Восстановление работоспособности механизмов с помощью 3D принтера WANHAO Duplicator i3 V2.1

№91-1,

технические науки

В данной статье рассказывается о возможностях 3D принтера WANHAO Duplicator i3 V2.1, его достоинствах и недостатках. Рассмотрены параметры настройки принтера для печати изделий из пластика PLA. Приведены примеры ремонта механизмов, путем распечатывания копий утерянных или вышедших из строя деталей на 3D принтере.

Похожие материалы

В 21 веке понятие трехмерная печать прочно вошло в нашу повседневную жизнь. 3D принтеры заняли уверенные позиции практически во всех отраслях человеческой деятельности, с их помощью не только изготавливают детали маши, элементы декора, детали для макетов, но даже распечатывают дома из бетона. В данной статье пойдет речь о принтере, предназначенном для печати деталей (изделий) небольшого размера из пластмассы. В настоящее время на производствах, ремонтных и дизайнерских мастерских и т.п. используются принтеры для трехмерной печати, основанных на технологии FDM — печати, которая предполагает формирование объемной модели за счет послойного нанесения размягченного полимера («выращивания модели»). 3D принтеры формирующие трехмерные изделия из пластмассы получили наибольшую популярность из-за их невысокой стоимости и доступности. Для создания изделий применяют большое разнообразие пластмасс с различными свойствами. Рассмотрим наиболее часто применяемые пластики для трехмерной печати и рекомендуемые температуры размягчения этих пластиков: ABS пластик (Тпл = 250-280 °С), PS/ABS пластик (Тпл = 260-300 °С), PLA пластик (Тпл = 190-230 °С), HIPS пластик (Тпл = 190-260 °С), TPE-S пластик (Тпл = 190-230 °С), PVA пластик (Тпл = 160-190 °С). Кстати, пластмассы именно размягчаются, а не расплавляются, потому что процесс плавления характерен только для веществ с кристаллическим строением. По определению плавление — это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое, сопровождающийся разрушением кристаллической решетки.

Далее наиболее подробно поделюсь с вами личным опытом работы на одной недорогой и практичной модели 3d принтера — WANHAO Duplicator i3 V2.1 (см. Рис.1).

Внешний вид 3D принтера WANHAO Duplicator i3 V2.1
Рисунок 1. Внешний вид 3D принтера WANHAO Duplicator i3 V2.1

Неоспоримыми достоинствами этого принтера является простота эксплуатации, удобство интерфейса, компактные размеры. На данном принтере для печати я использовал только пластик PLA (Полилактид), так как он термопластичен, нетоксичен, износостоек и биоразлогаем, да и температура его размягчения невысока всего 195°С. К недостаткам принтера WANHAO Duplicator i3 V2.1 могу отнести невысокую скорость печати, поэтому на нем целесообразно распечатывать детали небольшого размера, да и размер рабочего стола составляет 200 х 200 мм, а максимальная высота детали не должна превышать 180 мм.. Важно отметить, что с помощью данного устройства можно создавать не только твердотельные модели, но и оболочковые, с ячеистой структурой внутри. Поэтому, считаю, что данная модель прекрасно подойдет для бытовых нужд, для создания небольших изделий: брелоков, макетов, фигурок животных, статуэток, много других мелочей.

Минимальная высота слоя, которую может напечатать экструдер данного принтера 0,1 мм, максимальная 0,4 мм. Как показывает опыт, для печати деталей с небольшим поперечным сечением порядка 2-4 мм, высоту слоя следует выставлять 0,1 мм и заполнение формы 100%, иначе данные элементы получаются очень хрупкими и просто рассыпаются в руках. Для крупных деталей такой проблемы не возникает и они получаются достаточно прочными. После многочасового подбора температуры для печати и температуры нагрева стола установлено, что для PLA пластика наиболее подходящими являются следующие настройки: температура экструдера 193-195°С, температура рабочего стола 50°С, скорость печати 20-40 (мм/с). При температуре рабочего стола порядка 60-70°С, наплавляемый пластик не успевает затвердевать, а наплавляемый на первый слой следующий слой остывает быстрее из-за того, что он непосредственно не контактирует с разогретым столом. Это приводит к тому, что остывшие верхние слои формируемого изделия отрывают нижний слой от стола из-за неравномерного охлаждения этих слоев. В результате этого края детали на начальной стадии печати (первые 2-3 слоя) начинают отрываться от рабочего стола и заворачиваться вверх. В этом случае печать следует остановить, ибо ничего хорошего из этого не выйдет. Особенно данное явление наблюдается у деталей с большой площадью поверхности. Второй немаловажный момент на который необходимо обратить свое внимание при подготовке принтера к печати — это выравнивание рабочего стола по уровню. В процессе печати или неаккуратного удаления напечатанного изделия с рабочего стола можно случайно перекосить траверсу принтера. В результате зазор между рабочим столом и соплом печатающей головки на разных участках стола будет различаться, а это приведет к тому, что на всех участках рабочего стола первый слой пластика будет прилипать к столу. В результате получаем брак. Выровнять рабочий стол можно так: поместить белый лист бумаги формата А4 между рабочим столом и соплом печатающей головки, обеспечив тем самым необходимый зазор. Затем необходимо перемещать печатающую головку в углы стола и следить за тем, как изменяется зазор между соплом головки и рабочим столом. Если зазор неодинаковый, то следует его подкорректировать с помощью винтов расположенных по углам столика.

Теперь рассмотрим такой вопрос, как влияет расположение детали при печати на качество её поверхности. Приведу такой пример: мне пришлось решать задачу по созданию дубликата утерянного фиксатора поворотной рукоятки детской коляски (см. Рис. 2). Для решения этой задачи, вооружившись штангенциркулем и сохранившимся единственным из трех заводских фиксаторов я в программе AutoCAD создал трехмерную модель фиксатора в масштабе 1:1. Трехмерная модель фиксатора поворотной рукоятки представлена на рисунке 3. Затем с помощью приложения WANHAO i3 создал файл с расширением gcod.

Гнездо под фиксатор поворотной рукоятки детской коляски
Рисунок 2. Гнездо под фиксатор поворотной рукоятки детской коляски
Трехмерная модель фиксатора
Рисунок 3. Трехмерная модель фиксатора

Качественно напечатать этот фиксатор у меня получилось не с первого раза. Как оказалось, качество поверхности детали при печати на данном принтере во много зависит от того как расположить модель при распечатке. Когда я распечатывал данный фиксатор к верху «ножками», на ее распечатывание было затрачено меньше времени, так принтер не строил поддержки, но качество поверхности оставляло желать лучшего (см. Рис. 4). Тогда я попробовал распечатать фиксатор «ножками» вниз, для этого пришлось печатать с подложкой и поддержками (плотность заполнения поддержки — 10%). Качество поверхности стало намного выше (см. Рис. 5). Диаметр фиксатора составляет всего 23,5 мм, а распечатывался он не много не мало 1 час 34 мин (Параметры печати: высота слоя 0,1 мм, скорость печати 25 мм/с, заполнение формы 100%).

Верхняя часть фиксатора из PLA пластика (распечатывался «ножками» вверх)
Рисунок 4. Верхняя часть фиксатора из PLA пластика (распечатывался «ножками» вверх)
Фиксатор из PLA пластика (распечатывался «ножками» вниз)
Рисунок 5. Фиксатор из PLA пластика (распечатывался «ножками» вниз)

Подведу итог выше сказанному. Благодаря принтеру WANHAO Duplicator i3 V2.1 и навыкам работы в программе AutoCAD была восстановлена работоспособность дорогостоящего изделия, причем себестоимость изготовления утерянных деталей весьма невелика. За 3D принтерами будущее.

Список литературы

  1. Компьютерное проектирование в архитектуре. Archicad 11 – М.: ДМК Пресс, 2007. – 800 с.
  2. Легкова, И.А. Применение информационных технологий для развития пространственного мышления обучающихся / И.А. Легкова, С.А. Никитина, А.В. Топоров, А.А. Покровский. – Информационные технологии в обеспечении федеральных государственных образовательных стандартов: материалы международной научно-практической конференции. – Елец, 2014.