Как я уже писал ранее, есть две технологии подходящие для домашней 3D печати, сейчас расскажу подробнее об одной из них, а именно о FFF (FDM). Как устроен такой принтер, основные его элементы и узлы. Виды кинематик.
Технология 3D печати FFF (FDM - Fused Deposition Modeling, Fused Filament Fabrication), означает моделирование методом послойного наплавления.
Начнем с того, что такое модель, модель это трехмерная (3D) цифровая форма будущего объекта. Модель можно скачать готовую, сделать трехмерное сканирование объекта, оформить заказ на моделирование, или сделать самому.
Модель перед печатью делится на слои с помощью специальной программы на ПК – Slicer [слайсер]. Полученный файл записывается на флешку, а флешка устанавливается в кардридер принтера (обычно на экране), после чего можно запустить на печать модель. Далее происходит какая-то магия и мы получим уже распечатанную модель. Но давайте рассмотрим основные узлы принтера, чтобы понять, что же это за магия.
Начнем с материала, в основном для домашней печати это PETG, PLA пластики. PLA пластик делают из кукурузы и сахарного тростника, во время печати им можно услышать легкий запах попкорна, имеет низкую усадку, при остывании, хорошо подходит для печати моделей со сложной геометрией и мелкими деталями, например персонажей, статуэток. PETG синтетический пластик, похожий на PET [из которого делают бутылки, для воды], обычно при печати не издает запахов, обладает высокоударопрочными свойствами, прочный к истиранию, подходит для печати всего. Еще распространённый ABS пластик, синтетический и из-за стирола в его составе не рекомендуется к домашней печати без вытяжки, более прочный чем вышеупомянутые пластики, легко механически обрабатывается. Пластики для печати бывают разных цветов и сейчас продаются в виде нити диаметром 1.75 мм намотанной на катушку, обычно по весу – 0,5, 1 кг. Так же есть нити диаметром 3 мм, а катушки бывают большего объема, они больше подходят для печати больших элементом, где не нужна большая точность. В основном нить для печати называют – филамент [filament], что является очередным англицизмом в русском языке.
На мой взгляд основным элементом принтера является – экструдер, это печатная голова и механизм подающий пластик. Филамент подается мотором подачи, через фторопластовую трубку боудена (6), проходя через холодную зону алюминиевого радиатора (4), расплавляется в горячей зоне блока нагревателя (2) и из-за непрерывной подачи прутка под давлением выходит из сопла (1) в виде тонкой нити, толщина которой зависит от диаметра отверстия в сопле. Обычно используются латунные сопла с отверстиями диаметром 0.4 мм. Для эффективного охлаждения радиатора используется вентилятор (5). В блоке нагревателя (2) стоит нагреватель (3) и термистор (датчик температуры) Нагреватель поддерживает температуру необходимую для плавки филамента [для PLA это около 200 гр, а для PETG 220]. Блок нагревателя и радиатор соединяются металлической трубкой обычно её называют «горло», она выполняет важную функцию теплового барьера, что бы пластик не начинал плавится в радиаторе, это может привести к закупорке [засору]. Трубка боудена обычно проходит до блока нагревателя и упирается в сопло, она сделана из фторопласта [PTFE], он более тугоплавкий материал выдерживающий длительный нагрев до 250 градусов, имеет внутренний диаметр 1.9 или 2 мм и гладкие стенки, филамент в ней легко скользит.
Вот так выглядит моя печатающая голова и редукторный механизм подачи филамента. Редукторный механизм более точный и может работать с гибкими пластиками такими как TPU, SBS.
Еще основным элементом будет стол это алюминиевая пластина круглой или прямоугольной формы, желательно с подогревом, на горячем столе пластик лучше держится. Для печати PLA, PETG пластиками хорошо подходит адгезионная наклейка или гибкая магнитная пластина. При остывании пластина снимается, сгибается и модель(и) отделяются от нее, а в случае с наклейкой при остывании модель просто отходит от нее. Но наклейка пластиковая, её можно легко испортить, а магнитный стол металлический. Многие используют стекло 4-5 мм толщиной, с применением дополнительных адгезивов: 3D клей, ПВА клей, клей карандаш, АБС сок, но в основном это для печати ABS и Nylon пластика, PLA и PETG хорошо прилипает к чистому стеклу, но при остывании большой модели из PETG, она может забрать с собой кусочек стекла ( у меня так было).
Подогреваемый стол, с адгезивной наклейкой.
Далее дело за перемещением печатающей головы, т.е. кинематика 3D принтера.
Основным выбором по кинематике для домашнего 3D принтера скорее будет вариант конструкции Джозефа Пруши, Prusa.
Печатающая голова (1) перемещается влево и вправо на линейных направляющих с помощью ременной передачи, мотором (2), вверх-вниз по линейным направляющим, на шарико-винтовой паре, двумя моторами (3), а стол (4) перемещается вперед и назад по линейным направляющим на ременной передаче, мотором внизу. Основной минус, тяжелый стол и как следствие небольшие скорости печати - 20-40 мм/с. Но если хорошо собрать такой принтер, качество отменное. Самое сложно тут собрать рамку так что бы не было перекосов и печатающая голова перемещалась параллельно столу, а не под углом.
Более продвинутая из доступных считается CoreXY кинематика
Тут печатающая голова (1) подвешена на балке и перемещается влево-вправо на рельсовых направляющих, балка перемещается взад-вперед на рельсовых направляющих, движение обеспечивают два мотора (2), а стол перемещается вверх/вниз на рельсовых направляющих, шарико-винтовой ппе 3 моторами (3) внизу. Такая конструкция позволяет печатать быстрее, можно сделать сменные печатающие головы и закрытый корпус, для печати ABS, Nylon пластиками, которые требуют повышенную температуру окружающей среды. Скорости таких принтеров могут превышать 100 мм/с.
Дельта [Delta] кинематика, пришла в печать от Delta роботов.
Печатающая голова (1) подвешена с помощью тяг (2), тяги крепятся к кареткам (3) на стойках (4), движение кареток по рельсовым направляющим обеспечивается моторами (5) находящимися сверху. У дельты получается самая легкая конструкция печатающей головы, из-за низкой инерции на дельте возможна самая большая скорость печати, без дефектов в виде заносов печатающей головы. Скорости таких принтеров могут превышать 100 мм/с. Я печатаю 60+ мм/с, в зависимости от того какое качество я хочу получить.
Другие.
Я выделил бы отдельно ultimaker кинематику, схожа с coreXY, но все тяжелые элементы перенесены на раму, используются высококачественные линейные направляющие.
Scara похоже на робот-руку, перемещающуюся вдоль рабочего стола. Стол либо рука перемещаются отдельно вверх-вниз.
Ленточный (Cr-30 от креалити) по сути тот-же картезиан, только рабочий стол - вращающаяся лента.
В целом, все принтеры требовательны к хорошим комплектующим, либо требуют изрядных доработок, они могут быть связаны с прошивкой, допечаткой деталей усилений конструкции, исправлений конструкции.
Первый принтер.
Советую выбирать для первого принтера очень популярные модели, которые уже существуют на рынке больше года, например: Creality Ender-3, Anycubic i3, Flying Bear Gost (4, 5), Tronxy x5sa, Flsun qq-s, Two Trees Sapphire, принтеры имеют разные модификации, у всех есть минусы и плюсы, основной их плюс это цена, а минусы связаны с не жесткой конструкцией и слабым железом, чем новее модель тем лучше там железо и прошивка.
