Советы по 3D-печати миниатюр

Хоббийная 3D-печать — популярное применение 3D-принтеров, зачастую подразумевающее изготовление небольших игрушек, сувениров и арт-объектов с высокой детализацией. Задача непростая, и в этой статье мы поделимся советами по 3D-печати миниатюр.

Широко распространено мнение, что для 3D-печати сложных моделей, в том числе детализированных миниатюр, лучше всего подходят стереолитографические 3D-принтеры, то есть системы, печатающие фотополимерными смолами. В принципе, это утверждение верно: FDM/FFF 3D-принтеры, печатающие филаментами, как правило укладывают слои толщиной от 0,05 мм, и даже такая толщина может вызывать трудности. Фотополимерные системы, с другой стороны, способны выращивать модели слоями 0,025 мм и даже тоньше, что положительно сказывается и на гладкости поверхностей, и на детализации. Тем не менее, при должных настройках и режимах отличные результаты можно получить и на FDM/FFF 3D-принтерах, к тому же пластики для 3D-печати в форме филаментов в среднем стоят дешевле, чем фотополимерные смолы. Ниже разберемся с основными факторами, влияющими на качество 3D-печати, особенно при работе с миниатюрными моделями.

Выбор материала

Самый популярный пластик для 3D-печати миниатюр — полилактид или ПЛА (REC PLA). Этот полимер нетоксичен, обладает хорошей текучестью и низкой термоусадкой, а потому очень прост в работе. В то же время стоит иметь в виду, что у полилактида низкая температура размягчения, всего порядка 50°С, так что оставлять модели из этого полимера на солнце не стоит.

Как вариант, можно попробовать полиэтилентерефталатгликоль или ПЭТГ (REC Relax). Он более термостоек, чем ПЛА, тоже нетоксичен и обладает низкой термоусадкой, а заодно и отличной ударной стойкостью. Этот материал любит «сопливить»: нередко при холостом перемещении головки модель окутывается тонкими нитями, напоминающими паутину, но эта проблема решается точной настройкой ретракта. В крайнем случае паутина легко удаляется по завершении 3D-печати.

Еще один популярный материал — акрилонитрилбутадиенстирол или АБС (REC ABS). Тут стоит иметь в виду, что АБС имеет репутацию капризного материала из-за высокой усадки, однако наиболее сильно усадка проявляется при 3D-печати больших изделий, так что с миниатюрами особых проблем быть не должно. По возможности используйте 3D-принтер с закрытой камерой и не забывайте про бримы (подробнее о бримах в следующей части). АБС хорош прочностью, так что хорошо подходит для функциональных миниатюр, например моделей автомобилей.

Адгезия

Модели с небольшими отпечатками, например фигурки людей, могут оторваться от столика в процессе 3D-печати. Проще всего эта проблема решается с помощью так называемых «бримов» (brim — это поля, как у шляп) — вспомогательных структур в виде тонких слоев, соединенных с основанием модели и увеличивающих площадь контакта со столиком.

3D-модель с бримом

Проблема в том, что после завершения печати бримы придется удалять вручную, как правило с помощью острого лезвия, а это дополнительный труд и отходы. С другой стороны, обрезать бримы не так уж и трудно, да и отходов будет ненамного больше, а главное — модель будет крепко «стоять на ногах». Обратите внимание, что помимо бримов слайсеры предлагают и другую опцию, называемую рафтами (raft — это плотик). Разница в том, что при использовании рафтов модель печатается поверх вспомогательных слоев, а бримы как бы разрастаются в стороны от основания. Другими словами, бримы проще удалить, чем рафты — их можно просто обрезать по краям модели. Рафты в основном применяются при 3D-печати относительно крупных изделий с высокой термоусадкой, так что при работе с миниатюрами удобнее и экономичнее использовать бримы.

Опорные структуры

«Опоры» или «поддержки» — это необходимое зло. Как и бримы, они повышают расход материала и время на постобработку, а заодно могут и повлиять на качество поверхностей при неудачном отделении после 3D-печати, но зачастую без них просто не обойтись. Тем не менее объем необходимых опор во многих случаях можно изменить правильной ориентацией модели на столике. Главное правило: поддержки нужны тогда, когда угол наклона поверхности превышает 45°.

Например, если мы печатаем стоящую прямо фигурку человека, как на иллюстрации выше, с ногами и туловищем проблем не будет, а вот вытянутой вперед руке уже потребуются опоры, так как 3D-принтеры не умеют печатать по воздуху. Однако, если фигурку наклонить на сорок пять градусов, опоры потребуются только в основании, где расход материала будет меньше, а дефекты от постобработки будут не так заметны. Перед тем как запускать 3D-печать попробуйте несколько раз сгенерировать поддержки в слайсере, меняя положение модели, и найдите оптимальный вариант.

Пример 3D-печати с использованием растворимого опорного материала

Как вариант, можно использовать растворимые поддержки, но для этого потребуется 3D-принтер с двумя экструдерами. Самый простой вариант — использовать комбинацию ПЛА и ПВС (REC PVA). ПВС — это поливиниловый спирт, вариант водорастворимого полимера. При использовании ПВС опоры не придется удалять вручную: модель можно просто выдержать в теплой воде, периодически помешивая образующийся раствор, а затем смыть остатки поливинилового спирта проточной водой. ПВС достаточно дорог, однако опытные операторы экономят, используя этот материал для печати растворимых прослоек между опорами и моделью (см. иллюстрацию ниже). Преимущества же в том, что такой метод позволяет печатать очень тонкие, хрупкие элементы, не боясь повреждений при постобработке, а также позволяет обходиться без поверхностных следов от удаленных опор.

Подробно об опорных структурах рассказывается в статье по этой ссылке.

Диаметр сопла

Казалось бы, чтобы повысить детализацию достаточно печатать как можно более тонкими слоями. Это верно, но все не так просто. Дело в том, что слишком тонкие слои могут не пропечататься, да и диаметр сопла тоже необходимо подбирать, исходя из толщины слоя.

В идеале соотношение между толщиной слоя и диаметром сопла должно быть 1:3 или как можно ближе к этому значению. В FDM 3D-принтерах обычно используются сопла диаметром от 0,25 до 1 мм, и если мы работаем с детализированными миниатюрами, логично выбрать сопло самого малого диаметра — 0,25 мм или даже меньше. С такими соплами можно попробовать печатать слои толщиной пятьдесят микрон, но лучше все-таки остановиться на толщине в сто микрометров и использовать сопло диаметром 0,4 мм, так как это поможет снизить риск забивания фильеры и порчи модели. Также необходимо помнить, что чем тоньше слои, тем больше времени займет 3D-печать.

Скорость

Скорость укладки не менее важна, чем толщина слоев и диаметр сопла, причем все эти параметры зависят друг от друга и используемого материала. Как правило, миниатюры следует печатать на минимальной скорости, так как это помогает избегать проблем с недостаточной экструзией и дефектами, вызываемыми вибрациями при резком перемещении головки. С другой стороны, укладка не должна быть слишком медленной, иначе слои могут не схватиться друг с другом, и тогда пострадает прочность.

При использовании сопла диаметром 0,4 мм и укладке слоев толщиной 0,05-0,1 мм начните со скорости в 30 мм/с и не забудьте настроить обдув, а затем меняйте значения в зависимости от полученных результатов. Необходимость обдува обуславливается выбором филамента для 3D-печати и скоростью укладки: за редким исключением при медленной укладке обдув не требуется вообще, но при работе, например, с медленно остывающим полилактидом или 3D-печати очень маленьких изделий может быть разумно включить обдув, чтобы слои держали форму и не растекались под весом укладываемого сверху материала.

Заполнение

Если речь идет о декоративных изделиях, прочность не играет ключевой роли, а значит можно сэкономить на времени и материале, снизив процент заполнения. В большинстве случаев хватит двадцати процентов, но не забудьте добавить хотя бы три периметра стенок, чтобы у модели была прочная оболочка. Подробно о вариантах заполнения рассказывается в этом материале.

Примеры разных видов наполнения

Ну и напоследок, перед 3D-печатью не забудьте почистить сопло и откалибровать столик: основная масса неудач проистекает либо из пробок, либо неправильной юстировки платформы и начальной дистанции между столиком и соплом. Руководство по устранению наиболее часто возникающих проблем можно найти по этой ссылке.