Как стать обладателем 3D-принтера и полюбить его

Albert Filice. How to own (and love) a 3D printer. TechHive . July 2013.

В наши дни, когда промышленные комплексы трехмерной печати уже вовсю жужжат на предприятиях, выполняя возложенную на них работу, самое время погрузиться в создание трехмерных печатных объектов у себя дома.

Уже доказавшие свою полезность, 3D-принтеры потребительского класса с течением времени становятся все доступнее и получают все более широкое распространение. Находясь в самом авангарде развивающихся технологий, они уже скоро будут столь же обыденными, сколь и привычные струйные принтеры.

Обладание 3D-принтером сулит немалую выгоду. В самые короткие сроки вы сможете распечатать весьма необычные объекты и подобрать неплохую замену тем домашним вещам, которых по каким-то причинам не имеете.

Если вы решили приступить к сборке 3D-принтера с нуля, взираете на уже собранное устройство, не зная, с чего начать, или же просто хотите побольше узнать о трехмерной печати, данная статья предоставит вам дополнительную информацию о рабочих лошадках этого потребительского класса.

Слои нагретых нитей

Большинство 3D-принтеров работают одинаково: некий твердый материал — обычно пластиковая нить, которую называют филаментом, — поступает в нагреватель, где расплавляется и затем выбрасывается через крошечное отверстие печатающего сопла. Движущуюся головку принтера можно сравнить с очень точным клеевым пистолетом, но расплавленный пластик вытекает из сопла 3D-принтера (экструдера) гораздо более тонкой струйкой. Последовательным прохождением головки принтер способен выстраивать очень тонкие слои пластика, из которых каждый последующий накладывается на предыдущий.

Если внизу ничего нет — например, когда вы печатаете арку или поверхность крыши, — принтер создает специальную опору, которую можно убрать после завершения печати.

(1) Расплавленный пластик выбрасывается из сопла (2) Наплавленный материал (моделируемый компонент) (3) Регулируемый перемещаемый стол

Более профессиональные принтеры направляют луч лазера на лоток с текучей смолой, находящийся в нижней части устройства, в результате чего тонкий слой смолы, затвердевая, принимает нужную форму. Готовый образ погружается вниз на один слой, а лазер приступает к формированию следующего слоя. В результате распечатываемый объект как будто вырастает из лотка со смолой.

В тех принтерах, в которых сырьем служит смола, используется тот же самый послойный метод формирования объекта, что и в простых 3D-принтерах, но слои при этом создаются гораздо более тонкие, что, в свою очередь, обеспечивает более высокую детализацию печати. Благодаря тонким слоям появляется возможность выстраивать более сложные модели. Они требуют меньше материала для поддержки, а иногда позволяют обходиться и вовсе без опоры.

Варианты со сборкой и без

Многие производители поставляют 3D-принтеры в коробке с отдельными элементами, сборкой которых занимается сам пользователь. Если подход типа «сделай сам» вас не устраивает, можно приобрести предварительно собранную модель. Принтеры Afinia H-Series (1599 долл. — здесь и далее указаны цены в США. — Прим. ред. ), Solidoodle 2 (499 долл.) и Solidoodle 3 (799 долл.) не требуют дополнительной сборки, они уже готовы к печати.

Три модели 3D-принтеров (слева направо): RapMan 3.1 (комплект для сборки), Solidoodle 2 (предварительно собранный), Afinia H-Series (предварительно собранный)

Некоторые производители (например, Printrbot) позволяют клиенту самому выбирать между более дешевым устройством, требующим сборки, и уплатой денег за предварительно собранный принтер. Цена продукции у Printrbot варьируется от 399 до 999 долл., а стоимость сборки колеблется от 100 до 200 долл. в зависимости от ее сложности.

На заре развития трехмерной печати сборка принтера представляла собой очень сложный процесс, включающий распайку контактов на печатной плате (а зачастую еще и поиск недостающих компонентов). К настоящему времени эта процедура существенно упростилась. Наборы вроде Ultimaker содержат не так много элементов, не требуют пайки, сверления и вырезания, а все компоненты соединяются друг с другом стандартными винтами или болтами.

С момента начала сборки прошло уже 4 ч, а конца и края не видно. У некоторых принтеров процесс сборки оказывается еще сложнее

Еще один вариант — покупка всех необходимых компонентов в ближайшем магазине. Если у вас достаточно опыта и терпения, то вы можете собрать принтер RepRap (Replicating Rapid Prototyper). Принтеры RepRap обычно состоят из широко распространенных элементов и компонентов, которые можно распечатать на самом 3D-принтере. Использование распечатанных компонентов исключает необходимость организации производства на заказ, но в процессе сборки вы должны иметь доступ к другим 3D-принтерам.

Знакомство с терминологией

При изучении трехмерной печати легко запутаться, если вы не владеете соответствующими терминами: extruder (экструдер), filament (филамент, пластиковая нить), raft (подложка), print bed (стол для печати). Поэтому, прежде чем приступать, познакомьтесь с терминологией. Неплохим введением в терминологию трехмерной печати станет глоссарий RepRap (http://reprap.org/wiki/Glossary). Держите эту страницу открытой, пока не будете достаточно хорошо ориентироваться в терминах.

Выбор места для принтера

По отношению к 3D-принтерам, меньше — не всегда лучше, ведь от размеров принтера зависят размеры объектов, которые можно распечатать. Но если вы не планируете печатать ничего чрезмерно большого и хотите сэкономить место, компактный принтер для вас — наилучший вариант.

Маленькие принтеры наподобие Solidoodle и Afinia легко разместить на полке. В общем-то, принтер может находиться где угодно, но лучше держать его подальше от маленьких детей и домашних животных, потому что устройство имеет очень горячие движущиеся части. Если пространство позволяет, принтер нужно поставить на устойчивый стол или тумбу.

Вентилятор обдувает принтер холодным воздухом, вследствие чего пластик неравномерно охлаждается

При выборе места для 3D-принтера учитывайте, что он может стать источником довольно сильного шума. Уровень шума зависит от конструкции принтера и используемых двигателей. У некоторых моделей плавящаяся пластиковая нить может источать сильный запах. Поэтому желательно размещать принтер в помещении с хорошей вентиляцией, однако при этом холодный воздух не должен постоянно обдувать устройство.

Филамент, филамент, филамент

Сейчас несложно приобрести пластиковую нить различных цветов и из различных материалов, причем у каждого филамента будут свои индивидуальные особенности.

Филамент 3D-принтера (сверху вниз): черный пластик PLA диаметром 3 мм, сиреневый пластик PLA диаметром 3 мм, оранжевый пластик ABS диаметром 1,75 мм

Большинство принтеров совместимы с каким-то одним типом пластиковой нити — как правило, это ABS (акрилонитриловый бутадиеновый стирол) или PLA (полимолочная кислота, представляющая собой, по сути, полиэстер).

Если печать для вас является хобби и вы делаете это для собственного удовольствия — или же используете принтер без нагревательного стола, то, очевидно, имеет смысл остановить свой выбор на PLA. Пластик ABS прочнее, но плавится при более высокой температуре, поэтому лучше применять его с принтерами, имеющими нагревательный стол (они сложнее и дороже).

Убедитесь в том, что используется нить нужного диаметра. Нагревательный элемент и плавильная камера обычно проектируются для филамента определенной толщины.

Освоение программного обеспечения

Программное обеспечение трехмерной печати указывает физическому принтеру, как следует осуществлять перемещения при печати того или иного объекта. Также оно позволяет регулировать скорость выталкивания пластиковой нити из экструдера, температуру нагрева филамента, скорость формирования слоев и их толщину.

У некоторых 3D-принтеров необходимое ПО не входит в комплект поставки. Если его нет, нужно зайти на сайт производителя и поискать соответствующие ссылки или рекомендации.

Отдельные производители предлагают собственное программное обеспечение, оптимизированное для конкретной модели принтера. Но разработка таких программ не является для них приоритетной задачей, поэтому обновления зачастую запаздывают, а функциональность печати ограничена.

Некоторые принтеры поставляются со специальной утилитой установки, делающей процесс развертывания программного обеспечения быстрым и удобным

Если вы чувствуете, что возможностей такого ПО недостаточно, поищите программы с открытым исходным текстом. Подобное программное обеспечение, получившее достаточно широкое распространение, предназначено для многих моделей 3D-принтеров. А поскольку его использует большое количество людей, поддержка осуществляется оперативнее.

Kisslicer практически мгновенно обрабатывает огромные трехмерные модели

В каналах Internet Relay Chat довольно легко найти людей, которые согласятся вам помочь. Когда я не обнаружил нигде нужной мне информации, то решил посетить каналы Solidoodle и RepRap. И зачастую я могу получить в чате ответ на интересующий меня вопрос.

В конце концов, я отказался от закрытого программного обеспечения Axon для принтера RapMan в пользу приложения с открытым текстом Kissslicer, и у меня не возникает желания возвращаться обратно.

Калибровка принтера

Чтобы принтер выполнял команды точно так, как было задумано, нужно пройти процедуру калибровки. Допустим, при получении команды на загрузку 100 мм филамента он в действительности загружает 110 мм. В результате возникает перерасход пластика, и печать выполняется неоптимально. Нужно менять настройки, чтобы программное обеспечение понимало, что происходит на самом деле.

Методы калибровки должны быть приведены в любом комплекте инструкций. Если их там нет, проконсультируйтесь с вики RepRap. (Читать общее руководство в вики RepRap, как правило, труднее, чем инструкции к конкретному принтеру, но здесь тот самый случай, когда это необходимо.)

Поиск файлов для печати

Макеты объектов для трехмерной печати можно загрузить из сетевого хранилища Thingiverse (http://www.thingiverse.com), поддерживаемого компанией MakerBot. Люди постоянно размещают здесь новые объекты, выдвигая свежие и интересные идеи для печати (например, Octavius Grabber Claw). После завершения калибровки имеет смысл распечатать что-нибудь несложное. (Лично мне понравился забавный колышущийся осьминог.)

В сети несложно найти ряд тестов, позволяющих оценить производительность принтера при выполнении как одного, так и нескольких сценариев. Программное обеспечение должно позволять выстраивать высокие колонны, мосты, свесы и формировать небольшие слои, печатая их по-разному для получения оптимальных результатов.

Убедитесь в том, что ваш филамент имеет заявленный диаметр, и, если потребуется, настройте соответствующим образом параметры принтера

Воспользуйтесь штангенциркулем

Штангенциркуль — это инструмент, позволяющий выполнять очень точные измерения, вплоть до сотых долей миллиметра и даже точнее. Он заметно упрощает процедуру калибровки принтера, а при выполнении некоторых операций без него вообще не обойтись.

Диаметр пластиковой нити не всегда соответствует тем параметрам, которые производитель указывает на этикетке. Измерив диаметр филамента в нескольких местах и вычислив среднее значение, вы сможете существенно повысить точность работы принтера. Штангенциркуль поможет также точнее измерить объекты при калибровке и гарантировать тем самым, что принтер работает именно так, как ожидается.

Не торопитесь

Естественно, настройка и регулировка принтера, которые, в итоге, должны обеспечить высококачественную печать, займут какое-то время. Однако потраченные на это часы окупятся сторицей. Плохо откалиброванный принтер поначалу может функционировать хорошо, но в какой-то момент он не справится с более сложными заданиями или собьется на полпути.

Качество постепенно улучшается от правого объекта к левому. Обратите внимание, что у крайнего правого образца верхняя поверхность фактически не заполнена

Не пугайтесь, если процедура калибровки показалась вам слишком сложной. Все не так страшно, а наградой вам станут улучшения, заметные невооруженным глазом. Начните с печати простых объектов и совершенствуйте свои навыки по мере дальнейшего продвижения вперед. И не бойтесь обращаться к людям за советом (консультации в IRC окажут вам неоценимую помощь!).