3D-печать для «чайников» от «чайника». (Продолжение)

Начало в первой части статьи. В этой же части я хочу рассказать о свойствах некоторых filaments (пластиковых нитей), используемых для домашней 3D печати, а, если точнее, то только тех, которыми я лично печатал. Ender 3 «умеет» печатать на пластиках трех типов:
- PLA (полилактиид: экологичный, биоразлагаемый низкотемпературный пластик, мономером которого является молочная кислота, а сырьем для производства служат сахарный тростник и кукуруза);
- ABS (акрилонитрил бутадиен стирол), высокотемпературная ударопрочная техническая термопластическая смола – это «обычный» пластик, из которого производится множество стандартных промышленных пластмассовых изделий;
- PETG ( полиэтилентерефталат, тоже высокотемпературный пластик, притом достаточно прочный, чтобы составить конкуренцию в домашней 3D печати пластику ABS, но без негативных эффектов ABS, плюс это достаточно экологичный пластик, получающий все более широкое распространение).

Сначала я коснусь одного из самых распространенных filament-ов в домашней печати, пластика ABS. Этот пластик ценят, прежде всего, за его прочность, возможность пропечатать мелкие детали, а также за легкость пост-обработки («финиширования») с помощью «ацетоновой бани». Но ABS обладает определенными минусами: во-первых, он достаточно неприятно пахнет (если не сказать «изрядно воняет» 😊) при печати, а также при обработке ацетоном. Также утверждают («некоторые британские ученые утверждают…»), что его пары являются канцерогенными – но тут я «за что купил, за то продал». Вдобавок, для удачной печати он требует дополнительного приспособления (хотя это и не совсем верно – вполне возможна печать и без него), термобокса для принтера, чтобы поддерживать достаточно высокую температуру воздуха при печати. Плюс, промышленная «глянцевость» модели после обработки нравится далеко не всем – моей жене, например, гораздо больше нравится «бархатистая» фактура при печати пластиком PLA с достаточно высоким разрешением (print quality, layer height). Однако, я опробовал, конечно, и печать ABS – об особенностях печати и постобработки я расскажу ниже.

Теперь расскажу о «лучшем выборе домашнего 3D-печатника», на мой взгляд, пластике PLA. Этот filament практически не производит никакого запаха при печати, не требует высоких температур – отличные результаты получаются при комнатной температуре и «дефолтных» настройках программы-слайсера. Впрочем, и тут есть небольшие «нюансы» - об этом чуть ниже. Печатая пластиком PLA, вы можете разместить принтер где угодно в доме – никакими неприятными последствиями для здоровья или комфорта он не грозит 😊 Плюс несмотря на то, что он позиционируется как низкотемпературный и менее прочный, PLA все-таки остается пластиком, достаточно прочным для статуэток, забавных поделок, и даже корпусов DIY дивайсов. Лично я рекомендую вам сосредоточится на совершенствовании печати именно пластиком PLA!

Пластик PETG также произвел на меня приятное впечатление: он аналогичен (или даже немного превосходит) ABS в плане прочности, но, при этом, более гибок, экологичен и совершенно «не вонюч», в придачу. Также PETG-ом можно печатать и без термобокса, при комнатной температуре. При печати на стеклянной поверхности (glass plate) рекомендуют использовать малярный скотч (painters masking tape), потому что при нагреве PETG может намертво приклеиться к стеклу. Кстати, мне понравилось печатать на малярном скотче – он обеспечивает отличную адгезию (прилипание, adhesion) модели к поверхности стола, и отлеплять модель достаточно просто, не оставляет следов (остатки клея легко смыть изопропилом или бензином). Я хочу распространить эту практику и на печать другими пластиками – ведь малярный скотч намного дешевле клея!

Теперь о пост-обработке напечатанных 3D моделей. Я опробовал несколько способов, и убедился в непрактичности или неприемлемости некоторых из них. Множество руководств рекомендуют, помимо «обкусывания» заусенец и явных огрехов печати (кстати, я обнаружил, что обыкновенная женская пилочка для ногтей – весьма практичный инструмент для «грубой» доводки! Но порекомендую, все-таки, приобрести свою, а не заимствовать у жены, ибо за такое кощунство можно серьезно «схлопотать» 😊), доводить модели до кондиции шлифованием. Забудьте об этом! Это чрезвычайно утомительное, долгое и нудное занятие, поскольку шлифовальные машинки использовать нельзя (пластик будет просто плавиться), поэтому шлифовать нужно только вручную. Даже для небольшой модели со сложной поверхностью (вроде статуэтки), это может занять часы!

Некоторые также советуют для пост-обработки моделей, напечатанных PLA, использовать heat gun – я тоже не рекомендую этот метод, ибо при этом очень легко повредить модель, перегрев и расплавив пластик. К счастью, существуют намного более скоростные и эффективные методы пост-обработки.

Для ABS «стандартом де факто» является так называемая «ацетоновая баня», а именно, обработка модели, размещенной в герметичной емкости, парами ацетона (но отнюдь не маканием ее в жидкий ацетон!). Баня бывает как «холодной», так и «горячей». Вам понадобится герметичная емкость (это важно), чистый ацетон, несколько бумажных полотенец (paper towels). Для «горячей» бани – еще и нагревательный элемент, в виде электроплитки, плюс емкость с водой (жена утверждает, что нельзя стекло греть напрямую, и я ей поверил). Впрочем, «горячей» подобную баню можно назвать лишь условно – нам потребуется подогреть ацетон лишь до температуры кипения (и активного парообразования), а именно 56°C. Я использую такую технику: в качестве емкости я взял стеклянный jar (большую банку) с герметичной крышкой с уплотнением из полиэтилена, не взаимодействующего с ацетоном. Для «холодной бани» я кладу несколько листов бумажных полотенец на дно, и наливаю на них немного ацетона, в случае же «горячей бани» мой jar размещен в кастрюле с водой, которая стоит на дешевой электрической плитке. К крышке, с внутренней стороны, я приспособил маленькую петельку из медной проволоки; из этой же проволоки я сделал крючки. Подогрев один конец такого крючка на зажигалке, я вплавляю его в основание модели, а потом подвешиваю модель за петельку внутри стеклянной емкости с ацетоном. Время обработки модели, для «холодного» способа, может составлять от 30 до 45 минут, для «горячего» - 2-4 минуты максимум.

Как только модель стала «блестящей», аккуратно вынимаем ее из емкости, и подвешиваем «сушиться» (я вывешиваю их снаружи, уж больно воняет смесь ABS с ацетоном, да и для здоровья не очень полезна). Учтите, что обработка («оплавление» ABS пластика ацетоном) будет продолжаться какое-то время спустя и после извлечения, так, что не переусердствуйте, это как раз тот случай, когда «Машу каслом» вполне можно испортить 😊! Конкретные советы по времени дать невозможно, так, что экспериментируйте сами, но принимая во внимание примерный тайминг, о котором я написал выше. Да, вместо проволоки, можно использовать обыкновенную тонкую рыболовную леску – она не взаимодействует с ацетоном, и не мешает обработке (не оставляет видимых следов).

"Финишированные" модели из ABS. "Совушки" – отличный подарок друзьям и знакомым, рекомендую!

Хотя PLA пластик не растворяется в ацетоне, но, для любителей «глянца» все-же существует отличный, и, притом, достаточно простой метод – пост-обработка модели эпоксидной смолой. Для этого нам понадобится прозрачная (crystal clear) эпоксидная смола для поделок. Этих двух банок хватит очень надолго, ибо использовать смолу мы будем чрезвычайно экономно, лишь для покрытия модели тонким слоем. Также нам потребуется дешевая кисточка для нанесения смолы (кисточку можно отмыть потом ацетоном или растворителем, но иногда проще купить кучу дешевых кисточек и просто выкидывать их после использования 😊) Смолу разводим (с отвердителем) по инструкции 1:1, образуется текучая прозрачная субстанция (делаем ее немного, только, чтобы покрыть модель тонким слоем). Кисточкой наносим смолу на модель (можно «не жадничать»), убираем излишки из складок и углублений, потом подвешиваем на леске для «обтекания». Чистая эпоксидка для поделок отличается тем, что остается текучей (и хорошо текучей!) в течение длительного времени, и лишь потом застывает буквально за минуту. За это время смола покроет тонким слоем всю модель, не оставив ни малейшего следа от кисти, излишки ее просто стекут (можно, впрочем, периодически «помогать» смоле, снимая капли), а потом моментально затвердеет, сделав модель глянцевой и гладкой, скрыв и визуально, и тактильно, «бархатистость» слоев печати. Рекомендуется после полного застывания дать изделию еще «прохладиться» как минимум 24 часа, но в данном случае время – наш друг, ведь куда нам торопиться? Результат обработки эпоксидной смолой превосходит обработку ABS в «ацетоновой бане», потому что даже мельчайшие детали модели останутся неискажёнными.

Все разновидности пластиковых нитей (filaments) довольно гигроскопичны, поэтому рекомендуется их хранить в сухом месте, либо пользоваться вакуумными пакетами (самая удобная опция), вот такими, например. Достаточно поместить катушку с filament-ом внутрь такого пакета и откачать воздух прилагаемым насосом.

Кстати, если домашняя 3D печать придется вам по душе, то вскоре вам потребуется дополнительное место для хранения катушек с filament-ами, для этого вполне подойдет старая книжная полка или даже небольшой книжный шкаф (это – если очень увлечетесь). Еще не помешает возле принтера иметь мусорную корзинку, рулон бумажных полотенец, банку с водой и изопропиловый спирт в виде спрея (для очистки печатающих поверхностей).

Тут я хочу вернуться к особенностям печати пластиком ABS: многие абсолютно уверены, что печать ABS невозможна без термочехла для принтера (printer enclosure). Это не совсем верно: небольшие модели вполне возможно распечатать и без термочехла, для этого достаточно лишь выбрать в настройках программы слайсера (об этом будет далее) максимальную температуру для конкретного ABS filament, который вы используете. Производитель обычно указывает диапазон температур печати для своего пластика, для однотипных пластиков от разных производителей эти температуры могут различаться, иногда буквально на десятки градусов. Я порекомендую выбирать температуру печати для hot end (термоголовки) по максимуму, указанному на этикетке катушки, а вот с температурой heating bed нужно экспериментировать: слишком горячая поверхность может покоробить основание модели, испортив печать, так, что вам нужно экспериментально найти «золотую середину».

Но, вообще-то, термочехол – это полезная «фича», и иметь его в хозяйстве будет весьма неплохо. На рынке существует огромное количество чехлов, в ценовых диапазонах от $50 до $120, например, вот такой, но не торопитесь тратить ваши доллары 😉 Отличный термочехол (притом, полностью приспособленный к вашим требованиям, какой вы ни за какие деньги не купите) можно запросто изготовить в домашних условиях из… обыкновенной картонной коробки (из толстого картона), и черной (ну, или любого другого цвета, какой вам по душе) duct tape стоимостью в $7. Ведь наша задача – это отнюдь не изготовление термокамеры промышленного класса, а лишь удержание горячего воздуха внутри принтера. На фото – мой результат; imho, выглядит ничуть не хуже покупного, а держит температуру просто отлично (я подключил температурный датчик к своему RPi Zero, и мониторю его показания с помощью OctoPrint-овского плагина Top Temp – во время печати температура воздуха на уровне heated bed удерживается в районе 44-50°C (в зависимости от температуры, выставленной для рабочего стола в слайсере, а в области термоголовки температура, как минимум, градусов на 10 повыше), чего вполне хватает для практически безупречной печати пластиком ABS.

Теперь я хочу рассказать о действительно необходимой программе для 3D печати, так называемом слайсере (slicer software). Назначение подобных программ – автоматический «перевод» трехмерной модели (в одном из популярных форматов), в управляющую программу на языке G-code для вашего 3D принтера. Существует множество слайсеров, как бесплатных (в основном), так и платных, у каждой программы есть свои пользователи и «фанаты», но я остановился (и вам порекомендую) на, пожалуй, самой популярной программе в этом классе, Ultimaker Cura, зачастую называемой просто Cura. Программа эта бесплатна (хотя существует и платная enterprise версия), активно развивается и поддерживается, этой программой пользуются, без всякого сомнения, миллионы пользователей.

Скачав и установив на свой компьютер (поддерживаются как Windows, так и Mac OSX и Linux) Cura (также вы можете выбрать русский язык в настройках – Cura прекрасно локализована), вы запускаете программу, выбираете ваш тип 3D принтера (там могут быть дополнительные настройки, вроде подключения к OctoPrint) – и программа готова к работе! Далее вам нужно лишь открыть файл(ы) с 3D моделью, разместить и отмасштабировать модель по желанию (Cura предлагает чрезвычайно дружественный WISIWYG пользовательский интерфейс, понятный интуитивно), выбрать подходящий материал (filament) из чрезвычайно обширного списка (или создать свой, на основе шаблона), и запустить «нарезание на слои» (slice), в результате чего получится готовый .gcode файл, который можно сохранить на SD-card, либо отправить прямо на принтер (если вы подключили OctoPrint).

У Cura существует «миллион» настроек, для подробного описания которых потребуется несколько таких статей, но для начала я порекомендую вам более простой путь. Можно либо пользоваться настройками по умолчанию, «играясь» лишь с качеством (или высотой слоя – чем меньше, тем лучше результат, но печать идет дольше) и заполнением (обычно хватает 20%, но никто не мешает вам экспериментировать). Но есть способ и проще: можно импортировать готовые профили, созданные опытными пользователями, в программу, и в дальнейшем, использовать эти профили для печати. Например, для Ender 3 Pro (профили специфичны для каждого типа принтера) можно воспользоваться вот этими профилями: https://www.chepclub.com/cura-profiles.html. Не забудьте, что, после импорта, выбранный профиль необходимо сначала активировать в «Настройках».

На что еще нужно обратить внимание: для некоторых моделей сложной формы с «висящими в воздухе» деталями может потребоваться печать «поддержки»; Cura подсвечивает такие места красным цветом. Это, к сожалению, увеличит время печати и расход пластика, но иначе могут возникнуть проблемы. Иногда эти проблемы можно решить, повернув модель на печатном столе, но однозначные рекомендации тут выдать невозможно – все зависит от конкретной модели и условий печати.

Еще я порекомендую, если вы не нашли ваш filament в списке материалов Cura, создать на основе шаблонного материала свой, и выставить температуру, указанную на этикетке катушки с пластиком. Если вы печатаете без термочехла, то мой совет будет устанавливать максимальную температуру, указанную производителем (и даже можно градусов 5 добавить). Как показал мой личный опыт, при подобных настройках вполне возможно печатать небольшие модели даже «высокотемпературным» пластиком ABS, не говоря уж о PLA, без термочехла (printer enclosure).

Вообще, освоить все особенности и настройки Cura будет весьма полезно; помимо официального сайта с отличной помощью, в интернете существует куча руководств и описаний, так, что дело лишь за временем. Но для начала вполне хватит тех небольших сведений, что я изложил выше.

И, в заключении, я бы хотел дать несколько советов из личного опыта:

На этом я закончу эту вводную в домашнюю 3D печать статью, хотя рассказать еще можно о многом (даже с учетом моего незначительного опыта). Надеюсь, что эта статья была для вас полезна: кого-то, возможно, она подтолкнет к опробованию этого недорогого хобби с достаточно низким "порогом вхождения", кого-то убедит, что это "не его хоби" — в любом случае, думаю, определенная польза есть. Не забывайте также, пожалуйста, поддерживать мои статьи – это сильно мотивирует на написание новых!

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.