Руководство для начинающих по 3D-печати

Подогреваемая кровать — печатная поверхность, которая нагревается для обеспечения лучшей адгезии.

Шаговый двигатель — точный и мощный двигатель, используемый для перемещения различных частей принтера.

RepRap — 3D-принтер с открытым исходным кодом.

G-код — инструкции для станка, описывающие каждое движение, необходимое для изготовления детали. Не относится к 3D-печати.

Slicer — часть программного обеспечения, используемая для преобразования 3D-моделей в G-код.

Ось — опорная линия для движения. Трехосный станок может перемещаться по X (слева направо), Y (спереди назад) и Z (вверх и вниз).

Каретка — движущаяся часть, на которой сидит экструдер.

Что можно сделать

Почти все! Детали, напечатанные на 3D-принтере, в скором времени не заменят традиционные технологии производства для массового производства — ни один принтер не обладает достаточной скоростью или способностью производить необходимое качество Где 3D печать действительно сияет на рынке прототипирования и домашнего производства. Скажем, циферблат на вашей стиральной машине ломается, и производитель указывает ваши 30 долларов за крошечный кусочек пластика плюс доставка. Почему бы не разработать собственную замену и начать работу в течение дня, за небольшую часть стоимости?

Взгляните на эти способы использования 3D-принтера. дома, чтобы получить больше вдохновения.

Есть причина, по которой Ford Motor Company напечатала в 3D более 500 000 прототипов автомобильных деталей, 500 000 прототипов автомобильных деталей . Возможность изменить компонент, а затем распечатать его еще раз — огромная экономия времени — даже если эта часть занимает пять часов на обработку, это все еще очень быстрый процесс.

Также есть забавные вещи, такие как эти шесть игр, которые вы можете печатать дома.

Типы принтеров

Теперь, когда вы знаете, что такое 3D-печать, давайте рассмотрим различные типы машин. Существует два типа процесса печати: моделирование методом наплавки и стереолитография . У них есть свои сильные и слабые стороны, так что вот основы.

Плавленое моделирование осаждения

Моделирование расплавленного осаждения, или FDM, является самым простым и популярным методом печати. Материал для печати проталкивается через горячую трубку. Эта трубка толкается вокруг, чтобы нарисовать нужную форму, точно так же, как наложение сообщения на торт. Температуры варьируются в зависимости от материала, однако 200C / 392F — это примерно среднее значение для потребительских машин, печатающих из пластика.

Популярные модели:

• RepRap Prusa I3
• Makerbot Replicator
• Ultimaker 3

В настоящее время это самый популярный процесс печати. Цены варьируются от 200 до нескольких тысяч долларов. Существует множество различных производителей и моделей машин FDM. Они печатают пластик слоями, каждое здание опирается на предыдущий нижний слой. Машины запускаются снизу и строятся вверх. Это может означать, что сложные формы или объекты без плоской оси, на которых начинать, может быть трудно произвести.

У моделей часто есть «линии», где каждый слой был построен. Это может быть сглажено впоследствии при необходимости.

Примерная стоимость 1 кг / 2,2 фунта материала: 25 долларов США.

стереолитографии

Стереолитография ( SLA ) очень отличается от FDM. Это начинается с контейнера из специального жидкого пластика (известного как фотополимерная смола ). Ультрафиолетовый лазер направляется на верхнюю часть смолы, заставляя ее затвердевать (не весь участок, а только небольшой слой). Как и в случае с FDM, каждый слой «прорисовывается» и отвердевает последовательно. Эти машины работают сверху вниз, вытягивая объект из жидкости.

Модели, созданные с использованием SLA, чрезвычайно плавные, с невероятно высоким разрешением. Они быстрее печатаются, чем машины FDM, однако они менее распространены, более дороги и зависят от дорогой смолы.

Популярные модели:

• Formlabs Form 2
• 3D системы ProJet 1200
• XYZ Printing Nobel 1.0

Примерная стоимость 1 кг / 2,2 фунта материала: 100 долларов США.

Цены варьируются в зависимости от модели, хотя в среднем это намного выше, чем у машин FDM, примерно 1500 долларов.

Это руководство будет сфокусировано на машинах FDM из-за их относительной простоты использования и популярности.

Помимо производственного процесса, есть еще одна важная спецификация: система координат. Вот как каждый принтер перемещает горячий конец вокруг кровати. Две основные вариации известны как декартова и дельта . Существуют и другие системы (например, полярные ), а также несколько уникальных конструкций, хотя лучше придерживаться популярной системы. Использование системы координат, которую использовали несколько тысяч человек, значительно облегчает поиск возможных проблем.

картезианский

Подобно традиционному струйному или лазерному принтеру, декартовы машины довольно просты. Они имеют оси X, Y и Z, с одним или несколькими шаговыми двигателями для управления каждым. У них будет квадратная или прямоугольная кровать, и было бы весьма обычно, чтобы вся кровать двигалась по одной оси. Вот как выглядит декартовый принтер:

дельта

Дельта-принтеры также используют оси X, Y и Z, однако есть одно важное отличие. Машины Delta подвешивают экструдер на трех плечах в форме треугольника. У них почти всегда будет круглая кровать с принтом, которая не двигается. Эти машины были разработаны для быстрой печати деталей!

Они идеально подходят для высоких, узких моделей. Они только немного дороже и сложнее, чем традиционные декартовы машины, поэтому они представляют собой отличный альтернативный выбор.

Материалы для печати

Так же, как существуют сотни различных стилей, размеров и цен на принтеры, существуют десятки печатных материалов ( накаливания для машин FDM). Основными двумя, на которых вы должны сосредоточиться прямо сейчас, являются ABS и PLA . Есть другие материалы, набирающие популярность (нейлон для высокой прочности и на основе дерева для различных текстур), однако они не всегда просты в использовании.

Полимолочная кислота ( PLA ) представляет собой биоразлагаемый пластик, получаемый из возобновляемых ресурсов, таких как сахарный тростник или кукурузный крахмал. В результате печать с ним выделяет полусладкий запах. Это один из самых простых материалов для печати, сохраняющий высокую прочность. PLA может быть «вязким», что делает его подверженным засорению. Убедитесь, что вы следуете всем рекомендациям производителя.

АБС , или акрилонитрил-бутадиен-стирол, — это материал, из которого сделаны кирпичи Lego. Полученный из ископаемого топлива, он прочный и износостойкий. Он не является биоразлагаемым, и печать с его помощью может издавать сильный запах «горящего пластика». Хотя печатать на нем может быть непросто, он по-прежнему остается одним из наиболее популярных материалов. Нагреваемая кровать часто требуется для предотвращения деформации и плохой адгезии к кровати. Детали, напечатанные с помощью ABS, можно легко отшлифовать и сгладить.

И PLA, и ABS можно приобрести в самых разных цветах. PLA может быть найден в частично полупрозрачных цветах, если требуется.

Машины FDM используют пластик в форме нити. Часто предоставляется на катушках или катушках от 500 г (1,1 фунта) до 1 кг (2,2 фунта).

Выбор машины

Принимая решение, важно выбрать правильную машину для вас и ваших потребностей. Вы покупаете самую дешевую модель на рынке? Вы покупаете самый дорогой? Какова поддержка клиентов? Существует ли активное сообщество поддержки, пользователи которого, возможно, решили общие проблемы?

Определите наиболее важные для вас функции. Надежность должна быть довольно высокой в ​​вашем списке, как и качество. Есть машины, которые могут печатать очень быстро, и другие, которые могут печатать огромные объекты. Хотя не каждая машина может делать все очень хорошо, некоторые модели могут делать разумную работу во многих отношениях

Выбор принтера не должен быть сделан по прихоти, или под влиянием момента. У меня было три 3D-принтера, и я очень сожалею о том, что купил свой первый, по причинам, изложенным ниже.

Одним из важных факторов для рассмотрения является техническое обслуживание. В большинстве машин используются оси X и Y с ременным приводом, а также с осью Z с приводным винтом. Не все машины работают так, но это довольно распространенный выбор дизайна. Ремни необходимо откалибровать и затянуть, поэтому, если это невозможно, возможно, эта модель не лучший выбор для вас.

Моя первая машина была разумной, однако со временем ремни ослабли, и потребовалось регулярное обслуживание и калибровка (как в случае со всеми принтерами). Когда я пошел, чтобы затянуть ремни, у меня не было никакого способа сделать это, и производители прекратили торговать. Более того, поскольку вокруг этой машины не было сообщества, не было много информации об этом конкретном дизайне.

Это приводит к еще одному важному фактору: сообществу. Со многими популярными моделями существуют огромные онлайн-сообщества , часто с решениями общих проблем. Эта информация имеет неоценимое значение для улучшения качества ваших отпечатков и обслуживания вашего принтера.

Последней важной особенностью, которую следует учитывать, является стоимость бега. Как показано выше, нить накала достаточно дешевая. Множество разных производителей производят целый ряд материалов и цветов практически для любого использования и бюджета. Несколько избранных производителей пытались представить патентованные «картриджи» для нити накала, которые позволяют вам покупать только нити накала у этой компании. Это хорошо для зарабатывания денег для компании, но ужасная сделка для потребителей. Я рекомендую вам держаться подальше от любой машины, которая заставляет вас использовать запатентованную конструкцию накаливания.

Подробнее об этом см. В нашем руководстве по лучшим бюджетным 3D-принтерам

RepRap

Проект RepRap — это 3D-принтер с открытым исходным кодом. Многие из машин используют 3D-печатные компоненты, а остальные легко доступны (обычно в магазинах оборудования). Сообщество RepRap огромно, и многие проблемы были решены благодаря этому сообществу.

RepRap — одна из лучших машин, которые вы можете приобрести. Мало того, что есть огромное сообщество поддержки, но есть много испытанных и проверенных проектов. Машины можно купить в виде комплекта или в полностью собранном виде. Сотни ритейлеров продают свой собственный набор популярных комплектов, а запасные части, а также обновления можно дешево купить у Amazon или Ebay.

Многие комплекты продаются по очень низкой цене. Хотя некоторые из них сами по себе не являются плохими, плохо собранные компоненты или сокращение затрат в неправильных местах (например, в блоке питания) могут привести к проблемам. Пожары на 3D-принтерах случаются редко, но они случаются , и, хотя любой 3D-принтер может стать причиной пожара, этот риск можно уменьшить, купив у уважаемого продавца и выбрав машину, у которой в целом хорошие отзывы.

Если вы собираетесь приобрести RepRap, я рекомендую Prusa I3 MK2 от Prusa Research . Существует огромное количество пользователей, с сотнями доступных модификаций и улучшений. Этот конкретный принтер доступен в наборе или в готовом виде и имеет высокую калибровку. Prusa Research разработала сами модели Prusa, и хотя это не одна из самых дешевых машин в мире, дизайн и конфигурация этой машины действительно избавят вас от многих проблем в дальнейшем.

Первая Печать

Теперь, когда вы выбрали устройство, оно доставлено и настроено, пришло время начать 3D печать ! Боюсь, покупка машины — это только начало процесса. Большинство машин работают с SD-карты или вашего компьютера. Вы можете установить Octopi , дистрибутив Raspberry Pi, написанный для 3D-печати, но на сегодня это немного продвинуто. Сначала изучите основы, а затем вы узнаете все, что нужно для настройки принтера, управляемого через Интернет.

Независимо от того, как управляется ваша машина, каждая машина получает инструкции одинаково. Это несколько этапов:

1. Дизайн или получить 3D модель.
2. Конвертировать 3D модель в формат STL.
3. Используйте «слайсер» для преобразования модели STL в G-код.
4. Напечатайте модель, используя G-код.

3D модели

Первое, что вам нужно, это модель для печати! Thingiverse — один из самых популярных сайтов для обмена моделями, большинство моделей уже доступны в виде файлов STL. Вы можете начать с тестового куба или калибровочной модели, чтобы убедиться, что все настроено правильно. Если вы любите приключения, вы можете создать свои собственные модели. Многие программы могут сделать это. Google Sketchup — это популярный бесплатный инструмент, который легко освоить:

Обязательно ознакомьтесь с нашим введением в Sketchup первую очередь. Blender — еще один отличный инструмент, который немного больше ориентирован на художественные работы, чем на дизайн продукта. Ознакомьтесь с нашей подборкой фантастических учебных пособий фантастических учебных пособий фантастических учебных пособий для начинающих Blender.

Если ты похож на меня и не так хорош в искусстве, то не бойся! OpenSCAD — еще один бесплатный инструмент, позволяющий создавать модели с использованием кода! Он прост в использовании, я разработал этот выдолбленный куб всего с пятью строками кода:

$fn = 100; difference() { cube(size = [10,10,10]); translate([10,10,10]) sphere(r = 6.5); } 

Конвертировать в формат STL

Теперь, когда у вас есть модель для печати, ее необходимо преобразовать в формат STL. Это означает STereoLithography, и это довольно универсальный формат 3D-модели для 3D-печати. Многие инструменты могут сохранять файлы в этом формате. Почти все файлы Thingiverse могут быть загружены как STL. Если вы используете Google Sketchup, вам необходимо скачать расширение SketchUp-STL, чтобы иметь возможность экспортировать файлы STL.

Используя слайсер

Возможно, вы слышали о слайсере. Эти части программного обеспечения преобразуют ваш файл STL в набор инструкций, называемый G-кодом. G-код существует очень давно и используется на промышленных машинах, а также на 3D-принтерах. G-код часто зависит от вашей машины.

Есть много разных слайсеров. Они в основном работают одинаково, и когда вы только начинаете с простых моделей, не имеет значения, какой слайсер вы выберете. Производитель вашей машины может порекомендовать один, и даже лучше, если он предоставит файл конфигурации по умолчанию или с самого начала!

Некоторые популярные варианты:

• Cura
• Repetier
• Slic3r

Есть много настроек на ваш выбор слайсера. Вот некоторые из них и что они делают.

Высота слоя

Это определяет, насколько толстым является каждый слой. Меньшее число приводит к большему количеству слоев и более высокому качеству печати (за счет скорости). Хороший компромисс составляет 0,15 или 0,2 мм. Отпечатки очень высокого качества могут использовать высоту слоя 0,05 мм, но это будет очень медленно! Часто рекомендуется использовать более толстую высоту для первого слоя, так как это помогает лучше держаться.

Вот сравнение между различными высотами слоя. Слева направо хорошо подходит для грубой:

Толщина оболочки

Вот насколько толстыми должны быть внешние стены. Вы хотите, чтобы это был приличный размер, иначе заливка может просвечивать. В любом случае толщина стенок от двух до четырех будет хорошей, в зависимости от вашей модели.

втягивание

Отвод помогает поддерживать чистоту отпечатков, слегка вытягивая нить обратно в сопло, когда не выполняется печать (т. Е. При перемещении через зазор в модели). Иногда бывает сложно выполнить точную настройку, поэтому придерживайтесь настроек по умолчанию или рекомендуемых производителем настроек.

Толщина дна / верха

3D-печатные объекты редко бывают на 100% твердыми внутри. Это сделано для экономии пластика и увеличения скорости печати. Верхний и нижний слои сплошные, поэтому вы можете указать их толщину. Шесть слоев — разумное число. Идите слишком низко, и вы можете заметить, что полая впадина просвечивает или пузырится на поверхности.

Заполнить плотность

Выраженный в процентах, насколько прочным должен быть интерьер. Дизайнеры моделей обычно указывают эту цифру, так как некоторые детали могут требовать более высокой прочности заполнения. Обычно достаточно 20-30 процентов.

Заполнить шаблон

Шаблон заполнения используется для полого интерьера. Шестиугольники или сотовые конструкции встречаются довольно часто, но, как правило, этого не видно, придерживайтесь настроек принтера / слайсера. Здесь вы можете увидеть образец заполнения соты на этом поперечном сечении отпечатка:

Скорость печати

Скорость печати является очень важным параметром. Слишком быстрая печать почти всегда приводит к снижению качества печати. Медленная печать улучшит качество (но это не всегда будет практично). Это должно быть установлено на среднее расстояние между скоростью и качеством. Придерживайтесь вашего слайсера по умолчанию. Скорость печати 70 мм / сек будет довольно высокой. Скорость 40 мм / с будет довольно медленной, но очень качественной. Это видео подчеркивает разницу в скорости печати: