Столики FDM 3D-принтеров: сравниваем адгезионные покрытия

Сегодня кратко рассмотрим наиболее популярные варианты столиков — рабочих поверхностей экструзионных 3D-принтеров.

Содержание:

1. Листовая сталь с гладким слоем PEI
2. Листовая сталь с фактурным слоем PEI
3. Стекло
4. Стеклотекстолит
5. Голографические покрытия
6. Полипропилен
7. Вспомогательные адгезионные средства

Печатать по воздуху 3D-принтеры не умеют: нужен какой-то субстрат, к которой крепились бы печатаемые модели, иначе на выходе получится художественная композиция, с трепетом называемая в узких кругах широкой общественности вермишелью.

Другими словами, нужен столик — плоская, ровная поверхность для нанесения полимерного расплава. Здесь, как это обычно бывает, возникает множество вариантов, самые распространенные из которых (хотя далеко не все) мы и рассмотрим ниже. Основные факторы, на которые стоит обращать внимание при выборе того или иного варианта — адгезионные свойства, то есть способность прилипать к наносимым полимерам, а также долговечность и теплостойкость, особенно при использовании подогреваемых платформ.

Дополнительно не стоит забывать о гибкости, так как она помогает с отделением распечаток, и несущем материале столика. От последнего будет зависеть выбор калибровочного датчика, или наоборот: например, индуктивные датчики работают только с металлическими столиками, а инфракрасные датчики хорошо работают со стеклом. Бывают и универсальные датчики, например BLTouch, подробнее о котором рассказывается в статье по этой ссылке. Мы же тем временем перейдем к столикам.

1. Листовая сталь с гладким слоем PEI

Упругие стальные листы с полиэфиримидным адгезионным покрытием в последнее время встречаются очень часто. Стальная основа позволяет использовать магнитные крепления для быстрой установки и демонтажа, а это вкупе с гибкостью столика облегчает отделение готовых 3D-печатных изделий. Адгезионными свойствами сталь не блещет, поэтому обычно такие столики предлагаются с заранее нанесенным покрытием, в этом случае из тонкого слоя прочного, тугоплавкого термопласта полиэфиримида (PEI, ПЭИ).

Полиэфиримидное покрытие в большинстве случаев позволяет обходиться без дополнительных адгезионных средств — клеев, лаков и тому подобного. Гладкие покрытия дают гладкие нижние поверхности изделий, но в то же время могут вызывать некоторые трудности из-за чрезмерного схватывания, а также требуют довольно точной настройки начальной дистанции между соплом и поверхностью (Z-offset).

С другой стороны, благодаря отличным адгезионным свойства таких покрытия отлично походят для работы с широким спектром полимеров — полилактидом (PLA, ПЛА), полиэтилентерефталатгликолем (PETG, ПЭТГ), термопластичным полиуретаном (TPU, ТПУ), акрилонитрилбутадиенстиролом (ABS, АБС), акрилонитрилстиролакрилатом (ASA,АСА) и некоторыми инженерными термопластами. Если адгезия слишком велика, например при работе с ТПУ или ПЭТГ, те же клеи или лаки можно использовать в качестве разделительного слоя, чтобы случайно не повредить модели или само покрытие при отделении.

2. Листовая сталь с фактурным слоем PEI

Как и в предыдущем пункте, здесь основой служит гибкая листовая сталь, но адгезия повышается за счет шероховатого полиэфиримидного покрытия вместо гладкого. Само собой, фактура поверхности будет передаваться нижним поверхностям моделей, а это уже дело вкуса.

С практической же точки зрения такие покрытия делают отделение готовых моделей более простой и безопасной задачей, с меньшим риском повреждений. Во многих случаях даже не приходится сгибать столик: по мере охлаждения модели благодаря неровностям и разнице в коэффициенте теплового расширения сами отделяются от рабочей поверхности. Заодно несколько проще выставлять Z-offset, так как небольшие погрешности «съедаются» теми же неровностями фактурного покрытия.

Как и гладкие полиэфиримидные покрытия, фактурный полиэфиримид хорошо схватывается с ПЛА, ПЭТГ, АБС, АСА. Особенно хорошо такие столики подходят для работы с термопластичным полиуретаном и другими эластомерами, так как фактура помогает избегать избыточной адгезии.

3. Стекло

Стекло было и остается одним из самых недорогих и популярных вариантов, особенно в сегменте бюджетных 3D-принтеров. В то же время стоит иметь в виду, что стекло стеклу рознь. Обычное оконное стекло для этих целей не подходит из-за значительной кривизны поверхностей. Если использовать самодельные стеклянные столики, лучше использовать стекло, используемое в производстве зеркал.

Проще и надежнее использовать готовые столики. Во-первых, не придется волноваться о кривизне, а во-вторых, они обычно изготавливаются из закаленного стекла с добавлением карбида кремния (карборунда), что не только повышает прочность, но и препятствует тепловым деформациям. Стеклянные столики могут иметь гладкие или фактурные поверхности: первые дают более высокую адгезию, вторые облегчают отделение готовых моделей после остывания.

Стекло отлично подходит для работы с практически любыми материалами, причем зачастую адгезия может быть даже избыточной. Тут следует быть осторожными, ибо чрезмерные усилия при отделении готовых изделий могут привести к сколам. Наиболее часто такие проблемы возникают при 3D-печати полиэтилентерефталатгликолем (PETG, ПЭТГ). Решается проблема просто — предварительным нанесением на поверхность столика разделительного клеевого слоя.

4. Стеклотекстолит

Стеклотекстолит — композит из стекловолокна, пропитанного реактопластами, как правило на эпоксидной основе. Столики из стеклотекстолита — не самые распространенные, но пользующиеся признанием в узких кругах. В основном в этой роли используется спрессованный под высоким давлением ламинат под обозначениями FR4, G10 или Garolite.

Это один из самых дешевых материалов, но очень прочный и хорошо работающий с самыми распространенными филаментами, в том числе полилактидом (PLA, ПЛА), полиэтилентерефталатгликолем (PETG, ПЭТГ), термопластичным полиуретаном (TPU, ТПУ), акрилонитрилбутадиенстиролом (ABS, АБС) и акрилонитрилстиролакрилатом (ASA, АСА), а также поликарбонатами, нейлонами и стекло- и угленаполненными композитами.

5. Голографические покрытия

Этот вариант появился относительно недавно и был встречено довольно скептически многими энтузиастами, но оказался вполне практичным. Судя по всему, это самые обычные полипропиленовые пленки с голографическими рисунками, частенько используемые в декоративно-художественных целях. Предлагаются такие столики под разными обозначениями — PEY, PEO, PET, PEX, H1H, и так далее. Никакого отношения к материалам, в особенности к полиэфиримиду или полиэтилентерефталату, эти обозначения не имеют, скорее это просто маркетинговые наименования, говорящие о характере фактурного рисунка. Например, PEO — это полигональный рисунок (мозаика из треугольников), PEY похож на звездное небо, а PET внешне напоминает углеволоконную ткань.

Работает все это довольно необычно, так как полипропилен вообще-то славится тем, что не любит крепко схватываться ни с чем кроме самого полипропилена. Основной адгезионный эффект дает как раз микрофактура, благодаря которой на пленке за счет преломления света и вырисовываются те самые голографические текстуры. Что еще интереснее, когда микрофактура отпечатывается на поверхностях моделей, сами модели демонстрируют такой же голографический эффект.

В целом, благодаря микрофактуре достигается вполне приличная, хоть и не самая эффективная адгезия, а после остывания модели без труда отделяются. Получаемые голограммы на моделях — это уже дело вкуса. Продолжительность эксплуатации тоже относительно невелика, так как со временем пленки начинают отклеиваться от основы. К счастью, такие столики обычно поставляются с двумя покрытиями — голографическим с одной стороны и полиэфиримидным с другой, так что если адгезии полипропиленовой пленки не хватает, либо переливающиеся рисунки по какой-то причине неуместны, всегда можно использовать запасной, полиэфиримидный вариант.

6. Полипропилен

Полипропиленовые столики — еще один довольно дешевый и при этом долговечный вариант, хотя мнения насчет эффективности разнятся. Как мы упоминали в предыдущем пункте, полипропилен не формирует крепкие соединения с другими полимерами, но это даже в каком-то смысле преимущество: в нагретом состоянии он схватывается довольно неплохо, а после остывания легко «отпускает» модели.

Полипропиленовые столики обычно поставляются в виде листов — тонких, но все же намного более долговечных, чем пленки. К тому же, в таком виде полипропилен легко сгибается, опять-таки помогая отделять распечатки от столика. К изопропиловому спирту полипропилен устойчив, так что при чистке поверхности проблем быть не должно. Главное — не переборщить с подогревом: полипропиленовые столики обычно выдерживают эксплуатационные температуры до 120°С, но этого должно более чем достаточно для работы с большинством полимерных материалов.

Такой вариант хорошо подойдет для работы с полилактидом (PLA, ПЛА), полиэтилентерефталатгликолем (PETG, ПЭТГ), термопластичным полиуретаном (TPU, ТПУ), акрилонитрилбутадиенстиролом (ABS, АБС), полиамидами (нейлонами) и самим полипропиленом, а вот абразивных филаментов, например композитов с угле- и стекловолоконными наполнителями, стоит избегать, так как они могут повредить поверхность. То же самое касается и металлических инструментов: особой твердостью полипропилен не отличается, так что будьте осторожны, чтобы ненароком не поцарапать столик, иначе царапины будут переноситься на поверхности 3D-печатных моделей.

7. Вспомогательные адгезионные средства

Хороших результатов можно добиться даже при использовании простых столиков из стекла, листовой стали или алюминия. Главное, чтобы поверхности были ровными, а толщина — достаточной для борьбы с тепловыми деформациями. С адгезией же помогут клеи, лаки, пленки и скотчи — клейкие ленты, не виски.

Кто-то предпочитает использовать канцелярские клеи-карандаши, одно время популярностью пользовались лаки для фиксации волос, а кто-то предпочитает полагаться на самодельные смеси. Как уже упоминалось выше, иногда клеи используются даже не для повышения, а снижения адгезии, играя роль разделительного слоя, когда полимер слишком крепко схватывается с чистой рабочей поверхностью. Проще всего наносить аэрозольные клеи — попробуйте составы в нашем каталоге.

Малярный скотч отлично подходит в качестве основы при работе с полилактидом (PLA, ПЛА): ленту можно просто наклеить на столик и не волноваться о клеях.

Еще один вариант — каптон. Каптон — это полиимидная пленка, пользовавшаяся большой популярностью до того, как производители стали предлагать столики с напыленными полиэфиримидными покрытиями. В последнее время этот вариант уже не так распространен, но все еще актуален, так как каптон дает отличную адгезию и выдерживает высокие температуры — до 260°С и даже выше.

Остались вопросы? Свяжитесь с нами, и специалисты REC будут рады предоставить подробную консультацию по выбору расходных материалов и оборудования под конкретные задачи.