Первые шаги в FDM 3D-печати: памятка начинающему пользователю

Специально для тех, кто только начинает постигать азы 3D-печати, предлагаем подборку полезных советов по решению наиболее часто встречающихся проблем при работе с FDM 3D-принтерами.

1. Повышение скорости 3D-печати

Качественная 3D-печать — это, среди прочего, сбалансированное сочетание скорости подачи филамента, мощности термоблока, диаметра сопла и высоты слоя. Если пытаться повысить скорость печати слишком высоко без соответствующих изменений параметров нагрева и диаметра сопла, результатом станет нестабильная подача материала с пропусками в слоях.

Моменты, которые необходимо учитывать:

1. Для значительного повышения скорости потребуется удлиненный хотэнд. Простое повышение температуры выше рекомендуемых производителем филамента значений ни к чему хорошему не приведет: наиболее вероятно повреждение самого материала и образование нагара. Ключевую роль играет не температура, а длина горячего участка хотэнда — чем он длиннее, тем больше времени у пластика на нагрев и тем выше может быть скорость подачи расплава.
2. Чем выше скорость и чем меньше диаметр сопла, тем выше нагрузка на подающий механизм экструдера. Соответственно, при значительном повышении скорости укладки нити целесообразно использовать сопло большего диаметра.
3. Повышение диаметра сопла и длины горячей зоны хотэнда отрицательно влияет на эффективность ретракта, так что не удивляйтесь, если при холостом перемещении головки будут образовываться подтеки.
4. Для качественной укладки слоев старайтесь сохранять соотношение между диаметром сопла и толщиной слоя в районе 3:1.

2. 3D-печать негабаритных изделий

Каждый пользователь рано или поздно сталкивается с ситуацией, когда деталь не влезает в рабочий объем 3D-принтера. Если доступа к более крупноформатному оборудованию нет, выход один — печатать изделие по частям. Само собой, для этого придется поделить цифровую модель, а после 3D-печати осуществить сборку — либо с помощью клея, либо интегрированных креплений, либо и того, и другого.

При делении 3D-моделей рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. Если деталь симметричная, резать по возможности нужно на симметричные части.
2. Если у детали сложная геометрия, усложняющая склейку, для облегчения сборки на стыках можно дорисовать соединения шип-паз. Заодно такие соединения повысят прочность изделия после склейки, что немаловажно для функциональных, нагруженных деталей.
3. Чем меньше поддержек, тем проще постобработка и меньше отходов, поэтому старайтесь делить модели так, чтобы составные части можно было напечатать с минимум опорных структур.

3. Правильное расположение модели на столике

Минимизация опорных структур всегда желательна, так как она снижает трудоемкость постобработки. С другой стороны, при 3D-печати функциональных деталей более важную роль может играть прочность, и тогда деталь придется устанавливать на столе не самым выгодным с точки зрения удаления поддержек образом.

3D-модели нагруженных деталей целесообразно располагать так, чтобы они выдерживали максимальные нагрузки. Здесь стоит помнить, что FDM 3D-печать — послойный процесс, а готовые изделия выдерживают более высокие нагрузки на разрыв вдоль слоев, чем поперек. Ориентируйте модель на столике соответствующим образом, с учетом вектора нагрузки.

Если необходимо дополнительно повысить прочность изделия, используйте композиты, например наши стекло- и угленаполненные полимеры линеек X-Line, Clotho и Technika.

4. Опорные структуры

Опорные структуры необходимы для правильной 3D-печати деталей сложной формы. Связано это с тем, что обычные трехкоординатные FDM 3D-принтеры ограничены в способности выстраивать наклонные сегменты. При превышении допустимых углов наклона будет происходить проседание укладываемого материала. Аналогичная проблема проявляется при построении так называемых «мостов» — участков, соединяющих две вертикальные структуры, но без собственной поддержки. Если выстраивается мост слишком большой длины без поддержек, произойдет провисание.

Проще говоря, FDM 3D-принтеры не умеют печатать по воздуху. Если же у детали сложная форма, а деление модели на части (см. пункт 2) нецелесообразно, проблема 3D-печати участков с сильным наклоном решается с помощью удаляемых опорных структур.

Практически все существующие слайсеры (программы для подготовки 3D-моделей к 3D-печати) обладают функцией автоматического добавления поддержек. Алгоритмы небезупречны, так что в случае необходимости автоматически сгенерированные поддержки, как правило, можно редактировать вручную или вообще брать весь процесс на себя.

При расстановке опорных структур необходимо учитывать такие моменты, как расстояния между деталью и столиком в местах расположения поддержек и насыщенность опорными структурами. Правильные настройки облегчат удаление поддержек и позволят сократить количество отходов.

Последний момент особенно важен при использовании удобных, но относительно дорогих водорастворимых опорных пластиков, например поливинилового спирта (PVA). При наличии двухэкструдерного 3D-принтера многие слайсеры позволяют выстраивать модель и поддержки основным, зачастую более дешевым материалом, а PVA использовать либо для опор, либо для прокладок между моделью и опорами. По завершении 3D-печати результат можно выдержать в воде, после чего PVA растворится, и поддержки отвалятся от модели без риска повреждения поверхностей, возникающего при механическом отделении опор. Использовать PVA для 3D-печати прослоек (см. иллюстрацию выше) вместо самих опор зачастую намного выгоднее, так что возьмите на заметку.

Для эффективной и экономной расстановки поддержек старайтесь придерживаться следующих правил:

1. Поддержки нужны там, где углы нависания превышают 45 градусов.
2. Поддержки необязательны для мостов длиной менее 5 мм.
3. По возможности старайтесь ориентировать деталь так, чтобы минимизировать количество поддержек (см. иллюстрацию выше).
4. Следите за тем, чтобы поддержки не касались соседних вертикальных участков модели.

5. Прочистка сопла

Самый простой вариант прочистки засоренного сопла — прогрев хотэнда до температуры экструзии используемого пластика, включения механизма подачи и прокалывания пробки тонкой иглой.

Такой метод эффективен в большинстве случаев и не требует разборки экструдера.

6. 3D-печать гибкими полимерами

Эластичные полимеры, зачастую именуемые «флексами», требуют особого подхода. В нашем ассортименте это филаменты Rubber (синтетический каучук), Flex (термопластичный полиэфирный эластомер), Easy Flex и TPU D70 (оба из термопластичного полиуретана, но с разной твердостью).

Эластичность может создавать определенные проблемы во время экструзии, поэтому при работе с этими материалами рекомендуем учитывать следующие моменты:

1. Постарайтесь минимизировать зазор между шестернями подающего механизма и горлом хотэнда, иначе при ощутимом усилии филамент может забиться в подающий механизм (см. иллюстрацию выше).
2. При повышении скорости 3D-печати убедитесь, что хотэнд успевает плавить материал, иначе опять-таки можно получить запутывание филамента в подающем механизме.
3. Позаботьтесь об эффективном охлаждении термобарьера — четкая разница между холодным и горячими участками хотэнда поможет избежать пробок из-за теплового расширения филамента.
4. При работе с флексами желательно использовать директ-экструдеры, так как на экструдерах с боуденовской подачей филамента (через длинную трубку между подающим механизмом и головкой с хотэндом) сложнее настроить эффективный ретракт. Значения ретракта необходимо выставлять с щедрыми допусками, учитывая растяжение и сжатие филамента — в два-три раза выше, чем при работе с твердыми полимерами. Как вариант, ретракт можно отключить: хотя это приведет к образованию обильных «соплей», в большинстве случаев (в зависимости от материала и сложности модели) они легко срезаются острым ножом.
5. Если вы используете стеклянный или металлический столик, перед 3D-печатью не забудьте нанести на поверхность лак или клей — не столько для дополнительной адгезии, сколько в качестве разделительного слоя, иначе некоторые виды флексов будет очень сложно отодрать.
6. Как правило, флексы плохо поддаются склеиванию, что необходимо учитывать при планировании 3D-печати. Другими словами, детали из флексов лучше печатать целиком.

Подробнее о работе с гибкими филаментами можно узнать в этой статье.

7. Неравномерный первый слой

Первый слой — самый важный, так как на нем будет строиться остальная модель. Слой должен быть ровным и хорошо прилипать к поверхности столика:

1. Если несмотря на юстировку столика 3D-принтер укладывает неровные первые слои, вероятнее всего проблема в искривлении самого столика. Одно из популярных решений — использование в качестве столика зеркального стекла. Оконное использовать не стоит, оно-то как раз не блещет ровностью.
2. Если это не устранило проблему, необходимо проверять механику: ровность валов, натяжение ремней, плавность хода кареток.
3. Наконец, проверьте, не искривляется ли стол юстировочными винтами — такое возможно, если наклон стола регулируется по четырем точкам.

   

8. Адгезия

Адгезия — сложный вопрос, зависящий от используемого филамента, материала и температуры столика, а также фоновой температуры. В некоторых случаях, например при 3D-печати ПЛА на стекле, дополнительные адгезионные средства могут не требоваться вообще. Самые популярные варианты — это канцелярский клей-карандаш или разведенный клей ПВА.

Как упоминалось выше, в некоторых случаях клей нужен даже не для схватывания пластика со столиком, а наоборот — для облегчения отделения модели от поверхности. К тому же, необходимо учитывать усадку: при работе с некоторыми материалами, например популярным АБС, одного лишь клея может оказать недостаточно, и тогда потребуется 3D-принтер с термокамерой.

Эта тема заслуживает отдельной статьи, и нас уже есть подробное пособие.

9. Заполнение

Чтобы не тратить пластик попусту, а заодно экономить время, можно печатать детали с частичным заполнением. Каждый слайсер предлагает различные виды заполнения, необходимо лишь выбрать наиболее подходящий и указать плотность.

Принципиальной разницы между ними нет, а вот сама плотность играет важную роль, напрямую влияя на прочность изделия. Если речь идет о нагруженной детали, например шестерне, целесообразнее выставить максимальное заполнение, то есть напечатать условно монолитную деталь.

10. Верхние, нижние слои и периметры

Толщину поверхностей опять-таки можно настроить в слайсере, хотя разные программы делают это по-разному. Например, в Simplify3D или Slic3r указывается количество слоев, а в Cura — необходимая толщина сплошной заливки. Для нижнего слоя, как правило, достаточно двух-трех проходов, но можно и больше для повышения прочности перед переходом к частичному заполнению. То же самое касается и стенок.

С верхними же слоями необходимо помнить, что укладываемый поверх заполнения материал поначалу будет немного провисать, так что для получения гладкой верхней поверхности могут потребоваться пять или более слоев, в зависимости от материала и плотности заполнения. Чересчур экономить на «крыше» не стоит, иначе можно получить обидные дыры на самом последнем этапе 3D-печати.