Как печатать пластиком на 3D-принтере

Если вы собираетесь заняться 3D-печатью, придется хорошо разобраться в технических моментах процесса. Для начала нужно понять, какой пластик выбрать, как настроить оборудование и каких ошибок лучше не совершать. Для этого рассмотрим FDM процесс в подробностях.

Три типа пластика: что выбрать

Когда выбираете пластик, учитывайте, для чего и как будет печататься готовая деталь. Не менее важна совместимость расходника с оборудованием. Толщина стенок, градус плавления, жесткость, прочность — все это имеет большое значение и зависит от типа выбранного полимера, вроде ПЛА или ТПУ.

PLA (Полилактид)

Так называется биоразлагаемый полимер, который создается на базе молочной кислоты. Например, из сахарного тростника или кукурузы, реже — из других продуктов, вроде крахмала или целлюлозы. Раньше область применения ограничивалась медициной, но в последнее время расширилась за счет упаковки и трехмерной печати. Материал легко утилизируется с помощью компостирования, поэтому широко известен и распространен. Вещество получается нетоксичным, поэтому разрешено в домашних условиях.

Преимущества:

• Усадка равна 0. Поэтому вы можете получить изделие, которое точно соответствует данным параметрам.

• Стол с подогревом не нужен, сквозняки не мешают. Можно печатать на наиболее дешевом китайском аппарате с открытой камерой.

• Нетоксичный. Запах есть, но несильный. Можно работать в квартире, используя обычную вытяжку, или открыть окно.

• Пластик получается прочным, твердым, скользким. Оптимален для создания разных вещей. Например, для габаритных конструкций и изделий с точными размерами, декора и составляющих интерьерного дизайна, моделей и макетирования, фурнитуры, электроники, посуды.

• Производится из природных ингредиентов, поэтому безопасен в качестве пищевой упаковки.

• Разлагается в естественных условиях, не вредит природе и удешевляет процесс утилизации.

Недостатки:

• Под влиянием УФ-лучей и воздуха со временем теряет свою прочность. Обязательно защитное покрытие.

• Температура размягчения небольшая, летом в салоне авто легко потеряет форму.

• Небольшой температурный диапазон эксплуатации.

• Из-за увеличенных показателей твердости сложнее в обработке.

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол)

Ударопрочный пластик, который получил распространение в промышленности и сфере трехмерной печати. Идет на изготовление особенно прочных деталей, которые могут эффективно применяться в повседневной жизни. Палитра оттенков огромная. Некоторые производители, чтобы сэкономить, выпускают нить без катушки. Себестоимость получается низкой и самой доступной на рынке.

Преимущества:

• Сочетание прочности и упругости позволяет печатать долговечные механические изделия.

• Широкий температурный диапазон увеличивает сферу применения пластика. Подойдет для создания корпусов и комплектующих, декоративных изделий под покраску, протезирования, фурнитуры, табличек.

• Доступность механической обработки вместе с возможностью сглаживания углов с помощью химических составов позволяет создавать красивые декоративные изделия.

Недостатки:

• Плохо переносит прямые УФ-лучи, со временем желтеет, из-за чего сроки применения под открытым небом ограничены.

• Не терпит сквозняков во время работы, из-за чего не может печатать на дешевых аппаратах с открытыми корпусами. Нужна закрытая камера.

• Степень усадки достаточно высокая, из-за чего возникает склонность к расслоению. Требует применения стола с подогревом.

• Возможно появление неприятного запаха. Потребуется специальная вытяжка или хорошо проветриваемое помещение для работы.

PETG (полиэтилентерефталат-гликоль)

Материал недавно появился на рынке, но уже завоевал хорошую репутацию. Демонстрирует неплохую ударопрочность, а спекаемость слоев настолько сильная, что при повышенной нагрузке конструкция ломается против слоев. Палитра доступных цветов такая же богатая, как и у АБС.

Преимущества:

• Никакого запаха. Можно смело печатать в квартире или доме, не имея специализированной вытяжки.

• Материал не подвержен усадке, поэтому корректность размеров гарантирована.

• Слои надежно спекаются между собой: легко получить изделия с тонкими, но прочными стенками.

• Устойчивость к УФ-лучам. Можно напечатать компоненты, которые будут уверенно служить под открытым небом без риска разрушения.

• Расширенный температурный диапазон эксплуатации.

• Закрытая камера не нужна. Пластик не боится ветра.

• Полимер получается скользким, ударопрочным. Оптимально печатать шестерни, втулки, прочие составляющие механизмов.

• Отсутствие токсичных элементов. Подходит для посуды, пищевой пленки.

Недостатки:

• Из-за увеличенной текучести нужно тщательно настраивать ретракты для ПЭТГ.

• Повышенные температуры негативно влияют на фторопластовую вставку в хотэнде, быстро выводя ее из строя.

• Прочность, градус плавления ниже, чем у АБС.

Сравнительная таблица по техническим характеристикам

Как выглядит процесс печати с ПЛА

Полимер приобретается в 30%+ случаев, когда в ход идут 3Д-технологии. Плавится при наименьшей температуре, чем другие пластики, легко сваривается, шлифуется, полируется и покрывается краской. Полученные компоненты разрешается сверлить и фрезеровать, но с осторожностью. Иначе можно их расплавить, так как температура плавления всего 50°С.

Сушка филамента

Филамент из полимера гигроскопичен, в отличие от полимеров SBS и HIPS, поэтому хранить его нужно в герметичной упаковке или в пакетах с влагопоглотителем, а перед использованием следует высушивать в электродуховке при температуре около 70°С.

Нагрев платформы

Перепад температур не оказывает разрушающего воздействия. Изделие не слоится, не деформируется. Платформа с подогревом или закрытая камера не нужна. Можно печатать на доступной установке с открытой камерой.

Хорошую фиксацию легко получить с помощью лака для волос, клеящего карандаша или спецпокрытия. При печати первого слоя скорость работы оборудования должна быть минимальной, а площадь слоя — максимальной за счет рафта.

Как настроить принтер правильно

Полилактид — универсальный и наименее капризный материал. Температура плавления у него минимальная, требования к платформе или камере тоже. Поэтому новичок в деле 3D-моделирования должен выбирать именно ПЛА.

Для начала нужно изучить параметры, которые производитель указывает на катушке. В зависимости от бренда они могут различаться. Если будете ими руководствоваться, сможете точнее настроить оборудование и получить максимально возможное качество. Обычно компания указывает два параметра: температуру сопла и стола. Нужно брать усредненные значения, изменяя их с учетом полученных результатов.

Обычно параметры выглядят следующим образом:

• температура экструзии: 190-230°С;

• температура стола: 20-70°С;

• обдув: 100%;

• скорость работы: 30-80 мм/с;

• высота слоя: 25-75% от диаметра сопла, но лучше 50%;

• ретракт: 1,5-2 мм для директа, вдвое больше для боуденов.

Еще нужно учитывать, что дно и крышка должны печататься  минимум в два слоя. А при перемещении сопла над заготовкой нужно отводить экструдер по оси Z, чтобы избежать соприкосновения.

Сложностей возникает минимальное количество. Ваша задача — найти адекватную температуру, чтобы результат получился ровным, прочным, красивым.

Как выбрать температуру печати

Когда вы берете катушку с новой нитью, начинать нужно с температуры 200°С. После чего придется следить за результатом и повышать/понижать градус с шагом в 5°С, пока вы не достигнете нужного показателя.

Если температура слишком высокая

Число полос/струн/соплей между частями объекта увеличивается. Экструдер «протекает», выпуская слишком большое количество материала, передвигаясь между частями объекта. Если вы это наблюдаете, температура слишком большая, начинаем ее понижать с шагом в 5°С. Продолжаем, пока протечка полимера не будет устранена.

Если полимер протекает и при сниженной температуре, это значит, материал более жидкий, чем обычно. Рекомендуем повысить обратную подачу или ретракт. Обычно 3-4 мм достаточно для любых материалов.

Если температура слишком низкая

Новый слой не прилипает к предыдущему,  поверхность получается шероховатой, деталь выходит непрочной. Все это признаки того, что температура крайне низкая. Наращиваем ее с шагом 5°С, пока детали не станут прочными.

Сравнительная таблица для различных видов пластика

Какая температура должна быть у стола

Если ваш стол может подогреваться, установите температуру в районе 70°С. При выполнении работы на стекле важнее, чем температура, становится уровень расположения экструдера и поверхности стола. Если сопло слишком далеко, нить не прилипнет к стеклу, если чрезмерно близко — процесс остановится.

Зачем охлаждать экструдер

При печати второго и последующего слоя температуру стола, сопла лучше снизить, чтобы исключить загибания краев. Дополнительно это повышает степень адгезии.

С какой скоростью печатать

Для полимера стандартным показателем является печать на скорости 30-80 мм/с. Увеличивать/уменьшать скорость работы нужно с шагом 5 мм/с, чтобы отслеживать получаемый результат.

Обработка детали после 3D-печати

Рассказываем в статье, что делать дальше с деталью, которую вы решили напечатать.

Удаление поддержки

Это стандартный этап постобработки: удаляются опоры, которые используются для устойчивости создаваемой конструкции. Для удаления поддержки деталей из ПЛА применяются растворители на основе PVA: HydroFill, Scaffold. Деталь просто погружается в контейнер с растворителем на некоторое время. Ускорить процесс может ультразвуковой очиститель и слегка подогретый раствор.

Такой метод пригодится, если деталь имеет сложную геометрию и механически довольно сложно удалить поддержку. Поверхность остается гладкой в местах крепления подпорок.

Однако растворение с ошибками приводит к образованию на поверхности обесцвеченных пятен, к перекосам распечатки. Метод не избавляет от шероховатостей, царапин, линии от слоев и других дефектов.

Шлифовка

Сгладить деталь и удалить явные дефекты, вроде следов от подпорок или клякс, поможет шлифование. Качество печати, толщина слоя определяют, насколько большой абразив нужно использовать. Для слоев в 200 микрон и меньше подойдет шкурка Р150. Если есть заметные кляксы, а толщина слоя составляет 300 микрон, можно взять шкурку Р100. Процесс нужно и можно продолжать до материала Р2000.

Начинать нужно с влажной шлифовкой. В перерывах между подходами остатки материала нужно удалять зубной щеткой, мыльной водой. Чтобы получить блестящую поверхность, можно дойти даже до шкурки Р5000. При этом движения всегда должны быть аккуратными и круговыми, чтобы избежать образования бороздок.

В итоге поверхность получается гладкой, а постобработка упрощается. В случае сложной конфигурации ошкурить изделие будет непросто. Если движения будут слишком агрессивными и сильными, это негативно скажется на внешнем виде детали.

Холодная сварка

Иногда слишком большое изделие печатают по частям, которые потом сваривают. В случае с ПЛА это делается с помощью дихлорметана или соответствующего клея. Шпунтовые соединения могут помочь усилить конструкцию.

Грунтовка и покраска

Когда распечатка зачищена до нужной степени, наступает время грунтования. Аэрозольный состав наносится в два слоя. Обеспечивает ровное, тонкое покрытие, чтобы не замазать мелкие детали, под последующую покраску. Наносится с расстояния 15-20 см, а после высыхания ошкуривается.

Когда два слоя нанесены, начинается окрашивание. Подойдут любые красящие составы, включая акриловые. Состав наносится тонким слоем с помощью пульверизатора или кисти, чтобы первые несколько слоев оставались прозрачными. Когда через 2-4 нанесения покрытие станет непрозрачным, нужно дать ему просохнуть полчаса, а затем отполировать специальной бумагой. Далее остается нанести 1-2 слоя финишного покрытия, дать ему высохнуть.

Возможные проблемы при 3D-печати пластиком полилактидом

Начинающие пользователи часто сталкиваются с разными затруднениями. Разберем самые распространенные ситуации.

Первый слой плохо прилипает или не прилипает совсем

Когда адгезия слишком маленькая, первые слои отлипают от платформы или не прилипают совсем, из-за чего процесс изготовления становится невозможным: деталь смещается. В этом случае вам нужно:

• Проверить, как высоко висит экструдер. Отрегулировать концевик принтера или установить экструдер на нужной высоте вручную.

• Убедиться, что рабочий стол располагается ровно, не под наклоном. Если нет, откорректируйте уровень.

Если причина не в этом, достаточно разогреть платформу или нанести адгезионный состав: лак для волос, клеевой карандаш, суспензию из полимера, специальное покрытие. Также можно увеличить площадь контакта, используя рафт или расширенный первый слой. Это поможет напечатать элемент быстрее.

Первый слой подтекает

Это легко заметить, потому что между деталями протягиваются паутинки. Такая ситуация может появиться, если экструдер слишком горячий или вязкость полимера меньше обычного. Пластик легко выливается из сопла там, где принтер не должен ничего печатать. Тогда полезно будет снизить температуру экструдера, применить в настройках опцию ретракции: нить втягивается в обратном направлении, когда головка совершает перемещение между фрагментами объекта и не обязана печатать.

Стенки расслаиваются

Причина в том, что пластиковые стенки просто не успевают спечься. Нужно разогреть побольше экструдер с шагом в 5°С до тех пор, пока проблема не уйдет. Дополнительно снижается скорость печати.

Детали деформируются

Полимер становится мягким при довольно низкой температуре. Если объем работы небольшой, деталь просто не успевает остыть к тому времени, как головка снова приблизиться. Отсюда — процесс искривления. Исключить такую ситуацию поможет снижение скорости и температуры печати. Еще поможет охлаждение, когда воздух подается прямо на экструдер.

Полилактид — универсальный и неприхотливый пластиковый материал, который лучше всего подходит для начинающих пользователей. Опытные печатники тоже находят его крайне полезным. Пластик экологически безопасен, с его помощью можно печатать прямо в жилом доме без применения специальной вентиляции. Достаточно открыть окно или воспользоваться обычной вытяжкой.

В интернет-магазине «Форофис» собрано все необходимое, что может потребоваться для 3D-печати. Если нужна профессиональная консультация, свяжитесь с нашим администратором и получите ответы на все свои вопросы.