Low-cost 3D Printing for Science, Education and Sustainable Development / Доступная 3Д печать для науки, образования и устойчивого развития: 3. Практическое руководство по вашей первой 3D печати

Другой полный список 3D принтеров упорядоченных по цене (начиная от 400$ и почти до 25 000$) был составлен 3ders.org – хороший источник мировых новостей о технологии 3D печати – в свободном доступе онлайн по адресу: http://www.3ders.org/pricecompare/3dprinters/

Woolpit 08.10.13 в 11:06

Определенно, правильно предположить, что к настоящему моменту доступно более ста различных моделей дешевых 3D принтеров как в виде коммерческих продуктов (те, что мы можем собрать, купив на местном рынке или за рубежом), так и сделанные по открытым проектам, доступным через интернет по открытой на аппаратные средства лицензии (которые мы можем собрать самостоятельно).

Woolpit 30.10.13 в 13:47

Исправление полигональной сетки (таким образом, избегаем ошибок печати!)

Woolpit 28.10.13 в 08:49

Файл STL, созданный нами (или другими) использующий некоторые программные средства моделирования, может быть еще не готов к печати, независимо от того насколько аккуратным был процесс создания. Даже лучшие бесплатные программы проектировщика-любителя мало что могут сделать, чтобы избежать некоторых ошибок, «загадочно» возникших на поверхности объектов таких дефектов как отверстия или вывернутая поверхность. Это типичные проблемы, которые почти неизбежны, когда мы создаем сложные модели, включающие впадины, пересечения поверхностей или просто изогнутые поверхности.

Woolpit 08.10.13 в 11:07

Идеальная 3D модель пригодная для печати должна быть герметичной (то есть коллектор) и монолитной(сплошной), не полой.
Мы, конечно, можем проектировать такие объекты как вазы или «полые» объекты, но фактически они всегда имеют внутреннюю часть, которая твердая и цельная (даже если это просто тонкая «стенка»). Водонепроницаемость объекта - единственная ситуация, которая позволяет нашей программе нарезки (мы обсудим эту функцию на следующих страницах) должным образом идентифицировать внутреннюю и внешнюю часть объекта, для того чтобы определить где и когда выдавливать пластмассу. Но если даже есть невидимое микроскопическое отверстие в кусочно-линейной аппроксимации его поверхности (называемой ячейкой), целостность внешней поверхности объекта не гарантируется, так, же как и верный результат нарезки, а печать может завершиться беспорядочными сгустками пластмассы.

Woolpit 08.10.13 в 11:08

По этой причине, всегда лучше проверять наши модели на подобные проблемы перед нарезкой, и это может быть сделано с бесплатной программой netfabb Studio Basic [41], доступной для Windows, Mac и Linux.

Woolpit 08.10.13 в 11:09

Если обнаружились проблемы, они могут быть исправлены, если вернуться к программе моделирования или использовать netfabb, или при помощи автоматического [42] метода или вручную [43].

Woolpit 08.10.13 в 11:11

Другая очень полезная программа MeshLab [44], которую можно использовать для анализа и манипуляций с объектной cеткой (например, чтобы уменьшить ее сложность и число элементов [45]), а также преобразовывать STL-файлы в множество других форматов. Эта программа была разработана итальянским исследовательским институтом ISTI-CNR, совместно со студентами Университета Пизы в Италии и она доступна как открытое программное обеспечение для Windows, Mac и Linux.

alex_itz 28.10.13 в 18:11

Программное обеспечение для нарезки

Woolpit 08.10.13 в 11:11

Этот шаг, возможно, самый интересный в долгом процессе движения от идеи к реальному трехмерному объекту, потому что он раскрывает в тончайших и глубочайших подробностях работу 3D принтера по преобразованию грубой пластиковой нити в наши красивые творения. Подготовка 3D модели к печати – это тонкая комбинация технических знаний, науки и искусства, и требуется много времени, чтобы освоить эту процедуру.

alex_itz 24.10.13 в 16:03

Перед печатью нашу модель (сохраненную или экспортированную в STL-файл) следует преобразовать в набор инструкций для принтера (стандартный формат, называемый g-кодом): это задача называется нарезкой (потому что модель «нарезается» на множество тонких горизонтальных слоев, которые будут последовательно напечатаны), выполняется с помощью комплекса программ, называемых слайсерами.

alex_itz 24.10.13 в 16:16

Фактически, информации, содержащейся в STL-файле, мало или она бесполезна для принтера потому, что она содержит лишь длинный список координат <X,Y,Z>, определяющих вершины, составляющие множество многоугольных поверхностей сетки объекта.

Woolpit 08.10.13 в 11:12

Принтеру нужна очень разная информация: движения печатающей головки и/или платформы в различных направлениях X, Y и Z, количество выдавливаемой пластмассы и точное время, когда необходимо начинать и прекращать выдавливание, температура сопла и печатной платформы, и так далее...

Woolpit 08.10.13 в 11:12

Это “преобразование” из координат вершин в команды печати -- довольно тяжелая в вычислительном смысле задача, и не может обрабатываться в реальном времени ограниченным процессором самого принтера во время печати, поэтому это должно быть сделано заранее на внешнем компьютере. Другая причина поступать таким образом в том, что такой процесс нарезки требует целого ряда дополнительных параметров, которые должны быть предоставлены пользователем (например, высота слоя -- это лишь самый очевидный, но еще много других), и графический интерфейс реального компьютера делает эту задачу гораздо проще, чем любой из небольших буквенно-цифровых дисплеев с несколькими кнопками, которые обычно находятся на 3D принтерах, если они вообще есть (многих принтеров не имеют интерфейса с пользователем, за исключением USB-подключения к ведущему компьютеру и, может быть, кнопкой питания).

alex_itz 28.10.13 в 18:28

Стандартная процедура нарезки, исходя из вышеописанного, приблизительно такова:

Woolpit 31.10.13 в 08:58

1. запустите программу слайсер на главном компьютере;

Woolpit 08.10.13 в 12:00

2. загрузите STL-файл модели;

Woolpit 31.10.13 в 09:12

3. преобразовывайте/масштабируйте/вращайте модель, пока она не будет правильно позиционирована на рабочей платформе;

Woolpit 08.10.13 в 12:00

4. введите все параметры необходимые для правильной печати;

Woolpit 08.10.13 в 12:00

5. начните процесс нарезки и ждите, пока не будет создан весь g-код;

Woolpit 08.10.13 в 12:00

6. отправьте g-код принтеру через USB соединение или скопируйте его на карту памяти (обычно SD или microSD карта), чтобы загрузить в принтер.

Woolpit 08.10.13 в 12:00

Первые два шага вполне очевидны, но третий может потребовать некоторой дополнительной информации. Программа нарезки сконфигурирована со всеми параметрами 3D принтера, которые могут понадобиться, поэтому она знает размеры печатной платформы и может продемонстрировать расположение модели относительно ее. Пользователь может переставлять модель в трех осях, пока она не будет центрирована, и не будет располагаться точно на поверхности основания (она не должна быть «подвешена в воздухе»), а также вращать ее, если нужно. Возможность масштабировать модель также очень полезна, потому что в файле STL единица длины никогда не определяется, поэтому может получиться так, что программа моделирования будет использовать сантиметры, в то время как слайсер ожидает миллиметры, и в результате получится модель в 10 раз меньше, поэтому необходимо учитывать этот фактор. Другая причина немного увеличить масштаб модели (примерно на 0.5 % для ABS, еще меньше для PLA) – это сжатие пластмассы при остывании при комнатной температуре (тепловой коэффициент расширения ABS обычно [46] около 75×10−6 °K-1, при условии его затвердевания при 100°C и охлаждения до 25°C, которое дает фактор сжатия примерно 0.5%).

Woolpit 08.10.13 в 12:01

На пятом шаге наша 3D-модель "нарезается" на множество горизонтальных слоев, превращаясь в стопку тонких деталей, каждая из которых обрабатывается отдельно, чтобы рассчитать лучший путь сопла при укладке расплавленной пластмассы в нужных местах; повторяя этот маршрут, печатающая головка практически проделывает такую же работу (т.е. слой за слоем).

alex_itz 28.10.13 в 19:04

Это самая ответственная часть целого процесса печати, потому что заключительное качество напечатанного объекта определяется почти полностью правильным выбором значений для множества различных параметров нарезки. Поэтому четвертый шаг действительно важен, и мы должны изучить значение, по крайней мере, самых важных параметров нарезки. К сожалению, они по-разному названы и определены в различных доступных программах нарезки. Здесь мы обсудим пять наиболее используемых (свободных)программ: Skeinforge, Slic3r, KISSlicer, Cura и MakerWare (все доступны для Windows, Mac и Linux).

Woolpit 08.10.13 в 12:02

Лучший способ для экспериментов с параметрами нарезки, следование логической последовательности. Возможно, лучшая последовательность используется Slic3r: параметры, связанные с моделью принтера (они изменяются только когда изменяется принтер), другие связаны с использованием пластмассовой нити, и наконец, параметры, которые могут быть настроены для определенной печати.

Woolpit 08.10.13 в 12:02

1. Настройка параметров принтера:

Woolpit 04.11.13 в 20:11

• тип принтера / прошивки;

fidller_fly 28.07.13 в 11:38

• размер и смещение основания печати, макс. высоты Z: типичные размеры границ печати обычных принтеров 20x20x20 см;

Woolpit 08.10.13 в 12:03

• количество экструдеров, диаметры их сопел, другие параметры экструдирования.

Woolpit 08.10.13 в 12:03

2. Параметры нити:

alex_itz 30.10.13 в 15:48

• диаметр нити: должен быть точным фактическим измерением, номинальной величины не достаточно для правильного расчета длины пластмассы для экструдирования;

Woolpit 08.10.13 в 12:03

• коэффициент пропорциональности (или множитель или плотность укладки): используется, чтобы компенсировать расширение пластмассы при расплавлении, 1 для PLA и 0.9 или меньше для ABS;

Woolpit 07.11.13 в 04:11

• температура экструдера и платформы (может отличаться для первого слоя)

alex_itz 30.10.13 в 15:55

• вентилятор охлаждения.

fidller_fly 28.07.13 в 11:39

3. Параметры печати:

fidller_fly 28.07.13 в 11:39

• высота слоя (может отличаться для первого слоя): обычно от 0.1 мм и до 80% размера сопла, типичное значение - 0.25 мм;

alex_itz 30.10.13 в 15:59

• количество оболочек/периметров или толщина стенок: увеличение этого значения делает объект более прочным;

alex_itz 24.10.13 в 15:42

• количество/толщина вершин/нижних слоев: тоже влияет на прочность объекта;

Woolpit 08.10.13 в 12:05

• процентное соотношение заполнения: количество пластмассы, используемой для большей части объекта, обычно от 0% (полые объекты) до 50% (твердые, очень прочные части), более 50% редко используется, и обычное значение приблизительно 10-20%;

Woolpit 08.10.13 в 12:05

• шаблон заполнения (infill pattern): узор, используемый для заполнения детали, обычно используют квадраты (прямолинейные) или шестиугольники;

Ainuriel 29.07.13 в 08:20

• скорость печати (printing speed) (для различных задач): этот параметр связан с температурой сопла, температурой нити, типом нити и качеством сборки принтера (в т.ч. количеством смазки, использованной для осей и механизмов), небольшая скорость позволяет добиться лучшего качества печати;

Ainuriel 29.07.13 в 08:32

• полоса (skirt) и край (brim): полоса - дополнительное количество пластмассы, выдавливаемой перед основной печатью, чтобы избежать начала печати с пустым соплом, край – дополнительное утолщение нити в первом слое, для лучшего приклеивания объекта к основанию;

alex_itz 05.11.13 в 15:52

• подложка (raft) и поддержка (support): подложка - другой способ улучшения прилипания объекта к платформе, подразумевает под собой одно/двух- слойную сетку из пластиковой нити, тогда как поддержка - специальная пористая структура из пластика, наращиваемая под нависающими частями объекта, без которой эти части не могут быть корректно построенными;

Woolpit 01.08.13 в 07:40

• другие расширенные настройки.

Woolpit 08.10.13 в 12:07

3D принтеры по технологии моделирования плавленным осаждением (Fused Deposittion Modelling - FDM) обычно не могут производить сталактито-подобных структур так же, как и слишком выступающих, если они не будут иметь опоры во время постройки. Если есть необходимость, то можно добавить к объекту очень тонкие опорные конструкции, которые можно по завершении печати сломать или срезать. Большинство слайсеров могут создавать подобные поддерживающие конструкции автоматически. Большинство принтеров обычно нормально справляются со свесами до 45 градусов без специальных настроек.

alex_itz 05.11.13 в 16:07

3D-модель следует повернуть так, чтобы уменьшить число выступающих частей (перед нарезкой), и можно направить вентилятор на деталь при печати, чтобы охладить нить сразу, как только она выйдет из сопла, до того, как она "поплывет" и нарушит отпечаток. Наконец, в слайсере можно включить использование поддерживающего материала, если необходимо. Это хлопотно, потому что расходуется больше пластмассы, печать занимает больше времени, и впоследствии Вам придется счищать поддерживающий материал ножом.

alex_itz 05.11.13 в 16:14

Как прежде упоминалось, различные программы нарезки могут иметь неодинаковые имена для схожих настроек, а иногда могут использовать параметры, которые определены совсем иначе (как число периметров/оболочек вместо толщины стенки и т.д.). Поэтому есть смысл разобраться в языке и определениях слайсера, который Вы собираетесь применять для своего принтера.

alex_itz 06.11.13 в 14:52

Теперь, давайте совершим краткий обзор пяти, наиболее используемых, бесплатных слайсеров (программ - генераторов G-кода):

Woolpit 08.10.13 в 12:31

• Skeinforge [47]: вероятно, старейший слайсер, это набор скриптов, написанных на Python, и выпущенный по лицензии GPL, был инструментом нарезки по умолчанию в оригинальном Makerbot Replicator (в составе программного обеспечения ReplicatorG) и многих RepRap 3D принтеров, и он все еще присутствует в качестве опции в MakerWare (программе, занявшей место ReplicatorG, для управления Makerbot принтерами последних моделей) и в другой простой (бесплатной) программе Repetier-Host. Пользовательский интерфейс не является дружественным, а некоторые настройки сбивают с толку.

alex_itz 07.11.13 в 17:44

• Slic3r [48]: современный, законченный и активно развивающийся инструмент нарезки с открытым исходным кодом, он широко поддерживается производителями принтеров и представлен ​​в качестве основного варианта в Repetier-Host. Он спасает пользователя от многих неприятностей в дальнейшем, благодаря возможности записи различных параметров нарезки в логически сгруппированные по различным предварительным настройкам.

Woolpit 02.08.13 в 14:08