Важно для новичков. Внутрянка 3D печатной детали

Информация, которую мы рассмотрим в статье, предназначена прежде всего для пользователей, только знакомящихся с 3D печатью. Новичкам предстоит изучить множество нюансов и вопросов для того чтобы стать экспертами. Надеемся, эта статья поможет найти ответы на некоторые вопросы.

Структура детали, напечатанной на 3D принтере

Чтобы результат печати вам нравился и деталь выполняла свои функции (технические или эстетические - никакой разницы), заранее подумайте о ее структуре. 

Как, например, строительство дома происходит из кирпича или бревна, так и любая распечатанная на 3D принтере деталь состоит из слоев, которые накладываются друг на друга снизу вверх. Слои могут быть разной высоты и распечатаны разным соплом — чем меньше диаметр сопла, тем меньше необходимо устанавливать высоту слоя и наоборот. Например, ваза на рисунке ниже напечатана соплом с диаметром 1 мм, высота слоя 800 мк.

Как высота слоя влияет на готовую модель? У слоистой детали будет большая шероховатость и временами меньшая точность печати (чем толще сопло, тем больше радиус печати угла).

Также в слой входит периметр и внутреннее заполнение:

Периметры создают форму объекта

Заполнение может быть выполнено в виде узора

Внутреннее заполнение может быть выполнено в виде узора, а может быть и сплошным. Формы его выполнения: соты, прямоугольники, линии, кривая Гилберта и др. Узор заполнения влияет на жесткость детали, а также на продолжительность печати и расход материала.

Количество внешних и внутренних периметров влияет на прочность детали. Если мы установим большее количество периметров, то деталь получится прочнее.

Практически всегда оптимально количество периметров —2-3.

Здесь периметров стало больше (5 штук) и деталь стала крепче

Большее количество периметров устанавливается также для того, чтобы появилась возможность сделать отверстие в модели не повредив ее, а еще для нарезки резьбы.

Слои бывают нижними и верхними. Их просто отличить: нижний слой будет гладким и глянцевым, так как плотно прилегал к стеклу во время печати, а верхний слой шероховатый из-за микроследов сопла.

А верхний слой немного шершавый

Чтобы получить более гладкую поверхность на вершине готовой модели, необходимо снизить ширину экструзии для верхнего слоя. В этом случае сопло совершает больше проходов (например сопло d=0,5 мм, ширина экструзии на верхних слоях = 0,25 мм). Вместо одной линии верхнего заполнения экструдер будет делать две и текстура поверхности станет более плотной и гладкой.

Ширина экструзии - это настраиваемый параметр, задающий ширину линии при печати (толщину пластика на выходе)

Кстати, если вы пользуетесь слайсером Cura, то можете использовать параметр “разгладить верхние слои” - при печати верхних слоев принтер просто выключает подачу пластика и разглаживает неровности соплом.

Заполнение — это структура внутри детали (периметров). Деталь чаще всего не заполняется на 100% и не является монолитом, однако это не влияет на потерю прочности, так как заполнение может быть выполнено в виде узора, скрепляющего деталь и придающего ей жесткости.

Как учесть 3D печать при моделировании детали

Зачастую люди, впервые столкнувшиеся с 3D печатью, используют полученные ранее навыки проектирования и моделирования, либо же знание сопромата для моделирования печатных деталек. На самом деле, кроме знаний моделирования, нужно учитывать особенности самой 3D печати. Подробнее об этих нюансах далее:

Анизотропность деталей - прочность детали только в одном направлении.

Представим, что наша задача — распечатать кронштейн, который будет крепиться к стене на 2 отверстия (см. рисунок ниже).

При данном моделировании выходит, что деталь будет нести нагрузку вдоль слоев. Скорее всего кронштейн не выдержит нагрузки и сломается. При использовании технических пластиков уменьшается риск поломки детали (их спекаемость слоев лучше), но, тем не менее, нужно спроектировать модель правильно — расположить ее поперек (положить на стол).

При печати кронштейна в лежачем положении, слои располагаются перпендикулярно вектору нагрузки. Такая деталь будет прочнее. Можно сравнить с волокнами дерева - если нагрузка будет направлена поперек волокон, то его будет проще сломать. Когда мы размещаем модель горизонтально, слои располагаются правильно, следовательно изделие должно быть практичнее и крепче.

Плоскость для первого слоя

Детали печатаются на плоском столе и необходимо заранее запланировать плоскую часть, с которой можно начать печать

Например, посмотрим на эту деталь:

В итоге деталь печаталась в таком положении

Внизу было очень много поддержек и потрачено много материала. Но такую деталь иначе было не распечатать.

Кстати, эта деталь не проектировалась для 3D печати. Если бы изначально предполагалась ее печать, то вопрос торчащих пазов, вероятно, решили бы, утопив их за плоскостью. Это могло позволило печать детали с максимальной площадью соприкосновения со столом.

Если площадь соприкосновения будет маленькой, то появится высокая вероятность того, что деталь отклеится от стола при печати. 

Рассмотрим на примере ракеты:

В таком случае будет всего пара периметров, которыми она соприкасается со столом (центральное сопло). Это делает ее очень неустойчивой при печати и движение экструдера может уронить нависающие по периметру сопла. Поэтому при моделировании ракеты все элементы основания сделали на одном уровне.

Нависающие элементы

Еще один момент, связанный со спецификой подготовки модели к печати.

Начнем с того, что моделей с нависающими элементами следует избегать :)

Если в детали появляется такой элемент, то скорее всего он пойдет в печать с поддержками (и в итоге их придется удалять), либо элемент провиснет. Как решить проблему? При возможности избегайте модели с нависающими элементами можно добавить фаску (срезанный угол).

Тонкие стенки в модели

Зачастую в моделировании необходимо сделать стенку определенной толщины. Как смоделировать тонкую стенку, чтобы при слайсинге не возникло ошибок:

Толщина стенок фена = 1 мм, с небольшим утолщением в 1,5 мм по краям

Стенку нужно моделировать толщиной, кратной диаметру сопла (сопло = 0,5 мм, значит стенка 1 мм или 1,5 мм). Но что делать, если кратного соответствия не подобрать, а нам нужно сделать слой толщиной 0,4 мм?

Ответ прост: нужно увеличить ширину экструзии

Как сэкономить время печати? Несколько советов.

Представим, что нам нужно распечатать не функциональную деталь (крышка, кожух), чтобы куда-то ее “примерить” или “приложить”. Одним словом — убедиться, что она подходит к своему месту назначения. Такую болванку можно печатать вообще без внутреннего наполнения (только двумя-тремя периметрами), если не будет каких-то нависающих элементов. Деталь будет пустая и легкая, но для примерки очень даже сойдет.

Рассмотрим на примере печати кубка ФИФА. Этот кубок можно печатать без заполнения, но у нас он с небольшой тонкой стойкой заполнения от основания до верха сферы (параметр в слайсере infill only needed). Благодаря этому, он не провисает. Корпус же напечатан целиком периметрами.

В целом можно воспользоваться модификатором и начать заполнение только в верхней части. До этой части печать производится только периметрами и полюс сферы не провисает. Также можно установить очень маленькую ширину экструзии на заполнение, в таком случае “внутренняя вата” не даст верхушке провалиться.

Если нам нужна деталь, поверхность которой не должна быть очень гладкой, то можно взять сопло большего диаметра (0,8 мм, 1 мм) и поставить большую высоту слоя.

Нижняя квадратная деталь (см. фото ниже) напечатана соплом 0,8 мм и достаточно высоким слоем 0,5 мм. На ее печать ушло 15 минут. Верхняя деталь напечатана соплом 0,5 мм и слоем 0,15 мм. Эта деталь очень гладкая, но время ее печати составило 39 минут.

Экономия времени при печати первой детали весьма заметна, а при печати большой детали, вы можете сократить время на несколько часов, не теряя в точности, а лишь немного во внешнем виде. Высота слоя — основной параметр, значительно влияющий на скорость печати.

Еще можно сэкономить время, благодаря печати заполнения «через слой» и увеличению коэффициента экструзии на заполнение (на два слоя периметра будет приходиться только один слой заполнения).

Двухэкструдерная печать

Представим, что нам срочно нужна внешне гладкая и эстетичная деталь. В этом поможет двухэкструдерный принтер. Периметры мы напечатаем с одним диаметром сопла, а наполнение — с другим.

Заполнение печатается другим экструдером соплом 1 мм и через слой.

Важно: реализовать это можно только на принтере, чьи два экструдера расположены на разной высоте.

В итоге мы получаем внешне красивую деталь, которая к тому же жесткая и крепкая за счет заполнения в 1 мм. Если деталь печаталась этим соплом полностью, то становятся заметны небольшие швы на периметре или неровности на углах.

Спасибо за прочтение! Оставляйте комментарии, делитесь своими наблюдениями и советами для 3D-новичков, задавайте вопросы :)

Ссылка на вебинар по теме «Внутрянка 3D печатной детали»: ЗАХОДИ И СМОТРИ