Функция разглаживания (утюжения) в слайсере Cura

Одна из полезных особенностей популярного слайсера Cura — функция Ironing, позволяющая получать более гладкие верхние поверхности при 3D-печати на экструзионных (FDM) 3D-принтерах. Разбираемся как это работает. Спойлер: настоящий утюг не потребуется.

Содержание:

1. Основы процесса.
2. Целесообразность и выбор материалов.
3. Как это делается.
4. Заметки.

1. Основы процесса

У слова Iron в английском языке есть два основных значения — «железо» и «утюг». Название функции происходит от второго значения: 3D-принтер буквально «утюжит» верхние слои, сглаживая уложенные линии пластика. Наиболее полезна эта функция при 3D-печати моделей с обширными плоскими верхними поверхностями. Никакие модификации оборудования не требуются, а сам слайсер Cura доступен абсолютно бесплатно, будучи опенсорсной программой.

Результат разглаживания верхней поверхности на примере калибровочного кубика

Идея сглаживания верхних поверхностей появилась в районе 2016 года на форуме компании-производителя 3D-принтеров UltiMaker, добровольно взявшей на себя разработку и поддержку Cura. Правда, реализовали ее сначала не в Cura, а в другом слайсере — Simplify3D. Разработчики из UltiMaker идею оценили и предложили собственную реализацию, добавленную в Cura начиная с версии 2.7.

Концепция очень проста, хотя есть кое-какие нюансы: по завершении укладки плоского верхнего слоя 3D-принтер вновь проходит по верхнему слою горячим соплом, разглаживая только что уложенный материал. Помимо этого во время сглаживания обычно экструдируется небольшое количество расплава, то есть одновременно со сглаживанием наносится еще один, очень тонкий слой, помогающий замазывать неровности. Если провести параллель со строительством, в каком-то смысле это похоже на оштукатуривание.

2. Целесообразность и выбор материалов

Сглаживание — полезная функция, но подходящая далеко не во всех случаях. Она неэффективна, если речь идет о моделях с криволинейными верхними поверхностями. Сам процесс утюжения отнимает время — немного, но если внешний вид изделий не играет большой роли, сглаживанием можно пренебречь ради экономии времени. Наконец, функция требует четкой калибровки оборудования, особенно настройки шаговых двигателей, иначе попытки сглаживания могут привести к прямо противоположным результатам.

Еще один нюанс — выбор расходных материалов. FDM 3D-печать предлагает широкий выбор полимеров с самыми разными физико-механическими свойствами, и разные пластики могут по-разному поддаваться сглаживанию.

Например, с акрилонитрилбутадиенстиролом (REC ABS) или акрилонитрилстиролакрилатом (REC Eternal) проблем быть не должно, они замечательно утюжатся.

Полилактид (REC PLA), с другой стороны, весьма легкоплавок, да еще и медленно остывает, поэтому при утюжении высока вероятность замены одних неровностей другими — материал просто будет сдвигаться с места на место вместо разглаживания. Это преодолимая проблема, решаемая более интенсивным обдувом.

ПЭТГ утюжиться не любит

Полиэтилентерефталатгликоль (REC Relax) при всей своей популярности и замечательном наборе свойств может быть весьма проблематичен ввиду высокой вязкости. С одной стороны, она обеспечивает высокую ударную прочность, что хорошо, но с другой — ПЭТГ имеет к склонность к образованию «паутины», то есть тонких волосков, тянущихся за соплом во время холостого позиционирования, что плохо. Эта особенность проявляет себя и во время утюжения: нередко сопло тянет разглаживаемый материал за собой, что приводит к образованию неприглядных следов, а нередко и накапливанию материала на самом сопле. Ни то, ни другое не отвечает поставленной задаче. Решается все опять-таки точными настройками, хотя более комплексными — поиском оптимального баланса температуры экструзии, мощности обдува и темпа подачи расплава.

При работе с термоэластопластами, особенно мягкими, с утюжением лучше вообще не связываться. Как правило, такие материалы используются в 3D-печати технических изделий — прокладок, демпферов и тому подобного, так что особой необходимости в сглаживании в любом случае нет.

Детали из угле- и стеклонаполненных композитов выглядят приятно и без сглаживания

Композитов с волоконным армированием тоже могут быть довольно проблематичны. Угле- и стекловолоконные наполнители замечательным образом повышают прочность и износостойкость полимеров, но при этом значительно повышают риск забивания сопла при разглаживании. К счастью, при работе с такими материалами тоже можно получать очень симпатичные результаты без утюжения: стекло- и угленаполненные композиты, например филаменты линейки X-line, как раз славятся приятными на вид и на ощупь шершавыми поверхностями, хорошо скрывающими слоистость 3D-печатных изделий, так что при правильных настройках 3D-принтера с эстетикой все и так должно быть в порядке.

3. Как это делается

По умолчанию функция скрыта, так что первым делом необходимо активировать сглаживание и соответствующие настройки:

1. Запускаем слайсер.
2. Щелкаем по значку с тремя линиями в меню настроек (Settings).
3. Выбираем «Все настройки» (All) или «Экспертные настройки» (Expert).
4. В панели настроек находим секцию «Верхние/нижние слои» (Top/Bottom), где отмечаем галочкой «Включить сглаживание» (Enable Ironing).

После активации функции сразу под опцией «Включить сглаживание» (Enable Ironing) будут доступны соответствующие настройки:

Утюжить только самый верхний слой (Iron Only Highest Layer). Эта опция включает разглаживание только на самой верхней поверхности. Если у модели есть плоские верхние поверхности на более низких уровнях, они обрабатываться не будут. Например, если вы печатаете лесенку, 3D-принтер проутюжит только самую верхнюю ступеньку, не трогая остальные.

Траектория разглаживания. Опция определяет маршрут, по которому сопло будет передвигаться в процессе утюжения. Здесь доступны два варианта — зиг-загом от края к краю (Zig Zag) или концентрически от центра к краям (Concentric).

Дистанция между проходами (Ironing Line Spacing) определяет расстояние между последовательными проходами сопла по поверхности. Разглаживаемый пластик будет слегка расплющиваться, так что оптимальные результаты, как правило, достигаются при дистанции в половину диаметра сопла или около того.

Поток при разглаживании (Ironing Flow). Эта настройка определяет темп подачи расплава при утюжении. Значение выставляется в процентах от темпа подачи, используемого во время выращивания модели. Много пластика на этом этапе не требуется, нужно лишь немного для замазывания неровностей, поэтому следует выбирать темп порядка 20-25%, то есть четырех-пятикратное замедление подачи расплава в сравнении с обычной 3D-печатью.

Отступ при разглаживании (Ironing Inset). Настройка определяет отступ от краев модели, чтобы разглаживаемый материал не выдавливался за пределы обрабатываемой поверхности. Если выставить настройку на ноль, отступа не будет, но можно получить неровные, «рваные» края. Ради оптимальных результатов попробуйте выставить значение на уровне половины диаметра сопла, а при необходимости отрегулируйте вверх или вниз.

Скорость разглаживания (Ironing Speed). Настройка контролирует скорость позиционирования сопла. Спешить не следует: как правило, чем ниже скорость, тем лучше результаты, но выше временные затраты, так что балансируйте на свое усмотрение.

4. Заметки

Функция разглаживания до сих пор считается экспериментальной (оттого она и скрыта в базовых настройках), так что не расстраивайтесь, если первый блин выйдет комом. Чтобы свести расстройство к минимуму, рекомендуем сначала попрактиковаться на простых моделях вроде пластин в несколько слоев или калибровочных кубиков.

Дополнительно можно попробовать снизить ширину линий с помощью настройки Top/Bottom Line Width: чем ниже ширина и толщина уложенных линий, тем проще будет их выровнять.

Можно также попробовать «монотонный порядок укладки». Обычно Сura старается оптимизировать порядок построения для экономии времени, но такие траектории укладки могут приводить к особо неприглядным верхним поверхностям. Активация функции Monotonic Top/Bottom Order заставит 3D-принтер укладывать пластик строго в одном направлении, а это обеспечит более стабильные результаты сглаживания.

Удачной 3D-печати (и утюжения)!