Що таке 3D Принтер?

Почнемо з того що це не принтер! Так його, скоріш за все, назвали маркетологи. Бо найближчий родич 3D принтера - станок з числовим програмник керуванням. Тобто, це станок! І не думайте, що просто купивши цей притсрій ви почнете копіювати якісь речі. Вас чекає величезні об'єми теорії, незрозумілих визначень, нам доведеться згадати шкільний курс зі стереометрії, а також розібратися в безлічі видів пластиків, про які ви раніше навіть не замислювались.

Кому і для чого може бути неохідний 3D принтер?

• Прототипування. Стартап, якому необхідне швидке прототипування свого продукту.
• Хенд мейд. Люди яким просто подобається робити все своїми руками.
• Малосерійне виробництво.

Для чого мені 3d принтер?

Я з дитинства полюбляв робити речі власноруч. Можливо, любов до цього мені привив тато, він - столяр. Доки я жив у приватному будинку, я міг майструвати скільки завгодно. Міг йти на будь які експерименти, користуючись батьківською майстернею (про неї треба взагалі розказати окремо). Я любив проводити багато часу в його майстерні, а він, в свою чергу не лінувався ділитися своїми знаннями.

Ціна 3D принтерів

Про 3D принтери розказав мені друг, зараз це вже не якесь далеке майбутнє, коштують вони не так вже й дорого. Це відкривало цілий обрій можливостей для реалізаціх моїх проектів. В Україні можна знайти бюджетні моделі в районі 200$, замовити з Китаю може буде ще дешевше. Ви можете замовити повністю готовий до роботи принтер, або ж зібрати його з набору. В мене з’явилася ще одна мрія, а саме 3D принтер. Мрії мають властивість здійснюватись, особливо якщо прикладати хоч трохи зусиль. Я продав різний старий хлам який мені не потрібен. І от я вже суну додому з величезною картонною коробкою в руках в завірюху. Дісталась мені копія бюджетного Prusa I3, зібрана з дешевих комплектуючих.Ось тут я його купував.

Конструкція принтера

• Корпус з 5ти міліметрової фанери, порізаної на лазерному різаку і пофарбованої в матовий чорний.
• 5 крокових двигунів. По одному для осей X та Y, 2 для осі Z і ще один для подачі пластику.
• 2 ремені для осей X та Y.
• 2 різьбові направляючі (звичайні оцинковані шпильки) для осі Z.
• 6 валів, по 2 на кожну вісь. Та підшипники до них.
• Блок живлення 250 вт.
• Екструдер з двома куллерами.
• Стіл (Bed) з підігрівом.
• Монохромний LCD дисплей, контролер, роз’єм для SD карти
• Чимало деталей надруковані на 3d принтері!
• Плата керування, шнури, датчики

Все дуже простеньке, якщо не сказати "хлюпіньке". Я переживав що замість стандартних направляючих на осі Z використовуються звичайні шпильки. Але на практиці все працює добре, хіба що швидкість піднімання і опускання низька. Але можливо це й на краще, піднімання точніше і двигунам легше. Але, тим не менше, якість друку досить пристойна. Я порівнював з моделями надрукованими на різних принтерах з сайту Thingiverse.com. Кілька слів про даний ресурс, тут можна знайти багато цікавих дрібниць. Тому перш ніж винаходити велосипед не полінуйтеся пошукати тут. Thingiverse - Зручний ресурс, аналог торенту, щоб ділитися своїми моделями, шукати моделі нших користувачів. А також колекціонувати їх.

Файли, або стани моделі.

G1 X72.800 Y80.432 E0.26498 G1 X74.193 Y79.839 E0.39716 G1 X75.649 Y79.410 E0.52968 G1 X77.142 Y79.153 E0.66195 G1 X78.465 Y79.079 E0.77764 G1 X79.726 Y79.016 E0.88787 G1 X80.772 Y78.855 E0.98027 G1 X81.801 Y78.583 E1.07320 G1 X82.803 Y78.205 E1.16670 G1 X83.758 Y77.724 E1.26006 G1 X84.653 Y77.152 E1.35279

Що необхідно для того щоб друкувати?

• Сам Принтер
• Пластик (Філамент) - Пластикова нитка. Принтер без проблем друкує більшістю популярних видів пластику, такі як ABS та PLA. Для друку підходить нитка (філамент) товщиною 1.75мм. Я замовляю напряму в українського виробника MonoFilament

• SD Карта або USB Шнур типу В. Я друкую з micro-SD карти пам’яті, вставленої через перехідник. Продавець порекомендував друкувати саме з SD карти. Аргументуючи це тим, що при друку з комп’ютера, програма може зависати, комп’ютер може піти в сплячий режим. Друк може займати чимало часу, іноді доводиться лишати друк на ніч. В цьому випадку, друк с карти теж є більш підходящим.
• Програма для моделювання (якщо ви хочете самі створювати моделі). Я використовую Solidworks. Поки не не маю багато досвіду в моделюванні. Тому зупинився на ній, бо в мережі чимало інформації про використання саме неї у зв’язці з 3d принтерами. Скажу чесно, мене захопив процес моделювання. В цій програмі все досить строго. Процес моделювання схожий на креслення. Тепер кожен може відчути себе інженером-конструктором. Задоволення від моделювання колосальне. Важко передати відчуття, коли тобі вдається зробити необхідну тобі модель, а через годину ти вже маєш готовий виріб.
• Програмна слайсер. Программа що відкриває файли 3d моделей(в моєму випадку STL) і конвертує їх у зрозумілі для вашого принтера команди (для мого це текстові файли з розширенням *.gcode) Я використовую Cura. Програма не просто конвертує файли. Вона генерує різний код в залежності від настройок друку. А їх є чималенько. З Основних:
  • Товщина сопла. Це вже залежить від того яке у вас встановлено
  • Висота шару. Має варіюватись в межах 20-80 відсотків від товщини сопла. Чим тонший шар, тим більша точність і менша швидкість друку. Збільшуючи товщину ви збільшуєте швидкість і втрачаєте деталізацію. Доводиться йти на компроміси.
  • Швидкість друку. Збільшуючи швидкість часто можна втратити якість
  • Заповнення. Можна друкувати деталь монолітом, можна порожнисту. Можна задати заповнення на якийсь відсоток. Пола деталь друкується швидше і потребує менше пластику, але може бути менш міцною ніж монолітна. Я для себе шляхом експериментів визначив рівень заповнення 15-40%, в залежності від моделі.
    

    
  • Тип прилипання деталі до поверхні. В Cura є два типи, Кайма якщо деталь має плоску поверхню. І підкладка, для деталей з складною формою.
  • Температура сопла. Різні види пластику мають різну температуру плавлення.
  • Температура стола. ABS найдешевший з пластиків вимагає друку на платформі з підігрівом. PLA Можливо друкувати і без підігріву.

Як відбувається друк?

Мій принтер використовує технологію Моделювання плавленням(Fused Deposition Modeling — FDM) Процес друку схожий на видавлювання зубної пасти з тюбика. Нитка пластику(Філамент) подається через нагрівач в екструдер. Тут він розплавляється і подається через сопло. Яке переміщається за допомогою моторів по необхідних координатах. Розплавлений пластик наноситься на поверхню тоненькими смужками. Товщина одного шару: долі міліметра, тому зазвичай процес друку займає чимало часу. Теоретично принтер може надрукувати будь-яку модель з пластику, але є багато нюансів. Наприклад друк нависаючих частин ускладнений. Друк деталей що не мають хорошого зчеплення з поверхнею теж проблематичний. Принтер має обмежену робочу область. В моєму випадку це практично куб: 200x200x180мм. Не завжди деталь можна відразу використовувати. Іноді, як кажуть в народі, її необхідно доопрацювати напилком. Я часто роблю постобробку деталей, шліфуючи їх, або калібруючи отвори, наприклад.

Друк це компроміси.

Друк це завжди компроміси. Між швидкістю та якістю. Можна збільшити мінімальну висоту шару, тим самим збільшивши швидкість друку, і тим самим втративши деталізацію. Між ціною та міцністю. Можливо зменшити заповнення моделі і тим самим зробити її легшу, часу на друк піде менше. Але така модель стане крихкіша.

Постобробка

За рідкимим винятками, модель відразу після принтера є готовою до використання. І тут фраза "доработать напильником", є дуже доречною. Часто моделі доводиться підганяти за розміром, шліфувати, калібрувати. Ось мій основний набір інструментів:

• Цифровий штангенциркуль. Звіряю розміри.
• Шпатель. Ним я часто віддираю моделі від платформи.
• Скальпель, коли доводиться обрізати зайве.
• Напилок. Зачистка моделі.
• Наждачний папір. Для більш делікатної підгонки.
• Шуруповерт і сверла. Для калібровки отворів.

Складнощі

Під час друку, мейкер стикається з безліччю проблем:

• Погана адгезія між моделлю і платформою.
• Друк нависаючих елементів.
• Усадка деталей при охолодженні.

Мої модифікації 3D принтера

Практичне застосування

Заплативши не малі гроші за іграшку, будьмо чесні поки що це просто іграшка. Хочеться вижати з неї максимум. Перше і найпростіше, що може прийти в голову, це різна сувенірна продукція та іграшки. Одна з перших речей які я надрукував була кришка для мого об’єктива Samyang 8mm. Її досить важко знайти в Україні, і коштувала вона тут не дешево. З закордону довго чекати. Так я люблю ходити в гори, мені цікава тема спорядження. В мене є кілька ідей по оптимізації свого спорядження. Поки я надрукував підставку для газового балону. Я дуже задоволений цією штукою. Мало того що вона зручна, компактна, і швидко розкладається. Вона ще й досить легка. Важить всього 20 грамів. В останній день перед виїздом я виявив, що в мене загубилися кліпси бахілів (радянські ОЗК). Я за 10 хвилин накидав модель, треба було 4 штуки. Кожна друкувалась 10 хв. Якось у мене зламалася ручка крану. Я виміряв ї штангенциркулем накидав швиденько модель. Вже за пів години в мене була нова ручка крану. У брата вийшло з ладу регулювання дзеркал в його машині. Ось зламана деталь електричного механізму регулювання дзеркал Citroen Jumper. Купити окрему саму деталь практично не можливо. Необхідно купупати все дзеркало в зборі, а коштує воно не дешево. Я точно виміряв штангенциркулем параметри моделі. Швиденько накидав модель в SolidWorks. Хоч і модель досить маленька, та вона досить складна в моделюванні. Багато площин та фасок. Загалом процес поделювання зайняв в мене близько двох годин. Програма слайсер оцінила час друку в 3 хвилини і витрату 0.25 граму пластику на деталь. Оригінальна деталь виготовлена з матеріалу схожого на капрон. З принтером мені дісталися огризки різних видів пластику, в тому числі coPET. Ви з ним не раз стикались, це пластик з якого виготовляють пляшки для газованих напоїв. Як на мене він добре підходив для цієї задачі. На випадок якщо щось піде не так, якась деталь зламається, і просто щоб вибрати кращу я копіював і зробив кілька деталей. Чотири - coPET і Чотири ABS. Мені дуже сподобався результат друку coPET. Деталь не деформувалася, усадка мінімальна, немає соплів, як буває у випадку з ABS і малими деталями. Припускаю, що необхідно буде попрацювати над деталькою надфілем.

Це корисний інструмент, чи дорога іграшка?

Як би я не хотів сказати, що це дуже корисний інструмент, для мене це все ще іграшка. Можливо вона навіть колись і окупиться. Я роблю ставку на те, що я зможу виготовити собі деякі цікаві речі які важко купити, або їх взагалі не існує в природі.Інколи це може зекономити чимало часу на доставку аналогічної речі. Дуже часто ця річ виходить майже безкоштовною. А поки що, я просто отримую задоволення від того, що можу в себе в маленькій квартирці, не виходячи з дому створити якусь модель і тут же її надрукувати.