Druk 3D dla początkujących: jak zacząć pracę z FDM

Nowicjusze nie powinni bać się rozpoczęcia pracy z drukarkami 3D. Nasz przewodnik pomoże Ci szczegółowo zrozumieć niuanse druku 3D.

Jeśli spojrzeć na współczesny marketing i artykuły w mediach, można zobaczyć, że druk 3D jest przedstawiany jako magiczna technologia. Widzą w niej przyszłość i nowe możliwości tworzenia bardzo skomplikowanych przedmiotów. Wszystko to stwarza trudności dla początkujących, którym trudno jest zrozumieć kwestie techniczne. W rzeczywistości istnieje wiele technologii druku w dziedzinie 3D. Najpopularniejszą z nich jest FDM – modelowanie metodą napawania. Właśnie ją będziemy omawiać w tym artykule.

Technologia FDM polega na stosowaniu termoplastycznej nici. Używa się tu plastikowego sznura, który topi się, a następnie nakłada zgodnie z ustalonym projektem i chłodzi. Taki proces odbywa się dla każdej warstwy, co pozwala na stworzenie potrzebnego modelu.

Autorami tej technologii byli ludzie, którzy postawili sobie za cel szybkie tworzenie potrzebnych części. Szybka produkcja prototypów to ogromna zaleta technologii FDM i druku 3D. Teraz jest to potężne rozwiązanie w różnych branżach produkcji.

Przed rozpoczęciem nauki technologii FDM należy zwrócić uwagę na jedną cechę. W różnych dziedzinach druku stosuje się termin "FFF". Oznacza on "fused filament fabrication" (produkcja z topionych włókien). Termin FDM był znakiem towarowym firmy Stratasys, dlatego FFF to ogólna nazwa procesu. Tak nazywa się jedna technologia, dlatego będziemy używać terminu FDM.

Spis treści:

1. Jak to działa?
2. Podstawowe komponenty
   • Platforma robocza
   • Ekstruder
   • Głowica drukująca
   • Interfejs zarządzania
3. Jak drukuje drukarka 3D?
4. Zakup i projektowanie modeli 3D
   • Wgrywanie plików
5. Przygotowanie modeli
   • Wsparcie
   • Wypełnienie
6. Przygotowanie drukarki
7. Materiały
8. Postprocessing
9. Porady dotyczące rozwiązywania problemów
10. Utrzymanie porządku
11. Przechowywanie
12. Gdzie można kupić drukarkę 3D FDM?

Jak to działa?

Nowicjusze powinni najpierw zapoznać się z wyposażeniem drukarki 3D, która działa w technologii FDM. Prawie wszystkie takie urządzenia mają następujące osie: X, Y, Z. Pierwsze dwie osie obracają urządzenie w tył, w przód, w lewo, w prawo. Ruchami pionowymi steruje oś Z.

Podstawowe komponenty

Przyjrzyjmy się teraz, z czego składa się drukarka 3D.

Platforma robocza

To platforma drukująca, na której odbywa się tworzenie przedmiotów. Obejmuje platformę z podgrzewaniem, co pozwala na tworzenie adhezji.

Ekstruder

Ekstruder jest odpowiedzialny za przepychanie nici przez głowicę drukującą. Istnieją ekstrudery Bowdena i bezpośrednie, więc ekstruder i głowica drukująca mogą być uważane za jeden element. Taka cecha może być używana w sytuacji, gdy odbywa się konserwacja węzłów hotend lub ekstrudera.

Ekstruder to mechaniczna część, która składa się z kół zębatych, silnika i innych komponentów. To one odpowiadają za podawanie nici.

W skład hotendu wchodzi dysza i grzałka. Tam nagrzewa się nić i wyciska na platformę roboczą. Jeśli używany jest ekstruder Bowdena, hotend nie wchodzi w skład ekstrudera.

Głowica drukująca

W urządzeniu może być używana jedna lub więcej głowic drukujących. Większość maszyn ma tylko jedną głowicę drukującą. Między ekstruderem a hotendem zamontowany jest wentylator i radiator. Ich zadaniem jest zapobieganie utracie ciepła.

Oprócz głównego wentylatora radiator często korzysta z dodatkowego wentylatora. Jego zadaniem jest chłodzenie stopionej nici, gdy wychodzi z hotendu. Często nazywany jest wentylatorem chłodzenia przedmiotu.

Interfejs zarządzania

Wiele nowoczesnych maszyn jest wyposażonych w wyświetlacz dotykowy. Na nim odbywa się zarządzanie drukarką 3D. Na starszych modelach dostępny jest wyświetlacz LCD, na którym używane są przyciski i pokrętło. Jeszcze drukarki 3D mogą być wyposażone w sloty na karty SD i interfejs USB.

Jak drukuje drukarka 3D?

Użytkownik przesyła plik z modelem w formacie 3D do urządzenia, po czym rozpoczyna się proces drukowania. W tym pliku znajdują się wszystkie niezbędne instrukcje, na przykład ile potrzeba nici, jak ma się poruszać głowica drukująca, temperatura platformy i dyszy.

Dysza zaczyna się nagrzewać po rozpoczęciu drukowania przez użytkownika. Po osiągnięciu niezbędnej temperatury, przy której zaczyna się topić nić, zostanie ona dostarczona przez ekstruder do hotendu. Stopiona nić nakładana jest przez głowicę drukującą, która opuszcza się i wyciska jedną warstwę między platformą roboczą a dyszą.

Następnie materiał chłodzi się i twardnieje. Do tego używany jest wentylator chłodzenia. Kiedy warstwa zostanie nałożona, głowica przesuwa się wzdłuż osi Z. Proces ten odbywa się do momentu zakończenia druku.

Zakup i projektowanie modeli 3D

Aby drukować przedmioty, potrzebny jest plik z modelem 3D potrzebnego przedmiotu. Pliki te tworzone są przy pomocy specjalnego oprogramowania. Tutaj używane są programy CAD. Przyjrzyjmy się najpopularniejszemu oprogramowaniu w tej dziedzinie:

• Blender;
• SolidWorks;
• Fusion 360.

Nowicjusze praktycznie nie mają doświadczenia w korzystaniu z tych narzędzi. Dlatego można użyć innych sposobów zdobywania modeli.

Istnieją proste narzędzia do pracy, takie jak Tinkercad. Każdy użytkownik, nawet bez doświadczenia, może zacząć pracę z tym oprogramowaniem. Aplikacja została stworzona w 2013 roku i później rozwijana przez Autodesk. Teraz Tinkercad lideruje w dziedzinie CAD.

Wgrywanie plików

Drukarki 3D zyskują na popularności, teraz używa ich bardzo wiele osób. Równocześnie zaczęto tworzyć specjalne strony przechowujące modele 3D. Przyjrzyjmy się najpopularniejszym zasobom:

• CGTrader;
• Cults;
• MyMiniFactory;
• Printables;
• Thingiverse.

Te strony pozwolą nowicjuszom zdobyć gotowy model i rozpocząć pracę z drukarką 3D.

Przygotowanie modeli

Nawet gotowy model do druku 3D trzeba przygotować. Do tego używa się specjalnego oprogramowania. Za jego pomocą dokonuje się konwersji modelu na skrypt dla urządzenia. Proces ten wykonuje się slicerem. Po zaimportowaniu modelu 3D do slicera można dostosować wszystkie wartości zgodnie z wymaganiami. W slicerze ustawia się wysokość warstwy, procent wypełnienia, grubość ścianek, temperaturę, prędkość druku i inne wartości.

Powstaje plik z G-kodem, który jest językiem drukarki 3D i różnych maszyn CNC. Kod składa się z instrukcji, według których urządzenie będzie tworzyć model 3D.

Wsparcie

Slicer analizuje model, po czym określa, czy należy tworzyć materiał pomocniczy. Jeśli przedmiot charakteryzuje się dużymi zwisami, będą potrzebne podpory. Slicer znajduje miejsca, gdzie zostaną ustawione te podpory i ich poziom gęstości. Czasem slicer proponuje użytkownikowi samodzielne określenie rodzaju podpory, aby uzyskać stabilność.

Wypełnienie

Na tworzone modele 3D duży wpływ ma wypełnienie. Właśnie od wewnętrznego wypełnienia zależy czas druku, jego waga i wytrzymałość. To wartość, którą można dostosować w slicerze, tam trzeba wskazać gęstość i wzór wypełnienia.

Gęstość pokazuje poziom wypełnienia wnętrza przedmiotu, ta wartość określana jest w procentach. Jeśli ustawi się 0%, to przedmiot będzie pusty, a 100% - pełny. Zazwyczaj ten parametr powinien wynosić 15-50%. Jeśli trzeba stworzyć wytrzymały przedmiot, warto zwiększyć poziom wypełnienia. Z powodu zwiększonej gęstości będzie zużywane więcej nici, a sam proces druku wydłuży się w czasie.

Jeszcze użytkownikom proponuje się wskazać wzór wypełnienia. Do najpopularniejszych opcji w Cura należą zygzaki, linie, błyskawice. To pozwala skrócić czas tworzenia przedmiotu. Jeśli drukowane są pojemniki i doniczki, można wskazać trójkąty i siatkę. Jeśli trzeba uzyskać większą wytrzymałość, na przykład uchwyt na półkę, warto wybrać wzory okteczne, gyroidalne i kubiczne.

Przygotowanie drukarki

Gdy model zostanie pocięty, trzeba wykonać kilka kroków, aby drukarka 3D była gotowa do pracy:

1. Ładowanie nici. Użytkownik musi przygotować ekstruder do druku. W tym celu nagrzewa się hotend do temperatury topienia nici, w zależności od rodzaju wybranego materiału. Następnie ładuje się nić do już nagrzanego ekstrudera. W niektórych urządzeniach do wygodnego wykonania tego procesu stosuje się wstępnie ustawione operacje.
2. Wyrównanie platformy. Platforma robocza musi być równa, inaczej drukarka 3D nie będzie mogła prawidłowo układać nici i stworzyć potrzebny przedmiot. Kalibracja może być wykonana automatycznie lub ręcznie. Proces wyrównania platformy jest bardzo ważny. Jeśli stół drukujący nie jest w pobliżu dyszy, nastąpi automatyczna awaria druku z powodu nieprzylegania pierwszej warstwy do dyszy.

Materiały

Jako materiał do tworzenia przedmiotów drukarki 3D FDM działają z szpulami nici. Mają one formę specjalnie stworzonej termopasty. Można ją topić i schładzać, a jej strukturalna integralność pozostanie niezmienna.

Obecnie nici do FDM są szeroko rozpowszechnione. Zazwyczaj oferowane są w średnicy 3 mm (2,85 mm) lub 1,75 mm. Nici różnią się także wielkością szpuli. Na rynku dostępne są opcje od 500 g do 3 kg.

Drukarki 3D FDM mają ważną zaletę - mogą pracować ze wszystkimi rodzajami nici. Przyjrzyjmy się niektórym opcjom nici, które wspierają tę technologię:

• Popularne nici. Do tej kategorii należy PETG, ABS, PLA. Użytkownicy łatwo z nimi pracują.
• Wydajność i nowość. Na rynku dostępne są specjalne nici. Mogą być elastyczne (TPU, TPE), wypełnione metalem lub innymi materiałami. Jeśli potrzebna jest zwiększona wydajność, można wybrać poliwęglan, nylon.
• Praca z wieloma materiałami. Jeśli drukarka 3D obsługuje kilka materiałów, można wybrać HIPS lub PVA do uzyskania rozpuszczalnych podłoży.

Postprocessing

Ten etap w dziedzinie druku 3D jest ostatni. W postprocessingu użytkownik może potrzebować wykonać następujące zadania:

1. Usunięcie podpór. Gdy drukowanie się zakończy, użytkownik może potrzebować usunąć dodatkowe podpory. Często na gotowych przedmiotach widoczne są takie ślady.
2. Szlifowanie. Użytkownik musi usunąć różne efekty, na przykład po materiale wspierającym. Dzięki szlifowaniu tworzone modele stają się gładkie.
3. Malowanie. Aby pomalować tworzony model, można dodać odpowiednie kolory.
4. Polerowanie lub wygładzanie. Aby wygładzić powierzchnię przedmiotu, można użyć powłoki epoksydowej. Na przykład, aby uzyskać błyszczącą powierzchnię nici ABS, stosuje się wygładzanie parowe.
5. Spawanie lub klejenie. Aby stworzyć duże modele, które nie mieszczą się na platformie roboczej drukarki 3D, można wydrukować kolejne części przedmiotu, a następnie je skleić razem.

Porady dotyczące rozwiązywania problemów

Przyjrzyjmy się najczęstszym problemom, które mogą pojawić się u nowicjuszy:

1. Nadmierna ekstruzja. Problem związany jest z wydobywaniem się zbyt dużej ilości nici. To prowadzi do opadania warstw i złego wyniku.
2. Niedostateczna ekstruzja. Taka sytuacja pojawia się z powodu zbyt małego wydobywania się nici. To prowadzi do tworzenia się przedmiotów z przerwami między warstwami.
3. Przesunięcie warstw. Problem jest spowodowany drganiami osi Z. Warstwy przesuwają się również z powodu zbyt dużej prędkości druku.
4. Zatkane dysze. Ten problem jest bardzo nieprzyjemny. Objawy zatkania dyszy: z głowicy drukującej wydobywa się dziwny dźwięk, a nić nie wychodzi z dyszy. Problem jest spowodowany niską jakością nici lub złymi ustawieniami temperatury.
5. Napinanie nici. Nić napina się z powodu złych ustawień lub niewłaściwie dobranej temperatury. Niektóre nici mają skłonność do napinania się.
6. Deformacja. Problem pojawia się, gdy materiał używany do druku chłodzi się. Prowadzi to do rozciągania i kurczenia dolnych warstw, co prowadzi do odklejania się od platformy roboczej.

Utrzymanie porządku

Aby drukarka 3D działała prawidłowo i niezawodnie, konieczna jest regularna konserwacja. Przyjrzyjmy się temu procesowi:

• Czyszczenie stołu roboczego. Użytkownicy muszą regularnie przecierać platformę po druku. Nie powinno tam pozostawać żadnych śladów po druku i kleju. Stół roboczy można czyścić za pomocą gąbki kuchennej, ciepłej wody i mydła. Można także używać szpatułek i linijek. Materiały do druku mogą różnie reagować na środki czyszczące, dlatego przestrzegaj zaleceń i instrukcji.
• Czyszczenie dyszy. Przed rozpoczęciem druku 3D należy wyczyścić dyszę za pomocą tkaniny lub nici. Taki sposób pozwala ochronić dyszę przed utwardzoną nicią. W niektórych przypadkach, aby wyczyścić dyszę, konieczne jest wykonanie większej pracy. Do tego trzeba sięgnąć po instrukcję dotyczącą czyszczenia dyszy.
• Zbieranie niepotrzebnej nici. Często z drukarek 3D do ładowania ekstrudera wychodzi trochę nici. Dzieje się to przed rozpoczęciem druku pierwszej warstwy. Tę nić trzeba usunąć z platformy i wyrzucić.

Przechowywanie

Użytkownicy muszą wiedzieć, jak prawidłowo przechowywać nić. Jest to bardzo ważny aspekt, zwłaszcza przy dużej liczbie szpul. Jeśli szpula przez jakiś czas znajduje się na stole, osiadają na niej wilgoć i kurz. To może prowadzić do uszkodzenia materiału.

Obecnie dostępne są worki próżniowe i specjalne pojemniki do przechowywania nici. Ich celem jest ochrona nici przed wilgocią.

W niektórych sytuacjach może być potrzebna suszarka do nici. Takie urządzenia pozwalają zachować właściwości nici, które wchłonęły wilgoć.

Gdzie można kupić drukarkę 3D FDM?

Nowicjusze powinni kupować niezawodne drukarki od najlepszych producentów. W sklepie internetowym Artline dostępne są drukarki 3D od producentów ELEGOO i Creality. Z ich pomocą można wykonywać drukowanie w technologii FDM. Aby wybrać odpowiednie urządzenie, można skontaktować się z menedżerami Artline.

Szyszkowa 56C, 02-285 Warszawa, Poland

+22 378 44 40

info@artline.eu