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

KISSlicer [49]: имеет простой графический интерфейс, быстро работает и прост в эксплуатации, станет хорошим выбором для новичков 3D печати. Так же доступна "Про" версия, в которой имеется поддержка нескольких экструдеров и множества объектов (и еще несколько дополнительных полезных функций), по цене в $42 ($25 для использования в образовательных целях).

radical_dreamer 28.10.13 в 05:43

Cura [50]: разработана в Ultimaker с целью сделать 3D печать такой простой и последовательной, насколько это возможно. Она включает в себя все необходимое для подготовки 3D файла к печати и непосредственной реализации, и полностью настроена для работы с 3D принтером Ultimaker.

radical_dreamer 28.10.13 в 05:50

•MakerWare [51]: приятная и простая в использовании программа для управления принтерами Makerbot Replicator и Replicator 2, она имеет собственный механизм нарезки, оптимизированный для более качественного, быстрого и надежного результата. Кроме того, Skeinforge [47] может быть выбран как встроенный механизм нарезки.

radical_dreamer 28.10.13 в 05:59

Выбор среди различных программных инструментов нарезки не сводится лишь к личному предпочтению или списку возможностей различных вариантов: некоторые принтеры строго требуют использования определённых одного-двух слайсеров: например - Makerbot Replicator 2, его последнее ПО может использовать только новую и обратно-несовместимую версию g-кода, названного .x3g (прим. ред. специфичный G-код для двухэкструдерных принтеров). Таким образом, требуются MakerWare или ReplicatorG, только два слайсера, которые могут создавать такие файлы. В других случаях, производители принтеров могут давать строгую рекомендацию использовать определенный слайсер, как в случае с производителем принтеров Ultimaker и слайсером "Cura". Наконец, выбор слайсера может быть действительно свободным, и может вести к научным и тщательным сравнениям фактических результатов различных слайсеров, когда приходится иметь дело с некоторыми сложными моделями называемыми усложненными тестами (torture-tests) [52].

Woolpit 08.10.13 в 12:32

Пластмассовые расходные материалы (нить/пруток)

Woolpit 19.11.13 в 12:34

В настоящее время (весна 2013) существуют два вида пластика, широко используемых для недорогой 3D печати и несколько менее распространенных. Интересно то, что разрабатываются и тестируются многие виды пластика, имеющих куда более широкий диапазон физических, химических и механических характеристик, что открывает путь к использованию 3D печати в различных направлениях. Доступ к новым печатным материалам может круто изменить рынок прутков.

radical_dreamer 28.10.13 в 06:41

Пластиковые прутки производятся в двух стандартах: диаметром 1.75 мм и 3.0 мм. Трехмиллиметровый пруток - более старый стандарт, он постепенно вытесняется 1.75-миллиметровым, который выдавливается немного легче, управляется немного лучше и оставляет меньше висячих хвостов с боков вашего изделия. В любом случае, множество современных принтеров до сих пор используют 3 мм пруток, он, иногда, немного дешевле 1.75 - миллиметрового.

radical_dreamer 28.10.13 в 06:51

Полилактид (PLA)

alex_itz 03.12.13 в 08:35

Наиболее распространенная пластмассовая нить, сделанная из полимолочной кислоты (или полилактид (PolyLactide Acid) - сокращено PLA [53]), биоразлагаемый и экологичный пластик, получаемый из крахмала. Температура плавления в пределах 180–230 °C. Он не имеет неприятного запаха во время печати и его пары не опасны, поэтому не требуется специальных мер безопасности или принудительной вентиляции.

Woolpit 08.10.13 в 12:34

Он хорошо держится на печатном основании при комнатной температуре (не требуя более дорогого нагреваемого основания для принтера), но только если платформа покрывается синим скотчем (также недорогой продукт, который необходимо время от времени заменять – главным образом, потому что он иногда получает повреждения во время удаления объекта с платформы).

Woolpit 08.10.13 в 12:34

Объекты, напечатанные PLA, крепкие, но относительно хрупкие, и не могут использоваться при высоких температурах (как для некоторых частей самого 3D принтера).

Woolpit 08.10.13 в 12:34

Нить PLA довольно недорогая, ее стоимость в среднем 30$ за 1 кг, и она обычно продается в катушках по 0.5, 1 или 2.3 килограмма (но некоторые изготовители продают метрами) [54]. Она доступна в естественном (белый матовый) цвете или во множестве ярких цветов, чистых или полупрозрачных, отпечатанные объекты имеют красивую гладкую поверхность.

Woolpit 08.10.13 в 12:34

Специальный вариант PLA – мягкий или эластичный (soft/flexible) PLA, который выдавливается при низкой температуре и очень низкой скорости, может использоваться для печати гибких сочленений, лент, шин, и т.д.

[Прим.ред. начинает появляться и у китайских производителей]

Woolpit 08.10.13 в 12:35

АБС (ABS)

fidller_fly 05.08.13 в 18:29

Вторая наиболее распространенная нить, изготовленная из акрилонитрилбутадиенстирола (Acrylonitrile Butadiene Styrene), кратко ABS [55]. Основанная на нефтепродуктах пластмасса, используемая для различных целей, одна из хорошо известных – это детали конструктора LEGO™. Её пары имеют ужасный запах (прим. ред. как жжёные пластиковые бутылки) и даже считаются опасными для здоровья, поэтому рекомендуется использовать принудительную вентиляцию для отвода продуктов горения пластика, когда печать ABS длится долгое время. Температура плавления ABS 210–260 °C.

Woolpit 08.10.13 в 12:35

Нить ABS стоит приблизительно как PLA и является также довольно распространенным материалом для печати, несмотря на его более высокие требования. Объект ABS обычно печатается на нагреваемом основании (в пределах 100°C), покрытом каптоновой пленкой, чтобы он хорошо держался, плюс стоимость и сложность самого принтера (поэтому, не все принтеры идут с нагреваемым основанием, это как недостаток, и у некоторых нет этого как опции). Возможное решение – это печать ABS на холодном основании, покрытом несколькими слоями клея: цианоакрилат, лак для волос [56] или клей на водной основе такой как Vinavil® [57], продемонстрировали хороший результат для этой цели. Но рекомендуется использование нагреваемого основания, потому что это помогает уменьшить деформацию больших печатаемых объектов.

Woolpit 08.10.13 в 12:36

Преимущество ABS по отношению к PLA состоит в том, что получающиеся объекты более прочные и менее хрупкие, и могут выдерживать высокие температуры. Нить ABS обычно доступна во многих цветах, включая блестящий, светящийся в темноте, золотой, серебряный, и даже цвет, который изменяется под влиянием температуры [58] (например, синий/зеленый ниже 30°C и желтый/зеленый выше, делают объекты, напечатанные такой нитью, чувствительными к температуре тела).

Woolpit 08.10.13 в 12:37

Нейлон

fidller_fly 05.08.13 в 18:30

Taulman [59] производит нить 618 Nylon®, которая имеет несколько интересных особенностей, среди них гибкость, легкость и устойчивость к химическому воздействию. Она должна выдавливаться при более высокой температуре по сравнению с PLA или ABS (приблизительно 245 °C), но она не имеет паров или запахов, и хорошо держится на синей ленте. Используется для печати механических деталей, которым необходима высокая устойчивость к повреждениям и очень низкое поверхностное трение. Другая очень интересная возможность – использование для печати заказных протезов и деталей, связанных с медициной, так как нейлон инертный по отношению телу (но официально не подтверждено FDA*, по крайней мере, пока). Стоимость нейлоновой нити в два раза больше, чем стоимость PLA или ABS, единственный доступный цвет белый (естественный) и единственный источник – Taulman.

[Прим. ред. – FDA – федеральная комиссия США по контролю качества пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств, Food & Drug Administration]

Woolpit 08.10.13 в 12:38

Поликарбонат (PC)

Woolpit 06.08.13 в 04:10

Поликарбонат [60] (Polycarbonate - PC), очень прочный и долговечный пластмассовый материал с высокой оптической прозрачностью и высокой температурой плавления (приблизительно 270 - 300 °C). Несмотря на это используется во многих промышленных производствах (например, CD и DVD сделаны из поликарбоната). Первые тесты с дешевыми 3D принтерами начались только в 2012 [61] и пока есть лишь несколько производителей PC нити, продающих ее достаточно дорого, примерно 90$ за килограмм.

Woolpit 08.10.13 в 12:38

ПВС (PVA)

alex_itz 15.11.13 в 15:52

Поливиниловый спирт (Polyvinyl Alcohol - PVA) – растворимый в воде пластмассовый полимер, который может использоваться для печати поддерживающих опор (для PLA и ABS объектов), легко растворяющихся в теплой воде, оставляя прекрасную поверхность объекта и упрощая процесс удаления опор (обычно довольно утомительный). Температура печати – приблизительно 170°C, никогда не должна превышать 200 °C. Нить PVA довольно дорогое удовольствие, продающаяся порядка 90$ за килограмм.

Woolpit 08.10.13 в 12:39

Ударопрочный полистирол (HIPS)

Woolpit 08.10.13 в 12:39

Ударопрочный полистирол (High-impact Polystyrene - HIPS)[62] – пластмассовая нить, растворяющаяся в лимонене, иногда используется для создания поддерживающих структур (особенно для ABS), которые могут быть легко удалены без механического воздействия. Лимонен – естественный растворитель, извлекаемый из корки лимонов и других цитрусовых. Температура печати HIPS приблизительно 230°C. Стоимость нити HIPS около 40$ за килограмм.

Woolpit 08.10.13 в 12:39

Другие виды пластмасс

Woolpit 08.10.13 в 12:39

LAYWOO-D3 – нить, на древесной основе, созданная недавно [63] (технически, это соединение древесины и полимера, содержащее переработанную древесину и связующие полимеры), может использоваться для печати объектов, которые похожи на настоящие деревянные детали (даже с типичными годичными кольцами). Все особенности – те же что и у PLA, но его цена пока очень высока, около 100$ за кг, а также придётся прибегнуть к некоторым ухищрениям [64], чтобы изменить цвет колец.

Woolpit 08.10.13 в 12:40

Наконец, было проведено несколько экспериментов с токопроводящей пластмассой [65], но сопротивление полученного продукта всё ещё довольно высокое, поэтому он не годится для коммерческого применения.

Woolpit 19.11.13 в 04:08

Печать

fidller_fly 05.08.13 в 18:34

В этой части у нас должен быть тщательно подобранный принтер, готовый к торжественному запуску, нить подходящего для нашего принтера диаметра; типом и цветом, соответствующим нашему проекту, и файл g-кода, созданный программой-слайсером, должным образом сформированный согласно свойствам, которые мы хотели бы получить для нашего объекта. Теперь настало время включить принтер, соединить его с нашим компьютером и начать процедуру калибровки:

Woolpit 18.11.13 в 08:52

1. Первая проблема, которую надо решить,это определение правильных параметров соединения: большинство принтеров, несмотря на подключение через USB, внутри используют чип "USB-to-serial" для обеспечения последовательного потока данных (в стиле RS-232) к центральному процессору, и это значит, что скорость последовательного канала, количество бит старт/стоп и четности и процедура подтверждения связи должна соответствовать правильным значениям.

alex_itz 15.11.13 в 16:14

2. Когда, после нескольких проб и ошибок, связь установлена, мы можем начать посылать команды g-кода принтеру, чтобы проверить, работает ли все должным образом. Хорошая процедура калибровки должна включать проверку всех концевых датчиков, датчиков температуры (термисторов) и шаговых двигателей.

Woolpit 08.10.13 в 12:40

3. Когда все эти проверки пройдены, мы можем сделать выравнивание основания печати: в идеале – это платформа, которая является максимально плоской и параллельна осям, движущейся во всех направлениях печатающей головки. Чтобы добиться этого, пользователь должен двигать головку по всем направлениям, сравнивая ее вертикальное положение с платформой, и правильным уровнем последней, имеются в виду несколько винтов, поднимающих или опускающих четыре угла платформы.

Woolpit 08.10.13 в 12:41

4. После выравнивания, платформа должна быть тщательно очищена и покрыта необходимым видом поверхности: это может быть сделано одним или более слоями синей ленты (для PLA) или каптоновой лентой (для ABS), или подходящим материалом для других видов пластмассы.

Woolpit 08.10.13 в 12:41

5. Если мы собираемся использовать нить ABS, мы должны предварительно нагреть основание для печати (печатную платформу).

Woolpit 08.10.13 в 12:41

6. Следующий шаг требует загрузки нити: это потребует нагрева печатающей головки (т.е. сопла) и действия механизма экструдера: или вручную или путем активации шагового двигателя экструдера. После выдавливания небольшого количества пластмассы мы будем уверены, что сопло заполнено пластмассой, и готово к печати.

Woolpit 08.10.13 в 12:41

7. Теперь мы должны загрузить g-код для объекта, который мы хотим напечатать, отправив его посредством USB или сохранив файл на SD (или micro SD) карте, а затем загрузить его на принтере (если у него есть встроенное устройство считывания с карт - картридер).

Woolpit 08.10.13 в 12:41

8. Наконец, мы можем начать печать. Это был долгий путь, и мы заслужили отдых, и возможно даже кофе, пока мы ждем, когда принтер закончит, и из пластмассовой нити будет создан объект.

Woolpit 08.10.13 в 12:41

Время печати небольшого полого объекта, шириной несколько сантиметров может быть примерно 10-20 минут, в то время как для объекта размером с яблоко время ожидания может увеличить до одного часа и даже больше (это зависит от разрешающей способности, заполнения и скорости принтера). Печать больших объектов может занять 10 часов, а если они достаточно сложные или со сплошным заполнением, то процесс может длиться 50 и более часов...

Woolpit 08.10.13 в 12:42

В качестве предостережения. Оставлять 3D принтер без присмотра во время печати опасно, т.к. некоторые его детали будут постоянно оставаться при температуре 200ºC или более, расплавленная пластмасса будет выдавливаться горячим соплом, в непосредственной близости от электричества, движущихся деталей, работающих двигателей и зачастую деревянной рамы, которая мало защищена от огня. Если что-то пойдёт не так, 3D принтер может быть столь же опасен, как лазерный принтер со всеми его горячими элементами.

Woolpit 08.10.13 в 12:42

Скорее всего, мы закончим лишь с большой кашей из пластмассы, которая мало похожа на нашу начальную модель [66] . И наконец, после нескольких попыток, наше вознаграждение - успешная распечатка нашей идеи, которая теперь стала реальным 3D объектом, после которого мы можем продолжить, ставя новые эксперименты с еще более лучшими результатами.

Woolpit 08.10.13 в 12:42

Завершение

Woolpit 08.10.13 в 12:43

После того, как принтер закончил печатать объекта, стоит дать ему несколько минут, чтобы все его части остыли, а в случае с ABS будет намного легче отделить объект от основания. Затем, при помощи острого ножа или лезвия резака, вам придется удалить подложку и/или поддерживающие опоры.

Woolpit 08.10.13 в 12:43

В дополнение, хотелось бы отметить, если необходима глянцевая поверхность, то поверхность объекта можно отполировать при помощи наждачной бумаги (но осторожно, т.к. это может повредить гладкую поверхность), или химических растворителей (т.е. испаряющийся ацетон [67] для ABS и другие растворители [68] для PLA – осторожно, потому что некоторые химикаты очень ядовиты), нагреванием (имеется в виду горячая воздуходувка) или даже покрыть прозрачным или непрозрачным слоем краски.

Woolpit 08.10.13 в 12:43

Заключение

Woolpit 08.10.13 в 12:44

Когда эта статья редактировалась, мне сказали, что неопытный человек, прочитав её до того, как успеет попробовать напечатать 3D-объект с помощью дешёвых технологий, придёт в уныние и уже не захочет пытаться. У него может сложиться впечатление, что это будет тяжёлый опыт, который скорее всего окончится полным провалом. Поэтому я чувствую необходимость внести поправку в это представление и ободрить всех читателей к тому, чтобы они приняли вызов. Я уверен, что всё пройдёт успешно, и они увидят истинное достоинство этой технологии — тот факт, что она доступна любому, у кого есть немного терпения и готовность узнать что-то новое.

aks_id 22.11.13 в 20:24

3D печать в домашних условиях, при помощи недорогих машин, и возможно в будущем, с переработкой пластмассовых отходов[69] - действительно новинка даже для сегодняшнего технологического мира. Это также переворот в наших взглядах на самих себя: способность создать что-то новое, только при помощи нашего воображения и с помощью некоторых доступных и простых в использовании механических помощников (они наши друзья, потому что мы знаем все их внутренние механизмы). Мы знаем, что мы сможем открыть дверь в невероятное будущее индивидуально изготовленных устройств и новых приложений, которые сегодня мы не можем даже представить. Новый мир начнется с нас.

Woolpit 08.10.13 в 12:44

Примечание: Все цены и характеристики, упомянутые в этой статье, были проверены на момент написания (апрель 2013).

Woolpit 08.10.13 в 12:45

Благодарности

Woolpit 08.10.13 в 12:45

Автор хотел бы выразить благодарность Даниэлю Пьетроземоли (Daniel Pietrosemoli) за то, что открыл ему чудесный мир доступной дешевой 3D печати. Эрманно Пьетроземоли (Ermanno Pietrosemoli) за помощь в установлении канала связи между мной и Даниэлем. Энрике Канесса (Enrique Canessa) за его богатый поток идей, новых испытаний и его веры в силу научного подхода решить технические проблемы, возникающие во время 3D печати, некоторых довольно сложных математических объектов. Джонатана Гэтти (Jonathan Gatti) за его постоянную помощь и поддержку такой печати. И наконец, но не в конце, Гаю Фьйор (Gaya Fior), и её драгоценную поддержку и множество исправлений, которые она сделала к моему замысловатому итальянскому английскому, для того, чтобы собрать (вместе с Джонатаном и Эрманно) большинство моих принтеров, когда я был занят, готовя другой материал, а также исследования, которые она сделала по программам 3D моделирования и хранилищам моделей, которые я широко использовал для написания этой статьи.

Woolpit 08.10.13 в 12:45