Курс лекций по 3D печати. Лекция 1.

Поделиться:
Добрый день, уважаемые пользователи 3Dtoday.

Волею случая я составил методическое пособие по 3D-печати для начинающих с подробным описанием технологии FDM и кратким введением в 3D-моделирование.
Методическое пособие создавалось для учебного центра, в котором, я надеюсь, по этой методике будут обучать интересующихся этому непростому делу. И поскольку одним из условий создания этого документа была его публичность и открытость, я хочу опубликовать его здесь, на условиях лицензии GNU GPL v3, на ваш суд и для пользы сообщества. Я надеюсь, что многие из вас найдут в этих лекциях что-нибудь новое и полезное.
Я заранее извиняюсь, что основу лекций составляют общеизвестные и банальные вещи. Лекции созданы для новичков и потому я вынужден тратить ваше время на прописные истины.

Методичка будет публиковаться отдельными лекциями. Прошу вас дать свою строгую оценку этому труду. Этим вы поможете сделать данный материал более качественным, а технологию FDM более доступной и понятной, сделать ее ближе к простым людям.

Курс лекций состоит из 12 отдельных занятий. Первая лекция посвящена аддитивным технологиям в общем и оборудованию для FDM, доступному для бытового применения.
Две последующие лекции разъясняют использование FDM-принтеров и свойства различных филаментов. Завершают первую половину курса - 3 лекции полностью отданные нюансам получения качественных изделий.
Вторая часть данного курса посвящена 3D-моделированию, 3D сканированию и сервисному обслуживанию FDM-принтеров. Завершается данный курс кратким обзором тем и понятий для дальнейшего изучения технологии FDM. По моей задумке, это последнее 12-ое занятие должно на половину состоять из диалога с учебной группой и обсуждению интересующих учащихся вопросов. Потому надеюсь на ваше участие и активность, в составлении тем этой заключительной главы.

Итак, я начинаю.

3D печать. Моделирование методом наплавления (FDM)


Для разговора на эту новую для некоторых тему, я считаю важным в первую очередь говорить с вами на одном языке. Для этого даю этот небольшой словарь терминов и понятий.
Аддитивные технологии — технологии создания изделия методом добавления материала. Является альтернативой методу откалывать лишнее. 3D-печать — это частный случай аддитивных технологий
FDM — Fused deposition modeling — Моделирование методом наплавления — сплавление выдавливливаемого расплавленного полимера.
SLA — Stereolithography — Стереолитография — фотополимеризация жидкого полимера с использованием ультрафиолетового лазера либо светодиодами
SLS — Selective laser sintering — селективное лазерное спекание — послойнное спекание порошка (металлического) мощным лазером
Экструдер — extruder — часть 3d-принтера, подающая материал в требуемом количестве для печати детали
Филамент — filament — материал для выдавливания/наплавления через экструдер. Обычно пластиковая нить
Слайсер — slicer — Программное обеспечение для расчета движений экструдера и объемов подачи пластика.

Современные аддитивные технологии

PolyJet
Курс лекций по 3D печати. Лекция 1.

Технология PolyJet разработана компанией Stratasys и позволяет печатать сложные изделия из нескольких различных по свойствам материалов одновременно и монолитно. Так, например, возможно изготовление ручки с нейлоновым пером, прорезиненной ручкой и цветной надписью на корпусе. Или защитные очки из прозрачных линз, прочной оправы, с прорезиненными дужками. Под этим же названием компания предлагает печать многоцветных, до 500000 оттенков, изделий с использованием жидких фотополимеров. Общее название данной технологии MJM (Multi Jet Modeling — метод многоструйного моделирования)

NASA 3D printing

NASA и другие крупные корпорации активно применяют аддитивные технологии в своих производствах. Перед вами фото процесса изготовления топливных баков ракет из углепластика. Используется многометровый SCARA-робот выполняющий изготовление по технологии LOM - Laminated object manufacturing - ламинирование.

APWorks (by Airbus). 3D printed e-bike frame.

Эта компания использует технику SLS для печати алюминиевых пространственных рам. SLS-принтер обычный, вот только большой, спекает порошковые металлы. Интересен дизайн. Технология изготовления позволила отказаться от привязки к трубам, Так были получены формы с минимальным весом и значительно более стойкие к нагрузкам.

Apis Cor. Печать жилых дом.
Компания разработчик 3D принтера для производства домов из цемента и композитной арматуры. Для утепления используются пены. Размеры принтера пока не велики. Зато скорость — 40 жилых утепленных квадратных метров с отделкой за 24 часа.

Доступная 3d-печать.
Общее назначение — быстрое прототипирование. Быстрое усовершенствование изделий. Штучные изделия. Уникальные изделия. Массовое повторение не оправдано в виду низкой скорости изготовления. Оправдано изготовление мастер-моделей для быстрого перехода к технологиям массового производства с минимальными затратами.
Технология существует лишь в тесной связи с 3D-моделированием. А так же требует разнообразную пост-обработку: абразивную, химическую и лакокрасочную. На сегодняшний день оборудование относительно сложно в освоении и требует простейших навыков электроники и обслуживания подвижной механики.

FDM - техника моделирования методом наплавления. Цена принтеров этой технологии в 2019 году опустилась к отметке 10000р. Материал — пластиковая нить - около 1000р за килограмм. Детализация модели до 100мкм в идеальных условиях. Максимальные размеры превышают сотни мм.
SLA - техника стереолитографии. Цена принтера на 2019 начинается около 30000р. Материал — жидкая фотополимерная смола — около 15000р за литр. Детализация модели от 25мкм в идеальных условиях и бывает меньше вплоть до 1 мкм в более дорогих моделях.

Материалы FDM различаются по свойствам:
Прозрачные непрозрачные; хрупкие и эластичные; прочные и мягкие; с сильной или слабой усадкой; с высокой и низкой рабочей температурой; растворимый и не очень; горючие и морозостойкие; с разной текстурой и обрабатываемостью.

По мере появления и массовости:
ABS — капризный, но очень дешевый.
PLA — самый легкий в печати, но нежный к температурам
PETG — менее прочный чем pla, зато бывает прозрачный.
HIPS — значительно улучшенный ABS-подобный пластик с хорошими прочностными свойствами, однако сохранивший некоторые негативные стороны своего прародителя, например большую усадку.
NYLON — самый прочный и выносливый вид пластика. Большая усадка и другие негативные свойства делают его сложным в печати.
SBS — резиноподобный. Легкий в печати
FLEX — очень резиновый. Эластичный, но сложный в печати

Универсальные принтеры, несмотря на свою всеядность материалов, все равно будут печатать какие-то полимеры лучше, а какие-то с большими трудностями. Потому без опыта печати придется начинать с легких в освоении и продвигаться к сложным уже вооружёнными опытом и навыками.

Принтеры FDM
Все разнообразие бытовых 3D-принтеров сводится к очень малому количеству вариантов.


стеклянная поверхность против пластиковой.

прямая подача филамента против раздельной.

Декартова система координат против других систем координат

наличие или отсутствие доп.функций для удобства и комфорта пользователя.
1. Стол
пластиковые поверхности, такие как Anycubic Ultrabase не требуют клеёв. Но постепенно изнашиваются. Стекло требует клей, часто и легко моется
2. Экструдер
Экструдер условно делится на печатающую головку и систему подачи (фидер). Фидер тяжелый, печатающая головка легкая.
Экструдер выполненный единым блоком — называется Direct — прямая подача — выше точность подачи материала, лучше работа с эластичными филаментами, хуже механика (больше вибраций из-за подвижной массы).
Экструдер с раздельным фидером — называется Bowden — раздельная подача — ниже точность подачи эластичных филаментов, лучше механика.
Функция печати несколькими материалами кратно утяжеляет экструдер. Иногда значительно уменьшает рабочую область. Иногда значительно усложняет экструдер. Иногда значительно увеличивает стоимость. Имеет смысл брать лишь при насущной необходимости. Ведь разными цветами можно печатать и одним экструдером.

В итоге выбор сводится к «выше скорость, больше плясок с филаментом»(боуден) против «легче с филаментом, ниже скорость»(директ). При прочих равных, боуден предпочтительнее.

Декартов кинематика против других систем
Декартова кинематика - когда позиционирование экструдера относительно детали осуществляется по трем координатам: X, Y и Z.

Самым известным представителем этого семейства являются принтеры от компании Prusa. Иначе их называют «дрыгостол». Это самый доступный вариант. Самый компактный вариант. Эта рама самая хлипкая, с самой большой подвижной массой (стол с деталью). Отсюда самые большие вибрации во время печати. Отсюда множество дефектов при печати или более низкая скорость печати, чем у других систем.
Важно! Для областей печати больше 15*15см рама из массивного алюминиевого профиля почти обязательна. Полезно иметь две направляющие для опоры экструдера, две направляющие для подвижного стола, и желательно два двигателя подъема опоры экструдера по оси Z. Видео timelapse, так приятное глазу, на Прюше делается с большим трудом.

Вторая разновидность декартовых кинематик, в которой стол перемещается по оси Z, а движение по X и Y передано экструдеру - применена во многих принтерах, например в Utimaker 3.

Принтеры этой системы имеют ряд преимуществ перед принтерами типа Prusa. Закрытая камера создает лучшие условия для печати сильно усаживающимися пластиками. Подвижная масса - это лишь печатающая голова с опорой, а это значительно повышает качество конечных изделий.
Кинематики CoreXY и H-bot - являются производными на тему кубической рамы, имеют разные приводные механизмы печатающей головы. Они в целом эффективнее, но имеют не только преимущества но и недостатки.

Дельта-роботы
Одной из самых прогрессивных кинематик 3d принтера являются дельта-роботы. Они обладают способностью к очень быстрым перемещениям экструдера по сравнению с декартовыми кинематиками.

Это очень громоздкая кинематика. Желателен производительный процессор (32бит) иначе принтер с трудом справится с расчетами перемещения головки на высоких скоростях. Хуже справляется с плоскими вертикальными поверхностями (не умеет двигать голову прямо — только мелкими дугами).
Важно! Данная кинематика ставит высокие требования ко всему: к жесткости рамы, весу подвижной части, мощности приводных двигателей, производительности процессора, точности изготовления опор, направляющих, шкивов и т. д. Экономия здесь вылезает боком очень сильно. Всегда Bowden, имеет нетривиальную логику калибровки стола.

Скара-робот. Подвижная рука. Мало применим к FDM, но отлично эксплуатируется с иными инструментами для аддитивных действий.

Помимо принтера и филамента вам потребуется:
Микрометр/штангенциркуль.
Набор автомобильных щупов.
Адгезив. Например, FDM клей от The3D | клей-карандаш Каляка-маляка (фиолетовый!) | Лак для волос Прелесть | пластиковое покрытие Anycubic Ultrabase | прочее
Источник: 3dtoday.ru
2018 3dtrands.ru - самые последние тренды в 3D мире.