Материалы, используемые при 3D-печати по технологии FDM
Самые распространенные филаменты (расходные материалы), используемые для FDM-принтеров, — термоплавкие полимеры (пластики ABS и PLA). Они дешевые и достаточно прочные. Температура плавления ABS и PLA филаментов невысока — до 210⁰С, благодаря этому их можно использовать в простейших бытовых моделях принтеров.
Существенный недостаток ABS-пластика — значительная усадка готового изделия. Для того, чтобы уменьшить термическую деформацию, для ABS-полимера используют принтеры с закрытой рабочей камерой и подогревом рабочей платформы. Благодаря этому остывание изделия происходит медленнее, и заметной усадки не происходит.
Важно! Для изготовления изделий, контактирующих с продуктами питания, применяют PLA-пластик на основе растительного сырья. Он не токсичен, но быстро приходит в негодность (срок службы модели не превышает 2 лет).. Другие расходные материалы, используемые в 3D-принтерах, значительно дороже, но обладают ценными потребительскими свойствами, их применяют для создания деталей с заданными характеристиками (прочность, устойчивость к температурному воздействию и химически агрессивным веществам):
Другие расходные материалы, используемые в 3D-принтерах, значительно дороже, но обладают ценными потребительскими свойствами, их применяют для создания деталей с заданными характеристиками (прочность, устойчивость к температурному воздействию и химически агрессивным веществам):
PC (поликарбонат). Применяется в офтальмологии (для изготовления линз). Благодаря высокому коэффициенту светопропускания используется в качестве аналога стекла. Плавится при температуре 250-300⁰С, что нужно учитывать при выборе принтера. В среднем в три раза дороже ABS-пластика.
PVAAc (поливинилацетат). Растворяется в воде, плавится при температуре 165-170⁰С. Один из наиболее популярных материалов поддержки, легко удаляется с готового изделия.
PETT (полиэтилентерефталат). Расходный материал высокой прочности для создания важных конструктивных деталей. Температура плавления 200-220⁰С, слои изделия быстро спекаются. Желательно использовать рабочую платформу с подогревом до 75⁰С.
- Термоэлластопласты. Разнообразные полимеры с добавлением каучука. Используются для печати прочных, устойчивых к внешнему воздействию деталей.
- Нейлон. Прочный, пластичный, химически устойчивый материал. Плавится при температуре около 250⁰С. При нагревании не выделяет токсичных паров, но сильно впитывает воду. Используется для создания прочных деталей и деталей с небольшим удельным весом.
Справка! В качестве расходного материала для FDM-принтера могут использоваться не только полимеры, но и любые плавкие и пластичные вещества (например, воск или металл), в виде нити намотанные на катушку.
Виды 3d-принтеров
Классификация 3д-принтеров ведется по нескольким ключевым параметрам, основными из которых являются: применяемая технология 3d-печати; материал печати; уровень качества и стабильности размеров получаемых изделий.
В последнем случае различают домашний (настольный) 3d-принтер и 3d-принтер профессионального класса, демонстрирующий более стабильные размеры напечатанных объектов, повышенную производительность (скорость печати) и качество прототипирования. Оборудование профессионального класса активно применяется в различных конструкторских бюро (с целью создания моделей и прототипов разрабатываемой продукции или конструкций), а также для целей мелкосерийного производства широкой гаммы изделий (сувенирная продукция, индивидуализированные корпуса электроники и тому подобное).
DURAMIC 3D PETG Printer Filament 1.75mm Black
Пластик для 3D принтера Duramic PETG отличается стабильной и гладкой экструзией с отличной адгезией. При использовании с рекомендуемыми настройками у вас не возникнет никаких проблем с натягиванием или короблением 3D модели. Благодаря строгому контролю качества производства, компания гарантирует отсутствие пузырей, засоров и спутывания, обеспечивая гладкую и стабильную 3D печать. Эта PETG нить поставляется в закрывающемся алюминиевом пакете, в котором можно хранить катушку даже если ее начали использовать и решили заменить другим пластиком. Требуемая температура сопла составляет 240 ± 10 ° C, а температура нагрева стола – от 70 ° C до 80 ° C.
При производстве пластика Duramic используют восокоточные измерительные системы и системы контроля качества. Эти технологии производства обеспечивают точность диаметра пластика с допуском ± 0,05 мм на диаметре нити филамента 1,75 мм.
Цвет равномерный, без следов других оттенком. Он производится с использованием американского чистого сырья без переработанных вторичных отходов. Филамент Duramic PETG гарантирует исключительную надежность и качество, обеспечивая все ваши пожелания в плане качества материала по адекватной для такого качества цене.
Есть и дополнительные плюшки. Например, на бобине есть щкала, по которой можно сориентироваться в плане оставшейся текущей длины нити филамента и ее веса. Естественно, этот качественный PETG пластик не имеет запаха.
Достоинства:
- Экологичный и без запаха
- Обеспечивает стабильную и плавную 3D печать
- Исключительное качество и надежность
- Гарантия возврата денег
Недостатки:
Могут возникнуть проблемы при использовании сопла из латуни
Принцип работы и разновидности
Печатающая головка 3-d принтера протягивает пруток пластика, разогревает его и выталкивает горячую массу через сопла.
Wade extruder
Устройство экструдера
На картинке представлена упрощенная схема экструдера типа Wade. Устройство состоит из двух частей. Вверху расположен cold-end (холодный конец) – механизм, подающий пластик, внизу – hot-end (горячий конец), где материал разогревается и выдавливается через сопло.
Экструдер Боудэна
Существует и другая конструкция устройства, где холодная и горячая части разведены, а пластик поступает в hot-end по тефлоновой трубке. Такая модель, где cold end жестко закреплен на раме принтера, получила название
.
К ее несомненным достоинствам стоит отнести следующее:
- материал не плавится раньше времени и не забивает механизм;
- печатающая головка значительно легче, что позволяет увеличить скорость печати.
Однако и недостатки имеются. Нить пластика на таком большом расстоянии может перекручиваться и даже запутываться. Решением этой проблемы может стать увеличение мощности двигателя колдэнда.
Cold end
E3D-v6 в сборе
Пруток филамента проталкивается вниз шестерней, приводящейся в движение электродвигателем с редуктором. Подающее колесо жестко крепится на валу двигателя, в то время как прижимной ролик не закреплен стационарно, а находится в плавающем положении и, благодаря пружине, может перемещаться. Такая конструкция позволяет нити пластика не застревать, если диаметр прутка на отдельных участках отклоняется от заданного размера.
Hot-end
Пластик поступает в нижнюю часть экструдера по металлической трубке. Именно здесь материал разогревается и в жидком виде вытекает через сопло. Нагревателем служит спираль из нихромовой проволоки, или пластина и один-два резистора, температура контролируется датчиком. Верхняя часть механизма должна предотвратить раннее нагревание филамента и не пропустить тепло вверх. В качестве изоляции используется термостойкий пластик или радиатор.
Выбор прототипа 3D-принтера для сборки своими руками
Кинематика
Наиболее распространены в использовании филаментные и фотополимерные принтеры, однако в подавляющем большинстве случаев для сборки принтера своими руками выбираются FDM-принтеры, использующие в печати расплавленный пластик (филамент). Поэтому и рассматривать для сборки будем именно FDM-принтер.
Вкратце, суть данной технологии следующая: с помощью подвижных элементов конструкции происходит перемещение экструдера (и, возможно, стола для печати) по рабочей области в соответствии с заданным на электронном носителе образцом печати, при этом в экструдере происходит нагрев и выталкивание через сопло расплавленной пластиковой нити (филамента) на стол для печати, за счёт чего и происходит послойное создание модели.
Теперь по конструкции. По большему счету все принтеры различаются за счёт кинематики движения. Это может быть кинематика H-bot, CoreXY, Delta, конструкции с подвижным столом (Prusa, Felix, Cube) и др. Однако наиболее распространенной, в частности, для самостоятельной сборки, является кинематика 3D-принтера типа Mendel. Ее мы и рассмотрим.
Суть данной конструкции в следующем: по оси Y с помощью зубчатых ремней и шаговых моторов перемещается стол для печати. По оси Z с помощью винтовых направляющих перемещается рама, внутри которой находится механизм перемещения экструдера по оси X и, собственно, сам экструдер. Таким образом, слаженная работа всех вышеперечисленных узлов и приводит в действие процесс печати (изображение ниже для наглядности).
Принтер на фото:Anycubic Mega-S Для самостоятельной сборки можно выбрать в качестве прототипа принтеры типа Mendel или Prusa, информации по которым вполне достаточно в различных источниках в Интернете.
Принтер типа Mendel
Электронная база принтера
На данный момент есть множество разнообразных способов снабдить принтер электронными “мозгами”, однако наиболее распространённый вариант это использовать плату Arduino (в частности, Arduino Mega 2560), установленную на специальный “шилд” (что-то вроде материнской платы, только для 3D-принтера) вкупе с драйверами мотором и др.
Arduino Mega 2560
Для прошивки понадобятся среды Arduino IDE и Marlin (последняя и является по сути конституцией принтера, задающей правила его работы). Для дальнейшей настройки удобно использовать программу Pronterface (о ней поговорим ближе к концу статьи).
При приобретении готового набора этапы прошивки также придется пройти, однако в этом случае все сопровождается инструкцией и все нужные файлы прилагаются к комплекту, так что ничего искать в сети не придётся.
Итак, предположим, вы выбрали мастер-модель и определились с прошивкой. Теперь перейдем к конструкции принтера.
SEM
Посещение сайта компании SEM оставило двоякое впечатление. Информации о расходных материалах SEM здесь представлено очень мало, зато можно найти познавательные статьи и обзоры о расходниках для 3D-печати в общем и целом. Что касается филаментов, изготовленных доблестной компанией SEM, то дефекты диаметра прутка здесь тоже встречаются, но на качество печати они почти не влияют. Ниже представлен фотоснимок замеров диаметра полимерной нити SEM.
Замеры диаметра полимерной нити SEM
Нити диаметром 1,72 мм подойдут для 3D-принтеров среднего класса и дорогих устройств. Радует широкий спектр представленных филаментов: наряду с традиционными пластиками PLA и ABS компания использует для производства нитей поликарбонат, HIPS, TPE и другие материалы. Компания предлагает богатый ассортимент цветных нитей. А вот упаковка нитей не отличается изыском, поскольку расходники просто замотаны в стрейч-пленку.
При печати нитями из ABS-пластика мы обнаружили небольшое количество инородных примесей, которые изредка забивали сопло экструдера. Кроме того, разработчик рекомендует во время печати разогревать нити до температуры не ниже 250 градусов Цельсия.
Что такое нить для 3D-печати?
3D-нити — это материалы на основе пластика, которые используются в потребительской 3D-печати благодаря их низкой цене и простоте в обращении. Существуют различные типы пластиковых нитей для 3D-принтеров , таких как ABS, PLA, нейлон, PET, HIPS / PVA, причем первые два наиболее широко используются в домашних 3D-принтерах.
Эти строительные материалы входят в радугу цветов; таким образом, у вас, как у потребителя, есть широкий выбор, когда речь идет о предпочтительном цвете для вашего печатного объекта.
В этой статье мы проанализируем две наиболее популярные 3D-печати пластиковых нитей для потребительских 3D-принтеров.
LAYWOO-D3
Этот материал разработан в Германии специально для 3D печати. LAYWOO-D3 является композитом переработанного дерева (40%) и безопасного связующего полимера. Термическая стойкость материала подобна PLA и им можно печатать в промежутке температур от 175°C до 250°C. После печати он выглядит как изделие из дерева, пахнет деревом и приятен на ощупь, кроме того вы можете резать, шлифовать и разрисовывать свои изделия так же как вы можете это делать с любыми деревянными объектами. Меняя температуру можно даже напечатать годовые кольца как на дереве. При 180°C на выходе получается светлый оттенок, а при 245°C — темный.
Характеристики:
- почти нулевая деформация;
- во время печати возможно делать поверхность грубой, гладкой или чередовать;
- можно печатать годовые кольца;
- хорошо прилипает к платформе, не требует подогреваемой платформы;
- рекомендуемая температура экструдера — от 185°C (для светлого цвета) до 245°C (темный цвет);
- материал состоит на 40% из дерева.
Rec
Сайт компании Rec радует красивым оформлением, подсвеченными кнопками, обилием скриптов и удобной навигацией. Приятное впечатление о сайте компании моментально улетучивается после первого сеанса печати с применением нитей Rec, которые имеют единственный, но существенный недостаток: их диаметр гуляет в пределах от 1,6 мм до 1,88 мм. В подтверждение приводим следующие фотографии.
Диаметр нити Rec 1,60 мм
Диаметр той же нити Rec на другом участке составляет 1,84 мм
Нить с нестабильным диаметром подойдет для самых дешевых принтеров класса RepRap, а на более дорогих и капризных моделях она печатать не будет. К примеру, 3D-принтер Replicator 2 не примет полимерную нить толще 1,82 мм, а нить диаметром менее 1,65 мм захватывающий механизм просто не «увидит». Безусловно, механизм подачи можно модернизировать, но разве такого результата мы ожидаем от истинно качественного расходного материала для 3D-печати?
Справедливости ради отметим, что когда попадается более-менее равномерный участок полимерной нити, то пластик Rec ведет себя вполне сносно, хоть и забивает сопло экструдера чаще, чем нити ESUN. Зато, в отличие от китайского продукта, он не имеет сильного запаха жженого пластика.
Обратите внимание на сертификат и технические условия, размещённые на сайте Rec. Под гордым именем сертификата здесь скрывается письмо, в котором говорится, что данный тип расходных материалов не подлежит сертификации
Технические условия составлены самой компанией, а потому дают ей право производить все что угодно под видом нитей для 3D-печати.
