Дефекты 3D печати - Попробуем ввести классификацию

Добрый день, уважаемые посетители портала.

Сегодня я решил уходить не в художественную часть нашей работы, а снова в научную.

В силу стечения обстоятельств, я закончил университет по специальности инженер-литейщик. К чему я это упоминаю: во-первых, уже последние лет 10 литейке грозятся, что она умрет из-за штамповки и 3D печати. Во-вторых, в литейном деле используется очень много своей собственной терминологии. Сегодня я хочу попробовать описать основные дефекты 3D печати, возможные названия и способы борьбы с ними (дефектами, не названиями). Конечно, в рамках одной статьи на одном портале мы собственную терминологию не введем, но, как минимум, будет чего обсудить. Приглашаю вас к прочтению и адекватному комментированию.

Дефект : Коробление

Часто используемое описание: Отклеивается от платформы, изгибается

Описание : Искажение геометрии. Из-за перехода пластика из одного состояния в другое ( жидкое - твердо-жидкое - твердое ) и изменения температур, пластик начинает уменьшаться в объеме. Этот процесс проходит неравномерно - сначала остывают края, а затем только центральная часть. Из-за этого возникают внутренние напряжения, которые отрывают края или ломают деталь.

Теперь немного физики и пояснений. НЕВОЗМОЖНО избавиться от термического сжатия или усадки. Это физический процесс - вы можете только его скомпенсировать. Кроме этого, помните - везде упоминают усадку 0.5 -0.9%. Но это только линейная, а значит объемная у вас будет больше.

Как бороться:

• Уменьшить заполняемость - меньше пластика, меньше чему сжиматься - меньше усилие отрыва.
• Использовать горячий стол - вы прогреваете нижние слои, что дает равномерное распределение напряжений внутри детали.
• Делать внешний контур - вы можете печатать внешний слой вокруг детали. Это создает что-то вроде термобарьера вокруг детали, тем самым поддерживая температуру по объему, что приводит к равномерному распределению напряжений по детали. Альтернатива - закрытая камера печати, служит аналогичным образом
• Использовать конструктивные элементы - Во-первых, проверьте чтобы ваша деталь хорошо лежала на столе - если ваша плоская грань детали вовсе не плоская ( в художке это легко - пару полигонов или вертексов переместить не туда на пару мм), то она легко оторвется. Во-вторых, если вы понимаете физику процесса можете либо где-то добавить материала, либо сделать дырку в детали и пр. Таким образом вы искусственно вызовете перераспределение напряжений в детали, однако, этот способ крайне сложен.
• Увеличьте силу сцепления - вы можете не бороться с напряжениями, а просто обеспечить необходимую силу сцепления. Однако, этот вариант мне кажется не очень хорошим - эти напряжения останутся и вашу деталь потом можно легко сломать в этом месте.
  
  

Дефект : Перекос

Часто используемое описание: Слои поплыли, Вертикаль не соблюдается, слои не ложатся ровно друг на друга

Описание : Возможно несколько вариантов данного дефекта. Либо слои просто неровно ложатся, либо модель печатается как-то кусками, либо просто легкий перекос. Данный дефект, как правило, связан с механической частью принтера. В следствие трения путь фактический путь печатающей головы не сходится с тем, что был заложен в машину.

Как бороться:

• Проверьте ремни. Так как конструкций много, универсальный ответ тут дать сложно. Проверьте, чтобы они нормально лежали в местах контакта и нигде не перетирались. Посмотрите инструкцию принтера или какие-нибудь советы в интернете - вполне возможно проблему уже разобрали до вас.
• Если принтер просто смещает слои друг относительно друга, то вполне возможно, что не обеспечена фиксация шкивов должным образом. С помощью черного маркера можете пометить положение, а после печати сравнить и подкрутить это место в случае необходимости.
• Подвигайте печатающую голову без питания - она должна двигаться без существенных проблем. Если это не так - то может стоит наконец смазать валы ?
• Не обеспечивается перпендикулярность - опять-таки из-за плохого крепления может не обеспечиваться перпендикулярность осей X и Y. Это может привести к данному дефекту, а значит пора снова лезть в принтер и крутить.
• Проверьте печатающую платформу - стекло может начать елозить на вашем принтере. Причем как-раз таки в одном направлении. В таком случае надо каким либо образом обеспечить его фиксацию.
• Проблема с электроникой. Редкий случай, но возможный.
  
  

Дефект : Вскип, Подутость (?)

Часто используемое описание: Дырки на верхнем слое, проблема с внешним слоем.

Описание : Выступы на верхнем слое детали - могут быть как открытого, так и закрытого типа. По сути - это связано с провисанием пластика, который не успевает охлаждаться будучи напечатанным в воздухе без поддержек. Учитывая, что таких слоев может быть несколько и все они некачественные - получаем данный дефект.

Как бороться:

• Обеспечьте охлаждение - ваш пластик должен хорошо остывать на верхнем слое. По рекомендациям, на этом этапе охлаждение должно идти максимально.
• Обеспечьте достаточную толщину слоя и стенки - Кроме достаточного охлаждения, у вас должно быть необходимое количество слоев. Опять-таки по рекомендациям, ваша стенка должна состоять, как минимум, в 6 слоев вашей толщины. Таким образом, при печати слоем 0.1 мм вам желательно, чтобы ваша стенка была не менее 0.6 мм. Но помните - слишком тонкие базовые слои тоже не подойдут - они просто не будут держать себя и другие слои.
• Попробуйте изменить заполняемость - некоторые слайсеры изменяют конфигурацию заполняемости на определенном проценте заполнения, то есть разница может быть уже даже между 24% и 25%. Кроме этого, при большей заполняемости расстояние, которое печатается в воздухе меньше, что тоже может убрать данный дефект.
  
  

Дефект : Неслойность (?)

Часто используемое описание: Круглые вещи выходят не круглые, параллельные прямые выходят не параллельными

Описание : Иногда геометрия слоев не соблюдается - это может проявляться в окружностях, когда окружность получается не идеальном, а так же в параллельных прямых. Например, параллельные прямые сначала немножко расходятся, а потом, наоборот, чуть наслаиваются. Это связано с ремнями, идущие к шаговым моторам - скорее всего они не достаточно плотно крепятся.

Как бороться:

• Подтяните ремни около печатающей головы - как это сделать, лучше всего посмотреть на портале 3dtoday или у запросить у вашего поставщика 3d принтера.
• Проверьте, чтобы все крепежи были плотно затянуты - для этого воспользуйтесь инструментом, который скорее всего шел у вас в комплекте
• Смажьте направляющие - добавить буквально по одной капле легкой смазки на ваши направляющие.
  
  

Дефект : Слоновья нога

Часто используемое описание: Толстые нижние слои, неодинаковые слои в основании.

Описание : Эффект, когда нижние слои вашей детали по площади больше, чем должны быть. Из-за того, что сопло в начале печати плотно прижимается к печатающему столу в начале печати, слой начинается немного размазываться, тем самым уменьшаясь в толщину, но увеличиваясь по площади. Потом печатать выравнивается, потому что плотного прижатия уже не происходит

Как бороться:

• Отрегулируйте стол - ваше сопло не должно упираться в печатающую платформу - должен оставаться незначительный, но все-таки зазор.
• Уменьшите температуру стола - небольшое уменьшение температуры стола тоже может сказаться на уменьшении данного дефекта. Не увлекайтесь данными способами слишком сильно - это может ухудшить общее качество печати.
• Конструкционные улучшения модели - добавьте маленькие фаски или сопряжения. Вам придется немного поиграться с настройками, но благодаря такому конструктивному улучшению в модели ваша модель будет ровно и красивой. Однако, определить какой делать фаску сказать точно невозможно. Начните с фаски 0.5 x 45 , а дальше находите эмпирическим путем оптимальный вариант.
• 
  
  

Дефект : Внешние провисания (?)

Часто используемое описание: Сопли, пластик между двумя деталями

Описание : Во время перехода печатающей головы от одной детали до другой или какого-то крупного элемента большой детали до другого, возникает длинный тонкий слой пластика, который портит внешнюю форму детали (деталей). Возникает это из-за того, что пластик, который остается на кончике сопла под действием силы тяжести и трения зацепляется за одну деталь и начинает тянуться по воздуху. В зависимости от параметра жидкотекучести и времени затвердевания разные пластики по-разному проявляют данный дефект.

Как бороться:

• Используйте функцию retract - благодаря ей, печатающая голова чуть-чуть вернет назад пластик, так образом убирая его с кончика сопла. Данная настройка активируется непосредственно в слайсере (если он поддерживает ее). В слайсере Cura ретракт рисуется тонкими синими линиями и вы можете на уровне готового задания проверить данный момент.
• Увеличьте скорость печати - физика проста - увеличив скорость печати, вы уменьшили время, когда пластик может зацепиться за вашу деталь. Однако, увеличение скорости печати не всегда возможно и может вызвать другие дефекты.
• Измените температуру печати - температура печати напрямую влияет на жидкотекучесть, особенно в случае с PLA пластиком. Уменьшение температуры даже на 10 градусов существенно уменьшает эффект от внешних провисаний.
  
  

Дефект : Волнистость

Часто используемое описание: Изменение цвета у краев детали, дефекты по краям

Описание : Данный дефект проявляется в виде потемнений и легкой волнистости вокруг острых концов. Если вы начнете печатать текст, то на нем это будет выглядеть, как легкий эффект тени. Это происходит из-за инерции, которая сообщается жидкому пластику во время печати. Относительно пластика, печатающая голова обладает большой массой и во время резкой смены направления жидкий пластик не способен резко повторить траекторию, что вызывает легкую волнистость по углам.

Как бороться:

• Уменьшить скорость печати - уменьшение скорости печати, уменьшает резкость на поворотах ,тем самым сглаживая эффект.
• Уменьшить ускорение печатающей головы - эти настройки доступны не во всех слайсерах, однако, это позволит избавить от дефекта без уменьшения скорости печати.
• Измените температуру печати - как мы упоминали ранее, температура влияет на жидкотекучесть, так что уменьшение температуры печати может помочь избавиться от дефекта.
  
  

Дефект : Рыхлота, Провисания (?)

Часто используемое описание: Сопли на детали, провисание пластик на детали

Описание : Один из самых распространенных и базовых дефектов - из-за печати в воздухе пластик провисает вместо получения ровной горизонтальной поверхности. Связано это с тем, что пластик не успевает остывать и печатается без поддержки там, где они необходимы. Провисания могут возникать много по каким причинам, хотя физическая природа дефекта практически неизменна. Из-за этого устранение этого дефекта может быть не очевидным.

Как бороться:

• Охлаждение - в зависимости от пластика, вам может понадобится охлаждение или нет. Если это необходимо - обеспечьте его максимально, насколько возможно.
• Печатайте больше одной детали - в случае мелких деталей, существенно поможет печать больше одной детали. Таким образом вы отведете источник тепла и дадите время вашей детали остыть.
• Поработайте с толщиной слоя - невозможно дать рекомендацию, лучше ли увеличить слой или его уменьшить. В каждой ситуации надо решать, однако, изменение толщины слоя может улучшить или ухудшить эффект от провисаний.
• Уменьшите скорость печати - очень часто уменьшение скорости печати может улучшить качество вашей детали.
• Уменьшить температуру - если вы уменьшите температуру, пластик будет быстрее охлаждаться до твердого состояния. Однако, нельзя понижать температуру слишком низко, иначе качество печати может упасть.
• Измените позицию детали - если это возможно без потери качества, постарайтесь по-другому расположить деталь. Остановитесь, подумайте или воспользуйтесь автопозиционированием (например, Meshmixer). Вместо того, чтобы бороться с дефектом часто можно его просто исключить.
  
  

Дефект : Слоистость нижнего слоя

Часто используемое описание: Четко выраженный нижний слой, толстые линии нижнего слоя

Описание : Печать нижнего слоя - один из самых ответственных моментов в печати. Если мы будем печатать слишком близко, то мы получим дефект слоновья нога. В случае большого зазора, мы можем получить излишнюю слоистость нижнего слоя.

Как бороться:

• Уменьшить толщину первого слоя - во многих слайсерах есть возможность изменения первых слоев печати. Попробуйте сделать ее меньше для достижения результата, который вас устроит.
• Повторная калибровка - очень многие проблемы с нижними слоями может решиться калибровкой стола. Установите расстояние немного меньше и возможно вы получите необходимый результат.
  
  

Дефект : Недоэкструзия

Часто используемое описание: Дырки в печати, проблемы со слоями, дефекты на поверхности

Описание : Недоэкструзия - это дефект, достойный отдельной статьи с описанием. Она может возникать в следствии огромного количества факторов, как связанных с принтером, так и с пластиком. Наблюдать ее очень легко - поверхность детали выходит не ровной, а со всякими вкраплениями, либо наоборот отсутствием пластика там, где он необходим. Для устранения данного дефекта может потребоваться комплексный подход.

Как бороться:

• Измените скорость - возможно ваш принтер технически не может печатать на такой скорости. Может потребоваться его смазать или сменить пластик, но для начала попробуйте печатать на меньшей скорости. Кроме этого не все детали и не всеми пластиками, принтер может печатать на максимальной скорости
• Смените температуру - у всех пластиков есть рекомендованные температуры для печати. Если вы печатаете не той температурой, то не обеспечиваете требуемые параметры по жидкотекучести по работе с данным пластиком и печатать вы будете им не корректно.
• Проверьте пластик - пластик может отсыреть, быть грязным или быть некачественным. Все это может привести к недоэкструзии, либо что вы вообще не будете печатать. Кроме этого, пластик может сломаться из-за подающего механизма и его прочностных свойств. Возможно, вы не сможете печатать данным пластиком. А может у него диаметр гуляет.. Как вы понимаете, смена пластика на другой позволит быстро понять проблема в принтере или расходнике.
• Проверьте подающий механизм - в случае работы с мягким пластиком, пластик может переминаться слишком сильно, что не позволит вам им нормально печатать. Тогда скорее всего будет необходимо ослабить захват прутка, однако, делать это стоит лишь предварительно связавшись с тех. поддержкой, если вы делаете это впервые.
• Проверьте пруток - в ходе печати иногда ваш пруток может завязаться узлом или что-то мешает ему поступать в экструдер. Обязательно проверьте данный момент.
• Сменить или прочистить сопло - ваше сопло не будет служить бесконечно. В ходе работы, оно будет загрязняться - как от нагара пластика, так от пыли, которую вы допустили. Всегда имейте пару сменных сопел, чтобы понять данную проблему. Кроме этого, когда вы заправляете пластик с меньшем температурой печати, пропечатайте на высокой температуре, чтобы полностью вышли остатки старого пластика и они не мешали работе.
• Проверьте настройки слайсера - некоторые слайсеры могут использовать отвод сопла и его очистку для избавления от внешних провисаний. Из-за этого, когда вы возвращаете печатающую голову, вы не сразу начинаете подавать пластик. Это может привести к недоэкструзии в некоторых кускам модели.
• Проверьте тефлоновую трубку - из-за грязи допущенной в зоне печати, тефлоновая трубка может загрязнится. Из-за этого пруток будет испытывать трение, что будет приводить к недоэкструзии.
• Проверьте шестерни - если шестерни захватывающие пруток будут работать неправильно, то и выходить из сопла он будет проблемно. В случае, если более простые меры вам не подошли - проверьте, чтобы этот механизм работал корректно.
  
  

Дефект : Просечки (?)

Часто используемое описание: Стенки не спекаются между собой. Пустоты в стенках.

Описание : Механическая проблема. Из-за ограниченного пути печатающей части, возникают пустоты и нестыковка между стенками . Контакт может быть частичным, либо отсутствовать полностью.

Как бороться:

• Подтяните ремни около печатающей головы - как это сделать, лучше всего посмотреть на портале 3dtoday или у запросить у вашего поставщика 3d принтера. Этот вариант лучше использовать в случае частичного контакта.
• Уменьшите скорость печати - возможно на такой скорости пластик плохо укладывается. Так же легкое увеличение температуры может помочь.
• Измените настройки стенки - такая проблема может возникнуть из-за принципа укладывания этой самой стенки. Если у вас стоит сопло 0.3, то это невозможно уложить идеальными слоями по 0.3 мм стенку в 1 мм. Таким образом программа может либо представить стенку, как 0.9 мм и уложить 3 слоя, либо как-то это скомпенсировать. Попробуйте изменить толщину стенки и возможно вы сможете избавиться от дефекта.
  
  

Дефект : Царапины

Часто используемое описание: Царапины на поверхности и неравномерность по цвету

Описание : Во время перемещения печатающая головка оставляем за собой след на пластике в следствие близкого контакта с поверхностью. Это может быть как задевание старого пластика, так и размазывание нового пластика, которые вытекает из сопла из-за контакта.

Как бороться:

• Увеличение скорости и уменьшение температуры - как в других подобных дефектах, когда пластик оставляет след, увеличение скорости и уменьшение температуры могут снизить эффект от данной проблемы.
• Изменение настройки слайсера - В большой степени данный дефект можно контролировать слайсером. На примере Cura'ы можно использовать функцию z-hop (приподнимает сопло). Кроме этого можно поработать над ретрактом.
• Изменение геометрии - данный дефект может еще проявляться на сложных поверхностях. Попробуйте добавить ровный слой на модели или в целом упростить геометрию, если вы сталкиваетесь с такой проблемой и она сильно портит вам жизнь.
  
  

Дефект : Недозаполнение

Часто используемое описание: Деталь странно печатается. Неправильное заполнение детали. Печать поддержек где их быть не должно

Описание : Вид дефектов связанный с электронной моделью - может быть связан много с чем. Если у полигонов неправильно направлены нормали, если модель не до конца сшита ( есть дырки) или состоит из нескольких элементов - все это может привести к данному виду дефектов, когда слайсер будет понимать неправильно, что от него хотят.

Как бороться:

• Проверьте модель в Netfabb/Meshmixer - с помощью специализированных продуктов вы можете проверить модель и посмотреть, какие есть в ней ошибки. Данные программы устраняют многие проблемы, которые были допущены перед печатью. Однако, данные программы могут исказить вашу геометрию.
• Исправьте электронную модель - если у вас есть навыки и возможность воспользуется функционалом 3д программ для исправления сетки. Сшейте сетки, закройте пустоты, обратите нормали , после чего проверьте получившийся g-code. В нем вы увидите, как будет печататься ваша модель и все ли вас устраивает.
  
  

Дефект : Пушистость

Часто используемое описание: Модель, как в волосах. Сопли. Провисания.

Описание : Уменьшенный вариант внешнего провисания. На модели торчат маленькие волосики, которые остаются от печатающего сопла. Физика явления такая же, но количество пластика существенно меньше. Однако, данный дефект может появляться даже если сопло не переходит от одного объекта к другому.

Как бороться:

• Проверьте пластик - возможно, ваш пластик загрязнен или сделан не качественно. Попробуйте другой пластик и возможно получится избавиться от модели
• Проверьте сопло - такая пушистость может быть первым признаком, что с соплом что-то не так. Проверьте внешнюю часть сопла, чтобы на ней ничего не торчало или попробуйте другое сопло
• Удалить дефект после работы - этот тот редкий вид дефекта, от которого довольно легко избавиться пост обработкой. Используйте шкурку, надфиль или другой удобный инструмент.
  
  

Дефект: Пропущенный слой

Часто используемое описание: Слой отличается от остальных слоев модели. Модель слоится на куски

Описание:Случай, когда один или несколько слоев отличаются от других. Затем идет стабильная печать и дефект может повторится. Может возникать из-за недоэкструзии или проблем механизма.

Как бороться:

• Ознакомьтесь с недоэкструзией - возможно, что вы увидите еще похожие дефекты и будете знать, как вам тогда действовать.
• Смазать Z-направляющую - поскольку стол перемещается по Z направлению, то возможно на каких-то участках у вас скопилась грязь или не хватает смазки. Смажьте направляющую по рекомендации от производителя и проверьте работу.
• Проблема с подшипниками - возможно, что проблема не в направляющей, а в другом элементе подъемного механизма. В этом случае вам надо проверить регулировку подшипников или отдать принтер в сервис. Дополнительную информацию ищите на портале 3dtoday
• Излишняя смазка - слишком много смазывающего материала -не значит лучше. Он может начать легко скапливать грязь и опять-таки начать вызывать данный эффект. Протрите валы и смажьте необходимым количеством материала.
• Проблема с электроникой - возможно, что проблема связана не с механической, а электронной частью механизма. Если другие способы не помогают, то скорее всего принтер может понадобится отдать на ремонт.
• Дефектные детали - к сожалению, такое бывает. Возможно, что все сделано хорошо, но какая-то деталь механизма вышла из строя. Опять-таки без разбора принтера это не решить.
  
  

Дефект: Несоблюдение осей

Часто используемое описание: Не соблюдается прямой угол.

Описание: Случаи, когда ответные части от механизма не встают в пазы из-за перекоса. Другой способ определить возникшую проблему - голова принтера перемещается с усилием.

Как бороться:

• Редактирование осей - дефект устраняется только механически. Запросите у поставщика или производителя информацию о том, как скорректировать оси и после чего произведите донастройку принтера.
  
  

P.S.

Я не претендую на окончательную инстанцию. С моей стороны хочется адекватного обсуждения и предложений, чтобы эту статью дополнить и развивать и сформулировать в законченный вариант. Значки ? значат, что данное название я еще не считаю конечным и жду от вас других предложений по названиям. Только названия должны быть толковые, чтобы человек представлял, что это и использовал короткое слово для определения. Грамматические и лексические ошибки лучше отмечать мне в личку - надеюсь с редакцией договоримся, чтобы дали возможность исправить статью. Материал сформулирован по данному источнику . Специально не добавлял некоторые дефекты, которые не связаны с пластиком, принтером и печатающим механизмом (такие как отрыв детали от стола обычный и плохая работа электроники), хотя возможно вы скажите, что логичнее добавить. Короче готов к обсуждению.

С уважением, Панин Сергей