3D-принтери на основі смоли і нитки: що краще?
Джош Хендріксон
Якщо ви думаєте про покупку 3D-принтера, ви можете бути здивовані, виявивши, що існують два різних типи 3D-принтерів: моделювання з плавленим осадженням (FDM) і смола. Хоча обидва використовують пластик для створення 3D-відбитків, які ви повинні отримати, залежать від кількох факторів: від того, що і де ви будете друкувати, до того, скільки суєти після друку ви готові зробити. Давайте розглянемо ближче.
Адитивне виробництво—шаровий торт 3D-друку
Більшість 3D-друків, особливо на рівні любителів або прототипів, створюється за допомогою процесу, який називається адитивним виробництвом. Хоча це звучить складно, насправді це лише технічний термін для створення об’єкта шляхом друку дуже тонких шарів, один на одного, щоб створити бажаний відбиток. Це справедливо незалежно від того, чи використовується процес FDM (Fused Deposition Manufacturing), який іноді називають друком FFF (Fused Filament Fabrication), чи методом стереолітографії з використанням рідкої пластикової смоли, яка твердне під впливом ультрафіолетового світла певної частоти. Якщо ви думаєте про торт, що складається з шарів, а не просто шматок торта, ви зрозуміли.
Принтери FDM — створення об’єкта з рулону пластику
Принтер FDM накладає один шар на інший. sadedesign/Shutterstock.com
3D-друк FDM на даний момент є найпопулярнішою формою 3D-друку з низькою та помірною ціною, хоча це змінюється, оскільки ринок наповнює ринок принтерів на смоли за розумною ціною. Друк FDM використовує рулон тонкого ниткоподібного пластику діаметром 1,75 мм або 3 мм, причому найпопулярнішим є 1,75 мм. Термопластична нитка поставляється на пластиковій котушці. Котушка найпопулярнішого розміру містить 1 кг нитки. Практично жоден постачальник не говорить вам, скільки нитки довжини, а лише її вагу. Це добре, тому що більшість програмного забезпечення для слайсерів, яке перетворює 3D-модель об’єкта в Gcode, який повідомляє принтеру, де і як друкувати кожен шар, часто вказує вам, скільки нитки в метрах або футах знадобиться об’єкту.
Нитки для 3D-принтерів FDM доступні з різних матеріалів, кожен з яких більше підходить для друку різних типів об’єктів. Найпопулярнішим і найпростішим у використанні з точки зору визначення таких факторів, як температура екструдера та інші параметри, є PLA (полімолочна кислота), яка біологічно розкладається, не має запаху і не вимагає нагрітої платформи для дотримання. Це також, як правило, трохи дешевше, ніж інші нитки.
ABS (акрилонітрил-бутадієн-стирол) є ще одним популярним матеріалом, який зазвичай є міцнішим і довговічним матеріалом, ніж PLA. Крім того, він трохи більш вимогливий до параметрів друку, ніж PLA, тому для досягнення найкращих результатів і запобігання деформації потрібна вища температура екструдера та нагріта плита. Інші матеріали, такі як PETG (поліетилентерефталат). ТПУ (термопластичний поліуретан), нейлон та інші матеріали, як-от нитка, яка містить наповнювачі, такі як металеві або деревні волокна, також у великій кількості і дозволяють друкувати об’єкти, схожі на метал, дерево або навіть вуглецеве волокно.
Фактичний процес друку нитками можна уявити як клейовий пістолет, який рухається в трьох вимірах. Модуль екструдера розмотує пластикову нитку і заганяє її в гарячий кінець (який іноді вбудовується в екструдер), де він розплавляється і виштовхується з металевого сопла. Гарячий кінець переміщується в трьох вимірах — уздовж осі X (з боку в бік), осі Y (спереду і ззаду) і осі Z (вгору і вниз). У деяких принтерах переміщується гарячий край, а в деяких платформа збирання рухається по осі X і Y, а гаряча частина — по осі Z. У будь-якому випадку кінцевий результат полягає в тому, що тонка лінія розплавленого волокна укладається спочатку на будівельну платформу для першого шару, потім поверх кожного попереднього шару, нарощуючи друкований об’єкт шар за шаром, доки об’єкт закінчено.
При роботі з FDM-принтером слід враховувати, які типи нитки він може використовувати, розмір друкарської платформи та чи можна нагрівати її. Підігрів друкарського ложа важливий, якщо ви хочете використовувати найширший вибір типів ниток. Для багатьох типів ниток, таких як ABS, ненагріта друкарська основа може призвести до нездатності об’єкта, який ви друкуєте, прилипнути до друкованого ложа або спричинити деформацію основи надрукованого об’єкта під час охолодження пластику. І пам’ятайте, що деякі пластмаси виділяють неприємні пари при плавленні, тому їх використання може вимагати розміщення принтера там, де будь-які випари не будуть турбувати.
Ще один аспект — програмне забезпечення, яке постачається разом із принтером. Програма, яка постачається з кожним принтером, будь то FDM або SLA, називається слайсером. Слайсер перетворює зображення моделі в інструкції, які контролюють роботу принтера та якість друку. Мова, яку використовують 3D-принтери, називається Gcode.
Деякі постачальники принтерів, наприклад XYZprinting, використовують власне програмне забезпечення для слайсерів. Інші використовують програмне забезпечення CURA, розроблене та підтримуване постачальником принтерів Ultimaker. CURA випускається як програмне забезпечення з відкритим вихідним кодом, при цьому окремі постачальники принтерів додають профілі принтерів, які встановлюють деякі параметри друку, до списку підтримуваних принтерів. Деякі інші популярні слайсери: KISSlicer, PrusaSlicer, Repetier і Slic3r. Якщо ви думаєте, що в кінцевому підсумку зможете придбати кілька принтерів FDM від різних постачальників, може мати сенс використовувати універсальний слайсер, як-от CURA, який підтримує сотні різних моделей принтерів від численних постачальників.
Принтери на смоли SLA — друк із невидимим світлом
Смоляні принтери створюють об’єкти з світлочутливого рідкого пластику. luchschenF/Shutterstock.com
Другою технологією 3D-друку є стереолітографія, яку часто скорочують як SLA. Стереолітографія була першою технологією 3D-друку і була винайдена в 1986 році. У 3D-принтерах SLA використовується форма рідкої смоли, яка твердне під впливом ультрафіолетового світла за допомогою процесу, який називається фотополімеризацією. У більшості принтерів SLA, які люблять, це джерело світла являє собою ультрафіолетовий світлодіод, що світить через РК-панель, який пропускає деякі світла і блокує інші. Коли прохідне ультрафіолетове світло потрапляє на шар смоли, він твердить пластик на будівельній платформі, яка рухається вертикально, і виділяє більше рідкої смоли, щоб створити об’єкт шар за шаром.
Доступна величезна кількість смол, і багато з них призначені для спеціалізованого друку конкретних видів 3D-відбитків смол. До них відносяться твердий пластик, гнучкий пластик, смола для виготовлення ювелірних виробів і лиття з воску, а також смоли, які використовуються в зуботехнічних лабораторіях. Стандартна смола доступна у десятка або більше постачальників і продається по літру (або півлітра).
Смоляні принтери брудні та токсичні. Смола може потрапити на руки або в очі, тому рекомендується використовувати нітрилові рукавички та засоби захисту очей. Майже всі смоли, які використовуються в 3D-друкі, виділяють пари і вимагають використання в добре провітрюваному приміщенні. Друк із смолою має деякі серйозні недоліки для початківців користувачів, включаючи спеціалізовані слайсери, невеликі будівельні пластини; і потреба в подальшій обробці, включаючи промивання ізопропіловим спиртом і затвердіння ультрафіолетом зовнішньої сторони об’єкта (хоча залишаючи його на сонці на кілька годин, це досягає). Якщо ви обираєте друк на смолі, гідним аксесуаром є станція для миття та полімеризації, яка може коштувати 100 доларів і більше. Багато виробників смоляних 3D-принтерів також створюють відповідні станції затвердіння, сумісні один з одним. Друк на смолі раніше був набагато дорожчим, ніж друк FDM,
Прийняття рішення
Для багатьох потенційних покупців нитяний принтер FDM стане вашим першим 3D-принтером. Друк на смолі брудний, утворює дим і вимагає значної кількості післядрукарської обробки, включаючи якийсь УФ-друк, щоб затвердити зовнішній шар смоли або залишити об’єкт на сонці для затвердіння поверхневого шару. Надлишки смоли також необхідно обережно утилізувати; ви не можете просто промити його в раковині або злити в унітаз. Нитяні принтери FDM просто менш дорогі та прості у використанні (принаймні, для початку).
Тим не менш, незважаючи на всю безладність, метушливість і випари, об’єкти, нанесені смолою, мають тенденцію бути більш деталізованими та мають менше шарів. Смоляні принтери дуже популярні для друку мініатюр. Слайсер, що входить до комплекту принтерів на смоли, дещо відрізняється від тих, що поставляються або доступні для FDM-принтерів. Вони все ще виконують ту ж функцію, перетворюючи моделі в код, який може виконувати принтер. Проте, оскільки принтер із смолою функціонує інакше, ніж пристрій FDM, код також відрізняється. Багато принтерів із смолою мають слайсер під назвою Chitubox, а слайсер Prusa також працюватиме з принтерами SAL.
Незалежно від того, яку технологію ви виберете, в Інтернеті є тисячі файлів 3D-об’єктів, які можна безкоштовно завантажити. Гарне місце для початку — на Thingiverse.com від Makerbot. Почати свої спроби 3D-друку з одного з них — це чудовий спосіб отримати досвід.