REC Wiki » Основы работы с FDM 3D-принтерами

REC Wiki » Основы работы с FDM 3D-принтерами 3d печать
3d принтер все части

Основы работы с FDM 3D-принтерами

Думаете о покупке 3D-принтера, но не знаете, с чего начать? В этой статье мы максимально понятно объясним, что такое FDM 3D-печать и как управлять FDM 3D-принтером.

Для начала давайте разберемся с возможной терминологической путаницей. В отраслевой литературе технологии 3D-печати, в которых полимерные стержни расплавляются слой за слоем, обозначаются аббревиатурами FDM (Fused Deposition Modelling) и FFF (Fused Filament Fabrication). В чем же разница между ними? Нисколько. Все дело в патентном праве. Изначально технология называлась FDM, а патент принадлежал американской компании Stratasys. Конкурентам пришлось придумать другое название — FFF. Срок действия патента истек в 2009 году, так что сейчас эти названия полностью взаимозаменяемы, но это вопрос предпочтений.

Сама технология подразумевает послойное нанесение расплава полимера с помощью тонких нитей до тех пор, пока не будет создана вся модель. Это самая доступная и в то же время гибкая технология 3D-печати благодаря широкому выбору совместимых материалов. К ним относятся композитные материалы, такие как традиционные полимеры, тугоплавкие конструкционные термопласты, а также различные армирующие и косметические наполнители, такие как стекловолокно, углеродные волокна, металлы, керамика и дерево.

Чтобы понять, как работает FDM 3D-печать, необходимо сначала разобраться в конструкции FDM 3D-принтеров. Большинство из них представляют собой трехосевые системы, основанные на традиционной декартовой (или декартовой) системе координат: ось X — слева направо, ось Y — спереди назад, а ось Z — вверх/вниз. Ось X — слева направо, ось Y — вперед-назад, а ось Z — вверх-вниз.

Как работает 3D-принтер FDM

Основные компоненты Принтер является одним из самых мощных принтеров.

Панель. . Это рабочая Поверхность, на которой изготавливается изделие. Стол может быть изготовлен из различных материалов (стекло, алюминий и т. д.) и располагается на платформе. Платформа может быть холодной или нагретой. Во многих случаях нагрев способствует склеиванию (т. е. адгезии) и усадке. Более подробная информация приведена ниже.

Экструдер. .Механизм, отвечающий за подачу нити, нагрев материала и нанесение расплава. Экструдер состоит из двух частей

  • Холодная часть, включающая механизм подачи нити с мотором и шестеренками,
  • Горячая часть, включающая в себя нагревательные наконечники (металлические трубки, через которые расплавляется пластик), нагревательный блок, сопла, радиаторы и вентиляторы для охлаждения теплозащитного слоя и наносимого материала.

3D-принтер с экструдером Боудена

Роскошные детали также можно разделить на два типа по способу подачи материала: внеразъемный боуден и экструдер внешней экструзии. Если к коляске крепится только теплая часть, а холодная — к 3D-принтеру, это называется боуденовской схемой — соединение двух частей из боуденовской трубки и передача нити от подающего механизма к горячему концу (см. рисунок выше). Если холодная и теплая части прикреплены к принтеру как единое целое, это называется прямым питанием или прямой экструзией (рисунок ниже).

3D-принтеры с прямой экструзией

3D-принтеры могут иметь более одного экструдера. для работы При этом одновременно используются разные материалы, но большинство систем, особенно экономичных, оснащены только одним.

Системы управления. .Работа электрических и механических компонентов 3D-принтера контролируется с помощью дощечек с подключенными интерфейсами. Это могут быть как простые ЖК-экраны с энкодерами, USB-портами и картоприемниками, так и более продвинутые варианты — сенсорные экраны, встроенная память и блоки беспроводной связи. Все зависит от производителя и стоимости оборудования.

Как работает 3D FDM-принтер?

Процесс начинается с передачи на 3D-принтер GCODE — файла цифровой 3D-модели, преобразованного в G-код. Эти файлы содержат полные пошаговые команды, которые сообщают трехмерному принтеру, какие температуры и платформы необходимо нагреть, с какой скоростью подавать материал и с какой скоростью вращать подвижную головку.

Получив команду на загрузку, 3D-принтер нагревает горячий конец и платформу до указанной температуры, в зависимости от используемого пластика. Когда горячий конец готов, начинается подача нити. В этот момент 3D-принтер готов к печати. Затем головка опускается (или стол поднимается к головке, в зависимости от того, как установлено оборудование), и расплав начинает наноситься на стол через сопло. В зависимости от используемого материала и скорости печати один из вентиляторов на головке может распылять пластик, давая ему время затвердеть перед нанесением следующего слоя. После нанесения матраса головка слегка приподнимается (или стол опускается), и начинается нанесение следующего слоя — снова и снова, пока вся модель не «вырастет».

Как создать или найти цифровую 3D-модель

Чтобы напечатать изделие, вам нужна цифровая копия. Здесь у вас есть два варианта. Вы можете смоделировать ее самостоятельно, сделать на заказ или найти готовую 3D-модель в интернете.

Для 3D-моделирования требуются специальные программы обработки или системы автоматизированного проектирования, такие как Fusion 360, SolidWorks, Blender или Компас-3D. Некоторые из них предлагаются бесплатно, другие требуют оплаты, и если вы готовы испытать свои силы в 3D-моделировании, мы создали специальную статью со ссылками на самые популярные программы, в том числе и бесплатные.

Если у вас нет времени или желания заниматься моделированием самостоятельно и вы не готовы платить за профессиональную модель, существует множество сайтов, таких как Thingiverse, 3DTody и Myminifactory, а также платных библиотек, которые предлагают бесплатно разработанные трехмерные модели. Для 3D-печати. В статье по этой ссылке приведен список наиболее популярных сайтов.

Подготовка цифровых 3D-моделей к 3D-печати

Как уже говорилось выше, недостаточно просто использовать цифровую модель по своему усмотрению, так как 3D-принтер получает файл с машинным кодом, его необходимо отредактировать в G-коде с помощью специальной программы под названием Slicer.

С помощью «Шредера» можно настроить параметры трехмерной печати, такие как температура и скорость, толщина стенок и матраса, плотность наполнения. Затем программа «нарезает» трехмерную модель на горизонтальные слои (отсюда и название: To Slice), преобразуя каждый слой в серию командных файлов, готовых для 3D-печати.

Опорные конструкции (опоры)

Одной из основных функций наклонов является создание поддерживающих структур, также называемых опорами — FDM 3D-принтеры не могут печатать из воздуха — сопло должно наносить материал на ступень или на уже закрепленный материал. В результате при создании больших «мостов» под большим углом наклона или между разными частями детали выступающие секции нуждаются в какой-то опоре. Эти кронштейны — временные конструкции, также напечатанные 3D-принтером с единственной целью — поддержать части самой модели главного героя; после завершения 3D-печати эти кронштейны используются для печати опор, таких как REC PVA, с помощью специальной воды и расплавленной нити. В случае использования они удаляются вручную, растворителем или даже водой. Выбор в пользу использования растворимых опор актуален, когда трехмерный принтер оснащен как минимум двумя экструдерами, один из которых использует основной материал, а другой — материал для поддержки.

Результаты печати трехмерных моделей с плавкими поддерживающими структурами до и после поддержки

Скобы можно регулировать вручную, но делать это нужно осторожно. Если плотность скобы очень низкая, она неэффективна; если слишком высокая, при завершении работы будет выброшено больше пластика. работы . Есть и другие нюансы: например, опоры не должны касаться вертикальных стен. Иначе потом их будет сложно снять, заодно увеличится риск повреждения изделия.

К счастью, все популярные съемочные машины умеют анализировать трехмерные модели и размещать опоры автоматически. Подробный список и описание самых популярных семплов можно найти в этой статье по ссылке.

Подготовка к работе с 3D-принтером FDM к работе

Заправка филамента .Расходным материалом для 3D FDM-принтера является круглый пластиковый стержень, называемый нитью. Нить либо наматывается на шпульку, либо поставляется в виде спирали. Шпули стоят недорого, но их нужно наматывать и укреплять вручную. Кроме того, пластик может спутаться во время 3D-печати.

Прежде чем начать печать, нити необходимо передать в экструдер. Для этого горячий конец необходимо нагреть до температуры, зависящей от выбранного пластика. Эта информация указана на упаковке.

Затем нить вставляется в устройство подачи, и оно подает ее на нагретый конец. Если функция автоматической загрузки недоступна, нить можно загрузить вручную, нажав на приводную шестерню питателя и постепенно продвигая нить к нагретому концу, пока расплавленный пластик не вытечет из сопла.

Выравнивание платформы .Калибровка 3D-принтера очень важна, так как от нее зависит успешное размещение первого слоя; перед началом 3D-печати необходимо убедиться, что платформа расположена ровно. Многие современные 3D-принтеры могут калиброваться автоматически с помощью встроенного датчика, например BL Touch. В противном случае платформу необходимо выравнивать вручную. Для этого под платформой требуется специальный выравнивающий винт.

Правильная установка нуля по оси Z — залог успешного запуска.

В то же время не забудьте в начале 3D-печати правильно настроить ноль по оси Z, то есть расстояние между соплом и платформой. Если расстояние слишком мало, возникнут проблемы с подачей расплава, а если слишком велико — пластик не будет прилипать к поверхности платформы.

Расходные материалы.

Как уже упоминалось, 3D-принтеры FDM работают на катушках с филаментом. Наиболее распространенный диаметр стержня — 1,75 мм, хотя некоторые принтеры могут использовать нити диаметром 2,85 мм. Это следует учитывать при покупке пластика для 3D-печати. Вес катушек варьируется от 500 г до 3 кг и даже больше; ориентируйтесь на рекомендации производителя 3D-принтера и конструкцию самой системы. В некоторых 3D-принтерах основание катушки располагается в камере или в специальном отсеке. рабочих Очень большие катушки могут не подойти, так как они не совместимы с камерами или специальными отсеками.

Совместимость различных материалов с 3D-принтерами зависит от максимальной температуры экструзии, материала сопла, необходимости нагревательного каскада и использования термокамеры. Например, для работы для полисульфона, например, требуется экструдер, нагретый до температуры наконечника 350-380°C. Кроме того, при работе с абразивными материалами, такими как композиты X-Line, Clotho или Technika, латунные насадки необходимо заменить на следующие насадки стальными или из других материалов, более устойчивых к износу насадок. Основные параметры всегда указываются на упаковке и в описании продукта.

Примеры пластиков для 3D-печати:.

Полимолочная кислота (PLA, ПЛА), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS, АБС) и полиэтилентерефталат-гликоль (PETG, релакс) — самые распространенные и дешевые полимеры с разнообразными свойствами, подходящими для большинства применений.

FormaX, GF Max, UltraX, Clotho и rPETG GF — композиты с углеродным и стеклянным наполнением, обладающие повышенной прочностью и ударопрочностью.

Полиэфирэфиркетон (PEEK) и полисульфон (PSU, PSU) — огнестойкие конструкционные термопласты, которые могут заменить металлы в некоторых областях применения.

Полный список расходных материалов представлен в каталоге.

Постобработка

Постобработка — это заключительный этап производства. В зависимости от формы изделия, используемых материалов и поставленной задачи она может включать в себя

Удаление опор. .Во многих случаях требуются опорные конструкции, которые необходимо удалить после завершения 3D-печати. Делать это нужно аккуратно, чтобы не повредить само изделие. Если у вас есть 3D-принтер, оснащенный как минимум двумя экструдерами, вы можете печатать опоры с помощью растворимых материалов, например водорастворимого поливинилового спирта (ПВА). Это немного дороже, но значительно упрощает процесс и улучшает конечное качество.

Шлифовка. .Видимость слоев зависит от диаметра сопла, но полосы, как правило, неизбежны. Это характерно для технологии послойной 3D-печати. При работе При работе с твердыми пластиками поверхность можно обработать наждачной бумагой до необходимой гладкости.

Окрашивание. .Изделия можно печатать в различных цветах, используя несколько пусковых устройств или ручную смену нити, но возможности ограничены. К счастью, большинство полимеров можно грунтовать и окрашивать.

Полировка и шлифовка .Добиться идеально гладкой и блестящей поверхности можно двумя способами. Либо шлифовка с последующей полировкой, либо химическая обработка. В последнем случае для обработки поверхности необходим соответствующий растворитель. Какой именно растворитель используется, зависит от полимера. Например, ацетон подходит для ABS, но не для PLA.

Сварка и сваривание .Сварка необходима, когда изделие просто не помещается в в рабочую область 3D-принтера. Многие полимеры можно склеить, но в некоторых случаях может потребоваться сварка, например, с помощью фена.

Подробнее об этом читайте в статье по этой ссылке.

Наиболее распространенные проблемы.

Паутина (слева) и скручивание (справа)

Скручивание.. Обычно возникает, когда уложенный материал остывает, усаживается и одновременно тянет за собой ранее уложенные слои, из-за чего последние уходят со стола в углы и края.

Паутина. .Тонкие пластиковые нити между различными частями модели, которые появляются, когда голова неактивна, могут быть результатом неправильной регулировки температуры, скорости или подъема; некоторые материалы, например PETG, особенно склонны к образованию паутины из-за своей высокой текучести.

Засорение. .Одна из самых раздражающих неисправностей, которая уничтожила множество моделей за всю историю 3D FDM-печати. Признаками засорения сопла являются отсутствие питания и нестекающий поток мела из сопла. Причины могут быть разными: неисправная резьба, неправильная регулировка температуры, неэффективное охлаждение термодемпфера и т. д.

Мужчина. .Так называемые «кольца» на уличной стенке или стенке изделия чаще всего являются признаком люфта или кривизны цилиндра вала.

Недостаточная экструзия. .Проблемы с эффективной подачей материала могут привести к потере отсева.

Чрезмерная экструзия. .Верно и обратное. Очень быстрое нанесение расплава может привести к вздутию.

Руководство по устранению наиболее распространенных проблем можно найти здесь. Читайте также статью о том, как очистить сопло и устранить искажения.

Обслуживание 3D-принтера

Чтобы поддерживать 3D-принтер в хорошем состоянии, необходимо регулярно выполнять следующие действия

Очистка платформы .Перед началом 3D-печати не помешает протереть стол салфеткой, смоченной в изопропиловом спирте, и при необходимости нанести новый слой клея, лака или другого клеящего вещества. Более подробную информацию о сцеплении можно найти здесь.

Очистка форсунок .Засоры и загрязнения легче предотвратить, чем удалить, поэтому не пренебрегайте протиранием сопел сразу после 3D-печати или хотя бы перед началом 3D-печати.

Чистка. .В процессе разогрева 3D-принтер часто «фыркает», выпуская небольшое количество расплава, прежде чем приступить к созданию модели. Эти «сопли» следует немедленно удалять, чтобы избежать вмешательства в работу стола или случайного попадания в движущийся механизм.

Хранение расходных материалов

Правильное хранение ниток — это отдельный и очень важный аспект. Во-первых, желательно хранить нити в темном или непрозрачном контейнере, так как многие пластики портятся под воздействием ультрафиолета. Во-вторых, пыль на стержне может привести к засорению сопла. В-третьих, некоторые пластики очень гигроскопичны и легко впитывают влагу, что может привести к появлению всевозможных дефектов.

Лучший вариант — всегда хранить неиспользованную пряжу в герметичном пакете или контейнере с силикагелем вдали от солнечного света. Более подробная информация о хранении и сушке пряжи представлена в отдельных статьях здесь и здесь.

Оцените статью