3D-печать для «чайников» от «чайника»

Недавно я стал владельцем 3D-принтера, до этого практически ничего не зная о 3D-печати, поэтому и решил поделиться своим опытом с такими же «чайниками», людьми, далекими от этой технологии. Моя статья предназначена именно и только для таких людей. Советы же “3D-печатников» со стажем для начинающих могут оказаться бесполезными, в силу их сложности или определенной специфики. Я думаю, что мой пост, основанный личном опыте (и личных ошибках), не перегруженный техническими подробностями, будет весьма полезен широкой аудитории. Также, мое описание базируется на личном опыте использования 3D-принтера компании Creality Ender 3 Pro. Возможно, сведения ниже будут бесполезны для моделей других компаний. К сожалению, я не в курсе нынешних российских реалий, и потому все, нижеописанное, касается моделей 3D-принтеров, популярных в США. Также заранее прошу прощения за некоторые слова и термины на английском (я честно пытался, но не всегда мог подобрать адекватный термин на русском).

Сначала приведу несколько «максим» и опровергнутых стереотипов, возможно, впрочем, лишь моих:

“3D-печать – дело сложное, дорогостоящее, и требующее специальных знаний” – это абсолютно не так! Возможно, так когда-то и обстояли дела, но в настоящий момент 3D-принтер – это консьюмерское устройство, которое не сложнее (а, скорее, даже, намного проще!) телевизора, смартфона, компьютера. Вдобавок, это достаточно дешевое, по современным меркам, хобби – одно из самых дешевых, наверное. Специальных знаний для 3D-печати дома не требуется, вернее, не более, что можно за небольшое время почерпнуть из FAQ на официальном сайте, а также в пользовательских формах.
“Для 3D-принтера требуется специальное помещение, потому что он воняет и сильно шумит” – это тоже не верно (или, точнее, не совсем верно). Существуют пластики, такие, как PLA и PETG, которые практически не выделяют запахов при печати, а также модели принтеров, снабженные практически бесшумными вентиляторами. Впрочем, и от entry level моделей шум не «фатальный», а, скажем, как от игрового десктопа/ноутбука в «навороченной» 3D-игре.
“На 3D-печати можно неплохо заработать, печатая дома и продавая на eBay-е забавные поделки, ну, или неплохо сэкономить, печатая нужные для дома вещи, типа автозапчастей и т.п.” – к сожалению, это тоже неверно. Да, на eBay продается много 3D-принтов, но, как вы понимаете, и конкуренция соответствующая. Простота и доступность этой технологии в настоящее время привели к появлению 3D-принтеров в миллионах домов; понятно, что и очень много людей сделали «гениальное открытие» о возможности заработать, продавая то, что они печатают. Рассматривайте 3D-печать лишь как интересное и малозатратное хобби (установите себе начальный бюджет, например, не выше $200-250), способное порадовать вас, вашу семью, а также друзей и знакомых оригинальными поделками и подарками.
“Для 3D-печати нужно обязательно владеть программой трехмерного моделирования или CAD системой – совершенно необязательно! Существует огромное множество сайтов, предлагающий всевозможные 3D-модели для печати: и сканы знаменитых и не очень скульптур, и бюсты исторических личностей, и всевозможные фигурки героев мультфильмов, фильмов и компьютерных игр, и оригинальные остроумные поделки, вроде солнечных часов, показывающих время в цифровом виде, и большую часть моделей можно скачать бесплатно – максимум, вас попросят зарегистрироваться для скачивания! Впрочем, владение CAD программой – это весьма неплохой навык (и, в особенности, для DIY-щика – у меня это был один из «пунктов» для покупки принтера), но я пока еще до этого не дошел – но как освою, то обязательно опишу свой опыт 😊

Итак, как я писал выше, обзавелся я принтером модели Ender 3 Pro от компании Creality. Entry level принтеры этой компании – одни из самых популярных в Штатах, из-за неплохого качества, как изготовления, так и печати, низкой цены, а также широкой поддержки community. Ну, и еще, не скрою, немалую роль сыграл отличный «дил» в нашем локальном Microcenter-e (это компьютерный магазин, расположенный в Cambridge, MA): по акции их продавали за $99, плюс купон $10 off на filament (пластиковая нить для печати), которым мне удалось воспользоваться аж три раза 😊. За самим принтером тоже пришлось прокатиться пару раз в магазин: расходились они, по выражению классика, «как мясные пирожки на вегетарианском обеде»!

Принтер поставляется в виде аккуратно упакованного «конструктора сделай сам».

Впрочем, сборка, сильно облегчаемая видео (бумажная инструкция тоже полезна, но видео намного более наглядное), прилагаемом на идущей к принтеру micro SD-card, займет у вас не более часа-двух максимум, после чего принтер в буквальном смысле готов к работе! На что следует обратить внимание при сборке: это расположение «концевика» вертикальной оси (Z) – он норовит встать в, как бы, отведенное для него место, но все не так просто. Этот датчик очень важен (впрочем, все они важны, поэтому важно следовать инструкции по сборке пунктуально, и понимая, что именно ты делаешь), ибо он определяет расстояние сопла печатающей головки (hot end) от печатного стола (heated/print bed).

А это расстояние весьма важно: если оно будет большим, вам никак не удастся правильно откалибровать положение печатающей головки, а если слишком малым, то печатающая головка может повредить покрытие печатного стола. Как сделал я (впрочем, это можно найти и в куче интернет руководств, и, наверное, на официальном сайте в FAQ – но я не искал): собрав принтер, я установил все четыре калибровочных «барашка» под печатным столом в «расслабленное» состояние, а «концевик» (endstop switch) оси Z закрепил на заведомо большем расстоянии, чтобы печатающая головка (hot end) гарантированно была на расстоянии от печатного стола. Затем включил принтер, и выбрал команду из меню “Auto Home”. После того, как принтер установил головку в «домашнее» положение, я его выключил, и вращая рукой мотор (stepper motor) оси Z, а также аккуратно перемещая «концевик», добился того, что «щелчок» «концевика» (а это и означает срабатывание датчика) был слышен по касанию головки поверхности стола, после чего закрепил «концевик» ключом намертво. Затем, взяв лист обыкновенной бумаги, и вращая «барашки» калибровочных винтов, а также перемещая печатающую головку по всей поверхности рабочего стола, добился того, что она перемещалась, слегка «царапая» лист. Но, к сожалению, подобной «холодной» калибровки будет недостаточно для удачной печати, потому я порекомендую способ «горячей калибровки», или «проверки боем». Вот в этом видео вы сможете увидеть, как происходит процесс калибровки, а также скачать необходимые файлы (ссылка есть в описании видео). Также там находится и ссылка на профили печати для Ender 3 Pro – также порекомендую их скачать (а для чего они нужны, расскажу позже).

После завершения сборки и калибровки, ваш 3D-принтер готов к работе! Если вы заранее запаслись килограммовой катушкой с PLA пластиком (PLA filament, о пластиках, используемых для печати, подробнее будет в следующей части), то смело можете ее устанавливать, а если нет, то с принтером идет небольшой моток пластиковой нити (но лучше все-таки сразу купить катушку, ведь для калибровки тоже потребуется filament!). На micro SD card, идущей с принтером, есть несколько моделей, готовых для печати – это файлы с расширением .gcode (G-код - это язык программирования для устройств с ЧПУ, понимаемый большинством 3D-принтеров. Не беспокойтесь, вам не нужно будет изучать особенности этого языка – за вас об этом побеспокоятся специальные программы, называемые «слайсерами» (slicer) ), так, что зарядив filament (пластиковую нить с катушки) через экструдер (extruder, устройство подачи нити в печатную головку) через маленькое отверстие в экструдере (отжав рукой зажим и направив нить, через подающую трубочку, двигаем нить до упора в печатающую головку), вставив micro SD card в принтер, и выбрав модель в виде .gcode файла, можно смело приступать к печати!

Модели в gcode, идущие в комплекте с Ender 3D Pro

Печатать можно где угодно – в офисе, в столовой, в гостиной, в общем, там, где вы собирали дивайс. Позже я расскажу, где лучше разместить принтер на постоянной основе, но для пробной печати годится любое место – ни какого-то неприятного запаха, ни особого шума не будет.

Но тут вам нужно заранее учесть такую вещь: 3D-печать занимает чертовски много времени! Даже небольшая по размеру модель может печататься несколько часов (а большая – так и несколько суток!), в зависимости от выбранных настроек слайсера, скорости и настроек принтера. Так, что, начиная печатать, примите это во внимание – процесс печати, конечно, можно поставить на паузу (а потом возобновить), но для начала я бы порекомендовал довести процесс без перерывов – ну, чтобы увидеть реальный хороший результат, и почувствовать уверенность в своих силах, а также возможностях принтера.

Нужно заметить, что компания Creality в качестве firmware для своих entry level 3D принтеров использует открытое программное обеспечение Marlin, но, к сожалению, предустанавливает весьма устаревшую версию. Если вы – программист, или просто давно «на ты» с компьютером, то вам не составит труда собрать последнюю версию Marlin-а самому, например, через VSCode, а затем «прошить» ее через SD-card (нужно просто очистить карточку, и скопировать туда файл релиза с расширением .bin). Иначе вы можете воспользоваться моим билдом – скачайте, распакуйте, скопируйте на чистую SD-card, выключите принтер, вставьте карточку, включите принтер. Через небольшое время новое firmware установится на ваш Ender 3 Pro (под другие модели принтеров могут потребоваться другие билды). Впрочем, эту опцию вы можете отложить на потом – принтер готов к работе прямо из коробки.

Тут я хочу упомянуть еще о нескольких полезных усовершенствованиях принтера, которые будут полезны новичку (впрочем, эти усовершенствования опциональны).

Во-первых, я порекомендую вам установить и подключить к принтеру открытое программное обеспечение OctoPrint – для этого вам понадобится Raspberry Pi с камерой. Я использовал дешевый Raspberry Pi Zero W (со встроенным WiFi), который, хотя официально и не поддерживается, но работает великолепно. OctoPrint добавит вашему entry level принтеру далеко не entry level «фичи» - возможность удаленного контроля и управления принтером через веб интерфейс, а также с великолепного приложения для смартфонов.

Приложение это активно развивается и прекрасно поддерживается, обладает весьма обширной и дружелюбной комьюнити; множество полезных фич реализованы или прямо «из коробки», либо с помощью плагинов; документация также обширна и исчерпывающа. Инсталляция, а также подключение к принтеру, чрезвычайно просты: скачиваем образ sd-card, редактируем конфигурационный файл (указываем credentials своей точки доступа WiFi), копируем на карту, подключаем с помощью micro USB ↔ micro USB OTG кабеля к принтеру – и профит!

Мой RPi Zero W с камерой и температурным датчиком, подключенный к Ender 3D Pro

Во-вторых, я порекомендую вам сразу же обзавестись запасными поверхностями для печати (build surface plate, это съёмная поверхность, устанавливаемая на нагреваемый стол (heated bed), и на которой, собственно, и происходит печать). Принтер поставляется со «стандартной» гибкой магнитной поверхностью, и я вас уверяю: обзаводится новой вам придется достаточно скоро! Так, что лучше позаботиться заранее, ибо стоимость их невелика, на Amazon-е просят $9.99 за pack of two. Еще можно «проапгрейдиться» на стеклянную plate (стоит чуть дороже), у нее есть как свои преимущества, так и определенные недостатки, перечислю их вкратце. Достоинства стоковой гибкой магнитной plate: благодаря магниту, легко приаттачивается и снимается с heating bed для очистки, благодаря гибкости, очень просто снимать готовые модели. Недостатки: пластиковое покрытие, на котором, собственно, и происходит печать, достаточно легко повреждается и деформируется как самим «штатным» процессом печати, так и печатающей головкой, в случае неверной калибровки, а также чрезмерным нагревом heated plate – в общем, недолговечная деталь. Но, благодаря дешевизне, вполне может (и должна!) рассматриваться, как «расходник». К достоинствам стеклянной plate можно отнести большую долговечность, чистоту и «прилипающие» (adhesive) свойства этой поверхности. К недостаткам: чуть большую сложность крепления к heated bed (обычно для этого рекомендуют использовать обычные office clamps, но лично я не рекомендую из-за их размеров; куда проще купить специальные маленькие зажимы, стоят копейки на Amazon-е), и сложность открепления напечатанных моделей – стеклянную plate не согнешь. Кстати, и glass plates тоже весьма недороги, вполне можно купить долларов за 10-15 на Amazon (и, следовательно, тоже отнести к «расходникам»).

В-третьих (правда, немного забегая вперед), хочу порекомендовать вот такой небольшой «апдейт», а именно клей для «прилипания» моделей. Стоит такой клей дешево (за 6 «стиков» просят $13), он полностью экологичен, в отличие от популярных доморощенных средств (о них будет рассказ далее), смывается обыкновенной водой, не пахнет. При его использовании тоже есть пара «нюансов»: не стоит наносить на холодную поверхность, и не стоит наносить слишком мало, потому, что при нагреве утратит клеящие свойства, и требует определенной практики в определении оптимального количества, но удобства использования клея с лихвой перекрывают все это.

Теперь хочу поделиться своими соображениями о том, где лучше всего разместить ваш новый, только что купленный 3D-принтер. 3D-печать, вообще-то, процесс «теплолюбивый», поэтому весьма желательно размещение принтера в отапливаемом помещении с комнатной температурой (как минимум 20 °C – в 3D печати традиционно используется температура в градусах Цельсия – ну, или 70 по Фаренгейту). Как я уже писал, в самом начале, при печати некоторыми видами filament, например, PLA, нет никаких неприятных запахов, да и шум от вентиляторов сравним с шумом вентиляторов игрового десктопа или лэптопа при навороченной 3D игре. Т.е. при отсутствии специального помещения (мастерской в подвале или гараже), вполне возможна установка принтера в офисе, или даже детской игровой комнате, или family room. Более того, есть способ, путем покупки чехла для принтера (printer enclosure), уменьшить или вообще свести на нет как возможные запахи, так и вероятный шум. Об этом я расскажу подробнее позже.

Лично я установил принтер в своей «мастерской», в подвале. Там мы сильно не топим, но поддерживаем температуру чуть ниже комнатной. Учтите, что принтер, и сам по себе, занимает определенный объем; также вам понадобится место для размещения катушек с filament-ом, место для обработки моделей. Но, если же вы собираетесь работать с ABS пластиком, и заниматься «финишированием» ABS моделей путем «ацетоновой бани», то однозначно лучше работать в нежилом помещении. О свойствах некоторых пластиков, используемых при 3D печати, я расскажу в следующей части.

Продолжение следует.

Материал подготовлен дата-центром ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.