1. экструзионная технология печати (fdm) Речь в данном уроке пойдет об экструзионной или fdmтехнологии

• Название: 1. экструзионная технология печати (fdm) Речь в данном уроке пойдет об экструзионной или fdmтехнологии
• Дата: 01.12.2018
• Размер: 40.77 Kb.
• Имя файла: ntvf 2.docx
• Тип: Документы; #58386

1. ЭКСТРУЗИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТИ (FDM)

Речь в данном уроке пойдет об экструзионной или FDM-технологии. На основе этой технологии подробно посмотрим, для чего применяются поддержки, с чем связана шероховатость, как связана деломинация с самой технологией и, бывает ли такое в металлах или это только свойство пластика. После обсуждения этой технологии мы посмотрим, чем она отличается от других аддитивных технологий: от фотополимерной печати и от печати металлов.

Как устроена FDM-технология можно увидеть на видео второй недели. Прежде всего необходима просто платформа. При печати ABS пластиком, платформа должна быть нагрета до 100 – 110 градусов. Дальше подходит экструдер и наносит первый слой печати, потом поднимается на Высоту первого слоя, печатает следующий слой, затем на Высоту следующего слоя и т. д. Это легко представить, если вспомнить кондитерский шприц. Как из него можно что-то наносить? Шприцом сначала наносим первый слой. Возможно, штрихуем. Дальше поднимаем инструмент, наносим следующий слой и так продолжаем, пока не построим или не напечатаем какой-то объект.  Конечно, это очень упрощенная модель.

Если смотреть подробнее, то сначала, на платформу наносим первый слой и, обычно, идет штриховка, то есть некое заполнение. Может быть заполнение с форами или с сотами, а может быть сплошное заполнение.

Про ограничения и сложности заполнения детали сотами, уменьшая вес (т.е. массу изделия), либо печати сплошного изделия (т.е. 100% заполнение) поговорим в другом уроке.

После того, как произошла печать первого слоя, экструдер поднимается на Высоту слоя. Дальше, снова обходит контур и начинает штриховать. Стоит отметить, что обычно штриховка на втором слое идет под 90 градусов к штриховке предыдущего слоя. То есть сетка располагается то в одну диагональ, то в другую. Это позволяет делать изделие более крепким и предотвращает деломинацию слоев.

Далее, когда изделие уже напечатано, экструдер расположен сверху и к нему подается расходный материал. В данном случае – пруток (еще синонимом является слово – стренгер). Когда из экструдера выходит расплавленный материал, он остывает под действием обычной комнатной температуры.

Данная технология (FDM, экструзионная печать) больше всего распространена среди обычных, компактных, настольных, домашних, бытоВых или учебно-бытоВых 3D-принтеров. Благодаря тому, что устройство является компактным, расходный материал недорогой.

Необходимо отметить, что существуют профессиональные 3D-принтеры по данной технологии. Они могут стоить порядка 10 млн. рублей и Выше. С чем это связано? Откуда появляется такая Высокая стоимость, если обычный небольшой 3D-принтер можно купить от 15 тыс. рублей? 20, 30, 50, 100 тыс. рублей, но минимальный комплект для сборки 3D-принтера, если Вы хотите сделать это самостоятельно, Вы можете купить за 12-15 тыс. рублей.

Так вот, промышленные 3D-принтеры отличаются тем, что они борются с недостатками FDM-технологии. У них есть закрытая камера, которая предотвращает расслаивание. У них очень точно откалиброван расходный материал, то есть тот самый пруток, который заходит в экструдер. Если для бытоВых принтеров диаметр прутка составляет 1.75 мм +- 0.1 мм, то для промышленного прутка такая точность будет слишком низкой. Там допуск составляет +- 0.02 или 0.03 мм. Иногда, производители стараются еще улучшить этот допуск, чтобы модели получались еще более точными.

. ОГРАНИЧЕНИЯ FDM-ТЕХНОЛОГИИ

Основные ограничения FDM-технологии:

·                    Точность

·                    Гладкость (шероховатость)

·                    Необходимость в поддержках

·                    Сложность удаления поддержек

·                    Расслаивание и усадка

·                    Минимальная толщина стенки

·                    Длительное время печати

3. ТОЧНОСТЬ ПЕЧАТИ

Точность для FDM-технологий составляет порядка 0.1 - 0.2 мм. Необходимо понимать, что точность в печати - понятие относительное. Почему? Потому, что те программы, которые расслаивают объект, то есть подготавливают вашу 3D-модель к печати, обычно ориентируются на точность по внешнему краю модели.

При печати, например, чашки, программа будет стараться точно Выдержать внешние габариты чашки, но может ошибаться с внутренними габаритами. Это связано с шириной экструдируемого прутка. Представьте, если у Вас экструдируется пруток шириной в одну условную единицу, а Вам нужно напечатать стенку шириной 2.5 единицы. Что это означает? Это означает, что у Вас будет обход по контуру, дальше по внутреннему контуру, и в середине будет пустота. С внешней стороны стенка толщиной единица, с внутренней стороны стенка толщиной единица и половина единицы - это пустота. Если программа по какой-то причине решит заполнить эту пустоту, например, у Вас стоит 100% заполнение, она будет пытаться исхитряться и делать какое-либо заполнение. И в этом случае она может внутреннюю стенку подвинуть на пол единицы, то есть на 0.5 наших условных единиц, чтобы общая толщина стенки чашки стала 3 единицы. Тогда программа сможет подготовить объект следующим образом: будет внешний контур толщиной 1, внутренний контур толщиной 1 и внутри заполнение опять также толщиной в единицу, если у нас из сопла выходит поток в диаметре – 1.

Важно понимать, что программа обычно заточена на то, чтобы сохранять внешние габариты изделия, но при этом могут нарушаться внутренние габариты. Соответственно, если планируете изготавливать какой-то паз под винт, под гайку, под еще какую-то вставку другой модели, всегда необходимо помнить о том, что внутренние размеры нужно проверять или запускать тестовую печать какой-то части изделия, чтобы посмотреть, как нужная деталь встанет на свое место.

И, конечно, никто не отменял постобработку. В случае FDM-печати есть возможность использовать обычную шкурку и напильники. При работе с металлом лучше использовать способ предварительной печати фрагмента детали, чтобы посмотреть входит или не входит, подкорректировать, возможно, размер, и после этого ставить на печать всю деталь.

Что касается металла, то допуски составляют порядка 50 микрон, но допуск зависит от режима печати, от материала, от принтера. При любом типе печати всегда есть возможность печатать чуть быстрее, но менее качественно, либо, наоборот, медленнее и более качественно.

Для лучшего понимания, представьте обычный 2D-принтер, то есть принтер, который печатает просто на бумаге, обычный настольный принтер, который стоит у Вас на работе, в офисе, дома. У него, обычно, есть 2 режима печати. Все пользуются каким-то стандартным. Но можно поставить галочку, выбрать такой пункт, чтобы он печатал более медленно, но более качественно. Либо наоборот, если Вам надо напечатать какой-то раздаточный материал, который не очень важен и, возможно, будет утилизирован спустя полчаса, после того, как его выдали, то Вы можете поставить режим более быстрой печати, соответственно менее качественной. Будут возникать полосы, какие-то элементы будут хуже пропечатываться. Точно то же самое происходит и при 3D-печати.

Например, если у Вас движется экструдер и движется он достаточно медленно. Он проходит каждый угол отдельно и, модель, если мы печатаем, например, кубик, то у него получаются углы ровные, прямые, точные. Теперь, если необходимо, по какой-то причине, напечатать эту модель быстрее, то мы увеличиваем скорость печати. При этом экструдер начинает двигаться быстрее, и пластик будет подаваться быстрее. При экструдировании, когда экструдер проходит угол, он проходит его слишком быстро. Материал может хуже прилипать к предыдущему слою, он может загибаться на повороте, и вместо углов получится закругление. Это все зависит от того, какой Высотой Вы печатаете слой, насколько Вы подняли скорость, при какой температуре Вы печатаете.

Важно запомнить, что 3D-печать это не какой-то один режим печати. Это всегда Выбор из режимов печати. Всегда есть возможность печатать быстрее или медленнее; более точно или более качественно.

4. ГЛАДКОСТЬ (ШЕРОХОВАТОСТЬ)

Причины возникновения можно увидеть во втором видео второй недели. При печати слой за слоем можно на стенке заметить приплюснутые цилиндры друг над другом. Данная впадина составляет порядка половины толщины слоя. При печати слоем порядка 200 микрон, т. е. 0.2 мм, радиус впадины будет составлять примерно 0.1 мм. Это означает, что для устранения шероховатости необходимо использовать постобработку. Однако впадину в 100 микрон (кстати, это толщина листа бумаги, стандартного листа А4), достаточно легко сгладить обычной шкуркой, либо использовать то, что называется «ацетоновая баня».

Необходимо упомянуть, что в нашей работе применяем «четырехсотые» шкурки (т. е. шкурки с маркировкой 400). Они хорошо подходят для ABS, PLA и КТГ пластика. Ими возможно убрать неровности, но при этом сохранить геометрию. При применении более грубых шкурок (с маркировкой 80, 120), есть вероятность повреждения геометрии при получится не прямая стенка, а волнообразная.

Сейчас поговорим об очень важной характеристике печати – время, и о его взаимосвязи с толщиной слоя.

Одной из частых ошибок тех, кто начинает что-то печатать, применять аддитивные технологии, является стремление печатать минимальной толщиной слоя, чтобы сразу получать более гладкие изделия.

Например - Вы хотите построить дом, используя для этого кирпич Высотой 9 см. Представим, что на то, чтобы выложить кирпичом весь дом, от фундамента до конца крыши, Вам требуется 24 часа. Если Вы хотите использовать кирпич Высотой 3 см и выложить тот же самый дом, той же самой конструкции, то Вам потребуется, примерно, в 3 раза больше времени. То же самое и с 3D-печатью. Если Вы печатаете какое-то изделие толщиной слоя 0.2 мм (200 микрон) и Вам на изготовление этого изделия требуется 10 часов. Если Вы захотите напечатать тоже самое изделие толщиной слоя 50 микрон (в 4 раза тоньше), то у Вас на изготовление изделия уйдет в 4 раза больше времени, т. е. 40 часов.

Запомните и сравните. Что лучше? Напечатать изделие толщиной слоя 200 микрон, т.е. более грубым слоем (легко представить, 200 микрон – толщина двух листов бумаги А4), но с легкостью потом отшкурить и постобработать. Поэтому Вы всегда сравнивайте, что проще, печатать более гладким слоем и тратить меньше времени на постобработку, либо напечатать более толстым слоем, более грубой печатью, но потом быстро постобрабатывать. На это потребуется больше времени, но Вы можете, например, простые геометрические стенки обрабатывать значительно быстрее. Это очень важный момент, который справедлив для любого вида печати: и для FDM-технологии, и для печати металлом, полиамидом или фото полимером. Всегда у нас есть толщина слоя и всегда мы думаем о том, что лучше, печатать быстрее или медленнее.

Еще один пример, чтобы Вы обратили внимание на время печати. Если Вы используете обычный принтер, у него есть режим печати быстрее, но менее качественно, либо медленнее, но более качественно. Здесь то же самое. Нужно всегда думать о том, что лучше быстрее печатать, менее грубым слоем, либо печатать более грубым слоем и потом использовать постобработку.

5. НЕОБХОДИМОСТЬ В ПОДДЕРЖКАХ И СЛОЖНОСТЬ ИХ УДАЛЕНИЯ

Любой человек, работающий в 3D-печати, в области аддитивных технологий, всегда сталкивается с поддержками. Причем сталкивается с ними уже при печати первого, второго или максимум десятого изделия.

Рассмотрим на примере. Допустим, мы хотим напечатать вертикально букву «Г». Пока мы печатаем основной столбик, все хорошо. Как только мы хотим напечатать выступающий элемент, экструдер идет по воздуху, пластик экструдируется, ни на что не опирается. Экструдер возвращается к основному столбику. Понятно, что под действием силы тяжести часть, которая ни на что не опиралась, просто упадет вниз. Как Вы уже догадались, нужно использовать поддержки, дополнительные столбики, вспомогательные элементы конструкции. Простой пример: будем печатать не букву «Г», а букву «П», после чего мы отпилим одну ножку и получим букву «Г».

Однако, как далеко могут отстоять эти 2 столбика так, чтобы было небольшое провисание либо вообще не было провисания пластика. Это зависит от скорости печати, от расходного материала (более качественный, менее качественный), от температуры экструдера (с этим связанна скорость печати).

На данный момент можно привести следующие ориентировочные значения: если столбики отстоят друг от друга на расстоянии 50 мм (5 см), то у Вас получится напечатать такой элемент конструкции (обычно его называют - мост). Длина моста может составлять до 50, иногда до 60 мм.

Необходимо понимать, если 2 столбика стоят на расстоянии 60 мм, когда экструдер проходит над ними, пластик естественным образом будет прогибаться. Главное, чтобы он не порвался. Обычно программа делает так: экструдер проходит первую часть, вторую часть, штрихует между ними, потом проходит заново, штрихует другую диагональ. Таких проблемных слоев, когда пластик прогибается, может быть от 3 до 5 штук. После пяти слоев все налаживается и далее будет ровная печать.

Если это не видовое место или его легко отшкурить и доработать, то Вы можете использовать большие мосты. Если это видовое место или здесь по какой-то причине нужна точная печать, например, Вы будете что-то вставлять сюда, крепить, сопрягать с другими деталями, тогда Вам такое провисание, а оно может составлять на 50 мм почти 5 мм (10%), уже не подходит. Соответственно Вам придется ставить больше таких поддержек.

Однако здесь мы сталкиваемся с непростой задачей: какое минимальное расстояние между поддержками должно быть, чтобы был баланс между тем, сколько у нас поддержек (ведь на их печать требуется время) и тем, насколько провисает пруток. Можно дать лишь ориентиры. Обычно, когда требуется совсем ровная поверхность, поддержки можно ставить на расстоянии порядка диаметра экструдируемого прутка. Если при FDM-технологии, обычно, стоят сопла с диаметром 0.4 мм, то Вы можете ставить поддержки, например, через 0.6 мм. Это будут не столбики, а стенки на расстоянии примерно 0.6 мм. Можно увеличивать до 1 мм и до 1.5 мм.

Рекомендация для данной задачи следующая - если Вы понимаете, что у модели есть проблемные места, тогда вырежете эти проблемные места и постарайтесь напечатать их отдельно. Вы посмотрите, подходит ли тот режим печати, который Вы хотите использовать для всей модели, на этом конкретном месте. Чтобы потом не переживать, когда Вы будете печатать большую модель и это будет занимать, допустим, 12, 16 или 25 часов, и у Вас в одном месте будет очень плохо и потребуется сильно переделывать.

Так же у слушателей курса часто возникает вопрос: какое есть правило, чтобы понимать, нужно ставить поддержки или нет? Для этого рассмотрим такой пример. Допустим, мы хотим напечатать кубик. Как Вы понимаете, кубик можно напечатать без поддержек, поскольку никаких проблем нет. Теперь кубик мы начинаем вращать. Допустим, подняли дно и повернули его на угол 30 градусов. Потребуются поддержки или нет? Думаю, что многие догадались, что поддержки потребуются.

Другой пример. Если мы повернули кубик на 80 градусов, т. е. у него даже другая грань уже, меньший угол с поверхностью, но мы смотрим на дно. Думаю, многие понимают, что тут поддержки не требуются. Наверное, Вы уже догадались, что минимальный угол, при котором можно печатать без поддержек это 45 градусов.

Очень важно понять почему именно 45 градусов, а не просто запомнить, поэтому еще один пример - при экструзионной печати, из экструдера выталкивается пруток. Этот пруток имеет некую ширину. Далее рассмотрим стенку изделия, например, стенку кубика. У нас есть экструдированный приплюснутый цилиндр, на него опирается следующий цилиндр. Чтобы верхний цилиндр не падал с нижнего нужно, чтобы он опирался на нижний не менее, чем на половину его ширины. То есть, чтобы верхний слой не менее, чем на половину опирался на нижний. Такое достижимо, если угол печати составляет 45 градусов. Если угол меньше, то верхний слой опирается на нижний менее, чем на половину, и он упадет.

На видео и слайдах второй недели третьего раздела Вы можете просмотреть примеры, когда поддержки нужны, но нужно грамотно их ставить.

Есть пример машины, где поддержки стояли под зеркалом. Что получилось? Область контакта поддержек с зеркалом была больше, чем область контакта самого зеркала с машиной. При удалении поддержек зеркало тоже было удалено от машины. Получается, что всегда нужно думать о том, если Вы поставите больше поддержек, у них будет больше площадь контакта, тогда, когда Вы будете проводить постобработку, удалять их, а потом обрабатывать шкуркой или напильником, или каким-то другим способом, не сломается ли целиком изделие. Та часть, которая поддерживается, не деформируется ли она сильно, не отломается ли от изделия та часть, которая поддерживается.

Второй пример. Это поддержки между колесом и аркой колеса. Они тут оказались в таком месте, в котором их очень тяжело удалить, даже невозможно. Поэтому, если у Вас встречается изделие такого плана, то Вам проще будет напечатать колесо отдельно, автомобиль без колес, будут поддержки под арками, и после этого Вы удаляете эти поддержки и устанавливаете колесо.

6. РАССЛАИВАНИЕ (ДЕЛОМИНАЦИЯ ) И УСАДКА

В первую очередь проблемы деломинации и усадки связаны с расходным материалом, т.е. с тем материалом, который Вы используете. Как Вы возможно знаете, самыми популярными материалами при FDM-печати являются ABS и PLA пластик. Каждый из этих материалов имеет какие-то свои свойства, но обычно их противопоставляют друг другу.

На видеоматериалах и слайдах второй недели четвертого раздела Вы можете увидеть пример башни. Примерно 2 года назад считалось, что невозможно напечатать такую башню, чтобы у нее каждый элемент в Высоту составлял 150 мм или Выше. Предполагалось, что в каком-то месте слои разойдутся друг от друга. Давайте подробнее рассмотрим причину этого. С чем это связано?

Снова вспоминаем наш классический экструдер с соплом диаметром 0.4 мм. Если мы печатаем толщиной слоя 0.1 мм, т.е. в 4 раза меньше диаметра экструдируемого прутка, то на слой получается приплюснутый цилиндр, и верхний цилиндр касается нижнего по достаточно большой площади.

Теперь рассмотрим другой крайний случай, если мы хотим печатать толщиной слоя равной диаметру отверстия в сопле, т.е. 0.4 мм. У нас получится один цилиндр, а над ним ровно такой же цилиндр. Форма касания будет – линия. Понятно, что, скорее всего, такие слои разойдутся друг от друга при малейших нагрузках. Так же понятно, что между первым случаем и вторым есть та толщина слоя, при которой слои будут достаточно хорошо держаться. Необходимо помнить то, что чаще всего стремятся ускорить процесс изготовления детали способом увеличения толщины слоя при печати. Поэтому экспериментально получается так: можно печатать толщиной слоя 0.25 мм; можно печатать 0.3 мм, но это уже на грани. При 0.25 мм, в 90% случаев деломинации не будет. Если печатать 0.3 мм, то, скорее всего, где-то произойдет расслаивание.

Существует простое правило: толщина слоя, для предотвращения проблем с деломинацией, не должна быть больше, чем половина диаметра отверстия сопла. Т.е. если Вы печатаете с соплом диаметром 0.4 мм, то толщина слоя печати не должна превышать 0.2 мм.

Однако важно понимать, что главная цель этого курса применение на практике теоретических знаний, то всегда проводите эксперимент. Вы можете использовать это правило, как ориентир. Но если Вам, при печати с толщиной слоя 0.2 мм, требуется 10 часов на печать, а при печати слоем 0.3 мм, у Вас это время уменьшается в полтора раза, а Вам это время критично, то попробуйте печать с 0.3 мм. Напечатайте одну модель каким-то видом пластика и посмотрите, устраивает ли Вас все или нет.

Далее рассмотрим стандартные типовые материалы: ABS пластик, PLA пластик и ПТГ (полиэтилен трафтолат гликоль).

Экспериментально получается, что ABS пластик имеет наибольшую усадку и им сложнее всего печатать. Но он имеет лучшие конструкционные свойства. Мы когда-то проводили такой эксперимент: брали деталь и еще элемент другого 3D-принтера. Она была напечатана с заполнением 40%. То есть это была сетка, а внутри соты, имеющие размер около 1,5 – 2 мм. Деталь была размером примерно 80х40х10 мм. Били по ней молотком несколько раз (деталь была изготовлена из ABS пластика). Деталь деформировалась, но не ломалась. Если бы такая же деталь была изготовлена из PLA пластика, то она бы треснула.

Для простоты понимания: PLA пластик больше похож на стекло, которое долго не гнется, но трескается. ABS пластик более пластичный, т.е. Вы можете его гнуть, и он будет Выдерживать такие нагрузки. Он не треснет и не распадется в один момент.

Полиэтилен трафтолат гликоль (ПТГ) – это материал, который совмещает в себе свойства ABS и PLA пластика.

Отдельно стоит отметить свойства сопротивлению деломинации, точность печати и усадка. Если необходимо напечатать изделие в основании больше, чем 150х150 мм (тем более 200х200 мм), значительно проще печатать PLA пластиком. Это особенно хорошо для изготовления визуальных макетов или мастер модели, с которых Вы потом снимите слепок. Например, при литье в силиконовые формы или при литье металла в песок. Когда Вы можете распечатать большие куски какого-то изделия, затем их группировать и получать большое изделие.

PLA пластик имеет значительно меньшую усадку и, если Вы печатаете объект 200х200 мм, то края у него, либо почти не поднимутся, либо отойдут на 0.5 – 1 мм.

При использовании ABS пластика объекты 150х150 мм или больше, первый слой, рано или поздно, отойдет от платформы. Он может отойти от платформы на глубину 5 – 10 мм и край может подняться до 5 мм вверх.

Какие есть способы предотвращения усадок? Для того, чтобы это понять, поймем причину, почему так получается. Снова вернемся к печати ABS пластиком. У Вас есть подогреваемая платформа, обычно это 100 – 110 градусов. Важно: мы подогреваем платформу, чтобы к ней хорошо прилипал первый слой и дальше не отлипал, т.е. чтобы сохранялась высокая адгезия на всем времени печати. Итак, горячая платформа, дальше идет деталь, допустим, Высотой уже 100 мм. Середина этой детали уже остыла до комнатной температуры. Сверху у нас экструдер. Пластик экструдируется при температуре 250 – 260 градусов. По-простому получается горячо – холодно – горячо. Вот такое изменение температур приводит к тому, что изделие хочет сжаться, оно пытается оторвать свой край от платформы. Поэтому, если Вы понимаете, что у Вас Высокое изделие и хотите предотвратить это, то нужно увеличивать площадь соприкосновения с платформой. Если Вы печатаете кубик или какой-то высокий столб, Вы можете вокруг этих углов сделать дополнительные элементы, т.е. увеличить площадь касания, чтобы она удерживала углы от отрыва (пример можно посмотреть на видео и слайдах второй недели четвертого раздела).  

Далее важный момент – работа с разными видами материала. Даже ABS пластик существует 15 – 20 различных производителей. Есть российские, европейские, китайские и др. Всегда старайтесь провести эксперимент, посмотреть, что лучше. Ведь кто-то печатает объекты меньше, а кто-то больше; кто-то с тонкими стенками, а кто-то с более крупными. Иногда Вам требуется визуальный макет, а иногда мастер-макет. Иногда Вы хотите сделать мастер-модель большого размера и склеивать элементы друг с другом. При склеивании лучше работает ABS пластик. Можно просто капнуть ацетоном и приложить детали друг к другу и они склеятся. Склеить PLA пластик значительно сложнее, но при этом он дает меньшую усадку и можно печатать несколько, условно, кубиков размерами 200х200 мм, а потом соединить и получится почти идеальный стол.

Экспериментируйте с пластиками. Бывают разные свойства у одного и того же ABSпластика, даже у одного и того же производителя, в зависимости от партии (больше свойственно для отечественных материалов). Бывают разновидности ABS пластика у одного производителя: с меньшей усадкой или с большей усадкой; менее пластичный или более пластичный.

7. МИНИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА СТЕНКИ

Один из важных параметров при 3D-печати, и он особенно актуален для FDM-технологий и для фотополимеризационных технологий. С чем это связано? Допустим, у Вас есть модель. Это может быть какой-то дом, у которого есть тонкий балкон. То есть балкон с достаточно тонкими перилами. Те, кто только недавно стали заниматься 3D-печатью, они могут просто отправить эту модель на 3D-принтер в попытке ее напечатать. Но если у Вас используется сопло с диаметром 0.4 мм, и Вы хотите напечатать перила толщиной 0.3 мм, то Вы понимаете, у Вас такое не получится. Дальше есть 2 варианта, либо они будут толще, либо их в принципе не будет. Думаю, многие уже догадались, с чем связана такая развилка. Если у Вас экструдируется пруток диаметром 0.4 мм (шириной 0.4 мм), то Вы можете напечатать стенку толщиной 0.4 мм, если еще приплюснутый цилиндр, она будет чуть шире, допустим 0.5 мм, либо 0.55 мм. Вы никак не сможете напечатать стенку толщиной 0.3 мм, потому что никак она не сможет сузиться после экструзии. Тоже самое со стенками 0.2 мм, 0.1 мм или 0.05 мм. Разные программы по-разному подходят к этому. Некоторые считают, что лучше напечатать хоть что-то и условно используют округление. Если программа выбирает, между тем, куда мы округляем 0.3 мм - в сторону 0.4 мм, либо 0, то есть вообще не печатать, скорее всего, она примет решение, напечатать. Если значение находится посередине – 0.2мм, здесь уже могут быть проблемы. Какое-то программное обеспечение решит печатать, какое-то решит не печатать. Если толщина 0.1 мм, скорее всего этот элемент не будет печататься.

Следующий важный пример. При печати стакана с толщиною стенки 0.4 проблем не возникнет. Если увеличить толщину стенки до 0.6 мм, то есть в 1.5 раза толще, то и тут получим невозможную толщину экструзии. На практике получим либо 0.4 мм, то есть один контур за один проход, либо 0.8 мм, два раза по 0.4. Это будет внешний контур и внутренний контур. Это будет больше, чем 0.6 мм. То есть мы понимаем, что между 0.4 есть недостижимые показатели: это стенки толщиной 0.5 мм, 0.6 мм и 0.7 мм.

Теперь, если мы хотим напечатать, например, толщину стенки стакана 0.9 мм. Скорее всего у нас не получиться. Это будет 0.4 мм, пустота, толщиной 0.1 мм, и дальше снова 0.4 мм. Но, представьте, Вы печатаете на основании заштрихованное дно, то есть полностью заполненное, дальше идут два цилиндра. Это будет простой цилиндрический стакан. Это будут два независимых друг от друга цилиндра. Если мы используем толщину стенки 0.9 мм. То есть 0.4 + 0.1 + 0.4. И где-то вверху программа попытается их заштриховать. Допустим, ей это удастся. Но эти стенки Вы легко пальцами сможете прогнуть, деформировать. Поэтому всегда, когда Вы печатаете какую-то модель с достаточно тонкими стенками, думайте о том, как они будут выполнены. Если Вы используете программное обеспечение, которое позволяет посмотреть, как будет печататься каждый слой, откройте этот слой, например, любой из слоев где у Вас уже не дно и не верхняя часть стакана, а какой-то промежуточный, и посмотрите, стенки эти будут соединены или нет.

Следующий момент. Допустим, мы увеличиваем это пространство между внешним и внутренним контуром. И у нас получается 0.4 + 0.2 + 0.4. Вы понимаете, что так же не может быть заполнено. Но у Вас общая ширина получается ровно 1 мм. И в этом случае программа может сделать хитрее. Она может сделать внешний контур. Напомним, программное обеспечение нацелено на лучший внешний вид внешнего контура. А внутренний контур она может не делать сплошным, а пытаться заштриховывать. То есть у Вас будет внешний контур и дальше штриховка. Будет очень рванный внутренний контур, но программное обеспечение будет следовать вашему желанию из 3D-модели сделать толщину стенки стакана 1 мм ровно.

Таким образом, Вы можете запомнить, что минимальная толщина стенки – это диаметр экструдируемого прутка. Если из сопла 0.4 мм – из него экструдируется стенка, минимально 0.4 мм. Если мы говорим про печать металла, то, что многих из Вас, скорее всего, интересует. Там минимальная толщина стенки составляет 0.2 мм, либо экспериментально можно печатать толщину стенки 0.1 мм. Почему? Потому что там используются порошок, размер каждой сферической части, каждой порошинки, составляет от 40 до 80 микрон. Среднее значение 60 микрон. Это на момент записи этого курса. Поэтому, когда есть два элемента, которые сплавляются, получается минимальная толщина стенки 100 микрон.

Следующий важный момент. При экструзии 0.4 мм, возможен такой эффект: когда что-то выдавливается, оно становится шире, чем диаметр сопла. По нашим экспериментальным результатам, при сопле 0.4 мм минимальная толщина стенки, то есть минимальная толщина экструдируемого прутка, составляет 0.55 мм. Если быстро печатать, то есть быстро тянуть, вытягивать, получается 0.5 мм. Это всё равно больше, чем 0.4 мм. Поэтому, если Вы встретите модель с толщиной 0.5 мм, Вы поймете, что она напечатается за один проход. И, если вам встретится макет детали с толщиной стенки 0.7 мм, Вы понимаете, что будет 0.5 мм. И третий вариант - толщина стенки 1.1 мм или, еще хуже 1.2 мм, то становится ясно, что это будут две стенки, независимые друг от друга, по 0.5 или 0.55 мм, и пустота между ними. И они будут легко деформироваться.

Поэтому важно понимать, как работает сама технология, как работает оборудование. На данный момент 3D-принтеры не являются таким черным ящиком, куда можно просто отправить модель, ни о чём не думать, и Вы в результате получите хорошее изделие. Это сложное оборудование. Вам нужно понимать особенности технологии, чтобы получать хороший результат. Как только Вы это поймете, то Вы сможете проектировать изделия под изготовление аддитивными технологиями. Это одна из главных задач, одно из главных направлений – уметь проектировать изделия под изготовление аддитивными технологиями. И поскольку Вы слушаете этот курс, то у Вас есть все шансы преуспеть. В этом Вы будете обгонять, быть более компетентными, чем, на данный момент, 90 - 95% всех конструкторов в стране и даже в мире. Поскольку большинство людей сейчас проектируют изделия под изготовление субтрактивными технологиями: или под штамповку, или под фрезеровку или токарную обработку. И мало кто понимает, какие есть нюансы и возможности при использовании аддитивных технологий.

Последний, но важный момент. Когда мы говорим про 3D-печать, у многих, особенно критически настроенных людей, первая проблема – это скорость, продолжительность, длительное время печати. Если мы хотим изготовить какое-то изделие Высотой 10 мм, с достаточно сложной геометрией, на его изготовление может потребоваться 1,5 часа. Даже при слое 0.2 или 0.1 мм. Многие скажут: «Так долго ждать. Мы будем ждать два часа, а если будет более гладкое, 0.1 мм, то это может быть даже 6 часов. Как же так? Мы не хотим использовать аддитивную технологию.» Однако можно задать и второй вопрос. Скажите, а как Вы его по-другому сделаете за такое же время? Есть изделия, которые невозможно изготовить фрезерной обработкой. И даже если возможно, во-первых, у Вас уйдет много материала, если мы говорим про какие-то дорогостоящие пластики, то это очень низкий коэффициент использования материала. Если Вы хотите быстро что-то проверить, а сейчас очень важна скорость вывода товара на рынок, то аддитивные технологии – это тот вариант, который Вам подходит.

Процесс простой. Сделали 3D-модель, не чертёж. Отправили на принтер. Если деталь небольшая, сразу напечатали, проверили размер, собирается, не собирается. Немножко ошиблись – второй раз отправили. Уже за один день у Вас может получиться деталь, например, элемент оснастки, который Вы можете использовать в реальном изделии, что невозможно при стандартной классической обработке.

8. СЛАЙСЕРЫ

Когда мы говорим о 3D-печати, обычно подразумеваем уже не непосредственно печать на 3D-принтере, а уже полный цикл – от момента подготовки .stl-файла, проверки его на ошибки, разбивки на слои (как раз слайсинг), далее печать непосредственно на 3D-принтере и пост-обработка. Так вот, процесс слайсинга (разбиения на слои) - это процесс, который проходит непосредственно перед 3D-печатью.

Важно отметить, что многие эксперты, и автор полностью согласен с этим мнением, считают, что программное обеспечение 3D-принтера значительно важнее, чем механика самого 3D-принтера. От того какое программное обеспечение Вы используете, качество печати зависит больше, чем, непосредственно, от 3D-принтера. Выделим несколько причин данного мнения:

Во-первых, существует огромное количество самых разнообразных программных продуктов - такие как: Slic3r, Cura, KISSlicer, Simplify3D и другие. Чем они отличаются? И самое главное, о чем пишут и о чем не пишут те, кто производит слайсеры, а также производители 3D-принтеров, дилеры и дистрибьюторы.

Самое главное, когда Вы работаете с любым слайсером, Вам важно, чтобы он обрабатывал любые модели, которые Вы в него загружаете, то есть любые .stl-файлы, с которыми Вы работаете. Именно эта возможность обработки многополигональных, сложных объектов, является первым отличающимся пунктом. Есть разница для печати и программ, когда Вы загружаете сферу, цилиндр, модель, в которой 100 – 200 тысяч треугольников, и совсем другое дело, когда Вы загружаете сложную механическую инженерную модель, многополигональную на 2 миллиона треугольников. Или Вы загружаете, что чаще всего бывает, художественную модель, фигуры детализированные, человека или какого-то живого существа, или замок. Тогда у Вас возникают миллионы треугольников и некоторые слайсеры попросту не справляются с такими stl-файлами. У них на слайсинг уходит полчаса – час – несколько часов. Был опыт когда отслаивали модель, которая слоилась слайсером 7,5 часов. Удачно расслоилась, потом напечаталась. Неоднократно было, когда модели расслаивались, но процесс не доходил до завершения. Ждали долго, потом либо программа зависла, либо получалась очень сложная модель, это еще и проблема модели, что программное обеспечение не может с ней справиться.

Во-вторых, может ли слайсер работать с файлами с ошибками в stl. Ошибки бывают разного типа. Одно дело, когда есть разрыв в геометрии, то есть когда присутсвуют пустоты, треугольники и т.п. Это сложные ошибки и слайсер может не работать, может выдавать некорректный результат для таких файлов. Но когда есть более простые ошибки, например, в одной точке сходится разное количество - 5 треугольников, либо в одном из треугольников эта точка не указана, но нет пустот. Предполагается, что слайсер справится с такой геометрией. Как это проверить? К сожалению, только из опыта. То есть, если Вы даете, один, второй, третий, десятый, двадцатый файл и у Вас всё работает – это хорошо.

В-третьих – скорость, с которой происходит слайсинг. Существуют современные слайсеры, которые работают за секунды. То есть отличие скорости может составлять 100 раз. Какой-то слайсер может отработать за 5 – 6 секунд, какой-то может работать 600 секунд, то есть это уже 10 минут. Некоторые еще больше.

Последний пункт – это то, насколько грамотно происходит непосредственно слайсинг и процесс движения экструдера. Рассмотрим конкретный пример -  есть заказ построить две башни с одним общим основанием. Вы их печатаете одновременно, и башни отстают друг от друга, допустим, на 80 – 100 мм (8 – 10 см) друг от друга. Вы предполагаете, эти башни будут полностью заполненными, процент заполнения 40 - 60. Внутри будет сетка, но они полностью должны быть все заштрихованы.

Какой правильный, хороший способ разбиения на слои? Рассмотрим один слой. Экструдер должен пройти контур, после этого заштриховать полностью одну башню, потом перейти ко второй, обвести контур и заштриховать вторую башню полностью. Это логичный порядок обхода. Какой бывает? Некоторые слайсеры предлагают обвести первый контур, перейти ко второй башне, обвести у нее контур, вернуться, заполнить первую половину. Поскольку там в середине канал, они как-то обойдут этот канал, заполнят одну половину, перейдут ко второй башне, первую половину второй башни, вторую половину первой башни и вторую половину второй башни. Вы  понимаете, что, во-первых, снижается скорость печати, увеличивается время, поскольку есть пустые прогоны экструдера. И второе, самое главное, снижается качество, поскольку, когда мы переходим между башнями, то экструдер должен делать либо ретракт – затягивание пластика наверх. Либо, если это настроено не очень точно, то получается, что при переходе от одной башни к другой, у него пластик может стекать, капать, растягиваться. Это то, что в народе называют «сопли».

Качество того, насколько грамотно проведен слайсинг, напрямую влияет на финальное качество печати. Возможно, Вы уже подумали о том, что иногда, то, как мы определили предыдущий порядок неправильным– контур 1, контур 2, на самом деле, такой порядок может быть правильным для некоторых случаев печати. В каких случаях? Ответ следующий. Если у Вас башня в диаметре 1 – 2 см, то контур может быть обведен за 2 секунды, и когда начинается штриховка, он еще не застыл. И вот в этом случае удобно обвести первый контур, переключиться на вторую башню, обвести ее, вернуться, штриховать. Тогда бортик - контур, который удерживает внутреннюю штриховку, он с внешней стороны будет лучше. И качество печати будет лучше.

Подведем итог. Самое главное – если Вы уже используете 3D-принтер, либо планируете его купить и начать использовать в самое ближайшее время, обратите внимание на то, комфортно ли Вам работать с программным обеспечением принтера. Если комфортно: по времени, по результату, то продолжайте с ним работать. Вы можете увеличивать сложность моделей, экспериментировать с толщиной слоя и т.д. Если Вам кажется, что он расслаивает слишком долго, либо не так хорошо, как в примере с башнями, то я рекомендую Вам провести бенчмарк, то есть сравнить с другими результатами расслаивания такой же модели, но другими слайсерами. Из рекомендованных можно выделить следующие слайсеры: Simplify3D, Cura и Slic3r.

Выделим еще раз то, что программное обеспечение важнее, чем механика 3D-принтера. Слайсер, тот же Simplify3D, позволяет работать с 99% FDM-принтеров, он Выдает результат лучше, чем другие слайсеры, либо программное обеспечение, которое идет в комплекте с принтерами. Поэтому обратите внимание на слайсер. И обращайте внимание на то, как печатаются слои. Именно это Вам позволит увеличить скорость печати и превзойти ваших конкурентов по качеству.