DRUKU 3D
Poznaj techniki stosowane przez profesjonalistów druku 3D.
Vol. 2
vshaper.com
1
01 - Obróbka wykańczająca modeli...3
02 - Prawidłowe generowanie plików STL... ... 7
03 - SOFTSHAPER - Programowanie przestojów wydruku (Pauza)...15
WYKAŃCZAJĄCA MODELI
01
vshaper.com
3
W jakim celu obrabiamy wydruki 3D?
Wydruk dysza 0,25mm Gotowy wydruk jest specyficzny i rzadko zdarza się, aby przedmiot
po zakończeniu drukowania był w stu procentach gotowy do użytku.
Każdy wydruk jest inny i potrzebuje specjalnej obróbki w celu uzyskania pożądanej geometrii. Nawet w przypadku bardziej zaawansowanych technologii niż FDM/FFF, gotowe przedmioty mają pewną swoją dokładność i pewne fragmenty warto po wydrukowaniu poprawić lub wygładzić.
Jedną z kluczowych wad drukowania tworzywem sztucznym jest widoczna granica pomiędzy nakładanymi warstwami materiału przez drukarkę. Wielkość tej granicy jest uzależniona od średnicy dyszy (im większa średnica dyszy tym warstwy będą bardziej widoczne).
Jeśli drukujemy na szklanym stole lub specjalnych tackach, warstwa przylegająca do stołu będzie gładka, inaczej jest
w przypadku warstw leżących wyżej.
Głowica drukująca może pozostawiać niewielkie ślady po swoich ruchach. Zazwyczaj w niczym nie przeszkadzają lecz czasem w sytuacji gdy powierzchnia powinna być jednolita zachodzi potrzeba wygładzenia takiej powierzchni danej warstwy.
W przypadku bardziej złożonych wydruków 3D, ze względu na fakt występowania siły grawitacji, która uniemożliwia nam drukowanie obiek- tów „w powietrzu” stosuje się podpory (support).
Dodatkowo stosuje się elementy wydruku typu raft lub brim, które zwiększają przyczepność modelu do stołu podczas drukowania.
Po skończonym procesie elementy te można w łatwy sposób usunąć pozostawiając model w nienaruszonym stanie.
Metoda mechanicznej obróbki druku 3D
Druk po usunięciu podpór Druk z podporami Najczęściej wykorzystywanym sposobem obróbki druku 3D jest
metoda mechaniczna, szczególnie w przypadku większych i bardziej skomplikowanych modeli. Metoda ta jest prosta i nie powinna sprawiać większych problemów nawet początkującym. Korzystając z tego sposobu konieczne jest usunięcie elementów wspomagających druk, czyli support, raft lub brim.
W jaki sposób usuwać i jakich narzędzi użyć?
Support (podpora) - usuwane ich nie jest zbyt skomplikowane i zazwyczaj nie potrzebne nam są narzędzia, najlepiej usuwać je ręcznie. W przypadku trudno dostępnych miejsc najlepszym rozwiązaniem jest użycie pęsety lub małych kombinerek.
Czasami zdarza się, że powierzchnia po wyłamaniu podpór nie jest idealna i mogą pozostać ich drobne fragmenty. W tym celu najlepszym wyjściem jest użycie papieru ściernego lub pilnika.
vshaper.com
5
Metoda mechanicznej obróbki druku 3D
Druk z brzegiem Brim (brzeg) - dzięki zastosowaniu tej opcji zwiększamy powierzchnie
drukowania pierwszej warstwy. Co za tym idzie zmniejsza się ryzyko wypaczenia modelu. Do usunięcia wystarczy nam zwykły nożyk lub skalpel.
Raft (tratwa) - jest to dodatkowe kilka warstw pod drukowanym modelem.
Niweluje krzywiznę platformy roboczej i znacznie poprawia adhezje do powierzchni stołu drukarki.
Zazwyczaj technologia druku ustawiona jest w taki sposób aby raft odrywał się bez większego problemu. Zdarza się tak, że po usunięciu raftu, pierwszą warstwę modelu należy delikatnie przeszlifować papierem ściernym.
Do wygładzania krawędzi lub powierzchni, oprócz specjalistycznych narzędzi warto wykorzystać papier ścierny lub małe szlifierki. Im większa ziarnistość papieru tym szlifowane jest bardziej precyzyjne.
Metoda mechanicznej obróbki druku 3D
Druk po usunięciu tratwy Druk z tratwą
vshaper.com
7
Metoda termicznej obróbki druku 3D
Częstym zjawiskiem występującym w druku 3D jest tak zwane nitkowanie. Zdarza się to na wydrukach, między poszczególnymi ściankami modelu w postaci cienkich niteczek. Najczęściej jest to konsekwencją złych ustawień technologii druku. Powstałe nitki nie mają większego wpływu na właściwości mechaniczne modelu lecz psują jego efekt wizualny.
Najłatwiejszym sposobem na usunięcie powstałych niteczek (na początku i na końcu) jest obcięcie ich ostrym narzędziem. Nie jest to jednak idealne rozwiązanie ze względu na ryzyko porysowania lub uszkodzenia powierzchni wydruku. Ponadto można sobie pozwolić na bardziej precyzyjne zabiegi, które dają lepsze efekt wizualny np. wysoka temperatura.
Narzędziem, które idealnie nadaje się do obróbki termicznej jest zwykła opalarka elektryczna.
Metoda termicznej obróbki druku 3D
Model po obróbce termicznej Model przed obróbką termiczną Nitki poprzez swoją minimalną grubość są bardzo wrażliwe na
temperaturę, kierując strumień gorącego powietrza na niteczek
powodujemy ich skurcz. Nie wszystkie materiały reagują tak samo, jest to uzależnione od temperatury topnienia. PLA będzie topiło się najszybciej natomiast takie materiały jak nylon czy ABS potrzebują więcej pracy aby osiągnąć pożądany efekt.
Jest to proces charakteryzujący się delikatnością i należy pamiętać aby nie przytrzymywać opalarki zbyt blisko modelu oraz zbyt długo w jednym miejscu. Możemy doprowadzić do stopienia naszego wydruku.
vshaper.com
9
Metody obróbki chemicznej druku 3D
Sam proces obróbki chemicznej wydruków 3D nie należy do skomplikowanych operacji. Jeśli korzystamy z gotowych urządzeń stworzonych do tego celu, to po prostu wkładamy wydruk, wprowadzamy ustawienia i rozpoczynamy proces. Istnieją też domowe sposoby obróbki oparte na takiej samej zasadzie jak praca tych urządzeń.
Metoda ta świetnie sprawdza się jeśli chcemy poprawić ogólny wygląd naszego wydruku z materiału opartego na ABS-ie. Dzięki tej metodzie możemy uzyskać efekt jaki w przypadku dwóch wcześniejszych metod post-processingu byłby niemożliwy do uzyskania.
Obróbka chemiczna niestety nie jest pozbawiona wad. Często się zdarza, że środki chemiczne wykorzystywane do obróbki nie są do końca bezpieczne dla zdrowia i należy przestrzegać środków bezpieczeństwa podczas ich używania.
Metody obróbki chemicznej druku 3D
Wydruk po acetonowaniu Wydruk przed acetonowaniem Jedną z najpopularniejszych substancji do obróbki chemicznej wydruków
opartych na ABS-ie jest aceton. To substancja ogólnodostępna, jednak jest łatwopalny a jej opary są szkodliwe dla zdrowia.
Podczas obróbki acetonem należy przedsięwzięć środki bezpieczeństwa (maseczki, ubranie zabezpieczające) tak aby nie dopuścić do kontaktu ze skórą oraz drogami oddechowymi.
vshaper.com
11
Metody obróbki chemicznej druku 3D
Schemat przeprowadzania kąpieli acetonowej Co to jest acetonowanie i jak przeprowadzić kąpiel?
Acetonowanie jest procesem najbardziej czasochłonnym i wymagającym odrobiny doświadczenia. Jeśli nie posiadamy odpowiednich urządzeń do obróbki chemicznej wszystko należy przygotować samemu. Wbrew nazewnictwie wydruk nie zanurzamy bezpośrednio w cieczy lecz w jego oparach. Do
prawidłowego wykonania procesu wystarczy nam słoik lub pojemnik (w zależności od wielkości wydruku) do którego nalejemy acetonu.
Na dnie naczynia umieszczamy podstawkę i kładziemy na nią nasz model (należy pamiętać aby poziom cieczy był niżej niż model). Następnie zakręcamy nasz słoik i ewentualnie powoli podgrzewamy (aceton wrze w temperaturze 56 stopni co znacznie przyspiesza cały proces). Wydzielają się opary, dzięki którym nasz wydruk będzie gładki i błyszczący. Kluczową kwestią jest czas trwania acetonowania. Zależy on od gabarytów i skomplikowania modelu. Im dłużej cały proces będzie trwał tym krawędzie i powierzchnia będą gładsze. Dla mniej zaawansowanych „drukarzy” może być to metoda prób i błędów.
GENEROWANIE PLIKÓW STL
02
vshaper.com
13
Oprogramowanie SOLIDWORKS pozwala eksportować i zapisywać pliki w wielu formatach. W obszarze technologii generatywnych tj.
druku 3D są to następujące formaty:
• *.3mf (3D Manufacturing File),
• *.amf (Additive Manufacturing File),
• *.stl (Stereolithography).
Trzeci z nich potocznie nazywany STL należy do najpopularniejszego standardu wykorzystywanego w technologii druku 3D. Format ten zapisuje model jako siatkę trójkątów w przestrzeni trójwymiarowej.
Każda powierzchnia podzielona jest na szereg małych trójkątów, a następnie każdy wierzchołek trójkąta opisany jest przez 3 punkty reprezentujące ich położenie względem układu współrzędnych.
Proces ten zwany jest triangulacją.
Do przekonwertowania elementu bryłowego zaimportowanego do SOLIDWORKS np. w formacie STEP bądź utworzonego przez nas bezpośrednio z poziomu programu, należy kolejno:
1. Otworzyć plik z modelem bryłowym, 2. Wybrać Opcję zapisu do formatu STL,
3. Ustawić odpowiednie parametry dla siatki trójkątów, 4. Zweryfikować siatkę trójkątów, ich ilość i rozmiar pliku, 5. Potwierdzić i zapisać eksport pliku.
Wszystkie kroki zostały opisane dokładnie poniżej.
1. Otworzyć plik z modelem bryłowym
Model utworzony w SOLIDWORKS otwieramy w standardowy sposób. W przypadku plików zaimportowanych uruchamiamy
„Diagnozę importu” w celu wykrycia i naprawy ewentualnych defektów w bryle:
vshaper.com
15
2. Wybrać Opcję zapisu do formatu STL
W tym celu klikami „Plik > Zapisz jako...” W oknie dialogowym po wybraniu lokalizacji pliku do utworzenia kopii oraz wpisaniu nazwy, wybieramy z listy dostępnych formatów „STL (*.stl)”:
3. Ustawienie odpowiednich parametrów dla siatki trójkątów.
Po wybraniu formatu STL należy wybrać odpowiednie parametry dla procesu triangulacji. W tym celu klikamy przycisk „Opcje…”:
vshaper.com
17
W otwartym oknie dialogowym, w zakładce „Opcje systemu”, wybieramy kolejno:
1. Dane wejściowe jako: Binarny/ASCII, 2. Jednostki dla naszego pliku, 3. Rozdzielczość.
Rozdzielczość – jest to parametr sterujący zagęszczeniem siatki trójkątów na powierzchniach. Pliki wygenerowane z wyższym ustawieniem dokładności (dokładniejsza mozaika) mają większy rozmiar, a ich wygenerowanie zajmuje więcej czasu.
W ustawieniach rozdzielczości mamy do wyboru trzy możliwości:
Gruboziarnista, drobnoziarnista lub dostosowana. Wybierając opcję dostosowana możemy samodzielnie ustalić zagęszczenie poprzez ręczne ustawienie parametrów siatki - Odchylenia i Kąt:
• Dostosować suwak Odchylenie, aby dla odchylenia ustawić wartość Tolerancja, która steruje mozaiką całej części. Niższe liczby generują pliki o większej dokładności całej części.
• Dostosować suwak Kąt, aby dla kąta ustawić wartość Tolerancja, która steruje mozaiką drobnych szczegółów. Niższe liczby generują pliki o większej dokładności małych szczegółów, jednakże ich generowanie zabiera więcej czasu.
Po ustaleniu rozdzielczości zatwierdzamy wprowadzone zmiany klikając kolejno „OK” i „Zapisz”
Poniżej przedstawiono przykład modeli wygenerowanych przy użyciu różnych ustawień zagęszczenia.
vshaper.com
19
4. Zweryfikować siatkę trójkątów, ich ilość i rozmiar pliku.
Przed finalnym zapisaniem pliku, w przestrzeni roboczej pojawi się podgląd pliku ukazujący siatkę trójkątów wygenerowaną na powierzchniach według naszych ustawień. Dodatkowo w oknie zatwierdzającym bądź odrzucającym zapis dostajemy informację o ilości trójkątów, wielkości pliku oraz wybranym formacie dla STL.
5. Potwierdzenie i zapis eksportowanego pliku.
Jeżeli wszystkie wyżej wymienione parametry się zgadzają klikamy Tak. Jeżeli chcemy dokonać korekt klikamy Nie i wracamy do ustawień rozdzielczości z punktu 3. ponownie zapisując plik.
Zdjęcia porównawcze dwóch wydrukowanych modeli o różnym stopniu zagęszczenia siatki trójkątów.
vshaper.com
21
UŻYTKOWNIKA NA CZAS WYDRUKU
04
Czas wykonywania poszczególnych modeli jest parametrem determinującym możliwości przerobowe drukarki. Należy być świadomym, że technologie addytywne takie jak FFF mają swoje parametry maksymalne odnośnie przepustowości materiału. Tak więc skrócenie czasu wykonywania modelu, bez modernizacji fizycznej maszyny, możliwe jest tylko poprzez zmianę parametrów wydruku.
Konfiguracja ustawień bezpośrednio wpływa na ogólną ilość materiału, z którego zostanie wykonany model oraz pośrednio determinuje finalne właściwości wydruku. Innymi słowy aby uzyskać model szybciej zawsze musimy pójść na pewne kompromisy.
Właściwościami wydruku, które najczęściej ulegają zmianie podczas manipulacji parametrami są:
• jakość powierzchni wykonywanego modelu,
• dokładności odwzorowania powierzchni,
• dokładność wymiarowa,
• wytrzymałość modelu.
vshaper.com
23
1. Prędkości posuwu maszyny przy poszczególnych sekcjach wydruku. Jest to parametr informujący z jaką prędkością poruszała się będzie głowica drukująca, podczas wykonywania konkretnych sekcji warstwy.
Parametry wpływające na czas wydruku
Rys. 1. Widok okna zakładki Material Processing Technology oprogramowania Softshaper - parametry prędkości wydruku.
Uwaga: Należy pamiętać, że technologia dostarczona przez firmę Vshaper Sp. z o.o. posiada przetestowane prędkości uniwersalne i niezalecane jest ich zwiększanie. Zwiększanie parametrów może spowodować zmniejszenie jakości wykonywanych wydruków tzn. pogorszenie jakości powierzchni modelu oraz zmniejszenie dokładności wymiarowej. Zbyt duże parametry prędkości wydruku mogą również powodować szybsze zużycie się elementów eksploatacyjnych drukarki.
2. Grubość warstwy jest to parametr mówiący o tym, jaką wysokość będzie miała pojedyncza warstwa modelu.
Parametry wpływające na czas wydruku
Rys. 2. Widok okna zakładki Quality oprogramowania Softshaper - parametry grubości warstwy.
Manipulując tym parametrem musimy pamiętać ze nie możemy robić tego dowolnie. Zakres grubości warstwy powinien znajdować się w przedziale od 30% do 75% średnicy dyszy drukującej. Dla przykładu przy wykorzystaniu najbardziej popularnej dyszy o średnicy 0,4[mm] możemy stosować grubość warstwy z zakresu od 0,12[mm] do 0,3 [mm].
vshaper.com
25
Rys. 3. 0,12[mm] oraz 0,3[mm] - zestawienie dyskretyzacji ścian nieprostopadłych do platformy roboczej dla warstw 0,12 mm oraz 0,3 mm.
Zwiększanie parametru „Layer Height” bezpośrednio wpływa na odwzorowanie powierzchni wydrukowanego modelu, w stosunku do użytego pliku STL uwydatnia się tzw. efekt schodkowy na powierzchniach nieprostopadłych do platformy roboczej. Poniżej przedstawiono zestawienie odwzorowania powierzchni skośnych przy zmianie parametru grubości warstwy.
Rys. 4. Zestawienie dyskretyzacji ścian nieprostopadłych do platformy roboczej dla warstw 0,12[mm] oraz 0,3[mm]
Gdy geometria modelu lub wymagana jakość odwzorowania powierzchni na to pozwalają, zastosowanie większej grubości warstwy znacząco skróci czas wykonywania modelu. Na poniższym przykładzie przedstawiono szacowany czas wydruku, wykonanego przy tych samych parametrach, za wyjątkiem zmiany grubości warstwy. Dla warstwy 0,12 mm szacowany czas wydruku wyniósł 5h 06min, natomiast dla warstwy 0,3[mm] jest to już 2h 32min co daje nam o 50% krótszy czas wykonywania wydruku.
vshaper.com
27
Rys. 5. Zestawienie czasów wydruku dla modelu wykonanego bez wykorzystania Raftu oraz z Raftem
3. Zastosowanie Raftu uzależnione jest od przyczepności wydruku do platformy roboczej. Jego zastosowanie nie zawsze jest konieczne. Takim przykładem jest wykonywanie wydruków, których przyczepność do stołu jest odpowiednia oraz nie ma ryzyka podwinięcia się krawędzi wydruku.
Czas zaoszczędzony jest zależny od wysokości w osi Z oraz powierzchni, którą model przylega do platformy roboczej. Jeżeli model będzie wysoki to procentowy udział Raftu w stosunku do całości modelu będzie nikły i niekiedy nie warto ryzykować ewentualnego odklejenia się modelu. W przypadku modeli o małej wysokości oraz większej powierzchni zdarza się, że czas drukowania raftu przekracza czas wykonywania samego modelu.
W przedstawionym przykładzie wydruk bez zastosowania raftu trwałby 19min, natomiast jeżeli zastosowalibyśmy raft przewidywany czas wzrasta do 1h 26min.
Uwaga. Jeżeli wystąpi sytuacja, w której model odklei się od stołu, albo nastąpi podwinięcie krawędzi, zastosowanie raftu jest konieczne, gdyż ma on zawsze większą powierzchnie od reszty wydruku przez co poprawia adhezję modelu do platformy roboczej.
4. Solid layers, Horizontal Shells, Infill
Parametry Solid Layers, Horizontal Shells znajdziemy w oknie Technology w zakładce Shells.
Technology > Shells
Parametr Solid Layers mówi nam ile pełnych warstw zostanie wykonane u spodu oraz u góry modelu. Natomiast Horizontal Shells odpowiada za ustalenie ilości obrysów wykonanych na zewnątrz modelu.
Parametr infill znajduje się w oknie Technology w zakładce Infill i odpowiada ona za typ oraz gęstość wypełnienia.
Technology > Infill
Wyżej wymienione parametry bezpośrednio wpływają na ilość materiału użytego do wykonania modelu, co z kolei wpływa na czas jego wykonywania. Należy tak dostosować te parametry, aby wytrzymałość była wystarczająca, jednakże ilość materiału koniecznego do wykonania modelu była ograniczona do minimum.
5. Usytuowanie modelu na platformie roboczej.
Wszystkie wyżej wymienione sposoby skrócenia czasu wydruku mają zastosowanie w wydrukach jedno i dwu dyszowych, natomiast ten punkt dotyczy jedynie wydruków dwumateriałowych.
Parametrem, który znacznie wpływa na prędkość wydruku jest również czas przygotowania dyszy nieaktywnej. Owo przygotowanie następuje kiedy w danej warstwie zakończyliśmy nakładanie jednego materiału i przechodzimy do nakładania drugiego. Proces ten składa się z odjazdu maszyny na odpowiednią, bezpieczną pozycję następnie nagrzaniu dyszy, z której będziemy chcieli drukować do temperatury pracy oraz z powrotu do punktu, w którym wydruk będzie kontynuowany. Powinniśmy tak usytuować model na platformie roboczej, aby drukarka jak najmniej razy potrzebowała zmieniać aktywną dyszę.
vshaper.com
29
