Как выбрать 3D-принтер для бизнеса?
5+ ключевых параметров
Материал подготовлен контент-агентством 2red на основе интервью с Сергеем Пришвой – директором интернет-магазина 3D-принтеров 3DRoom.pro.
Опрос более 1000 владельцев предприятий, проведенный французской компанией Sculpteo (специализируется на 3D-печати) в 2018 году, показал, что:
- 93% опрошенных считают наличие 3D-принтеров в компании конкурентным преимуществом;
- инвестиции в создание 3D-прототипов и моделей окупились – это отметили 46% респондентов;
- доля предприятий, работающих по принципу «сначала 3D-печать» выросла с 15% до 22%.
3D-печать используется в разных сферах: медицине, ювелирной отрасли, машиностроении, авиации и даже в маркетинге (например, для создания прототипов сувенирной продукции).
И вот вопрос – а как выбрать подходящий вашему бизнесу 3D-принтер? На что обращать внимание?
Ключевыми будут являться 5 параметров:
- технология, на которой он работает;
- открытая или закрытая у него камера;
- максимальная рабочая температура экструдера;
- количество экструдеров;
- наличие автокалибровки.
Технология печати
На сегодняшний день насчитывается несколько технологий печати, с применением различных материалов и способов. Но в основе всех этих технологий лежит один и тот же принцип – так называемое послойное выращивание твёрдого объекта.
Проведем краткий экскурс в эти методики, особо не углубляясь в научные дебри. Начнем, пожалуй, с наиболее простой и доступной технологии.
Экструзионная технология
То же, что и моделирование методом наплавления (английская аббревиатура FDM, или Fused Deposition Modeling). Для нее характерна возможность работать сразу с несколькими расходниками и в цвете. Суть методики такова: раздаточной головкой принтера на основу послойно выплавляются нити толщиной от 1,75 до 0,1-0,6 мм в зависимости от того, какое сопло установлено. Они успевают слипнуться между собой до момента застывания. Таким образом формируется контур будущего предмета.
Одна из методик экструзионной технологии – робокастинг, на этикетках указывается как DIW – Direct Ink Writing, или «прямое написание чернилами». Фактически, печать и формовка контуров предмета происходят за счет псевдопластичности состава, который используется в качестве чернил. Так же, как и при FDM-технологии, возможно применение нескольких материалов одновременно и цветная печать.
Чаще всего FDM-методика применяется для быстрого производства и разработки прототипов деталей. После испытания при необходимости модель легко модернизируется и печатается по-новому. В быту зачастую дальше сувениров, игрушек, украшений и разной мелочевки дело не заходит.
Кроме чистых пластиков можно применять смеси с наполнителями или смеси, имитирующее разные поверхности (древесину, металлы, природный камень). Например, состав Laywoo-D3 содержит в себе древесную пыль и позволяет «напечатать» почти деревянную мебель.
Фотополимеризация
Это технология, при которой УФ-лазер, либо УФ-матрица засвечивает жидкий фотополимер. В английском аналоге можно встретить название Laser Stereolithography (лазерная стереолитография, SLA). Засвечивание может происходить через фотошаблон, напрямую попиксельно или через маску жидкокристаллического экрана. Данная технология хорошо подходит для ювелирного производства и медицины.
В отличие от технологии MJM само оборудование и расходные материалы в разы доступнее, а качество хоть и уступает, но незначительно. Как правило, ювелиры печатают сначала модель украшений, из которых потом делают форму для литья драгметалла. Стоматологи тоже сначала делают мастер-модель, по которой потом отливаются коронки. MJM хоть и точнее, но само золото дешевле, чем расходники.
Минус – ни цветная печать, ни использование сразу нескольких материалов для работы по этой технологии невозможны.
Формирование на выровненном слое порошка
В эту категорию входит целый ряд методик:
- 3D-печать (3D Printing или Three-Dimensional Printing) – посредством струйной печати происходит склеивание порошка при помощи подаваемого через сопла жидкого клея.
- Электронно-лучевая плавка (EBM) – в вакууме за счет высоких температур плавится металл посредством электронного луча.
- Селективное и прямое лазерные спекания (SLS и DMLS) – методики в целом схожи, в обоих случаях плавление порошка происходит при помощи лазера, при прямом спекании используется металлический порошок.
- Выборочное тепловое спекание (SHS) аналогично лазерному, но порошок плавится нагревательной головкой.
Применение одновременно нескольких материалов при печати по этой технологии невозможно, но при помощи 3D-печати можно получить цветное изображение.
Плюс технологии на выровненном слое порошка – можно использовать в работе металлическую пудру, песок, керамику или воск (помимо ряда пластиков).
С помощью этих технологий можно изготовить не только прототипы деталей, но и модели для литья, песчаные формы, стержни, применяемые в металлургии, фрагменты пресс-форм и небольшие металлические изделия или элементы.
Подача проволочного материала (EBF) основана на методике плавления подаваемой проволоки при помощи электронного излучения. Ограничений по одновременному применению разных материалов и получению цветной печати в данном случае нет.
При ламинировании (Laminated Object Manufacturing, LOM) происходит как бы «послойное нарезание» лазером контуров объекта в каждом слое рабочего материала, после чего они склеиваются между собой. Возможны как цветная печать, так и применение в работе нескольких материалов.
По большей части процесс ламинирования используется при необходимости создания прототипов деталей и архитектурных макетов.
Важно! При изготовлении деталей выделяется много дыма, поэтому потребуется хорошая вытяжка. Особенно стоит учесть этот нюанс, если в качестве рабочего материала применяют бумагу.
Методика многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM)
В данном случае речь идет о моделировании посредством струйной печати. Эта технология позволяет работать с воском и пластиком, отлично подходит для архитектурного и промышленного дизайна, а принтеры, работающие на ней, обладают очень хорошим разрешением и позволяют пропечатать мельчайшие детали.
Воск в данном случае используется как поддержка, которая потом очень легко смывается. Качество, и правда, шедевр, вот только сам принтер стоит несколько миллионов, расходники тоже идут от десяти тысяч за литр, да и само обслуживание дорогостоящее.
У одного из наших покупателей такой принтер со временем стал пылиться на складе, потому что в очередной раз выкладывать сотни тысяч на его ремонт он не захотел. К нам он пришел за более дешевым в обслуживании аппаратом.
С помощью двух предпоследних методик можно получить цветные модели с применением нескольких материалов.
И какую технологию выбрать?
- Для дома или небольшого производства выбирайте модели на FDM. Недорогие модели, недорогое обслуживание. Чаще всего используются для изготовления прототипов из обычного пластика.
- Технология лазерной стереолитографии или SLA подойдет для ювелирного производства и медицины. Ярких сувениров напечатать не получится, зато к вашим услугам высокая точность в мельчайших деталях. Эта технология также используется дизайнерами.
- Если нужны формы для литья, стержни, металлические изделия – обратите внимание на формирование на выровненном слое порошка (и входящие туда технологии). Только они позволяют работать с металлом и керамикой.
- Яркие точные модели из нескольких материалов (воск, пластик) получатся при использовании технологий точечной подачи порошка и многоструйного моделирования.
Камера
Существуют два типа камеры: открытая и закрытая. Каждая из них хороша для своих целей.
Принтер с открытой камерой
Подойдет, если печатать планируется только полилактидом (PLA). Сами свойства материала таковы, что он довольно долго схватывается. Поэтому камера с хорошей вентиляцией будет как нельзя кстати. Рабочая температура у PLA сравнительно невысока по сравнению с ABS: на экструдере при подаче 190-210 градусов, стола – 40-60 соответственно. Правда, и эксплуатационные температуры материала оставляют желать лучшего: от -20 до +40 градусов.
Принтер с закрытой камерой
Закрытая камера и стол с подогревом хотя бы до +120 уже вполне подойдут для работы с ABS-пластиком.
Недобросовестные продавцы могут выдавать за принтер с закрытой камерой вариант, когда перегородки стоят только по бокам или сверху, эдаким прозрачным «аквариумом».
По-настоящему закрытая камера, как правило, встречается у принтеров, имеющих подогрев стола +130 и выше. На таких агрегатах уже можно использовать поликарбонат, полипропилен, нейлон и многие другие материалы. Цена на него, правда, тоже хорошая, пятизначная, зато такой 3D-принтер подойдет не только для дома, но и для бизнеса, останется только выбрать модель с нужными параметрами.
Как резюме – стоимость 3D-принтера с закрытой камерой и хорошим подогревом рабочего стола может в разы превышать цену на устройство с открытой камерой без нагрева.
Необходимость же вкладываться в оборудование зависит от того, какая точность производимых деталей требуется и какие планируется использовать материалы для работы. Чем больше материалов потребуется, тем выше ценник на принтер. Лучше сразу покупать более функциональную (пусть и дорогую) модель, чем брать сначала дешевую, а потом подороже.
И какую камеру выбрать?
Принтеры с открытой камерой подходят только для печати полилактидом (PLA).
- Если в будущем вы планируете работать с ABS-пластиком, покупайте модель с закрытой камерой. Обратите внимание – у него должен быть прогрев стола +130 и выше.
Экструдеры
Это те самые сопла, подающие расплавленный материал, который после высыхания станет моделью. Здесь есть два важных параметра: температура и количество экструдеров.
Максимальная температура экструдера
От нагрева сопла на экструдере зависит то, с каким материалом может работать принтер.
Параметры рабочих температур для разных видов пластика:
- полилактид (PLA) – 190-220;
- акрилонитрил бутадиен стирол (ABS) – 220-260;
- полиэтилентерефталатгликоль (PETG) – 230-250;
- поликарбонат – 260-300;
- нейлон (ePA) – 235-260;
- поливинилацетат (PVA) – 190-200.
Исходя из этих данных уже можно подбирать 3D-принтер с теми или иными параметрами экструдера. Что касается указанных выше материалов (а это лишь капля в море из имеющегося на рынке ассортимента), каждый из них подходит для какого-то конкретного, иногда довольно узкого, спектра задач.
Например:
- PLA – для дома и школьных учреждений, так как материал полностью органический и нетоксичный;
- ABS – для работы в агрессивной среде;
- ULTRAN 630 – для деталей, которые будут эксплуатироваться при высоких температурах;
- фотополимеры SLA – для ювелирной и медицинской отрасли.
Материал PETG пока только набирает популярность, поэтому мнение о нем двоякое. Но он уже «отхватил» почти 20% рынка пластиков, против 40% у PLA.
Количество экструдеров
Один экструдер – один материал. Если нужно напечатать двухцветную модель, потребуются несколько сопел.
Можно ли обойтись одним экструдером, если нужна только одноцветная печать? Далеко не всегда.
Если, к примеру, в качестве материала используется PLA, и поддерживающие элементы изготавливаются также из него, возникает проблема их аккуратного дальнейшего удаления. И вот тут оказывается, что второй экструдер был бы очень кстати. Например, если в качестве материала для поддерживающих элементов использовать PVA, то его несложно удалить даже при помощи воды.
Поэтому если печатаемые прототипы достаточно сложные, с множеством нависающих элементов – без нескольких экструдеров эксплуатация 3D-принтера станет затруднительна. Неизбежен производственный брак, а при больших объемах работ экономия при покупке простой модели может стать не только разочарованием, но и принести убыток бизнесу.
И какое количество экструдеров выбрать? И какую температуру?
Температура экструдера определяет, с какими материалами можно будет работать. Отталкиваться тут стоит от материала, а не от модели.
- Принтеры с одним экструдером за раз печатают одним материалом одного цвета.
- Если нужны двухцветные модели – выбирайте принтер с двумя экструдерами. Если нужно печатать сложные прототипы – выбирайте принтер с двумя экструдерами.
- Если бюджет ограничен, но выполняемые задачи не слишком сложны, то простой недорогой 3D-принтер с одним экструдером (для работы с PLA) – это как раз тот вариант, который можно выбрать для использования дома или на предприятии.
Двухэкструдерные принтеры берут только для того, чтобы легко можно было убрать поддержку. Для цветной печати они как правило не используются, для этого есть принтер XYZPrinting da Vinci Color.
Наличие автокалибровки
Принтеры в общем смысле делятся на три группы:
- с ручной калибровкой;
- с полуручной калибровкой;
- с автоматической калибровкой.
Если калибровка не проведена или проведена плохо, прототип точным не получится. Будут появляться пустоты, может отсоединяться нить в процессе печати или самое печальное – может пострадать сопло или стол.
Проводить калибровку придется регулярно. Впервые вы с этим столкнетесь после покупки принтера.
Принтеры с ручной и полуручной калибровкой стоят несколько дешевле своих «автоматических собратьев», но это тот самый случай, когда скупой платит дважды, потому что на ручную калибровку вы потратите время, нервы и деньги на дорогой расходный материал.
А что насчет минимальной толщины слоя?
Чем тоньше слой, тем лучше – не всегда верно. Если нужно изготовить модель с большим количеством мелких деталей, например, нечто наподобие гравюры или резьбы – без тонких настроек не обойтись.
У хороших, качественных FDM-принтеров, как правило, минимальное разрешение составляет 0,05 мм, и этого чаще всего хватает. Хотя тут есть свои нюансы.
Если настроить толщину слоя у детали, для которой не нужна особая четкость, например, не 100, а 25 микрон, то скорость ее изготовления упадет практически в четыре раза: так как количество слоев станет в четыре раза больше.
Какой смысл делать такое разрешение, скажем, на изделии с четырьмя плоскими стенками, расположенными под прямым углом? А если у принтера еще и сбита калибровка, то чем больше слоев, тем больше можно увидеть искажений на конечном изделии.
И какой принтер мне купить?
Все зависит от нужд бизнеса:
- Если нужна печать прототипов со сложными деталями, стоит выбирать MJM либо принтер с технологией FDM.
- Ювелирам и стоматологам подойдет SLA принтер.
- Для печати металлов (деталей, прутов, форм) подойдет только принтер с технологией формирования на выровненном слое порошка.
- Если планируете печатать простые прототипы рабочих моделей с малым количеством навесных деталей – можно сэкономить и купить 3D-принтер с одним экструдером и технологией FDM.
- Если планируете печатать разными цветами или фигурки с большим количеством навесных деталей –не скупитесь на модели с двумя экструдерами (либо выбирайте модель XYZPrinting da Vinci Color).
Если после прочтения статьи вы все еще затрудняетесь подобрать подходящую модель (или вид) принтера – проконсультируйтесь у продавца перед покупкой.
Обстоятельный материал, спасибо)