Лікнеп про точність та якість сучасного 3Д друку. FDM, SLA 3D принтери.

Ця стаття буде корисна новачкам, тим хто ще тільки думає про купівлю 3Д принтера і не встиг своїми руками “помацати” цю технологію. В принципі, статтю можна було б ніколи і не писати, якби не їхня величність маркетологи, які так люблять перекручувати факти, заплутувати покупців і закидати їх красивими та безглуздими числами… От і доводиться нам з Вами займатися лікнепом, відмиваючи чесне Ім’я 3Д принтерів від всієї цієї комерційної нісенітниці.

 У чому власне весь сир бор? Справа в тому, що 3Д друк зараз у тренді. Занадто багато “компаній” поспішають скористатися цим, “впарюючи” покупцям своїсупер-сучасні(читати як “недотестовані”) 3Д принтери. Бажання впхнути клієнтам свої творчі недоробки вже давно перевалило за всі розумні межі. Ось і маємо ми зараз ту ситуацію, коли на ринку FDM 3Д принтерів є більше трьох сотень “серійних” моделей і мінімум ще стільки ж анонсовано до виходу. Причому, найкумедніше те, що багато цих принтерів побудовані за схожим принципом, мають однотипні стандартні крокові двигуни, звичайні приводні ремені і класичні стандартизовані екструдери. Ситуацію обтяжує ще те, що “мозки” всіх цих принтерів ідентичні, побудовані на базі недорогої Arduino платформи.

А тепер поставте собі правильне питання: Як 3Д принтери, побудовані на схожій платформі з використанням ідентичних комплектуючих, які управляються однаковим програмним забезпеченням, можуть мати різні характеристики і демонструвати різну якість друку? ВІДПОВІДЬ – НІЯК!Так, дійсно, всі FDM 3Д принтери, які Ви можете зараз знайти у продажу, демонструють однакову (або близьку до того) якість друку. Всі відмінності в тому, що на дорогому принтері Ви досягнете потрібного Вам результату значно швидше, без душемних проб, підбудов та переробок. Трохи вищу якість здатні продемонструвати ФДМ 3Д принтери, побудовані в металевому корпусі на базі рейкових лінійних напрямних. Застосування високоточних гвинтів та безлюфтових рейок мінімізує похибки при 3D друку та дозволяє екструдувати пластик при більш високих швидкостях роботи.

Ці факти не дають спокою маркетологам виробників 3D принтерів. Адже їм потрібно продавати продукцію, а за такого паритету це зробити складно. І що їм залишається? Правильно, завалювати покупців рекламою та завищувати, притягувати за вуха характеристики. Як це? А ви згадаєте китайські колонки за 25 грн по 1000 ватів і все зрозумієте. 😉

Відкривши для себе цю просту істину, давайте спробуємо розібратися Чим реально відрізняються ФДМ 3Д принтери крім ціни, звичайно?

малозначні відмінності:

– Розкрученість бренду,

– Термін життя / тех. підтримки моделі,

– Наявністю дод. функцій (камера, wi-fi і т.д.).

важливі відмінності:

– розмір області друку,

– Автономність друку без ПК,

– Гвинтовий або ремінний привід,

дуже важливі відмінності:

– наявність та якість системи обдування області друку,

– Потужність двигуна екструдера,

– наявність якісного механізму подачі пластику та тефлонової серцевини екструдера,

– Розташування бобіни з пластиком,

– закритість камери для друку,

– Жорсткість корпусу,

– Якість використовуваних матеріалів.

Саме останні фактори і тільки вони впливають на горезвісну “якість 3D друку” тієї чи іншої моделі 3Д принтера.

Розберемося якими об’єктивними властивостями можуть похвалитися сучасні FDM 3Д принтери:

1) точність позиціонування по осях X, Y,

2) висота кроку по осі Z,

3) розмір краплі, що видавлюється (діаметр сопла).

Так ось, саме ці три “ознаки” визначають якість і точність FDM 3Д принтера. І якщо на якість ще впливає обдування, закрита камера, довкілля та інші фактори, то з точністю все набагато простіше. Отже,

А тепер про кожну ознаку детальніше:

1) точність позиціонування – це параметр, який визначає наскільки правильно переміститься друкуюча головка 3Д принтера щодо заданих комп’ютером координат.

Точність позиціонування у всіх принтерів практично ідентична і становить близько 6-30 мікронів. Виняток із цього принципу дуже дешеві та дуже старі 3Д принтери, побудовані на гвинтовому приводі, наприклад – MakiBox .

2) висота шару (висота кроку осі Z) – крок механіки дуже малий. Сучасні 3Д принтери здатні зрушувати платформу на мізерно відстань – 2,5 мікрона. Але це зовсім не означає, що висота шару при друку буде всього 2,5 мікрона. Звичайно, в теорії її можна досягти, але існує ціла низка фізичних обмежень, які не дозволяють створювати шари такого розміру. Не варто забувати що екструдер видавлює розплавлену в’язку краплю пластику і мізерно дрібною її все ж таки зробити не можна.

Роки експериментів дозволили вибрати оптимальну висоту шару для FDM 3Д друку – 200 мікронів. При такій висоті шару крапля утворюється досить великою, щоб склеїтися з попереднім шаром і надійно зафіксуватися на поверхні. Також цілком прийнятною є висота шару 100 мікрон, але подібні налаштування вдвічі збільшують час друку і роблять об’єкт більш крихким. Причому, якщо раніше в рекламних проспектах все частіше лунали слогани про “100 мікронну якість”, то зараз продажам заради виробники стали заявляти про “якість друку в 50 або навіть 20 мікрон”. Особливо цим грішить усіма нами улюблений Кікстартер. На цьому майданчику ентузіасти викладають найкращі спеціально відібрані фотографії та розкидаються красивими фразами про революційну якість зібраного на колінах 3Д принтера. Заради справедливості, ще раз звернемо увагу,

а) принтер друкує краще або точніше, ніж, скажімо, той же Makerbot Replicator 2 . На будь-якому 3Д принтері Ви можете виставити подібні налаштування друку.

б) 100, 50, 20 мікрон – це зовсім не точність позиціонування, і це не точність друку, – це лише висота надрукованого шару. Висота шару впливає реальне формування “точки” в 3Д об’єкті.

3) Реальний розмір “точки” набагато більше залежить від діаметра отвору сопла екструдера, ніж від висоти шару. Експериментальним методом інженери дійшли висновку, що оптимально використовувати сопло 400 – 500 мікрон. І тут знову ж таки в закони фізики втручається реклама. Часто можна зустріти інформацію про те, що “От у нашого 3Д принтера сопло 200 мікрон, а у Вашого 400, тому наш друкує в 2 рази якісніше …” Ні. Це не так. Звичайно, якість стане трохи кращою, але більш тонке сопло має і свої недоліки: його легко засмічити, друк частіше переривається, шари стають більш крихкими. Тому адекватні виробники завжди комплектують свої принтери соплами 400-500 мікрон, а якщо Вам хочеться досягти більш мініатюрної точки (краплі), то Ви завжди можете купити сопло меншого діаметру і друкувати за допомогою нього. Благо, у будь-якій програмі для 3Д друку Ви можете вибрати довільний діаметр встановленого сопла .

Варто зробити одну ремарку. Використовувати термін “точка” у FDM 3Д друку не дуже правильно. Принтери, які друкують пластиковою ниткою, не формують крапки, вони видавлюють (екструдують) довгі об’ємні мікронитки, які укладають по заданій траєкторії. Іншими словами ви ніколи не отримаєте ідеальної точки та ідеальних граней на FDM 3D принтері. Нитка, яку видавлює принтер неоднорідна та пластична. Більш того, в процесі нагрівання/охолодження нитка змінює свою форму, плавиться та вигинається. Це фізичне обмеження термопластмас та тому незалежно від того, що Вам пообіцяв виробник, Ви ніколи не отримаєте на FDM 3D принтері якості вище 100 мікрон. Але не засмучуйтеся, в більшості випадків точності 3Д друку в межах 0,2-0,7 мм більш ніж достатньо.

Вікіпедія стверджує, що

СТЕРЕОЛІТОГРАФІЯ – це технологія 3Д друку, при якій фотополімер в рідкому стані під дією світлового випромінювання лазера або ртутної лампи змінює свої фізичні властивості і твердне .  “

Стереолітографія значно більш високоякісна технологія 3Д друку. Звичайно, ці принтери мають свої недоліки, їх об’єкти тендітні і недовговічні, але в питаннях якості такі принтери на голову вищі за своїх FDM побратимів. Класичними представниками даної технології є DLP та SLA 3D принтери. Особливо цікавою ця технологія стає з огляду на той факт, що від недавнього часу на ринку України були представлені такі чудові та бюджетні стереолітографічні 3Д принтери як B9creator ( DLP ) та TMTCTW Uranus ( SLA ).

Говорити про точність цих принтерів можна вільно, без прикрас та пафосу.

DLP принтери : мають найвищу деталізацію та швидкість друку на ринку. Засвітлення полімеру відбувається за допомогою лампи проектори. Роздільна здатність проектора формує розмір точки. Зі штатним проектором розмір точки B9creator  становить – 50 мікрон, висота шару – 50 мікрон.

Засвічування всього шару відбувається за один раз, ступінь затвердіння полімеру визначається відрізком часу, який принтер витрачає на проектування картинки одного шару проектором. Такі принтери потребують окремого ПК, окремого виходу відеокарти та регулярної заміни дорогих ламп.

Технічно більш цікавими виглядають 3Д принтери, побудовані на базі класичної SLA технології. У таких принтерах фотополімер твердіє під впливом лазерного променя, який змінює своє положення за допомогою дзеркал. Товщина лазерного променя визначає розмір точки по осі X/Y – 300 мікрон (варто врахувати, що зріз лазерного променя – це скоріше коло ніж квадрат, тому візуальний розмір точки в SLA друку трохи менше і дуже близький до DLP принтерів), висота шару – 50 мікрон . Зверніть увагу, що на ринку існують і менш точні SLA принтери, наприклад mUVe 1 3D Printer, це 3Д принтер змінює позиціонування лазерного променя за допомогою стандартної рухомої головки, саме тому його якість не дотягує до старших побратимів і набагато ближче до класичних FDM 3Д принтерів.

Підіб’ємо підсумки нашого огляду:

Отже, підсумувавши все, що ми дізналися про якість і точність сучасного 3Д друку, можна дійти висновків, що:

– всі FDM 3Д принтери на низьких швидкостях та високих налаштуваннях друкують з приблизно однаковою якістю,

– серед FDM побратимів краща якість та висока швидкість демонструють моделі виконані в закритому корпусі з металу та оснащені системою обдування деталі,

– Незалежно від реклами та обіцянок, FDM 3Д принтери не здатні створювати деталізацію вище 100-300 мікрон.

– вищу якість можна досягти лише завдяки використанню SLA або DLP 3D принтерів .

А детальніше про  SLA або DLP 3D принтери  ми поговоримо з Вами в наступних статтях.

Сподіваюся, ця інформація буде Вам корисна при виборі та порівнянні 3Д принтерів на ринку України.

Якщо Ви хочете подивитися на живу якість друку тієї чи іншої моделі 3D принтера, Ви завжди можете це зробити у нашому портфоліо з 3Д друку!