Ликбез о точности и качестве современной 3Д печати. FDM, SLA 3D принтеры

Эта статья будет полезна новичкам, тем кто еще только задумывается о покупке 3Д принтера и не успел своими руками “пощупать” эту технологию. В принципе, статью можно бы было никогда и не писать, если бы не их величество маркетологи, которые так любят коверкать факты, запутывать покупателей и забрасывать их красивыми но бестолковыми числами… Вот и приходится нам с Вами заниматься ликбезом, отмывая честное Имя 3Д принтеров от всей этой коммерческой чуши.

В чем собственно весь сыр бор? Дело в том, что 3Д печать сейчас в тренде. Слишком многие “компании” спешат воспользоваться этим, “впаривая” покупателям свои супер-современные (читать как, “недотестированные”) 3Д принтеры. Желание впихнуть клиентам свои творческие недоделки уже давно перевалило за все разумные пределы. Вот и имеем мы сейчас ту ситуацию, когда на рынке FDM 3Д принтеров присутствует более трех сотен “серийных” моделей и минимум еще столько же анонсировано к выходу.  При чем, самое смешное то, что почти все эти принтеры построены по схожему принципу, имеют однотипные стандартные шаговые двигатели, обычные приводные ремни и классические стандартизированные экструдеры. Ситуацию отягощает еще то, что “мозги” всех этих принтеров идентичны, построены на базе недорогой Arduino платформе.

А теперь задайте себе правильный вопрос: Как 3Д принтеры, построенные на схожей платформе с использованием идентичных комплектующих, которые управляются одинаковым ПО могут иметь разные характеристики и демонстрировать разное качество печати? ОТВЕТ – НИКАК! Да, действительно, все FDM 3Д принтеры, которые Вы можете сейчас найти в продаже демонстрируют одинаковое (или близкое к тому) качество печати. Все отличия в том, что на дорогом принтере Вы добьетесь нужного Вам результата значительно быстрее, без душетомительных проб, подстроек и переделок. Немного более высокое качество способны продемонстрировать ФДМ 3Д принтеры построенные в металлическом корпусе на базе рельсовых линейных направляющих (например, 3D принтер – Trident). Применение высокоточных винтов и безлюфтовых рельс, минимизирует погрешности при 3D печати и позволяет экструдировать пластик при более высоких скоростях работы.

 Эти факты не дают покоя маркетологам производителей 3D принтеров. Им ведь нужно продавать продукцию, а при таком паритете это сделать сложно. И что же им остается? Правильно, заваливать покупателей рекламой и завышать, притягивать за уши характеристики. Как это? А вы вспомните китайские колонки за 25 грн по 1000 ватт и все поймете. 😉

 Открыв для себя эту простую истину, давайте попробуем разобраться Чем же реально отличаются ФДМ 3Д принтеры помимо цены, конечно?

малозначимые отличия:

– раскрученность бренда,

– срок жизни / тех. поддержки модели,

– наличием доп. функций (камера, wi-fi, и т.д.).

важные отличия:

– размер области печати,

– автономность печати без ПК,

– винтовой или ременной привод,

очень важные отличия:

– наличие и качество системы обдува области печати,

– мощность двигателя экструдера,

– наличие прижимного механизма и тефлоновой сердцевины экструдера,

– месторасположение бобины с пластиком,

– закрытость камеры для печати,

– жесткость корпуса,

– качество используемых материалов.

Именно последние факторы и только они влияют на пресловутое “качество 3D печати” той или иной модели 3Д принтера.

Разберемся какими объективными свойствами могут похвастать современные FDM 3Д принтеры:

1) точность позиционирования по осям X, Y,

2) высота шага по оси Z,

3) размер выдавливаемой капли (диаметр сопла).

Так вот, именно эти три “признака” определяют качество и точность FDM 3Д принтера. И если на качество еще влияет обдув, закрытая камера, окружающая среда и другие факторы, то с точностью все намного проще. Итак,

А теперь о каждом признаке детальней:

1) точность позиционирования – это параметр, который определяет насколько верно переместится печатающая головка 3Д принтера относительно заданных компьютером координат.

 Точность позиционирования у всех принтеров практически идентична и составляет порядка 6-30 микрон. Исключение из этого принципа очень дешевые и очень старые 3Д принтеры, построенные на винтовом приводе, например – MakiBox.

2) высота слоя (высота шага по оси Z) – шаг механики очень мал. Современные 3Д принтеры способны сдвигать платформу на ничтожно малое расстояние – 2,5 микрона. Но это вовсе не означает что высота слоя при печати будет всего 2,5 микрона. Конечно, в теории ее можно добиться, но существует целый ряд физических ограничений, которые не позволяют создавать слои подобного размера. Не стоит забывать что экструдер выдавливает расплавленную вязкую каплю пластика и ничтожно мелкой ее все же сделать нельзя.

Года экспериментов позволили выбрать оптимальную высоту слоя для FDM 3Д печати – 200 микрон. При такой высоте слоя капля образуется достаточно большой чтобы склеиться с предыдущим слоем и надежно зафиксироваться на поверхности. Так же вполне приемлемой является высота слоя 100 микрон, но подобные настройки вдвое увеличивают время печати и делают объект более хрупким. При чем, если раньше в рекламных проспектах все чаще витали слоганы о “100 микронном качестве”, то сейчас продажам ради производители стали заявлять о “качестве печати в 50 или даже 20 микрон”. Особенно этим грешит всеми нами любимый Кикстартер. На этой площадке энтузиасты выкладывают лучшие специально отобранные фотографии и разбрасываются красивыми фразами о революционном качестве собранного на коленках 3Д принтера. Справедливости ради, еще раз обратим внимание, что наличие этой “лейбочки” на 3Д принтере вовсе не означает что:

а) принтер печатает лучше или точнее чем, скажем, тот же Makerbot Replicator 2. На любом современном 3Д принтере Вы можете выставить подобные настройки печати.

б) 100, 50, 20 микрон – это вовсе не точность позиционирования, и это не точность печати, – это всего лишь высота отпечатанного слоя. Высота слоя не влияет на реальное формирование “точки” в 3Д объекте.

3) Реальный размер “точки” намного больше зависит от диаметра отверстия сопла экструдера, чем от высоты слоя. Экспериментальным методом инженеры пришли к выводу что оптимально использовать сопло 400 – 500 микрон. И тут опять же в законы физики вмешивается реклама. Часто можно встретить информацию о том, что “Вот у нашего 3Д принтера сопло 200 микрон, а у Вашего 400, поэтому наш печатает в 2 раза качественней…” Нет. Это не так. Конечно, качество станет немного лучше, но более тонкое сопло имеет и свои недостатки: его легко засорить, печать чаще прерывается, слои становятся более хрупкими. Поэтому адекватные производители всегда комплектуют свои принтеры соплами 400-500 микрон, ну а если Вам охота добиться более миниатюрной точки (капли), то Вы всегда можете купить сопло меньшего диаметра и печатать при помощи него. Благо, в любой программе для 3Д печати Вы можете выбрать произвольный диаметр установленного сопла.

Стоит сделать одну ремарку. Использовать термин “точка” в FDM 3Д печати не очень правильно. Принтеры, которые печатают пластиковой нитью не формируют точки, они выдавливают (экструдируют) длинные объемные микронити, которые укладывают по заданной траектории. Иными словами вы никогда не получите идеальной точки и идеальных граней на FDM 3D принтере. Нить, которую выдавливает принтер неоднородна и пластична. Более того, в процессе нагрева/охлаждения нить меняет свою форму, плавится и выгибается. Это физическое ограничение термопластмасс и поэтому независимо от того, что Вам пообещал производитель, Вы никогда не получите на FDM 3D принтере качества выше 200-500 микрон. Но не огорчайтесь, в большинстве случаев точности 3Д печати в пределах 0,3-0,7 мм более чем предостаточно. Ну а тем, кому этого качества недостаточно стоит посмотреть в сторону Стереолитографии.

Википедия утверждает, что

“СТЕРЕОЛИТОГРАФИЯ — это технология 3Д печати, при которой фотополимер в жидком состоянии под действием светового излучения лазера или ртутной лампы меняет свои физические свойства и затвердевает.“

 Стереолитография значительно более высококачественная технология 3Д печати. Конечно, эти принтеры имеют свои недостатки, их объекты хрупкие и недолговечные, но в вопросах качества такие принтеры на голову выше своих FDM собратьев. Классическими представителями данной технологии являются DLP и SLA 3D принтеры. Особенно интересной эта технология становится учитывая тот факт, что от недавнего времени на рынке Украины были представлены такие замечательные и бюджетные стереолитографические 3Д принтеры как B9creator (DLP) и TMTCTW Uranus (SLA).

 Говорить про точность этих принтеров можно свободно, без прикрас и пафоса.

DLP принтеры: имеют самую высокую детализацию и скорость печати на рынке. Засветка полимера происходит при помощи лампы проекторы. Разрешение проектора формирует размер точки. Со штатным проектором размер точки B9creator составляет – 50 микрон, высота слоя – 50 микрон.

Засветка всего слоя происходит  за один раз, степень затвердевания полимера определяется отрезком времени, которое принтер тратит на проецирование картинки одного слоя проектором. Такие принтеры требуют отдельного ПК, отдельного выхода видеокарты и регулярной замены дорогостоящих ламп.

Технически более интересными выглядят 3Д принтеры построенные на базе классической SLA технологии. В таких принтерах фотополимер отвердевает под воздействием лазерного луча, который меняет свое положение при помощи системы зеркал. Толщина лазерного луча определяет размер точки по оси X/Y – 300  микрон (стоит учесть что срез лазерного луча – это скорее круг чем квадрат, поэтому визуальный размер точки в SLA печати несколько меньше и очень близок к DLP принтерам), высота слоя – 50 микрон. Обратите внимание, что на рынке существуют и менее точные SLA принтеры, например mUVe 1 3D Printer, это 3Д принтер меняет позиционирование лазерного луча при помощи стандартной подвижной головки, именно поэтому его качество не дотягивает до старших собратьев и намного ближе к классическим FDM 3Д принтерам.

Подведем итоги нашего обзора:

Итак, подытожив  все что мы узнали о качестве и точности современной 3Д печати можно прийти к выводам, что:

– все FDM 3Д принтеры на низких скоростях и высоких настройках печатают с приблизительно одинаковым качеством,

– среди FDM собратьев лучше качество и высокую скорость демонстрируют модели выполненные в закрытом корпусе из металла и оснащенные системой обдува детали,

– не зависимо от рекламы и обещаний, FDM 3Д принтеры не способны создавать детализацию выше 100-300 микрон.

– более высокое качество можно достичь только благодаря использованию SLA или DLP 3D принтеров.

Ну а более детально про SLA или DLP 3D принтеры мы поговорим с Вами в следующих статьях.

Надеюсь это информация будет Вам полезна при выборе и сравнении 3Д принтеров на рынке Украины.

Если Вы хотите взглянуть на живое качество печати той или иной модели 3D принтера, Вы всегда можете это сделать в нашем портфолио по 3Д печати!