Blue Flower

Статья будет полезна тем, кто о принтерах узнал только вчера. Приведу много ссылок, которые были мне полезны, пока знакомился с миром 3D-принтеров. Эта статья поможет вам копать в нужную сторону :)

Уже после написания я стал натыкаться на другие статьи, часто даже подробнее (например этот цикл), которые мне очень бы пригодились в прошлом - теперь будет еще одна статья. 
Даже если я повторяю других, это будет полезно.

Комментируйте, если что-то забыл – готов вносить уточнения)

Покупка

Существует такой замечательный принтер Prusa – именно он и его модификации являются самыми используемыми дешевыми принтерами. Внешне такой принтер не перепутать – стоит один раз увидеть нечто похожее и сразу станет ясно (см. фото в начале).
Покупая Prusa-подобные принтеры (а именно на базе этого принтера создан мой Anet), следует понимать, что это в первую очередь классный конструктор и только во вторую рабочий станок. Далее у вас есть два пути – после минимальных донастроек и доработок печатать себе клеевые штуки или начать улучшать его, придумывать модификации и переработки и, в конце концов, сделать новый принтер. Я считаю, что второй вариант самый классный – для меня благодаря Anet открылся огромный и удивительный мир калибровки, моддинга, редактирования прошивок и даже установки Линукс на микроплаты. Это здорово)

Из минусов – на моддинг уходят деньги, хоть и не много по сравнению с ценой принтера; пластик тоже не дешев; жена долго ревновала меня к принтеру; скорее всего вам придется научиться спать под жужжание.

Я не знал о 3D-печати НИ-ЧЕ-ГО, кроме общего понимания принципов (плавится пластик и укладывается слой за слоем в форме модели). Даже на этот сайт наткнулся уже после начала печати. Желание купить какой-нибудь принтер родилось, когда на AliExpress увидел, что это можно сделать до 20 тыс. руб. 

Без дополнительной информации, кроме той, что есть в описании товара на Али, я выбрал Anet A6 (на тот момент 17 т.р.). Причем при покупке надо понимать, что товар доставят курьером в рабочее время, а значит, либо вы заказываете на рабочий адрес, либо дома должен кто-то его принять. Еще весьма удобно, что у многих есть склад в России, это указано в профиле товара и вы и покупке можете выбрать доставку из России - 1-2 недели.

В комплекте вам положат маленький моток пластиковой проволоки для печати – его хватит ненадолго и надо бы купить еще. Также можно попросить продавца положить побольше – мне согласились положить 0,5кг, и этого достаточно, чтобы начать. 

Скажу сразу, пластик чаще дешевле покупать в России – для меня это было шоком, но о пластиках отдельно.
Кстати, если затрудняетесь понять, что же за пластик к вам положил китаец - горит и коптит ABS, еле загорается и не коптит PLA. Других видов они положить не могли.

Собрал по подробной видео инструкции и в ее продолжении. Она оказалась наиболее подробной из найденных.

Проблем при сборке не возникло – только нужно помнить, что корпус из акрила, а значит, болтики затягиваем аккуратно, чтобы не треснул. И не запутаться с осями XYZ-подача, кулерами - если перепутаете оси, плата не сгорит, не бойтесь, просто выключите принтер и подключите иначе. О них ниже, в конструкции принтера.

Также важно не бояться. Все, что вы собираете, можно пересобрать. Все, что вы сломаете (с первого раза тяжело) или неправильно отрежете, можно дешево купить на AliExpress.

О покупке именно этого принтера ни разу не пожалел – оказался хорошим и лишенным многих проблем Prusa, о которых читал на форумах. Разве что советую металлическую модификацию.

Краткое описание конструкции принтера

2.JPG
  1. Корпус, который держит остальные составляющие.
  2. Блок питания, который выдает нужное для работы напряжение.
  3. Управляющая плата, к которой подключаются все провода и которая управляет движениями и нагревами принтера.
  4. Экран. Нужно понимать, что на него не только выводится информация, но он также учувствует в управлении принтером.
  5. Шаговые двигатели (в моем случае их 5). По одному по осям X, Y, два для оси Z, один для подачи пластикового прутка.
  6. Каретка с печатающей головкой – в Anet она присылается в сборе, на ней находится экструдер (наша печатающая головка, та часть принтера которая нагревает пластик и выпускает его тонкой нитью через сопло, туда же входит и радиатор для отвода тепла), мотор для подачи пластикового прутка, кулер обдува экструдера, кулер обдува модели.
  7. Горизонтальные направляющие (слева направо) – это ось X. На них находится каретка, которую двигает мотор, находящийся сбоку, с помощью ремня.
  8. Вертикальные направляющие – это ось Z. По ней двигаются направляющие X с помощью валов с резьбой, которые вращают два двигателя, стоящие на земле.
  9. Горизонтальные направляющие – это ось Y. По ним двигается стол.
  10. Стол на горизонтальных направляющих, который часто имеет подогрев. Его движениями управляет двигатель, горизонтально лежащий на земле, с помощью специального ремня.
  11. Концевики – три концевика в конце каждой оси, которые сообщают принтеру, что двигаться больше некуда и именно здесь находится нулевая точка отсчета.
Подробное описание конструкции экструдера с советами по сборке (если у вас он разобран) есть вот на этом сайте. Я считаю, она обязательна к прочтению и сильно упростит вам дальнейшую работу.
Если в плате присланной вам проблемы с прошивкой, то вот как ее прошивать в Anet A6: http://3dtoday.ru/blogs/maxwell2010/the-firmware-of-the-printer-anet-anet-a6-version-v20/. А вот официальная группа в которой есть свежие прошивки: https://www.facebook.com/groups/1068531466501015/

Подготовка стола к печати и адгезия

В этом видео от того же китайца описана калибровка стола. Это очень важно, от калибровки зависит, сможете ли вы напечатать хоть что-нибудь. Смысл калибровки ясен из той картинки:
3.jpg

Как это происходит (подробности управления экраном есть на видео): 
  1. Закручиваем все винты, выравнивающие стол до максимума.2. На экране управления заставляем все оси прийти в ноль.
  2. На экране управления заставляем все оси прийти в ноль.
  3. На экране отключаем моторы.
  4. Двигая руками стол и каретку по осям Y и X над всеми углами стола, выкручиваем все винты стола так, чтобы он был чуть-чуть ниже сопла.
  5. Теперь берем кусочек листа офисной бумаги А4 (не из блокнота – там часто другая толщина) и подкладывая его между соплом и столом настраиваем винты стола так, чтобы бумага, при попытке ее достать ощутимо тормозилась соплом, но при ее убирании сопло не касалось стола.
Как определить, что уровень настроен правильно? Легко - если вы неверно его настроили, то получите один из двух вариантов:
  1. Сопло тащит за собой расплавленный пластик по столу, он налипает на сопло, заворачивается вокруг сопла или уже напечатанный слой дыбится - значит уровень стола слишком низок.
  2. Сопло чертит по столу, рвет приклеенную пленку или скотч, первый слой (а то и несколько) прозрачны и почти не видны, слышны щелчки от мотора подающего пластик - значит стол слишком поднят относительно сопла.
Причем, второй случай все еще обеспечивает хорошее прилипание модели (об этом ниже), и я долго печатал именно так не подозревая подвоха. А подвох вот в чем - из-за того, что принтер пытается подать пластика на полноценный слой, а деваться пластику некуда, расплавленный пластик начинает подниматься в трубку термобарьера и забивать ее. В моем случае, несколько раз подряд прекращалась печать в паре сантиметров от печатной поверхности, а потом принтер перестал печатать совсем. При разборе я увидел, что прямо за кулером в трубке термобарьера пластик. Пришлось разбирать экструдер и выплавлять оттуда лишнее.
Чтобы напечатанная модель держалась на печатном столе принтера, необходимо, чтобы первый слой печати хорошо к нему прилип, чтобы была хорошая адгезия. В зависимости от типа пластика он может сам хорошо прилипнуть или ему надо помочь.

Главный способ помочь пластику прилипнуть – нагреть до нужной температуры стол принтера (кратко – 60 для PLA и 100 для ABS).

Чтобы изменить поверхность стола, используют множество других способов: 
  • наклеивают малярный скотч (в ABS пластике задирается вместе с краем модели);
  • наклеивают «синий» скотч (у нас не распространен и см выше);
  • смазывают ПВА (не уверен, что помогает);
  • брызгают лаком для волос (точно работает Nelly, который у нас прибран 3D фирмами и дорог, с остальными разные результаты – аккуратнее, прикрывайте все детали, чтобы не испортить их лаком!);
  • сбрызгивают пивом или колой с сахаром (работает, но не слишком эффективно);
  • используют стекло и зеркала (считается, что зеркало ровнее стекла);
  • покупают ситаловые стекла (крайне скептические комментарии к таким статьям одного автора);
  • используется клей-карандаш (рекомендуют ЭрихКраузе, надо пробовать и читать советы - у всех разное);
  • используют ABS-сок и PLA-сок - это пластики (можно отработанные) растворенные в ацетоне до состояния мягкого крема, который намазывают на горячий стол. Им же можно "ремонтировать" готовую деталь. (Работает отлично, но имеет сильный неприятный запах);
  • используют специальные продающиеся адгезивные пленки (не пробовал);
  • используют Brim при подготовке модели к печати (эти настройки обязательны, если пластик отлипает).
Это комментарии исходя из моего опыта - однако, у всех выходит свое. Пробуйте.
Какую бы вы прослойку не использовали, необходимо учитывать ее высоту при калибровке.
Перепробовал все это и написал комментарии выше. Но! У меня для Anet A6 лучший результат получается на чистом столе! У этого принтера отличная, чуть шероховатая алюминька – к ней шикарно все прилипает.

Чуть позже вы займитесь такой штукой, как автокалибровка, но это явно позже. Наиболее часто рассматривается способ калибровки индуктивным датчиком.
Вот статья про альтернативные способы калибровки: http://3dtoday.ru/blogs/injener3d/the-device-for-calibration-of-desktop-3d-printer/.
Также, чтобы скрасить неровности стола и калибровки, рекомендуется в настройках печати увеличивать толщину первого слоя относительно остальных, иногда в несколько раз.

Конструкционные особенности «заправки» принтера

Как ни странно, мало где описано, как заправлять пластик в принтер. Наверно, считается, что это должно быть интуитивно понятно, и тем не менее, обсудим это на всякий случай.

Существует 2 типа подачи филамента (пластиковой проволоки для печати):
  • Прямая подача, когда мотор, тянущий филамент находится прямо на каретке над экструдером. Так получается более точная подача пластика, но мотор тяжелый и создает дополнительную инерцию по оси X. Вот так (схематично) он выглядит на Anet за кулером обдува экструдера:
5.jpg
  • Боуден подача, когда за мотором, тянущем филамент находится гладкая трубка, утыкающаяся в экструдер. Это практически необходимая конструкция для принтеров со слабой конструкцией при наличии нескольких экструдеров (каждому нужен свой мотор). Эта конструкция облегчает ось X (а значит и Z), но сложнее настроить точную подачу – чаще встречающейся и сильнее выраженной проблемой являются самопроизвольно вытекающие «сопли» из сопла. Также, в этом случае есть возможность реализовать быструю смену нескольких пластиков.
6.jpg
Сам мотор оснащен механизмом подачи:
  • острой шестерней, которая, впиваясь в пластик, протаскивает пруток дальше;· роликом, который прижимает пруток к острой шестерне;
  • пружиной, которая через рычаг прижимает ролик к острой шестерне;
  • винтиком, торчащим над пружиной, который регулирует степень натяжения пружины... через рычаг... в доме, который построил Джек.
7.jpg
Задача заправки филамента решается следующим алгоритмом: 
  1. нагреть экструдер до рабочей температуры (на экране принтера выбираем пункт Prepare и нужный вид пластика);
  2. протолкнуть пластик между роликом и шестерней, пока он не начнет выдавливаться из сопла.
В Anet A6 прямая подача, а механизм протяжки филамента скрыт кулером обдува экструдера (тот, что с металлической решеткой).
1-8.jpg


Итак, заправка Anet A6.

  1. Проверим, ровный ли конец у прутка, нет ли там наплыва, недообломанного кончика, и если есть, то обрезаем.
  2. Распрямим пруток пластика так, чтобы крайние 5см были максимально ровными.
  3. Действуем на ощупь – надо нажать на торчащий сверху на каретке заметный винтик, прижав пружину и не отпускать до самого конца;
  4. Вставляем проволоку в отверстие рядом с винтом, он должен сам попасть между роликом и шестерней, но через 2-3 см уткнуться – он не попадает в отверстие экструдера.
  5. Шерудим прутком, пока он не протолкнется дальше.
  6. Когда пластик протолкнулся дальше, из сопла пойдет расплав – пружину можно отжать, мы закончили.
Далее располагаем катушку на подставке (идет в комплекте) или на любой горизонтальной планке так, чтобы пруток свободно раскручивался и катушка никуда не ускакала.

Также очень важно откалибровать скорость подачи пластика, многие упускают этот момент. Без калибровки пластик может подаваться чуть больше или чуть меньше, чем должен по расчетам.
Вот статья, как это делается: http://rusabs.ru/blogs/blog/kak-otkalibrovat-ekstruder-3d-printera.

Если у вас есть доступ к модифицированию прошивки, что это достаточно сделать один раз - так, как в статье.
Если доступа нет, как в Anet A6, то следуем инструкциям той же статьи, но полученные значения вводим в каждом используемом слайсере в разделе настроек пластика - "Flow" для Cura и "Extrusion multiplier" для Slik3r. О слайсерах ниже.

Виды филаментов

Информации про это довольно много. В России наиболее популярны ABS, PLA и Нейлон. Также, существуют пластике растворяющиеся в воде, выглядящие как дерево, бронза, керамика и т.д. 
Они все имею разную твердость, жесткость, дают разный результат по внешнему виду. 

Выбрать качественный пластик очень важно - из-за него могут быть очень большие проблемы с настройкой принтера (пока я пользовался китайским пластиком из комплекта к принтеру успел пожалеть о покупке, а когда перешел на вновь купленный (не буду рекламировать) стало гораздо лучше!

Все виды филаментов имеют особые рекомендации: температуру экструдера, стола, степень обдува и т.д. Кроме того, все свойства могут отличатся и по производителю. Рекомендую купить пачку пробников разных производителей и сравнить для себя.
Ссылку на один из комплектов пробников привел в комментариях.

С PLA работать во многом проще - он легче прилипает к поверхности, ему нужны меньшие температуры, и главное, что ему не мешает, а даже нужен обдув. Это позволяет сделать более точные детали при прочих равных.
В ABS есть нюансы - с ним вообще не рекомендуется работать в не закрывающимся принтере. Дело в то, что ABS любит, чтобы вокруг него была теплая атмосфера, а на ветерок из окна реагирует неадекватно. С ним част эффект отлипания краев модели от поверхности стола и загибание углов (корабление). С этим можно бороться способами описными в разделе "адгезия" - например для этого материала очень часто нужна настройка "Brim".Некоторые чтобы это исправить накрывают принтер картонной коробкой или пластиковым контейнером и прогревают там воздух греющим столом: http://3dtoday.ru/blogs/crazytigra/home-for-3d-printers-mz3d/.
Это помогает. Но можно пробовать и без этого. Необходимо помнить, что электронике от нагрева не слишком здорово и лучше ее вынуть за приделы накрытого корпуса.

Так же, хороший результат для ABS дает печать стенки вокруг модели одновременно с ней - это можно реализовать дорисовкой такой стенки в 3D-редакторе или просто указывая число слоев в функции "Skirt" в слайсерах равное количеству слоев в модели (кажется нет в Cura). Тоже дает хорошие результаты.

Чтобы определить оптимальную температуру для данного конкретного пластика надо распечатать модели на разных настройках - для этого используют башни из повторяющихся элементов печатающихся с разной температурой. Для себя я сделал коды таких башее для PLA и ABS: https://yadi.sk/d/OukvRpZIxDUeD. Например в PLA печатается от 240C до 204 с шагом в 6C, и последний прогон на средних 220С - для себя вы можете выставить нужные температуры отредактировав эти файлы в "Блокноте" и изменив значения температуры напротив команд M109.

Программное обеспечение для принтера

Принтер может печатать в двух режимах - либо с SD-карты, либо через USB с компьютера. Первый случай считается гораздо надежнее - не задеть провод передачи данных, не зависит от загруженности компьютера, дешевле электричество, жжужжание можно убрать в дальнюю комнату..
Зато, во втором случае гораздо удобнее менять настройки "на лету", нагляднее виден статус принтера, не надо бегать и вставлять SD карту, удобнее делать мелкие операции "поднять экструдер", "откалибровать платформу".
В моем случая печать через провод позволяет мне еще и выключать принтер удаленно - я наблюдаю через teamviewer за печатью, а когда она закончена, выключаю компьютер. После этого бесперебойник выключает все периферийные устройства.
Есть еще третий способ - печать через OctoPrint, но это тема не одной статьи.

На данный момент принтер уже готов к печати. На SD карте которая шла в комплекте обычно есть файл "test.gcod". Если нет, то вот мой пример куба: https://yadi.sk/d/hXsU-aifxGDo8 .
Для печати с SD нужно вставить ее в плату управления и выбрать нужный файл на экране.
Чтобы подготовить такой файл необходимо пользоваться программами приведенными ниже - у них у всех есть кнопка "Записать на SD".

Однако, нам надо настроить и подключение с помощью USB-провода.

В комплекте с принтером шли какие-то драйверы и Repetier-Host, который я скачал новее с офф-сайта. Repetier-Host – это бесплатная интуитивно понятная и почти русифицированная программа для печати на 3D-принтере. С него и советую начинать –гайд по Repetier.
Основной формат 3D -моделей, который они понимают – это STL (формат пустотелой модели).

В STL умеют переводить почти все известные программы, обрабатывающие 3D -объекты, для начала надо напечатать куб, чтобы оценить выравнивание поверхностей, качество печати, усадку. Вот настройки подключения Anet A6 к Repetier-Host:
1-9.JPG
1-10.JPG
1-12.JPG
1-11.JPG
Есть еще две наиболее популярных – бесплатная Cura и платный Simplify3d. На нашем сайте довольно популярна Cura (гайд по программе), но она официально не поддерживает русский язык – вот отличная сборка одного из форумчанинов, где все переведено и добавлено множество дополнительных фишек. Simplify3d есть на rutracker. Сам я с успехом пользовался Repetier, но недавно его настроек мне стало не хватать, и перешел на Simplify.

Слайсеры

Все перечисленные программы – это оболочки для удобства работы с принтером и моделью. В них входят слайсеры– это «подпрограмма» которая разбивает нашу 3D-модель на слои, просчитывает, каким образом будет двигаться печатающая головка, как много выдавливать пластик и пишет G-код. Слайсер – самая главная программная часть печати.

Например, при одних и тех же настройках в слайсере Cura у меня получалась шероховатая поверхность фигурок, а в Slik3r – гладкая. Вообще, советую начинать со Slik3r.
Вот главные термины, которые нужно знать:
  1. Диаметр сопла – это диаметр отверстия, из которого идет нагретый пластик, он должен быть написан сбоку на сопле. Ну и у продавца на Али, но это не точно. =) Чаще всего значение 0.4.
    1-IMG_20161019_154254.jpg
  2. Толщина слоя – это толщина линий, на которые разбивает модель слайсер в вертикальной плоскости. Чем тоньше, тем качественней будет поверхность, но дольше будет печать. Есть верхний и нижний пределы, зависящие от диаметра сопла, принтера, материала. Для меня это от 0.1 до 0.3.
  3. Температура сопла – зависит от материала и производителя (об этом ниже). Если ничего не знаете, поставьте 225, а потом разберетесь.
  4. Температура стола – большинство принтеров имеют подогрев стола, он необходим для того, чтобы печатающаяся модель прилипла к столу и хорошо держалась на протяжении всей печати. Зависит от материала и принтера. Грубо – для PLA 60, для ABS 100, подробности в разделе про материалы.
  5. Скорость печати – чем выше скорость, тем быстрее будет печать, но менее точной. Зависит от типа принтера, типа сопла и материала. Для первой модели давайте поставим 30мм/с для верности, а позже увеличим.
  6. Заполнение. STL формат – это пустотелая 3D-модель. 0% заполнение – деталь будет полой, печатаются только стенки, 100% – деталь полностью заполнена пластиком. Первый случай слишком хрупкий, и верхняя грань напечатается плохо потому, что ей не на что опираться, второй случай дорогой, долгий и редко необходимый. Стандарт 25-30%.
В Cura (гайд по настройкам) и Simplify3d (гайд по настройкам и продолжение) входят собственные одноименные слайсеры. В Repetier-Host их три – Cura, Slik3r (гайд по настройкам Cura в Repetier и Slik3r в Repetier) и Skeinforge (который никто не использует).
Скриншот 19.10.2016 155818.jpg
То, с чем у меня были долгие и упорные мучения (напоминаю, я не знал о нашем сайте и не у кого было спросить совета), – отправные настройки печати в слайсере. После множества одинаковых моделей напечатанных с разными настройками у меня наконец-то стало получаться! Надеюсь, вам не придется проходить весь этот период, и вот настройки на которых у меня получается хорошо для Cura, Slik3r и Simplify3d (не советую начинать с него) – там слишком много фото, выкладываю ссылкой на папки с картинками, никаких архивов.

Понятное дело, что это только отправные настройки, которые вы будете корректировать под свои нужды и с учетом особенностей модели, которую вы печатаете.

Например, вот объяснение, от чего зависит и на что влияет толщина слоя.

Если ваш слайсер ругается на модель, дескать она не замкнутая, то вот отличное решение от Microsoft. Просто загружаете туда модель и сайт дает исправленную. Но регистрироваться там ооочень долго. :) В Simplify эта функция встроена.

Кстати, есть замечательная возможность смены нескольких цветов (а иногда и видов пластика) на принтерах с одним экструдером в течении печати одной детали. Кратко - ставите принтер на паузу и меняете пластик 8)
А подробнее вот здесь.
И вот здесь: http://3dtoday.ru/blogs/sky-digger/budget-color-printing/ .
Также из "фишек" - настройка мелодий при разных событиях печати с помощью слайсера: http://3dtoday.ru/blogs/sky-digger/the-sound-of-the-printer/

G-code

Я уже писал выше, что слайсер создает код понятный принтеру G-code. Очень скоро у вас появится необходимость в него залезть и изменять (в Repetier-Host это очень легко - достаточно нажать "Просмотр печати" и "изменить G-code). Чтобы понимать, как он строится вот статья. В конце нее ссылка на полный список команд.

Проблемы при печати

Они у вас будут. Временами будут выходить просто чудовищные вещи, временами просто косые. Вот отличная статья об основных встречающихся проблемах и их решениях, которую впервые разместили на сайте Simplify3d, а потом перевели именно силами 3dtoday, вот собрание ссылок переведенный кусковВот та же статья удобно скомпилированная, но на сайте магазина (не реклама, даю альтернативу). Так же, не безынтересна вот эта статья.

Также, вот интересный сбор сведений о допечатке внезапно прерванных моделей, а еще интересное видео об этом.

В целом не стесняйтесь задавать вопросы здесь - сайт очень отзывчивый :)

Постобработка

После того, как вы распечатали модель она редко бывает идеальной. Надо удалить поддержки, счистить остаточный пластик, сделать так, чтобы не были видны слои печати. Вот хорошая статья, где рассказывается об постобработке - не забудьте прочитать комментарии. Эта статья даст вам понимание, что именно вы хотите узнать и вы уже сами сможете найти более подробную информацию.

Лучшие результаты дает ацетоновая баня - как горячая, так и холодная. Однако, запах сильный и не полезный для здоровья.

Сам я использую Дихлорметан - он не пахуч и хорошо обрабатывает поверхность, главное не переусердствовать, иначе появляются белые пятна. Есть два нюанса - он ядовит (примерно как ацетон) и он слаб при обработке ABS. Покупайте его не в 3д магазинах, а в хим.реактивах - в несколько раз дешевле.

3D-редакторы

Наиважнейший вопрос "откуда же брать модели для печати?". Здесь: http://www.thingiverse.com/
Это действительно самое большое хранилище 3D моделей под печать, с очень удобно организованными закладками и возможностью в пару кликов добавить свой проект.
Также модели можно найти на нашем сайте и много где еще.. но на Thingiverse побывали все мейкеры.
Кстати, мое личное наблюдение: четверть моделей там - детали принтеров :-) .

Программы для печати позволяют делать минимальные изменения с объектом - угол наклона, масштаб, положение. Часто этого оказывается мало. Вам надо "порезать" большую модель на несколько частей? А может изменить кокретную часть детали на удобную себе? Или приделать Будде голову от магистра Йоды? Вам придется ознакомиться с возможностями различных программ. 

В SLT умеет переводить почти любой редактор 3D-редактор - это как PDF, только в 3D. 

Из самых важных ссылок дам вот эту по построению сложных подержек под нависающие части моделей и вот эту по способу фигурной "резки" модели с возможностью сборки даже без клея.
Самому мне нравится Meshmixer и Компас3Д.

3D-принтеры: зачем они нужны и как они работают

Мечты фантастов начинают обретать потребительскую реальность: 3D-принтеры выходят на массовый рынок, и сегодня их может купить ну почти что любой человек. Можно напечатать себе пистолет или макет домика. А точно ли оно нам надо? Вот про это сегодня и поговорим.
Автор Артур Лоянич
3D-ПРИНТЕРЫ: ЗАЧЕМ ОНИ НУЖНЫ И КАК ОНИ РАБОТАЮТ

Поскольку обычные 2D-принтеры уже утратили потенциал к развитию — развито уже всё, что только можно и нельзя — пора обращать взоры к печати в трёхмерном пространстве. Признайтесь, ведь вы не раз мечтали, чтобы можно было не покупать себе вещи, а просто напечатать их. И сегодня это уже можно, правда, с массой оговорок.

3D-принтеры сегодня в моде. Выпущено уже несколько сотен моделей, только это ни о чем не говорит: все они работают в основном по одному и тому же принципу, и даже «фирменное ПО» используют одинаковое, отличающееся подчас только цветом кнопочек. Подчеркиваем, что мы говорим о моделях дня сегодняшнего: такие принтеры быстро эволюционируют, и уже завтра (или через месяц) может выйти на рынок что-нибудь революционное и сногсшибательное.

Итак, что же такое 3D-принтер для домашнего использования? Это устройство, использующее метод послойного изготовления физического объекта из виртуальной 3D-модели. Первые принтеры такого типа появились еще лет 30 назад, и на сегодняшний день представлены десятком разных типов. Перечислять мы их не будем, а пристальное внимание обратим на один, самый доступный обычному пользователю тип сегодня: FDM 3D-принтер. FDM расшифровывается как «моделирование методом наплавления» (Fused Deposition Modeling).

Принцип действия FDM-принтера прост: раздаточной головкой на поверхность охлаждаемой платформы-основы выдавливаются капли находящегося в разогретом состоянии термопластика. Быстро застывая и слипаясь между собой, капли формируют слои создаваемого объекта. Так и получается в итоге объемный предмет, с которым потом что-нибудь можно сделать.

Зачем?

Первое, что нужно для себя понять — а зачем, собственно, нужен 3D-принтер? Что мы хотим — просто развлекаться и создавать модели и макеты? Использовать принтер для ведения бизнеса? Воплощать творческие фантазии? Бизнес, конечно, оценил 3D-печать давно: такие мировые промышленные гиганты, как Airbus, Boeing, General Electric, Ford, Siemens, NASA используют их постоянно; и это не говоря уже об инженерах, ученых, медиках и огромном количестве мелких предпринимателей.

Дома 3D-принтер открывает широчайшие возможности использования и применения своей фантазии, и поскольку самые дешевые модели стоят от 20 тыс. рублей и выше, они доступны практически каждому человеку с компьютером.

Применений на самом деле можно найти массу. Кто-то задумает сделать себе стол с макетами, воссоздающие какую-нибудь область реально существующую или фантастическую (скажем, поверхность планеты из «Звездных войн»). Кто-то напечатает себе солдатиков и вспоминает детство. А кто-то печатает паззлы детям, придумывая все новые и новые варианты. К тому же можно создать работоспособный макет чего-то более сложного.

А один индивидуум вообще напечатал себе пластиковый и полностью работоспособный пистолет, который не виден на металлодетекторах. В связи с этим законники некоторых стран уже начинают беспокоиться на тему срочного внесения поправок в соответствующие законы, дабы не превратить новую технологию в оружие массового уничтожения (хотя Форд тоже не отвечал за то, что кто-то совершал ограбления, пользуясь его машинами).

В общем, резюмируя, можно выделить несколько основных преимуществ 3D-принтеров: домашнее творчество, использование более сотни различных типов материалов (не только огромное количество самых разнообразных пластиков и полимерных смол, но и металлы, бумага, керамика, ткань, пищевые продукты, соль, лунный и марсианский грунт и даже живые клетки!), универсальность и снижение трудоёмкости (один принтер может заменить несколько сложных агрегатов), простота в использовании (об этом мы поговорим далее), экономичность, быстрота создание объектов и гибкость технологии.

Кстати, в сферу применения можно включить и медицину: инновационная биомедицинская печать сможет предложить в ближайшем будущем искусственные органы и ткани тела, а сегодня уже можно печатать протезы и хирургические имплантаты.

 

Как?

Предположим, вы купили себе 3D-принтер, он стоит и занимает места примерно столько, сколько обычный принтер (или, скорее, МФУ), и далее нужно создать в специальной программе объект для печати. А программ таких множество: Google SketchUp, 3DCrafter, 3Dtim, BRL-CAD, FreeCAD и другие (тысячи их). Желательно, конечно, хоть что-нибудь понимать в CAD-моделировании, но и без этого программы достаточно просты для применения даже новичками.

После смоделированной 3D-версии наступает время её обработки специальной программой (называемой также «слайсером» или «генератор G-кода»). Исходный объект делится на множество тонких горизонтальных слоев и преобразуется в некий цифровой код, понятный 3D-принтеру. Другими словами, генератор создает набор команд, которые указывают 3D-принтеру, как и куда нужно наносить материал при 3D-печати данного объекта. Для пользователя данный этап работы не скажет ничего, потому что фактически принимать участие в нем он в нем не сказать чтобы будет.

А потом наступает волнительный момент печати (кстати, в Windows 8 есть даже поддержка драйвера 3D-печати для принтера MakerBot). Начинается построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.

Сам по себе процесс довольно прост. В самом начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на неё нижний слой объекта. После того, как сформирован первый слой, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий. Данный цикл повторяется до последнего слоя, то есть до момента завершения создания объекта.

Висящий в воздухе подбородок Ленина был напечатан на недорогом 3D-принтере с подпоркой,

которая в дальнейшем будет отломана, а подбородок – подрихтован.  

Если же есть необходимость напечатать висящий в воздухе объект (например, гарцующую лошадь), то сегодня для таковых используется разнообразные подпорки, которые после завершения процесса отламываются или отрезаются, а место стыка шлифуется вручную. В дорогих (то есть хороших) принтерах для подпорок используется водорастворимый материал: после печати модели опускается в воду, где лишние подпорки растворяются.

Параметры печати

О скорости пока речь и не идёт. Понятно, что создание одного объекта займет далеко не один час работы принтера, поэтому выбор 3D-принтера сегодня состоит в выборе между параметрами и решении, насколько тот или иной параметр важен.

И самый главный из них — разрешение печати. Здесь под этим понятием подразумевается минимально допустимая высота слоя материала, с помощью которого может печатать данный 3D-принтер. Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон, тысячной доле миллиметра). Понятно, что чем тоньше слои, тем меньше заметен переход между ними: в итоге поверхность объекта более гладкая, а детали — более выразительные. Обратная сторона высокого разрешения — увеличенное время печати, большая нагрузка на печатающие механизмы и быстрый износ. Разрешение печати зависит от технологии работы принтера, точности печатных механизмов, выбранного материала и настроек приложения.

На сегодняшний день самый точный 3D принтер может печатать с высотой слоя в 50 мкм. 

Вторая важная характеристика — рабочий объём (он же — «область печати» или «зона печати»). От него зависит размер напечатанного объекта. Фактически он обозначает зону досягаемости (охвата) печатающей головки принтера в трех плоскостях.

 

Третий пункт — какими типами пластиковых нитей может печатать принтер. Самыми распространенными на сегодняшний день являются ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) и PLA (полилактид). Некоторые принтеры могут печатать обоими типами, некоторые — только одним из них. Но кроме этих двух типов есть и другие (ещё парочка самых распространенных — HIPS — ударопрочный полистирол и PVA — поливинилацетат), и все они обладают рядом физико-химических характеристик: растворимость в воде, гибкость, структура и запах, прочность и даже свечение в темноте. Возможность печати тем или иным пластиком обуславливается наличием/отсутствием подогрева платформы (который в идеале должен присутствовать), рабочим диапазоном температур экструдера (нагревательный элемент, который плавит пластик) и конструкцией камеры для печати. В идеале лучше всего выбирать принтер с максимальным количеством поддерживаемых нитей, чтоб не ограничивать себя — как сейчас, так и в будущем.

 

А последний пункт, как ни странно, — страна-производитель. Сейчас на российском рынке можно найти модели из США и Европы, китайские и российские. Американские и европейские модели зачастую завозят в Россию небольшими партиями, а сами компании-производители не имеют официальных представителей в России. Качество китайских моделей на порядки отстаёт от всех прочих, понятное дело, и тут выигрыш идёт больше уже в цене.

Производители

Помимо китайских и кустарных принтеров (да, его реально собрать дома самостоятельно), есть несколько моделей, которые популярны больше остальных, и поэтому их поддержка программным обеспечением максимально широка, если можно так говорить о столь новой области. На сегодняшний день это модели MakerBot Replicator 2, PrintBox3D One, Picaso Designer, UP Plus 2, Cube и CubeX. Отличия у каждого из них сводятся к перечисленным в предыдущем параграфе пунктам, размерам камеры и различным дополнительным опциям наподобие Wi-Fi-модуля. Помимо этих моделей, есть, конечно, и другие, но опять-таки нельзя сказать, что они сильно отличаются с технической точки зрения: всё-таки это больше страна-производитель, размеры, скорость печати и количество поддерживаемых типов пластика.

Вот такие они, поворотные принтеры

Напоследок нужно сказать про поворотные 3D-принтеры. Они пока что совсем никакой популярностью не пользуются, но у них есть всё-таки ряд существенных преимуществ по сравнению с «традиционными» 3D-принтерами — если последние можно так назвать. Главное из них — 3D-принтер с поворотной платформой обеспечивает больший рабочий объем по сравнению с устройствами, работающими в декартовой системе координат. Такой принтер использует полярную систему координат (радиус и угол), чтобы рассчитать движение печатной головки: система автоматически конвертирует модели, созданные в декартовой системе координат, в полярные координаты. Поэтому с подобным 3D-принтером можно использовать стандартное ПО, использующееся в «традиционных» 3D-принтерах без поворотной платформы. Физически это выглядит вполне очевидно: платформа вращается, а его экструдер движется по радиусу платформы от её центра к краю. Такая конструкция в два раза сокращает путь экструдера и снижает необходимость его поддержки.

Недостатки 3D-принтеров

Минусы есть у всего, и 3D-принтеры — не исключение. Поэтому на сегодняшний день у технологии существует определенное количество недостатков.

И первый из них — это, наверное, размеры печати. Вы видите на фотографиях «шкафчики» этих принтеров — и вот именно ими всё и ограничивается. Принтер может напечатать только то, что поместится на платформе. А что-то больше этого — разве что по частям, а затем части придется тем или иным образом склеить. И даже несмотря на то, что уже сейчас существует прототип 3D-принтера, размеры рабочей платформы которого практически не ограничены ничем, о массовом внедрении такой технологии говорить пока рано.

 

Второй недостаток касается самой технологии. Послойная структура сама по себе означает, что между этими слоями всегда будет некий рубеж, переход: поверхность останется матовой и шероховатой. Конечно, последующая обработка может «сгладить углы» во всех смыслах, но эта «доработка напильником» явно не говорит в пользу технологии. К тому же, слоистая структура означает меньшую плотность и, соответственно, меньшую прочность объекта, по сравнению с цельными деталями.

Третий недостаток — достаточно высокая цена 3D-принтеров на сегодняшний день. Они стоят от 20 тысяч рублей, а хорошая модель стоит в среднем 100 тысяч, и пока подешевение не ожидается.

Так покупать или нет?

Формально покупка 3D-принтера для дома сегодня оправдана только в том случае, если вы можете определить для себя сферу его применения. Выбор моделей достаточно широк, энтузиасты могут собрать принтер даже у себя дома, но тем, кто не хочет сильно рисковать, можно порекомендовать выбрать или одну из самых популярных моделей, которые поддерживаются распространенным и доведённым до ума программным обеспечением (и при этом можно выбрать из десятков приложений). Если же покупка такого необычного агрегата у вас не стоит остро, можно попробовать подождать годик-другой, пока технология не разовьётся достаточно для того, чтобы унифицироваться по максимуму и избавиться от массы неудобных ограничений, которые свойственны ей сегодня.

В любом случае, будущее у технологии весьма радужное и применение она себе уже нашла: а в будущем сферы применения будут только шириться.

Только вот с печатью оружия разберутся.