Руководство по покраске 3D-печатных изделий для начинающих

Разберемся с художественным оформлением моделей после 3D-печати: какие краски используются чаще всего, какие потребуются инструменты и каков общий порядок действий.

К сожалению, печатать цветные модели с миллионами оттенков и идеально гладкими поверхностями пока умеют только очень продвинутые и дорогие промышленные аддитивные системы, но расстраиваться не стоит. Немного времени и сноровки позволяют добиваться прекрасных результатов даже после 3D-печати на бюджетных экструзионных 3D-принтерах.

Цветная 3D-печать на 3D-принтере от Bambu Lab c AMS

Если красить совсем лень, но очень хочется получать модели из нескольких цветов, можно просто приобрести 3D-принтер с системой автоматической смены филамента (AMS) от компании Bambu Lab. Мы же расскажем об основах художественной обработки: начнем с разных видов красок и материалов, перечислим необходимые инструменты и поделимся советами по 3D-печати, потобработке и непосредственно покраске.

Виды краски

Акриловые краски используют водную основу, доступны в широком цветовом диапазоне и устойчивы к воздейстивю ультрафиолетового излучения. Хорошо подходят для изделий из полилатиктида (PLA), акрилонитрилбутадиенстирола (ABS) и фотополимерных смол.

Эмалевые краски делаются на масляной основе, довольно быстро сохнут и позволяют получать прочные глянцевые покрытия с хорошей стойкостью к ультрафиолету.

Аэрозольные краски могут быть разными, в том числе акриловыми и эмалевыми, матовыми или глянцевыми, с разнообразными оттенками. Баллончики хороши тем, что дают очень ровные покрытия и особенно хорошо подходят для покраски больших изделий.

Модельные краски бывают акриловыми, эмалевыми и масляными. Такие краски обычно предлагаются в небольших баночках для раскрашивания миниатюрных моделей, отсюда и название.

Перед покупкой красок следует определиться с требованиями — насколько они должны быть стойкими к внешнему воздействию, будут ли они матовыми или глянцевыми, насколько хорошо они подходят для работы с конкретными полимерами.

Совместимости стоит уделить особое внимание, так как не все пластики для 3D-печати одинаково хорошо поддаются покраске. В таких случаях выручает грунтование. Грунтование всегда желательно, но иногда — в зависимости от материала и краски — можно обойтись без него.

Полиэтилентерефталатгликоль (PETG), например, крайне популярен в любительской 3D-печати, но не лучшим образом держит лакокрасочные покрытия. Акриловые краски прилипают более-менее удовлетворительно, но при нанесении эмалей предварительное грунтование обязательно.

Нагруженные механические детали красить не стоит в принципе, если только речь не идет о чем-то вроде декоративных шестеренок. В то же время стоит заранее оценить условия эксплуатации: если изделие будт проводить много времени на открытом воздухе, имеет смысл выбрать краску, стойкую к ультрафиолету.

Здесь стоит упомянуть, что покрытия могут играть не только декоративную, но и защитную роль, ведь довольно многие пластики уязвимы к ультрафиолетовому излучению. Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), например, постепенно деградирует на солнце, но слой защитной краски или лака может значительно продлить срок эксплуатации. Если покраска — не вариант, можно использовать близкий аналог, намного менее чувствительный к ультрафиолету акрилонитрилстиролакрилат (ASA).

Само собой, в зависимости от климата необходимо учитывать стойкость красок к влажности и сезонным температурным колебаниям.

Инструменты

Для эффективной работы с красками потребуются не только кисти. Не все из приведенных ниже аксессуаров обязательны, но все они помогают делать процесс более удобным, а результаты — более качественными.

Кусачки, плоскогубцы, канцелярский нож и пилка для ногтей — хорошие инструменты для удаления опорных и вспомогательных структур перед шлифованием — поддержек, рафтов и бримов. Не забывайте про защитные рукавицы при работе с острыми лезвиями.

Шлифовальные бруски (наждачные напильники) нужны для сглаживания грубых поверхностей перед покраской и в то же время обеспечения необходимой шероховатости для лучшего сцепления. Ими же можно обрабатывать неровно нанесенную грунтовку. Можно использовать и просто наждачную бумагу, но с брусками удобнее работать, а ради экономии такое приспособление можно напечатать самостоятельно.

Пинцет пригодится для удерживания мелких деталей во время покраски.

Аэрограф — альтернатива аэрозольным баллончикам. Инструмент относительно дорогой, зато позволяющий наносить очень ровные покрытия и работать с красками, недоступными в баллонах.

Поворотный столик повышает удобство работы, позволяя обрабатывать изделия с разных сторон без неоходимости бегать вокруг или риска повреждения свежих слоев краски.

Малярный скотч — клейкая лента, защищающая поверхности от случайного попадания краски. Подходит в том числе для нанесения ровных линий.

Увеличительное стекло (лупа) поможет работать с мелкими деталями.

Картонная коробка послужит простым, недорогим, но при этом эффективным защитным экраном при аэрозольной покраске.

Респиратор — крайне полезная для здоровья вещь при работе с красками на токсичных летучих растворителях.

Резиновые перчатки не только защищают кожу, но и помогают крепче держать изделия во время обработки.

Подготовка к 3D-печати

Упростить постобработку можно еще на этапах 3D-моделирования и подготовки 3D-модели в слайсере.

Количество необходимых поддержек может зависеть от наклона модели

Ориентация модели и поддержки. От правильного расположения модели нередко зависит количество необходимых поддержек, а поддержки по завершении 3D-печати придется удалять. Правильное расположение — понятие относительное: при 3D-печати технических деталей модели стараются ориентировать так, чтобы эксплуатационные нагрузки распределялись вдоль слоев, где прочность наиболее высока, даже если это означает необходимость в большом количестве опорных структур. Если прочность не играет существенной роли, например при 3D-печати художественных изделий, модель можно повернуть так, чтобы свести количество поддержек к минимуму, а это экономия времени, материалов и нервов при постобработке перед покраской.

Детализация. Слои краски, особенно в совокупности с грунтовкой, будут делать мелкие детали поверхностей, например узоры, менее разборчивыми. Это можно в некоторой степени компенсировать повышением толщины соответствующих элементов.

Высота слоев. Чем меньше высота слоев, тем слабее выражена ребристость, а значит меньше усилий на постобработку поверхностей. С другой стороны, 3D-печать тонкими слоями отнимает больше времени. Как правило, в экструзионной 3D-печати наилучшие результаты получаются при толщине слоев 0,1 мм и ниже.

Плотность заполнения. Заполнение по определению находится внутри моделей, но от его плотности зависит жесткость стенок. Чем жестче стенки, тем ниже риск отслоения краски из-за деформаций под нагрузками. Минус тот же, что и в предыдущем пункте: чем выше плотность, тем больше времени занимает 3D-печать. Вдобавок необходимо учитывать еще и повышенный расход материала.

Расходные материалы. Если модель создается в художественных целях, имеет смысл подбирать материал исходя из простоты 3D-печати и постобработки. С другой стороны, зачастую это компромиссное решение.

Например, акрилонитрибутадиенстирол (ABS) прекрасно шлифуется, отлично склеивается и сглаживается ацентоном и хорошо грунтуется, да к тому же обладает хорошей прочностью, ударной вязкостью и термостойкосью, но при этом демонстрирует высокую усадку, что затрудняет 3D-печать больших изделий и, как правило, требует 3D-принтеров с термокамерами.

При обработке полилактида может потребоваться «мокрое» шлифование для охлаждения

Полилактид (PLA), с другой стороны, крайне непривередлив во время 3D-печати, не воняет, нетоксичен, но в то же время довольно хрупок и легкоплавок, что затрудняет постобработку. При температуре размягчения всего около 60°С полилактид необходимо охлаждать водой при шлифовании, чтобы материал не «поплыл». К тому же, он невосприимчим к ацетону, так что для химического сглаживания приходится использовать другие растворители, обычно дихлорметан.

Постобработка

Ключевые этапы подготовки моделей к покраске — очистка и шлифование. Первым делом изделия необходимо очистить от опорных структур, рафтов или бримов (если таковые использовались в процессе 3D-печати) и случайно налипшего пластика. Затем в ход идет наждачная бумага или шлифовальный брусок: для оптимальных визуальных результатов поверхности необходимо избавить от ребристости, постепенно снижая зернистость наждачной бумаги с крупной до мелкой. Не забывайте, что если вы обрабатываете легкоплавкие полимеры вроде полилактида (PLA), бумагу и изделие необходимо переодически смачивать водой для отвода тепла, иначе поверхности могут оплавится.

Основные этапы:

1. Опорные структуры (поддержки) следует удалять кусачками и плоскогубцами, а остаточные выступы выравнивать с поверхностями с помощью канцелярского ножа и/или пилочки.
2. Первичное шлифование для удаления ребристости следует проводить наждачной бумагой с зернистостью в районе 200.
3. Если образовались пропуски в слоях или трещины, их необходимо заделать раствором того же полимера в подходящем растворителе, эпоксидной смолой, шпаклевочной пастой или другим подходящим материалом.
4. После ретуширования дефектов необходимо провести вторичное, конечное шлифование, используя наждачную бумагу последовательно более мелкой зернистости, вплоть до 1000. Полировать до блеска не стоит: слегка шершавые поверхности будут лучше схватываться с грунтовкой или даже сразу с краской.
5. (опционально) При желании третий и четвертый шаги можно заменить химическим сглаживанием с помощью подходящего растворителя — ацетона для ABS, дихлорметана для большинства других полимеров. Самый простой способ — нанести растворитель кисточкой, но не забывая про вентиляцию и защиту для рук и глаз. Перед переходом к грунтованию позвольте растворителю полностью испариться.

Грунтование и покраска

В отдельных случаях краски можно наносить прямо на полимеры, но ради максимального сцепления и долговечности всегда рекомендуется потратить немного времени и усилий на грунтование.

Удобнее всего использовать грунтовочные смеси в аэрозольных баллончиках. Грунтовку желательно наносить плавными, ровными движениями поперек моделей, не задерживаясь на отдельных участках. Если полимер будет проглядывать через грунтовку, ничего страшного: дайте слою пару минут на просыхание, а затем нанесите второй, а при необходимости и третий слой. Так покрытие будет максимально ровным. При необходимости по полностью высохшей грунтовке можно слегка пройтись мелкозернистой наждачной бумагой.

Процесс покраски будет зависеть от выбранных инструментов и требуемой детализации. Начинать желательно с основного цвета, то есть красить всю модель в один цвет, а затем добавлять остальные цвета там, где необходимо. Крайне желательно, чтобы базовый цвет был светлым: светлые оттенки проще спрятать под темными, чем наоборот.

Базовый цвет удобно наносить аэрозольными баллончиками или аэрогрофами, для мелких деталей потребуются уже кисточки. При использовании баллончиков старайтесь наносить краску плавными поперечными движениями и не держать баллончик слишком близко к изделям, иначе на поверхностях могут образоваться капли. Не забывайте про малярный скотч: клейкая лента отлично защищает от случайного попадания краски не на те участки моделей как при работе с аэрозолями, так и кистями.

Не стоит пытаться сразу закрывать один цвет другим: как и при грунтовании, лучше нанести один тонкий слой, дать просохнуть, а затем нанести еще один или несколько, пока не будет достигнут необходимый оттенок. Это поможет сделать покрытие максимально тонким и ровным, что в свою очередь поможет сохранить геометрическую детализацию.

После покраски может быть целесообразным нанести защитный слой прозрачного лака, в зависимости от используемой краски. Заодно лак может добавить глянец или, наоборот, матовость.

Адаптированный перевод статьи Painting 3D Prints: All You Need to Know, опубликованной на сайте All3DP.