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.

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.

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.

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.

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.

Минус – ни цветная печать, ни использование сразу нескольких материалов для работы по этой технологии невозможны.

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.

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.

С помощью двух предпоследних методик можно получить цветные модели с применением нескольких материалов.

• 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.

Существуют два типа камеры: открытая и закрытая. Каждая из них хороша для своих целей.

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.

Закрытая камера и стол с подогревом хотя бы до +120 уже вполне подойдут для работы с ABS-пластиком.

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.

• 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.

Это те самые сопла, подающие расплавленный материал, который после высыхания станет моделью. Здесь есть два важных параметра: температура и количество экструдеров.

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.

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.

• 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.
  

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.

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.

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.

#3d_печать #производство #3d_для_бизнеса