Ключевые факторы для идеального первого слоя 3D-печати

Толщина слоя - это настраиваемый параметр, который поможет определить, на какую высоту по вертикали (оси Z), смещается печатная головка или платформа при переходе к следующему слою 3д- печати.

Толщина слоя непосредственно влияет на качество поверхности (особенно хорошо это заметно на немного отклоненных от горизонтали или вертикали поверхностях), чем высота слоя меньше, тем выше качество поверхности. Это конечно же будет зависеть от технологии, типа принтера, настроек скорости и других. Чем выше толщина слоя, тем, соответственно, ниже качество печати поверхности.

Роль первого слоя в успешной печати

Первый слой в 3д-печати особенно важен, так как он образует основу для будущих слоев. Если адгезия первого слоя плохая, изделие может быть неустойчивым, в то время, как чрезмерная адгезия станет причиной сложностей с отделением детали от стола.

Влияние на прочность и качество финальной печати модели

В спецификации и характеристиках 3д-принтеров под максимальным разрешением всегда подразумевается минимальная высота формируемого слоя, таким образом, чем тоньше слой, тем выше разрешение и лучше качество деталей, но время печати значительно увеличивается. Например, возьмем FDM, SLA, SLS, DMLS, SLM 3-д принтеры. Минимальная толщина слоя Z у FDM 0.05 мм, ниже устанавливать не имеет смысла т.к. качество это не улучшит, для печати миниатюрных элементов эти устройства плохо подойдут. SLA (DLP), разрешение DMLS и SLM принтеров может достигать 0,005 мм.

Рассмотрим основные факторы для идеального первого слоя 3D-печати.

Подготовка и калибровка принтера

Самый первый шаг - это проверить калибровку 3д-принтера.

Калибровка стола

Важность правильной калибровки

Настроить оборудование – это значит убедиться, что все компоненты принтера расположены под углом 90° друг к другу, то есть все вертикальные элементы должны быть расположены под углом 90° к горизонтальным элементам, портал X параллелен станине и находится под углом 90° к оси Z.

Существует ошибочное мнение, что если наклонная ось X и выровнять станину по этому уровню, то это решит все проблемы, но это не так, принтер будет печатать все вершины под углом, и получатся некачественные геометрические модели.

Необходимо уделить время на правильную настройку , ослабить винты, приложить квадрат, чтобы идеально отрегулировать стыки, и снова затянуть.

Процедура калибровки: ручная и автоматическая

Во многих 3д-принтерах автоматическая калибровка основана на использовании прошивки «Marlin». Процедура регулировки начинается с открытия кода прошивки в «Arduino Software (Arduino IDE)». Существуют разные версии программы, но действия по ним одинаковы. Основные настройки осуществляются во вкладке «Configuration.h»:

• В разделе Z «Probe Options» включается поддержка ручного режима.
• В «Bed Leveling» выбирается тип калибровки по матрице точек.
• В разделе «Mesh» устанавливаются параметры калибровки: отступ от границы зоны, количество точек по осям X и Y, шаг регулировки и диапазон движения по оси Z. Рекомендуется задействовать команды движения головки.

После настройки программы проводится сама процедура калибровки в определенном порядке:

1. В меню принтера выбирается «Калибровать стол».

2. Задействуется режим «Автопарковка».

3. Устанавливается высота спада и оси Z стола.

4. Нажимается кнопка «Начать», после чего начинается движение стола.

5. Устанавливается зазор порядка 0,5 мм. Можно при калибровке использовать щуп или лист бумаги.

Аналогичные действия осуществляются во всех точках по оси Х, указанных в инструкции по прошивке. Все настроенные параметры автоматически сохраняются в принтере, а потому калибровка перед каждым запуском печати не требуется.

В бюджетных аппаратах автоматические устройства не предусмотрены, и калибровка стола обеспечивается вручную. Она осуществляется в следующем порядке:

1. Проверяется плавность хода всех регулировочных винтов.

2. Очищается сопло от остатков материала.

3. Каждый регулировочный винт отпускается на несколько оборотов для увеличения зазора между соплом и столом.

4. Калибровка начинается с одного из углов стола. Сюда вручную подводится сопло головки экструдера. С помощью калибровочного щупа или бумажной полосы устанавливается оптимальный зазор. Вращать регулировочные винты надо осторожно, чтобы не создавать избыточного давления на щуп. Оно может вызвать ответную реакцию, способную внести погрешность.

5. Аналогичные действия осуществляются во всех углах. Проверка установки уровня проводится в центральной точке. Зазор во всех точках должен быть одинаков. При переходе от одной точки к другой возможен сбой установок. Поэтому необходимо проверить ранее установленные зазоры. Если они изменились, то все проводится по второму кругу. Иногда требуется осуществить несколько кругов калибровки. Далее принтер запускается и проводится тестирование правильности калибровки.

Проверка уровня стола

Как проверять и регулировать уровень стола

При использовании 3д-принтера необходимо учитывать ряд факторов, чтобы получить качественный результат. Ровный стол для печати является одним из них, поскольку он позволяет материалу равномерно распределяться по поверхности.

После выравнивания стола для печати необходимо отрегулировать высоту по оси Z. Сначала это выполняется вручную, чтобы сбалансировать поток пластика и его прилипание к поверхности. Затем устанавливается полученное значение в программном обеспечении, чтобы принтер знал, какой зазор между соплом и рабочим столом.

Чтобы получить аккуратный первый слой в 3d печати, понадобится выровненный стол и правильный зазор сопла. Тогда получится отличная основа для остального и этого процесса 3д-печати.

Использование уровнемеров и других инструментов

Рассмотрим минимальный набор инструментов, необходимых для регулировки стола и зазора между соплами:

• Калибровочный щуп: для регулировки зазора сопла понадобится тонкий предмет такого размера, который можно удобно держать и перемещать между соплом и рабочим столом. Подойдет кусок обычной офисной бумаги размером примерно 100 x 40 мм.
• Отвертка или шестигранный ключ: один из этих инструментов может потребоваться для регулировки винтов на столе принтера.
• Термостойкие перчатки: пригодятся для работы около разогретого сопла.
• Чистая хлопчатобумажная ткань и латунная щетка: потребуются для очистки сопла.
• Лезвие для бритвы или шпатель: пригодятся чтобы соскрести остатки пластика с поверхности рабочего стола.
• Мыло для посуды, и чистая сухая хлопчатобумажная ткань также пригодятся для удаления пыли и грязи.
• Изопропиловый спирт: позволяет очищать несъемную поверхность стола 3Д-принтера. Предварительно требуется проверить стойкость поверхности к спирту.

Настройки принтера

После калибровки платформы и настройки зазора между соплом и поверхностью столика происходит переход к следующему вопросу: причинами плохой адгезии могут быть неправильно подобранная температура столика (если на 3D-принтере есть опция нагрева) и неправильный подбор средств повышения адгезии для конкретного филамента.

Рекомендуемые температуры для различных материалов

Обычно производители материалов для 3д-печати указывают на своем сайте или коробках рекомендуемую температуру нагрева столика. Для самых распространенных расходных материалов можно пользоваться усредненными значениями.

Примеры температур рабочего столика для некоторых материалов:

• ПЛА-пластик: 60°C
• АБС-пластик: 100-110°C
• ПЭТГ: 85°C
• Нейлон: 100°C (зависит от состава материала)
• Поликарбонат: 110°C (чем выше температура, тем лучше)

Температуры рабочего столика для каждого пластика отдельно взятого производителя могут отличаться. Подобрать оптимальную температуру можно только опытным путем.

Влияние температуры на адгезию первого слоя

Одна из частых причин плохой адгезии, это неправильный подбор температуры столика для работы с конкретным материалом. Когда расплавленная нить наносится на столик, а затем остывает, происходит деформация. При неправильно подобранной температуре столика внешние края печатаемого изделия сжимаются, и мы получаем коробление: край изделия отлипает, цепляется за сопло, и изделие полностью отрывается от платформы.

Температура экструдера

Оптимальные температуры для разных пластиков

Пластик, который выходит из экструдера, имеет температуру от 190 °С. Поскольку пластик горячий, он мягкий и ему легко придавать различные формы. Но когда он остывает, он быстро становится твердым. Необходимо добиться баланса между температурой и охлаждением так, чтобы пластик мог свободно вытекать через сопло, но быстро затвердевал, обеспечивая точные размеры распечатываемой модели. Если такого баланса нет, в слоях могут возникнуть проблемы с качеством печати, когда внешние размеры объекта окажутся не такими, как запланировано.

Как температура влияет на качество первого слоя

Наиболее распространенная причина перегрева - это если пластик остужается недостаточно быстро. Когда такое происходит, горячий пластик, охлаждаясь, успевает принимать самые разные формы. Для многих видов пластика гораздо лучше, когда слой будет быстро охлаждаться, чтобы форма не успела измениться. Если у принтера есть охлаждающий вентилятор, можно попытаться увеличить мощность охлаждения, чтобы пластик остывал быстрее. Мощность охлаждения, она же скорость вращения вентилятора, определяются в настройках программ-слайсеров. Когда пластик экструдируется при более низкой температуре, он быстрее застывает и лучше держит форму. Можно снизить температуру на 5-10 градусов и посмотреть результат этого. Не стоит слишком сильно пользоваться этой настройкой, иначе пластик не разогреется достаточно для того, чтобы его можно было продавить через маленькое выходное отверстие сопла.

Адгезия первого слоя

Использование клеящих средств

Роль клеящих средств и адгезивных лент

Для повышения адгезионных свойств и снижения риска повреждения стеклянной поверхности рабочего столика часто используют дополнительные средства, такие как лак или клей для 3D-печати, ПВА-клей, канцелярский клей-карандаш, растворенный АБС-пластик (так называемый «АБС-сок»), синий скотч и т. д. Одного средства для печати всеми типами пластиков будет недостаточно.

Как выбрать подходящее средство

В настоящее время существуют различные адгезивы для 3д-печати. Как правило, составы лаков и клеев для 3D-печати разработаны с учетом свойств различных материалов для 3д-печати и позволяют надежно приклеивать первый слой печатаемой модели к рабочему столику. Говоря простым языком, это универсальные средства, подходящие для работы с множественными типами филаментов.

1. На рынке достаточно много производителей лаков для 3д-печати и клеевых составов различных объемов и на любой бюджет. Одного флакона будет достаточно на несколько месяцев печати. Пользоваться просто: необходимо распылить лак или клей на платформу, и распределить его равномерно по поверхности с помощью чистой, мягкой тряпочки.

2. Малярный скотч больше подойдет для 3D-принтеров без подогрева платформы. Скотч аккуратно наклеивается на всю площадь столика и позволяет печатать мелкие детали без нагрева стола. Этот вариант особенно хорошо подходит при работе с ПЛА-пластиком, однако, при увеличении площади изделий края деталей могут отрываться вместе со скотчем, поэтому актуальность этого метода ограничена.

3. На каптоновом скотче нижняя поверхность (подошва изделия) получается очень гладкой, детали хорошо отделяются после остывания, но оставлять изделия на остывшем столике нельзя, так как пластик стягивает скотч, и под ним образуются пузыри воздуха. Во время 3D-печати на каптоновом скотче обязателен нагрев платформы и дополнительно намазывание скотча клеем. Подходит для 3D-печати среднегабаритных изделий.

4. Пленка «Lomond» пользовалась популярностью, пока не появились различные клеевые составы. После наклеивания верхний слой на самой пленке необходимо смыть для лучшей адгезии. Детали после печати на такой пленке достаточно сложно оторвать. Со временем под пленкой также образуются пузыри, поэтому пленку необходимо регулярно менять. Подходит для 3D-печати крупных изделий.

5. Клей-ПВА наносится на рабочую поверхность кисточкой и растирается до получения равномерного тонкого слоя. Как правило, при застывании клей становиться прозрачным. После того, как клей высохнет, можно запускать 3D-печать. Способ хороший, но надежность такого метода сомнительна.

6. Канцелярский клей-карандаш в основном используется, когда других средств нет. Клей наносится одним слоем, после остывания платформы деталь легко отделяется, а сам клей легко смывается со стекла и с напечатанной детали.

Подложка и поверхности

Разные типы подложек

В настоящее время существует несколько методов и способов, с различной степенью эффективности, повышения адгезионного взаимодействия нижних слоев изготавливаемой конструкции с рабочей платформой 3д-принтера.

Для лучшего сцепления изделия с рабочей поверхностью столика в настройках печати часто требуется создавать дополнительные элементы: подложку или обрамление модели, помогающие удерживать изготавливаемую деталь на столе. «Brim» или «Raft» увеличивают площадь контакта пластика с рабочей поверхностью вокруг нижних слоев и тем самым повышают сцепление.

Как выбрать правильную поверхность для печати

• Подложки или «рафты» состоят из нескольких слоев и представляют собой горизонтальные сетки из филамента, расположенного под моделью. Рафт применяется в качестве основания для первых слоев изделия и призван повышать уровень адгезии. Дополнительно рафт помогает выравнивать поверхность столика: если на поверхности имеются неровности, то они в определенной мере нивелируются подложкой, и модель может печататься уже на ровном основании. Еще один плюс рафта - снижение вероятности возникновения проблем из-за слишком большого или слишком малого зазора между соплом и столом при укладке первого слоя.
• Боросиликатное стекло — применяется для изготовления лабораторной посуды (пробирки, мензурки и т.д.). Очень удобный в использовании. Выдерживает большие температуры, не деформируясь, обладает очень малым коэффициентом теплового расширения. Требует покрытие адгезивами, для лучшего сцепления, но при сильном нагреве (более высокая температура, более 100 град.) можно обойтись и без них.
• Закаленное стекло. Аналогично борсиликатному, но может иметь неровную поверхность и внутри стекла сохраняется внутреннее напряжение, что может привести к растрескиванию. Его нельзя обрабатывать.
• Зеркало имеет те же свойства, что и боросиликатное стекла, но есть плюсы, а именно: очень быстро и равномерно нагревается, и визуально можно оценить загрязненность поверхности. Боится высокой температуры, может треснуть.
• Ситалловое стекло (ситалл) - стеклокристаллический материал, полученные объёмной кристаллизацией стекол, применяется в основном в аэрокосмической промышленности, в быту практически не используется из-за этого труднодоступен. По внешнему виду ситалл аналогичен боросиликатному стеклу, но имеет специфические свойства. Коэффициент теплового расширения еще ниже, прочность и адгезия выше. Может работать без нагрева и нанесения адгезивов, но для лучшего сцепления рекомендуется пользоваться этими методами (лак, клей) и поддерживать температуру не менее 50 градусов во время печати. После остывания и сужения пластика деталь отклеивается сама по себе. Лучше всего печать с бримом (каймой).

Настройки печати

Высота первого слоя

Рекомендации по высоте первого слоя

Высота слоя – это тот параметр, который будет указывать высоту каждого отдельного слоя в вашей детали. Меньшая высота слоя означает более детализированную 3д-печать, поскольку это обеспечит более гладкую поверхность.

При печати на смоле высота слоя уже составляет от четверти до одной десятой от того, что было бы при FDM-печати. При использовании FDM стандартная высота слоя колеблется в пределах 0,2 мм, в то время как принтеры на основе смолы работают в диапазоне от 0,035 до 0,05 мм или от 35 до 50 микрон.

Как высота влияет на адгезию и равномерность

Сразу стоит отметить, что не все принтеры способны печатать с высотой слоя 10 микрон. Независимо от того, что задается в слайсере, фактическая высота слоя будет ограничена тем, насколько точно ось Z принтера может перемещаться вверх или вниз. Также ограничивающим фактором может быть смола.

Учитывая все обстоятельства, спорно, стоит ли очень мелкая детализация дополнительного времени печати. Ниже 35 микрон становится трудно увидеть различия в качестве.

Скорость печати первого слоя

Оптимальная скорость для первого слоя

Если печатать на очень высокой скорости, двигатели принтера могут испытывать проблемы с тем, чтобы ее поддерживать. Если пытаться заставлять принтер печатать быстрее, чем это могут обеспечить моторы, можно услышать характерный «щелкающий» звук, когда приводу не удается достигнуть заданного положения. В таком случае часть модели получится смещенной относительно того, что было напечатано ниже. Если возникает впечатление, что печатающая головка перемещается слишком быстро, необходимо попробовать снизить скорость и посмотреть, что получится. Как правило, параметры в этих настройках определяют скорости перемещения при печати и скорость перемещений, когда экструдирования не происходит. Если значение одного их этих параметров слишком велико, это может привести к смещению слоев. Если у специалиста имеется достаточный опыт в 3д-печати, можно попробовать также уменьшить значения ускорения в параметрах прошивки 3д-принтера, чтобы скорость увеличивалась и уменьшалась не так резко.

Как скорость печати влияет на результат

Всем хочется сэкономить время и напечатать нужные модели быстрее, но такие планы могут идти вразрез со способностями самого оборудования. Если выставить слишком высокие скорости печати, моторы могут не справляться с позиционированием, а это влечет потерю качества. Сама несущая конструкция 3Д-принтера может быть недостаточно прочной для заданных скоростей и ускорений, что может привести к вибрациям и возникновению «звона», или направленному смещению слоев.

Заключение

3д-печать может осуществляться различными методами и технологиями. И как мы рассмотрели в этой статье, первый слой играет огромную роль для качества печати. В 3D-печати первый слой особенно важен - он образует основу для будущих слоев. Если адгезия первого слоя плохая, изделие может быть неустойчивым, в то время, как чрезмерная адгезия станет причиной сложностей с отделением детали от стола.

Специалисты компании Cybercom имеют большой опыт работы в области 3д-печати и предоставляют услуги на высшем уровне, качественно и точно в заявленный срок. Рассчитать стоимость и сроки выполнения работ, а также получить консультацию об условиях выполнения технического задания и поставленных задач Вы можете, обратившись к нам по телефону +7 (495) 620-58-78 или по электронной почте. Контакты представлены на нашем сайте. Мы находимся в г. Москве. Работаем с 09:00 до 19:00 с понедельника по пятницу. Мы выполняем услуги с соблюдением политики конфиденциальности.