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).
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.
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%).
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.