Как выбрать 3D-принтер?

Технология 3D-печати, процесс, также известный как трехмерная печать или аддитивное производство (Additive Manufacturing, ) или быстрое прототипирование (Rapid Prototyping), — это производственный процесс, в котором объект создается послойным наращиванием материала.

Пластик является самым популярным материалом, используемым в настольной 3D-печати, а самый популярный процесс для печати пластиком — это моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM). Это процесс экструзии, при котором объект строится путем послойного нанесения расплавленного материала. Пластмассы, используемые в этом процессе, соответствуют тем же термопластам, которые можно найти в традиционных производственных процессах, таким как АБС-пластик или нейлон.

Коммерческий мир проявляет неослабевающий интерес к внедрению технологий 3D-печати в свои рабочие процессы. Снижение затрат и времени подтвердило промышленную пригодность технологии, созданной для производства индивидуальных объектов. Это сделало рынок трехмерной печати подверженным конкуренции, а варианты оборудования и расходных материалов, доступные для бизнеса, едва ли не бесчисленны.

Основные понятия 3D-печати

Независимо от того, только ли вы открываете для себя мир 3D-печати или уже являетесь экспертом, мы рекомендуем следить за обновлениями в отрасли, чтобы видеть различные доступные машины, а также предложения и опции. Вот наиболее важные характеристики, которые вам следует оценить и сравнить при покупке 3D-принтера.

Рабочий объем — максимальный размер модели, который 3D-принтер может изготовить за одну печать. Рабочий объем является одним из важнейших показателей при выборе 3D-принтера:

• выберите малый или стандартный рабочий объем, если вы печатаете детали обычного размера. Большинству пользователей 3D-принтеров не нужен большой рабочий объем;
• выберите большой рабочий объем, если вы планируете печатать крупногабаритные детали.

Наилучшее разрешение слоя — расстояние между одним слоем и следующим. Разрешение слоя определяет качество по оси Z.

• если вы стремитесь к высокому разрешению, выберите меньшую высоту между слоями;
• если вы стремитесь к скорости, выберите наибольшую высоту.

Хотэнд (Hotend) — часть экструдера, компонент FDM 3D-принтера, который нагревает, плавит и экструдирует материал слой за слоем через сопло.

• если вы стремитесь к высокому разрешению, выберите сопло меньшего размера.
• если вы стремитесь к однородности печати, выберите хотэнд, сделанный из качественных компонентов, так как это обеспечит равномерное распределение тепла.

Экструдер — двигатель и все связанные с ним механизмы, которые проталкивают и втягивают нить, чтобы доставить ее с катушки в хотэнд.

• если вы стремитесь к высокому разрешению, выберите сопло меньшего размера.
• если вы стремитесь к однородности печати, выберите хотэнд, сделанный из качественных компонентов, так как это обеспечит равномерное распределение тепла.

Двойная экструзия — способность FDM 3D-принтера использовать две разные нити в одном задании на печать. 

• если вы стремитесь к простым отпечаткам, выберите принтер с параллельным двойным экструдером;
• если вы стремитесь к созданию моделей, где задействовано несколько материалов, выберите машину с системой IDEX.

Скорость печати — скорость, с которой печатающая головка осаждает расплавленный материал. 

• если вы хотите получить быстрые результаты, выберите более высокие скорости печати;
• если вы хотите достичь более высокого качества напечатанных деталей, выберите более низкие скорости печати.

Совместимые материалы — нити, которыми можно печатать на определенной машине. FDM 3D-принтеры принимают широкий спектр термопластичных материалов.

• у вас будет больше вариантов 3D-принтеров, если вы планируете печатать только PLA.
• если вы планируете использовать широкий ассортимент материалов, то вы найдете меньше вариантов на рынке.

Поверхность для печати — площадка, к которой прилипает первый слой изделия. Вы можете выбирать температуру и материалы вашей поверхности для печати: 
если вы хотите предотвратить коробление, используйте подогреваемую поверхность, а также клеящие составы или поверхности с высокой адгезией

Прошивка — постоянное программное обеспечение, загруженное в 3D-принтер. Оно управляет его электронными схемами.

• если вы начинающий пользователь, легче управлять интуитивно понятной прошивкой.
• если вы знакомы с машинами для 3D-печати, то более сложная прошивка даст вам больший контроль над машиной и возможность дополнительно настраивать ваши отпечатки.

Слайсер — компьютерное программное обеспечение, используемое в процессах FDM 3D-печати для преобразования 3D-модели объекта в конкретный набор инструкций для принтера. Если вы выберете 3D-принтер, который поставляется с собственным слайсером, то настройка будет немного проще, поскольку у вас будут предустановленные спецификации, подходящие для этой модели принтера. 

Рабочий объем

Рабочий объем — это максимальный размер модели, который определенный 3D-принтер может изготовить за одну печать, и это один из важнейших показателей, на который следует обращать внимание при выборе 3D-принтера. Если размер детали превышает рабочий объем, деталь придется печатать отдельными частями и собирать в процессе постобработки. Аналогично, если модель имеет механические подвижные части, их необходимо печатать отдельно и собирать после печати.
Поскольку рабочий объем указывает на максимальный размер печати, он будет важным показателем при выборе принтера. Если бизнес-потребность заключается в печати крупногабаритных деталей, компании придется выбрать принтер с большим рабочим объемом. Однако универсальность в производстве крупных объектов может привести к потере точности и надежности.

Наилучшее разрешение слоя

Высота слоя — это расстояние между одним слоем и следующим. Разрешение слоя определяет качество по оси Z. На рынке существует широкий диапазон высот слоя. Использование меньшей высоты слоя гарантирует, что ось Z будет хорошо проработана, а поверхности с кривизной будут гладкими. С другой стороны, большая высота слоя позволит печатать модели быстрее, но снизит разрешение. Типичный диапазон высот слоя составляет от 0,05 мм до 0,5 мм. Этот диапазон важен при принятии решения о том, какой принтер лучше подходит для вашего бизнеса, поскольку не все машины могут печатать в полном диапазоне высот слоя.

Поскольку для каждой высоты слоя требуется определенный поток материала через хотэнд, не все высоты слоя можно печатать одним соплом. Наименьшая высота слоя достигается с помощью маленьких сопел, которые имеют меньшую пропускную способность. Это означает, что важно проверить, какие сопла совместимы с машиной и насколько легко их заменить.

Хотэнд

Это компонент FDM 3D-принтера, который нагревает, плавит и экструдирует материал слой за слоем через сопло. Хотэнд определяет диапазон совместимых материалов, с которыми машина может печатать объекты. Размер сопла определяет разрешение по осям X и Y. Существуют разные типы хотэндов и размеры сопел. Стандартные и самые популярные диаметры сопел варьируются от 0,2 мм до 1 мм. Хотэнды оказывают важное влияние на конечный результат печати и надежность машины. Как правило, чем выше качество компонентов хотэнда, тем лучше будет теплопередача через печатный материал. Это приведет к однородной температуре печати и отличному рассеиванию тепла. 

Поскольку большинство принтеров принимают разные хотэнды и размеры сопел, важной характеристикой, которую следует проверить в спецификациях принтера, является то, насколько легко их заменить. Пользователи также должны убедиться, что материалы для трехмерной печати, которые они планируют использовать, можно использовать с совместимыми хотэндами. Например, если вы планируете печатать поликарбонатом, хотэнды PEEK не совместимы, так как они могут пострадать от высоких температур. Наконец, важно убедиться, что хотэнды произведены надежными производителями, чтобы обеспечить лучшее качество печати и долговечность.

Экструдер

Это двигатель и все связанные с ним механизмы, которые проталкивают и втягивают нить, чтобы доставить ее с катушки в хотэнд. Экструдер определяет количество материала, подаваемого в хотэнд. Следовательно, наличие высокопроизводительного экструдера позволяет избежать проблем с недoэкструзией и измельчением нити. Существует два типа экструдеров: прямые и боуден (bowden).

Так же, как и с хотэндами, мы рекомендуем использовать экструдеры, произведенные надежными производителями, чтобы гарантировать, что параметры печати, рассчитанные в программном обеспечении, будут выполнены во время печати. Если вы планируете печатать гибкими материалами, убедитесь, что принтер имеет достаточное усилие проталкивания для правильной экструзии нити. Вам также следует уточнить, с какими именно гибкими материалами совместим конкретный принтер.

Двойная экструзия

Двойная экструзия — это способность FDM 3D-принтера использовать две разные нити в одном задании на печать. Эта технология позволяет принтеру использовать два разных типа материала. Возможные комбинации печати:

• Многоцветная печать: смешивание двух разных цветов одного и того же материала.
• Печать несколькими материалами в одном изделии.
• Растворимые поддержки: использование растворимых поддержек для сложных геометрий.
• Дублирование и зеркалирование: режим дублирования печатает одну и ту же модель обеими головками одновременно (это удваивает производительность печати), а Зеркальный режим печатает модель и ее зеркальную копию за один раз (ускоряя итерации и сокращая время проектирования).

Двойная экструзия позволяет пользователям создавать более сложные детали, используя растворимые поддержки, и комбинировать материалы для получения различных механических свойств и цветов в одной печати. На рынке 3D-печати существуют два типа двойной экструзии.

Параллельная — две печатающие головки размещены вместе на одной каретке:

• Поскольку неактивное сопло находится близко к печатаемой детали, оно может капать расплавленным пластиком в режиме ожидания.
• Большая масса двух печатающих головок подразумевает высокую инерцию при перемещении на высокой скорости, что приводит к снижению точности.
• Стандартный производственный потенциал. Две печатающие головки приводятся в движение одним двигателем, поэтому одновременно можно печатать только одну деталь.

Независимый двойной экструдер (IDEX) — две печатающие головки перемещаются независимо друг от друга по оси X:

• Отсутствует перекрестное загрязнение материалов, так как неактивная головка паркуется, предотвращая капание расплавленного пластика на деталь.
• Уменьшает движущуюся массу, что повышает точность принтера.
• Высокий производственный потенциал. Поскольку существуют две независимые системы экструзии, принтер обладает производительностью двух машин за счет одновременной печати двумя головками.

Наличие двух экструдеров обеспечивает более эффективную печать, давая пользователю преимущества двойной универсальности в одной машине. В то время как некоторые принтеры с двойной экструзией могут печатать разными продуктами, цветами или свойствами, некоторые принтеры на рынке также могут использовать двойную экструзию для удвоения количества деталей (например, печатая в зеркальном режиме). Если вы планируете печатать как минимум двумя материалами или цветами или хотите повысить свою производительность, рассмотрите возможность выбора принтера с двойными экструдерами, а еще лучше — с независимыми двойными экструдерами (IDEX).

Скорость печати

Скорость печати — это скорость, с которой печатающая головка осаждает расплавленный материал. Скорость печати напрямую влияет на качество напечатанной детали. Чем медленнее скорость, тем лучше результат: большая детализация и гладкое качество поверхности готового изделия. По этой причине скорость печати чрезвычайно важна при печати крупных моделей, так как она может напрямую влиять на качество конечного результата. Важно помнить, что параметр скорости всегда должен быть согласован с потоком материала, проходящим через хотэнд.

3D-принтеры на рынке предлагают различную скорость печати. Вообще говоря, скорости можно разделить на три уровня:

• Низкая скорость печати: 10–30 мм/с
• Средняя скорость печати: 30–60 мм/с
• Высокая скорость печати: 60–100 мм/с

С точки зрения скорости, универсальные машины благоприятны для бизнеса с множественными потребностями в печати.

Совместимые материалы

Совместимый материал — это нить (пластик), которую можно использовать на определенной машине. FDM 3D-принтеры работают с широким спектром термопластичных материалов. Наиболее распространенными материалами в технологии FDM являются ПЛА, ПВА, АБС, ПЭТГ, нейлон, ТПУ, поликарбонат, ударопрочный полистирол (HiPS), полипропилен и другие.

В FDM 3D-печати выбор правильного материала имеет жизненно важное значение, так как требования к материалу могут варьироваться в зависимости от назначения конечного отпечатка. Кроме того, материалы требуют настройки, и эта конфигурация может различаться. Наконец, некоторые принтеры нельзя настроить для определенных материалов, доступных на рынке. Именно по этой причине проверка совместимых материалов является важным показателем при поиске 3D-принтеров.
Наиболее часто используемым материалом в FDM 3D-принтерах является ПЛА. Этот материал имеет широкий спектр применений, прост в настройке и широко совместим с большинством 3D-принтеров на рынке.

Какие совместимые материалы вам подойдут лучше всего?
Пользователи должны убедиться, что нити, которые они планируют использовать для печати, принимаются машиной. Это означает, что принтер может достичь температуры плавления нити. Некоторые производители принимают только нити собственного бренда в качестве гарантии хороших результатов, хотя это эффективно сокращает диапазон возможностей. Однако некоторые принтеры принимают материалы любых брендов и предлагают большую универсальность печати.

Поверхность для печати

Поверхность для печати — это поверхность, к которой прилипает первый слой задания на печать. Материалы и размеры поверхностей для печати за последние несколько лет значительно расширились, и в настоящее время доступен большой выбор комбинаций поверхностей для печати. Поверхность для печати определяет уровень адгезии во время печати.

Основная проблема при печати — избежать коробления (деформации) таких материалов, как АБС или нейлон. Этого можно достичь путем:

• Использования подогреваемой поверхности для печати: это помогает удерживать материал на поверхности, так как тепло снимает внутренние напряжения.
• Всегда правильной калибровки поверхности: плохая калибровка может привести к отслоению материала от поверхности, если сопло печатает слишком далеко от нее.
• Использования клеящих составов или поверхностей с высокой адгезией.

Поверхности для печати имеют различные характеристики в зависимости от материалов, из которых они изготовлены. Например, некоторые принтеры предлагают автоматическую или полуавтоматическую калибровку поверхности, что упрощает процесс и экономит много времени. Кроме того, хорошая поверхность для печати должна обеспечивать правильное сцепление с пластиком.

Некоторые популярные материалы:

• стекло: высокая теплопередача, и в сочетании с клеем обеспечивает надежное сцепление. Этот материал редко повреждается при снятии отпечатанных деталей. Его также легко чистить.
• каптон: равномерное распределение тепла по всей поверхности. Эта поверхность надежно удерживает первый слой печати даже без клея. Может быть повреждена при удалении отпечатанных деталей.
• BuildTak: универсальный, простой в использовании и замене. Должен использоваться в сочетании с клеящими составами.
• гаролит: ламинат из стекловолокна/эпоксидной смолы, который обеспечивает идеальное сцепление с нейлоновыми.

Прошивка

Прошивка — это постоянное программное обеспечение, загруженное в 3D-принтер. Оно управляет его электронными схемами. Вот несколько элементов, которые помогут вам определить, как прошивка положительно влияет на машину и улучшает общее взаимодействие с пользователем:

• Удобство использования: показывает, насколько прост уровень взаимодействия между пользователем и машиной.
• Уведомления: некоторые принтеры уведомляют вас в определенных случаях, ключевые моменты или этапы. Например, машина может уведомлять о необходимости технического обслуживания, предотвращении сбоев и вспомогательных процессах, таких как загрузка нити или калибровка машины.

Для начинающих пользователей всегда рекомендуется работать с машиной, на которой уже установлена интуитивно понятная прошивка, позволяющая выполнять основные функции и не требующая технических знаний.

Слайсер

Слайсер — это компьютерная программа, используемая в процессах FDM 3D-печати для преобразования 3D-модели объекта в конкретный набор инструкций для принтера. Слайсер предоставляет принтеру информацию, необходимую для задания на печать, такую как температура печати или скорость. Программа преобразует вашу 3D-модель в слои, которые затем отправляются на принтер в формате файла, понятном прошивке. Некоторые программы имеют предустановленные профили, позволяющие печатать с заранее заданными параметрами для определенных материалов, в то время как другие также включают ручной вариант, позволяющий пользователю вводить настройки печати.

Иногда производители принтеров предлагают собственное программное обеспечение для слайсинга. Однако пользователи, как правило, свободны в использовании любого программного обеспечения для взаимодействия. Два самых важных слайсера — это Cura и Simplify3D. Cura бесплатна и имеет опции как для неопытных, так и для профессиональных пользователей. Simplify3D также является универсальным и профессиональным вариантом для подготовки файлов для печати.
Слайсер будет учитывать возможности 3D-принтера. Например, ему потребуется получить информацию о том, использует ли принтер двойную экструзию, какие материалы будут использоваться и даже марку машины.

В настоящее время рынок 3D-принтеров предлагает широкий спектр возможностей и диапазонов требований, что иногда может показаться сложным. Именно поэтому мы рекомендуем обратиться за консультацией к опытным и квалифицированным специалистам Форофис, которые помогут выбрать и купить 3D-принтер подходящей конфигурации в точном соответствии с вашими пожеланиями и бюджетом.