорости 3D-принтеров

При использовании полимерных 3D-принтеров в них скорость печати связана с системой экспонирования света. Поэтому повышение скорости печати обычно невозможно. Однако в 3D-принтерах FDM существует множество способов повысить скорость печати.

Калибровка скорости печати

Чтобы определить максимально возможную скорость печати при сохранении хорошего качества печати 3D-принтера, необходима калибровка. Объекты калибровки скорости печати провоцируют ошибки печати, которые могут возникать на высоких скоростях (звон/вибрация).

Если печатающая головка 3D-принтера движется слишком быстро, возникают вибрации, которые влияют на объект. Кроме того, снижается общая точность позиционирования, особенно при изменении направления движения.

Вибрации искажают детали на поверхности и копируют их по горизонтали в виде колебаний. Кроме того, углы выполняются неточно и обычно расширяются из-за высокой скорости печатающей головки.

Хоролшо использовать куб с буквами или отверстиями на сторонах для такого типа калибровки. 3DBenchy также отлично подходит для этого.

При калибровке скорости печати с помощью таких объектов цель состоит в том, чтобы создать как можно меньше таких ошибок печати. Однако не существует жесткого предела, после которого ошибки печати появляются, а до которого — нет. Пороговое значение очень расплывчато и вы должны сами решить когда эти ошибки печати будут для вас приемлемы.

В конце концов решающим фактором является применение отпечатка. Если отпечаток имеет декоративное назначение, то качество должно быть как можно лучше, а скорость, соответственно, относительно медленной. Но, например для дверного ограничителя эти ошибки печати не имеют значения, и вы можете установить очень высокую скорость печати.

Улучшение механики 3D-принтера

Чтобы увеличить скорость печати на FDM 3D-принтере, можно улучшить механическую часть принтера. К ним, в частности, относятся более качественные линейные направляющие или валы.

Такие усовершенствования могут улучшить подвижность печатающей головки. Это повышает точность позиционирования, что приводит к улучшению качества изготовления углов и мелких деталей при более высоких скоростях печати.

Однако можно установить и более быстрые шаговые двигатели. Иногда скорость 3D-принтера ограничивается скоростью этих двигателей. Если остальная конструкция достаточно прочна, чтобы поддерживать более высокую скорость печати, это полезная модернизация для повышения скорости печати.

Использование прошивки Klipper

Чтобы повысить скорость печати принтера, Klipper можно использовать в качестве встроенного программного обеспечения. С помощью этой прошивки данные с акселерометра на печатающей головке могут быть использованы для значительного увеличения скорости печати без возникновения ошибок печати.

Основным фактором, ограничивающим скорость печати, являются вибрации, возникающие в печатающей головке. Чем быстрее печатающая головка меняет направление движения, тем сильнее становятся эти вибрации. Поэтому ошибки печати, вызванные такими вибрациями, становятся тем серьезнее, чем выше скорость печати.

Датчик ускорения используется для измерения вибраций в печатающей головке. На основе полученных данных Klipper может управлять движениями принтера таким образом, чтобы они создавали как можно меньше вибраций.

Один из самых впечатляющих работа с Klipper был, когда использовали Creality Sonic Pad на Ender 3 V2  достигли скорости 250 мм/с!

Таким образом, не всегда только аппаратные улучшения могут повысить скорость печати, прошивка также оказывает на это большое влияние.

Использование других филаментов

Для 3D-принтеров выбор высококачественных филаментов может увеличить скорость печати. При использовании таких материалов ошибки при печати возникают реже. В фотополимерных 3D-принтерах различные смолы иногда сильно отличаются по времени отверждения.

Кроме того, прозрачность используемой смолы оказывает большое влияние на время полимеризации. Прозрачные смолы требуют гораздо больше времени для отверждения, чем матовые и черные смолы. Способность поглощать свет и соответственно энергию для отверждения у темных смол гораздо лучше, а значит они отверждаются быстрее.

Уменшение времени печати 3D-принтера

На время печати FDM 3D-принтера влияет не только скорость печати. Несколько других факторов также играют роль в том, сколько времени требуется для печати объекта.

Увеличение скорости перемещения

Скорость перемещения FDM 3D-принтера определяет скорость движения без экструзии. Увеличение скорости перемещения сокращает время печати. В этом случае скорость перемещения часто более чем в два раза превышает скорость печати.

Однако скорость перемещения также не должна быть установлена слишком высокой, иначе могут возникнуть типичные ошибки печати, такие как звон или призрак.

В крайних случаях может также произойти смещение слоя. Тогда скорость настолько высока, что зубчатые ремни проскальзывают или объект соскальзывает.

Увеличение высоты слоя

Если для FDM-печати чистота поверхности имеет второстепенное значение, толстые слои значительно сокращают продолжительность печати.

Чтобы продемонстрировать влияние высоты слоя, я нарезал один и тот же объект с разной высотой слоя в Cura. Время печати быстро уменьшается по мере увеличения высоты слоев. Поэтому особенно тонкие 3D-отпечатки требуют очень много времени для печати.

В этой статье вы узнаете, какую высоту слоя вы можете использовать с вашим соплом.

Увеличение ширины линии

Если увеличить ширину линии 3D-печати, то время печати сократится. То же количество материала печатается за меньшее время.

Ширина линии ведет себя так же, как и высота слоя, уменьшая продолжительность печати. Чем больше филамента выдавливается за один раз, тем быстрее завершается печать.

Ширина линий определяется диаметром сопла. В этой статье вы узнаете о зависимости между диаметром сопла и шириной линии.

Увеличение скорости печати заполнения

Увеличение скорости печати заполнения объекта сокращает время печати. Заполнение, т.е. материал внутри объекта, скрыт, поэтому качество печати там не имеет значения.

Во многих стандартных профилях 3D-принтеров скорость печати заплнения устанавливается такой же высокой, как и обычная скорость печати. Здесь есть большой потенциал для экономии времени при печати.

Поскольку качество печати внутри объекта не имеет значения, вы можете начать с 150% от обычной скорости печати и понаблюдать за эффектом.

Использование режима комби в Cura

Режим комбинга в Cura определяет траектории движения печатающей головки во время перемещения без экструзии. В зависимости от геометрии отпечатка, оптимизация этих перемещений позволяет сэкономить до 25% времени печати.

Если вы не можете найти «режим комбинга» в Cura, первое что вам нужно сделать, это сделать настройку видимой. Можете активировать или деактивировать видимость отдельных настроек через меню.

Активируйте все настройки, даже если это может быть немного запутанным в начале. Вы можете быстро найти определенные настройки через строку поиска.

Вы можете настроить параметры таким образом, чтобы печатающая головка проходила только по заполненным участкам объекта, ни по каким уже напечатанным поверхностям или избегала только внешней стенки.

Заключение

Скорость работы 3D-принтера оказывает большое влияние на конечный результат. Для того чтобы результат был качественным, скорость не должна быть слишком высокой, чтобы не возникало ошибок при печати.

Чтобы снизить порог возникновения ошибок печати, можно внести различные улучшения в сам принтер и его прошивку.