Ключевые характеристики FDM‑принтеров: на что обратить внимание при выборе

О технологии

FDM — самая популярная и доступная технология 3D‑печати. Она позволяет создавать прочные износостойкие объекты со сложной геометрией из разных видов пластика. Технология востребована в самых разных отраслях: производство, исследования, дизайн, образование, архитектура, авто- и мото-тюнинг и др.

Как работает FDM-принтер? Горячая движущаяся головка принтера (экструдер) расплавляет пластиковую нить и укладывает по заданной траектории. Расплавленный материал охлаждается и затвердевает. На уже схватившийся слой наплавляется следующий. Процесс повторяется, пока модель не будет напечатана целиком.

Чтобы создавать сложные модели с нависающими и движущимися элементами, перемычками или тонкими стенками в 3D-печати используют поддерживающие конструкции. Это временные опоры элементов изделия, которые печатаются вместе с ними. При печати по технологии FDM следующий слой опирается на предыдущий, поэтому поддержка бывает необходима.

Материалы

Выбор пластиков для FDM-принтеров очень широк и позволяет печатать как однотонные, так и цветные или прозрачные, резиноподобные, ударопрочные изделия. При выборе принтера нужно обращать внимание на то, с какими материалами он работает, т.к. не все модели совместимы со всеми пластиками. Также важно учитывать особенности вашего проекта: какие задачи изделие будет выполнять, будет ли использоваться внутри или снаружи помещения и т.д.

Что будете печатать?

Прототипы для функционального тестирования

Рекомендуемые материалы: ABS, PETG, Nylon

Изделия, которые будут подвергаться длительным нагрузкам

Рекомендуемые материалы: ABS, PETG, Nylon, ASA, PC, ESUN ePA-CF

Прототипы для визуальной оценки и презентаций

Рекомендуемые материалы: PLA и его разновидности (Wood, Metal, Transparent и мн. др.)

Корпуса приборов, оснастка

Рекомендуемые материалы: ABS, PETG, ASA, PC

Сувениры, статуи, любые декоративные изделия

Рекомендуемые материалы: PLA и его разновидности (Wood, Metal, Transparent и мн. др.)

Гибкие, деформируемые изделия

Рекомендуемые материалы: TPU, TPE, TPC, Soft PLA

Биоразлагаемые изделия

Рекомендуемый материал: PLA

Гид по пластикам для 3D-печати >>

Материалы поддержки

При выборе FDM-принтера стоит обратить внимание, совместим ли он с материалами поддержки. Большинство устройство поддерживают печать материалами поддержки, которые можно удалить вручную. Некоторые принтеры работают с растворимыми вспомогательными материалами — например, PVA, HIPS.

Подробнее о материалах поддержки для FDM >>

Толщина слоя

Чем тоньше слой, тем выше разрешение, а значит тем более мелкие детали и более гладкие поверхности может воспроизводить 3D-принтер. Толщину слоя можно задать для каждого изделия индивидуально. Большинство современных FDM-принтеров работают в диапазоне слоев 50-150 микрон. Для больших проектов используют увеличенную высоту слоя — вплоть до 1-2 мм.

Важно понимать, что тонкие слои могут быть чувствительны к неровностям платформы, неправильной калибровке принтера и несовершенствам материала. Кроме того, уменьшение толщины слоя может значительно увеличить время печати.

Камера построения

Размер области печати

Компактные FDM-принтеры имеют камеры габаритами от 150x150x150 мм или меньше. Устройства предназначены для печати небольших прототипов или заготовок, для экспериментов, тестирования, проверки дизайна.

Камеры среднего объема — около 200x200x200 мм — позволяют печатать несколько деталей одновременно. 3D-принтеры с камерами от 300x300x300 мм используются для печати крупных деталей, прототипов или функциональных изделий.

Модели с очень большими камерами (800-1000 мм) находят применение в масштабных промышленных проектах, архитектуре, дизайне, ремонте, исследованиях.

Если ваши проекты не требуют печати крупных объектов, то компактный FDM-принтер с небольшой камерой может стать подходящим выбором. Такие устройства занимают меньше места и дешевле в обслуживании.

Открытая камера

Любительские 3D-принтеры чаще всего оснащены открытой камерой. Она дает легкий доступ к рабочей области и позволяет оператору наблюдать процесс построения изделия. Основные материалы для печати в открытой камере — PETG и PLA, т.к. они хорошо переносят сквозняки и имеют низкую усадку.

Закрытая камера

Температура внутри такой камеры обычно такая же, как снаружи, или чуть теплее. Хорошо защищает изделие от сквозняков, пыли и мусора, гарантирует безопасность пользователей, обеспечивает более стабильную печать и меньшее количество ошибок.

Подогрев камеры

В некоторых FDM-принтерах закрытые камеры оснащены подогревом — зачем он нужен?

• Камера с пассивным подогревом утеплена и создает стабильную температуру внутри принтера, что снижает риск деформации материала, улучшает адгезию слоев, минимизирует количество брака.

• Камера с активным подогревом помимо стандартного утепления имеет дополнительный источник тепла. Основная задача — печать полноразмерных деталей тугоплавкими пластиками. Такие камеры обычно имеют увеличенные габариты. Оснащенные ими 3D-принтеры, как правило, дороже стандартных моделей.

Платформа печати

Рабочая платформа служит поверхностью для построения 3D-моделей.

Материал

Алюминиевые платформы — самые распространенные. Подходят для большинства филаментов. Минус: материалы могут не прилипать к платформе без клея или лака.

Гладкие платформы из закаленного стекла. От них легко отделяются изделия после охлаждения. Минусы: хрупкие, подвержены сколам. Требуют адгезивных материалов для прилипания изделия.

Магнитные гибкие платформы. Это, скорее, съемное покрытие, которое крепится к металлической или стеклянной платформе для создания поверхности с хорошей адгезией. Минусы: требуется время для настройки; склонность к царапинам; частая замена стоит дорого.

Некоторые платформы имеют текстурированные поверхности. Плюсы: обеспечивают лучшую адгезию для материалов, которые имеют тенденцию скользить. Минусы: может потребоваться усилие, чтобы отделить готовое изделие от платформы; текстура может передаваться на поверхность печати.

Мобильность

Фиксированная платформа крепится к раме принтера и остается неподвижной во время печати.

Плюсы

• Стабильность печати и меньший риск деформации, т.к. объект неподвижен;
• более точное позиционирование объекта во время печати;
• простота использования.

Минусы

• После завершения печати может потребоваться дополнительное время для удаления объекта с платформы;
• если объект прочно прикреплен к платформе, есть риск его повреждения.

Движущаяся платформа

Плюсы

• Меньше ограничений по размерам изделий;
• объект легко удалить после печати, т. к. платформа может двигаться, облегчая доступ к объекту;
• больше возможностей для печати сложных структур..

Минусы

• Движущаяся платформа может быть менее стабильной во время печати;
• больший риск деформации объекта;
• более сложная настройка.

Подогрев платформы

Металлические или стеклянные платформы оснащаются нагревательным элементом. Это помогает предотвратить деформацию материала при начале печати, что особенно важно при использовании пластиков, подверженных сильному сжатию или охлаждению (например, ABS). Также она лучше сцепляется с первым слоем материала, что помогает предотвратить отслоение и дефекты на поверхности печатаемого объекта.

Скорость печати

Скорость печати FDM-принтера измеряется в миллиметрах в секунду (мм/с) и определяется скоростью перемещения печатающей головки или экструдера во время печати. Это измерение отражает скорость движения экструзионного механизма принтера вдоль всех трех осей (X, Y и Z) во время создания каждого слоя изделия.

В среднем скорость печати FDM-принтера находится в пределах 40-150 мм/с.

Обычно более высокое качество печати требует более медленной скорости. Сложные модели с большим количеством деталей или перемещений печатающей головки могут требовать более медленной скорости для обеспечения точности.

Различные настройки принтера, такие как скорость перемещения, скорость заполнения и скорость первого слоя, могут влиять на общую скорость печати.

Экструдер

Экструдер в FDM-принтере отвечает за подачу пластика в печатную головку, где тот расплавляется и наносится на печатную поверхность для создания 3D-модели.

Расположение в 3D-принтере

Прямой экструдер (Direct Extruder) находится непосредственно над соплом и подает материал прямо в него. Это обеспечивает более точный контроль подачи пластика.

Косвенный экструдер (Bowden Extruder) отделен от сопла и подает материал в него через гибкую трубку, расположенную на раме принтера. Это позволяет увеличить скорость печати, но может привести к некоторой потере точности.

Размер сопла

В экструдерах используются разные типы сопел для выхода пластикового материала, обычно с диаметрами от 0,2 до 1,0 мм. Сопла меньшего размера применяют для детализированной печати, а большего — для увеличения скорости.

Привод

Привод экструдера отвечает за передачу материала внутри экструдера к соплу для печати.

Основные типы приводов

Шаговый двигатель (Stepper Motor) прямого привода. Применяется в прямом экструдере. Обеспечивает точное и контролируемое движение материала к соплу.

Шаговый двигатель (Stepper Motor) косвенного привода. Используется для снижения массы движущихся частей и повышения скорости печати.

Сервопривод (Servo Motor). Сервоприводы обеспечивают более точное позиционирование и могут быть полезны при работе со сложными материалами или для достижения более высокой точности.

Температурный контроль

Большинство современных FDM-принтеров оборудованы температурным контролем экструдера, поскольку это считается стандартной функцией, необходимой для качественной печати.

Приостановка

Некоторые экструдеры оснащены системой, которая приостанавливает подачу пластикового материала, когда принтер не печатает. Это помогает избежать деформации модели в случае простоя.

Двойные экструдеры

Двойные экструдеры дают возможность одновременной печати сразу двумя разными материалами или цветами. Это может быть полезно во многих ситуациях:

• Один экструдер печатает основную модель, а другой — поддержки. Вы можете использовать более качественный пластик для печати основного изделия, а более дешевый или остатки старого для печати поддержки.

• Можно печатать разными материалами или разными цветами одновременно.

Специфические характеристики

Страна производства

В условиях санкций доступна продукция российских и китайских производителей. В последние несколько лет отечественные компании активно развивают системы 3D-печати по технологии FDM. К лидеру рынка настольных пластиковых принтеров — Picaso — присоединились производители промышленных моделей F2 Innovation (Пермь) и Total-Z (Москва).

Picaso производит полупрофессиональные устройства для частного бизнеса и обучения, а также простых задач по прототипированию. F2 и Total-Z создают принтеры для промышленных и научных задач, производства, бизнеса.

Отдельно можно упомянуть компанию Stereotech (Волгоград), которая производит 3D-принтеры по собственной технологии 5DTech, основанной на принципах FDM.

Все российские 3D-принтеры >>

Отсек для сушки пластика

Отсек позволяет предварительно высушить филаменты с высоким водопоглощением, такие как Nylon, PC, ABS. Подготовленный таким образом пластик показывает большую стабильность и точность при последующей печати.

Калибровка

Калибровка в FDM-принтерах — это процесс настройки различных параметров для точной и качественной печати. Различные модели устройств имеют свои особенности, влияющие калибровку. Например, в системах с двумя экструдерами требуется настойка каждого экструдера.

Автоматическая калибровка обеспечивает предсказуемый результат печати высокого качества даже в сложных проектах.

Принцип перемещения экструдера

1. Картезианские 3D-принтеры используют систему координат X, Y и Z для перемещения экструдера по прямоугольным координатам. Т.е. экструдер движется вдоль и поперек платформы, а также вверх и вниз.

2. В дельта-принтерах применяется треугольная система координат для перемещения экструдера.

3. Принтеры с корпусной траекторией обладают системой из двух поясов и двух стержней для перемещения печатной головки вдоль осей X и Y. Конструкция обеспечивает точное и стабильное движение.

4. Принтеры со SCARA-манипуляторами. Могут обеспечивать быстрое и точное движение экструдера, что делает их подходящими для печати сложных моделей.