Полное руководство по поддержкам при 3D-печати
Если у вас есть опыт работы с FDM-3D-принтером, то вы, вероятно, сталкивались с ситуациями, когда приходилось использовать вспомогательные структуры.
FDM-принтер послойно наносит филамент для создания трёхмерного объекта. Поскольку каждый новый слой должен опираться на предыдущий, модели с выступами могут не удержаться на месте и упасть. В таких случаях необходимы вспомогательные поддержки, которые будут поддерживать модель во время печати.
Поддержки — неотъемлемая часть 3D-печати, однако они могут увеличить материальные затраты, объем последующей обработки и повредить поверхность модели. Поэтому правильная установка поддержек является важным аспектом при печати сложных моделей.
В этой статье мы рассмотрим всё, что вам нужно знать о конструкциях поддержки в 3D-печати.
Содержание:
- Когда вам это потребуется?
- Недостатки поддержки
- Геометрия несущей поддержки
- Типы поддержки за счёт простоты удаления
- Как избавиться от отколовшихся опор
- Поддержка без выступов и перемычек.
- Настройки CURA
Когда вам это потребуется?
Обычно, если в вашей модели есть выступ или мост, которые не поддерживаются снизу, вам нужно будет использовать поддержки, чтобы выполнить 3D-печать.
Вот несколько примеров выступов и мостов, которые можно изобразить с помощью букв Y, H и T.
Выступы и мосты, проиллюстрированные классическим примером букв Y, H и T
Правило 45 градусов для выступов
Не все выступы требуют поддержки. Как правило, если выступ расположен под углом менее 45 градусов к вертикали, его можно напечатать без использования опор.
Для выступов под углом более 45 градусов от вертикали требуются поддержки
В 3D-принтерах применяется минимальное горизонтальное смещение между последовательными слоями, которое практически незаметно для глаза. Из-за этого слоя не ложатся идеально друг на друга, если только не печатается вертикальная стена. Благодаря этому принтер может создавать выступы, которые незначительно отклоняются от вертикали.
Всё, что находится под углом менее 45 градусов, может быть поддержано предыдущими слоями. А вот всё, что находится под более крутым углом, не может быть поддержано. Угол 45 градусов считается критической линией.
Этот аспект лучше всего демонстрируется на примере букв Y и T. В букве Y два выступа имеют угол менее 45 градусов по отношению к вертикали, поэтому для их печати не требуется использование поддержки.
Выступы в виде буквы Y не требуют поддержек . Для выступов в виде буквы T они требуются.
С другой стороны, выступы в виде буквы T расположены под прямым углом к вертикали. Чтобы напечатать букву T, вам необходимо использовать поддержку. В противном случае результат может получиться нечитаемым, как показано на рисунке ниже.
Без поддержек буква T не будет печататься должным образом
Обратите внимание, что угол 45 градусов — это стандартный показатель для слайсеров, которые автоматически поддерживают процесс печати. Это позволяет учитывать множество переменных и получать удовлетворительные результаты.
Опытные пользователи часто настраивают параметры, такие как скорость печати и скорость охлаждения, чтобы увеличить достижимый угол свеса модели и получать успешные модели.
Многие производители 3D-принтеров FDM утверждают, что их устройства могут печатать с большими углами свеса по умолчанию. Это связано с тем, что их принтеры оснащены улучшенными параметрами процесса и более производительным оборудованием. Однако это не означает, что такой же результат не может быть достигнут на стандартном принтере опытным оператором.
Правило 10 мм для мостов
Не все мосты нуждаются в поддержке, как и выступы. Если длина моста составляет менее 10 мм, то принтер может напечатать её без опор.
Для этого в принтере используется технология, которая называется «мосты». При этой технологии горячий материал растягивается на короткие расстояния, что позволяет напечатать мосты с минимальным прогибом.
Плохое соединение приведет к провисанию
Однако если длина моста превышает 10 миллиметров, этот метод не сработает. В таком случае необходимо добавить поддержки, иначе мост может провиснуть.
Пожалуйста, помните, что это расстояние является лишь общим эмпирическим правилом. Настройка параметров, особенно активного охлаждения и скорости печати, может значительно улучшить результат и создать качественные мосты.
Проверьте возможности вашего принтера.
Оба этих практических правила, касающиеся выступов и перемычек, стоит рассматривать лишь как рекомендации. Многое зависит от состояния вашего принтера и используемого материала.
Если принтер плохо откалиброван, он может не справиться с выступами под углом 35 или 40 градусов от вертикали. В то же время хорошо откалиброванные принтеры способны печатать даже более сложные модели с выступами и мостами.
Поэтому перед тем, как приступить к печати моделей, рекомендуется узнать возможности вашего принтера и его способность справляться с такими сложными элементами.
Это довольно просто сделать. Что касается выступов, просто скачайте эту тестовую модель массивного выступа с Thingiverse и распечатайте ее. Эта модель имеет ряд выступов в диапазоне от 20 до 70 градусов с шагом 5 градусов. В качестве альтернативы вы всегда можете использовать общие модели калибровки печати, которые также включают мосты и выступы.
Тест массивного свеса в Thingiverse
Проверьте размеры и качество поверхности полученных деталей.
Определите максимальный угол свеса — это угол, при котором ваш принтер начинает выходить из строя без поддержки при выбранных настройках.
Запишите эту информацию, чтобы позже использовать её при принятии решения о необходимости использования поддержки при печати.
Недостатки поддержки
Как и многое в жизни, использование поддержек имеет свои недостатки. Давайте рассмотрим несколько:
Увеличенные затраты на материалы
Поддержки требуют удаления дополнительных материалов после печати
Если вы используете 3D-печать на производстве, то вас, скорее всего, интересует только стоимость детали. А если вы любитель и ваш бюджет ограничен, то вас, вероятно, тоже волнует этот вопрос.
Поддержки, которые печатаются на 3D-принтере, увеличивают стоимость изготовления модели. Ведь для их создания используется материал, который позже снимается и выбрасывается. То есть каждый кусочек вспомогательного материала, который вы используете, по сути, является отходами и увеличивает стоимость печати.
Особенно это заметно при использовании специализированных материалов, например, нитей, армированных углеродным волокном. В этом случае затраты могут быстро возрасти. Возможно, стоит обратить внимание на двойные экструдеры — устройства, которые позволяют машине переключаться между различными материалами и печатать поддержки из более дешевых материалов.
Увеличенная продолжительность печати
Особенно нестандартные конструкции часто требуют большого количества поддержек
Ещё одним фактором, влияющим на затраты, является увеличение времени печати , которое необходимо из-за поддержек. Хотя эксплуатация 3D-принтеров FDM не требует больших расходов, время печати может быстро возрастать, особенно при массовом производстве.
С другой стороны, минимизация поддержек не всегда является самым быстрым решением. Если вам нужна деталь для одноразового использования, возможно, имеет смысл использовать больше опор, чем теоретически необходимо для первой попытки, чтобы избежать неудачи и повторной печати одной и той же детали.
Таким образом, стоимость будет зависеть от количества деталей, которые вы хотите изготовить, количества необходимых опор, скорости печати и того, насколько легко можно будет извлечь готовую деталь.
Дополнительная постобработка
Поддержки добавляются к последующей обработке
Поддержки — это не часть модели, а вспомогательные элементы, которые используются для поддержки выступающих частей модели во время печати. После завершения печати вам придётся удалить эти поддержки, чтобы модель была готова к использованию.
В производственных условиях удаление поддержек может привести к дополнительным расходам на модель. Особенно если они находятся в труднодоступных местах или их сложно отделить от реальной детали без риска повредить модель.
Чтобы минимизировать необходимость в постобработке, вы можете рассмотреть возможность использования растворимых поддержек. Или же вы можете полностью избежать их использования, интегрировав поддержку в дизайн модели или переориентировав саму модель.
Риск повреждения модели
Слева: печать с поддержкой. Посередине: удаление поддержки привело к повреждению. Справа: поддержка удалена без особых повреждений
Поддержки должны соприкасаться с нижними гранями моделей и обычно прилипают к ним. Это единственный способ обеспечить поддержку для выступов и перемычек. Если не быть осторожным при их удалении, на поверхности модели могут остаться нежелательные пятна. В худшем случае модель может отломиться вместе с поддержкой.
В целом, использование поддержек имеет свои недостатки. Поэтому вот ещё одно практическое правило: минимизируйте использование поддержек и добавляйте их только тогда, когда это действительно необходимо. В следующих разделах мы покажем вам, как применять эту философию на практике, начиная с этапа проектирования в САПР и заканчивая этапом печати.
Геометрия несущей поддержки
Существует два распространенных типа опор: решетчатая и древовидная
Решетчатая поддержка
Также известные как линейные, это наиболее часто используемые опоры в 3D-печати. Они представляют собой вертикальные стойки, которые касаются всего выступа. Этот тип поддержки подходит практически для всех моделей с выступами и мостами. Однако их сложнее удалить, и есть больший риск повредить поверхность модели.
Решетчатые поддержки
Древовидные поддержки
Древовидная опора — это структура, напоминающая дерево, которая поддерживает выступы модели при 3D-печати. Она обеспечивает поддержку выступов только в определённых точках, что позволяет достичь точности и качества в процессе печати.
Древовидная поддержка также сводит к минимуму использование материалов
Преимущество использования поддержки для 3D-печати в форме дерева заключается в том, что её легче удалить, и она не сильно повреждает нижнюю часть выступа. Однако следует учесть, что этот метод подходит только для не плоских выступов, таких как кончик носа, кончики пальцев или дуги, которые часто встречаются в более органических моделях. Для плоских выступов эта поддержка не обеспечивает достаточной устойчивости.
Типы поддержки за счёт простоты удаления
Поддержка отрыва
Съемные опоры обычно изготавливаются из того же материала, что и деталь
В принтерах с одним экструдером по умолчанию применяются съёмные поддержки.
Если в принтере установлен один экструдер, то для создания поддержек необходимо использовать тот же материал, что и для печати модели. Вы можете естественным образом регулировать плотность поддержек, делая её значительно ниже плотности модели. Это единственный способ контролировать материал для создания опор.
Поскольку модель и кподдержки изготовлены из одного материала, единственный способ их отделить — это либо отломить опору вручную, либо аккуратно отрезать её ножом. Однако эти методы сопряжены с риском повреждения модели, поэтому необходимо применять правильную технику и быть предельно внимательным и осторожным на этапе удаления.
Растворимые поддержки
Съемные поддержки легче снимать, но для этого требуется принтер с двойным экструдером.
Если у вас есть принтер с двумя экструдерами, есть более эффективный способ работы. Вы можете загрузить PLA в один экструдер для печати модели, а в другой — водорастворимый материал, например PVA, или лимоненорастворимый материал, такой как HIPS, для печати поддержек.
После завершения печати вы можете легко удалить поддержки, погрузив модель в воду или лимонен. Этот метод удаления позволяет снизить риск повреждения модели и упростить последующую обработку, что делает его идеальным для создания сложных отпечатков.
Как избавиться от отколовшихся опор
Поскольку отколовшиеся поддержки могут быть трудны для удаления и потенциально повредить модель, мы предлагаем несколько проверенных методов для их безопасного извлечения.
Сначала определите поддержки, которые открыты и доступны для манипуляций пальцами. Попробуйте аккуратно отодвинуть их. Если всё сделано правильно, большая часть поддержки должна легко отделиться.
Затем используйте инструмент для удаления труднодоступных поддержек. Существует множество мнений о том, какие инструменты работают лучше всего. Вы можете воспользоваться плоскогубцами с игольчатым наконечником, шпателем или ножом Exacto. Также можно использовать комбинацию этих инструментов.
При использовании ножа или скребка рекомендуется нагреть модель или лезвие. Это облегчит отделение поддержек. Может пригодиться крошечная бутановая горелка, но убедитесь, что вы не повредите ей модель.
Будьте очень осторожны с ножами Exacto, потому что они очень острые.
Наждачная бумага — ещё один отличный инструмент для удаления. Влажная шлифовка наждачной бумагой с высокой зернистостью (от 220 до 1200) поможет устранить небольшие неровности, оставшиеся после удаления, а также отполирует модель. Для достижения наилучших результатов нанесите на деталь воду и шлифуйте плавными, лёгкими движениями, пока не будет достигнуто желаемое качество поверхности.
Шлифование выполняется не только на деталях, напечатанных смолой, для достижения лучшей отделки поверхности
Модели, созданные на основе PLA, могут иметь следы напряжения, которые появляются при отрыве поддержек. Это может привести к появлению царапин, отметин и пятен на поверхности модели.
Чтобы исправить или скрыть эти дефекты, можно воспользоваться лаком для ногтей. Если же модель обесцветилась, можно попробовать осторожно нагреть её с помощью теплового пистолета, чтобы вернуть ей первоначальный цвет.
Минимизируйте поддержки с помощью дизайна
Интегрируйте поддержку в модель
Один из способов избежать поддержек — это добавить в модель элементы, которые смогут выполнять ту же работу. Этим приёмом пользовались скульпторы на протяжении веков. Например, можно взглянуть на скульптуру «Венера Витрикс» Антонио Кановы.
Венера Витрикс Антонио Кановы
В этой модели правая рука выступает в роли выступа, а в качестве опоры для неё служат подушки. Левая нога также является выступом, но её опорой служит собранная в пучок тога.
Другой пример — модель под названием «The Guardian» от дизайнера Fantasygraph. В этой модели ноги и ягодицы модели поддерживает струящееся платье. Внизу закреплено копьё, которое служит опорой для левой руки модели.
Поддержкой также может стать сама модель
Интеграция поддержек в дизайн — это искусство, а не наука. Необходимо создать элементы, которые гармонично впишутся в общий дизайн и смогут поддерживать выступы или мосты. Если всё сделать правильно, это подчеркнёт красоту модели и позволит избавиться от поддержек в процессе печати, что сэкономит время, деньги и трудозатраты.
Фаски
Ещё один способ избавиться от опор — использовать фаски. Фаски — это аккуратный способ превратить выступающие части в безопасные с углами менее 45 градусов.
Например, если у вас есть слегка наклонная или изогнутая кромка, вы можете заменить её угловой кромкой, для которой не нужна опора. Такая угловая поддержка называется фаской.
Слева: постепенно закругляющийся край, требующий поддержки. Справа: скошенный край, который можно печатать без опор
Аналогично, если в вашей модели есть отверстие, вы можете изменить его на скошенное отверстие в форме капли. В большинстве случаев это не изменит общую эстетику модели, но поможет сократить количество дополнительных устройств, необходимых для печати модели.
Скошенное отверстие в форме капли
Минимизируйте поддержку за счёт изменения направления деятельности.
Иногда можно упростить конструкцию, если изменить расположение деталей. Например, открытую коробку лучше печатать так, чтобы открытая сторона была сверху.
Часто поддержку можно свести к минимуму, переориентировав модель на платформе построения
Рассмотрим, например, эту фигурку человека.
Может возникнуть соблазн сориентировать фигуру в ее естественном положении
Если вы распечатаете модель в исходном виде, нам придётся сделать упор для левой руки. Это будет длинный выступ, расположенный под углом 90 градусов.
Поскольку этот arm находится далеко от исходной точки, ему потребуется много опор
При снятии опор, вероятно, останутся следы на нижней части кронштейна. Чтобы этого избежать, вы можете повернуть модель на 45 градусов и просто добавить опору для основания модели. В любом случае, качество основы не имеет большого значения. Так вы сможете напечатать модель с меньшим количеством элементов и защитить свою левую руку от повреждений.
Расположение всего под углом 45 градусов позволяет печатать модель с меньшим количеством опор
Эта модель, безусловно, является лишь демонстрационной. Более опытные производители из вас могут заметить небольшие участки на коленях, ягодицах и голове, где печатающая головка не оставляет отпечатка. В результате получаются довольно неприглядные участки. Разумеется, эти области также необходимо поддерживать, чтобы избежать подобного эффекта.
Поддержка без выступов и перемычек.
В предыдущих разделах мы говорили о том, что нужно стараться минимизировать использование поддержек. Но это означает, что вам придётся работать в сложных условиях, где есть риск нестабильности модели. Чтобы снизить этот риск, вот несколько общих рекомендаций:
-
Убедитесь, что ваш 3D-принтер хорошо откалиброван.
-
Охлаждайте материал для печати как можно быстрее. Чем дольше материал остывает, тем больше вероятность, что мост или выступ деформируются или разрушатся. Активно используйте вентиляторы для охлаждения слоёв. Кроме того, старайтесь максимально снизить температуру печати.
-
Снижение скорости печати также способствует охлаждению, и это особенно помогает при печати более длинных перемычек и сложных выступов.
-
По возможности старайтесь использовать наименьшую толщину слоя. За один проход печатающей головки будет осаждаться меньше материала, а это значит, что материал будет остывать быстрее.
Настройки CURA
Иногда при создании 3D-моделей невозможно обойтись без поддержек, но даже в этом случае важно уделить особое внимание их созданию. Опоры должны быть устойчивыми, легко сниматься, не тратить много материала и не повреждать поверхность модели.
Программное обеспечение для слайсера предоставляет множество дополнительных способов настройки параметров опор. Большинство программных средств могут генерировать их автоматически, но также есть возможность добавлять или удалять опоры вручную в тех местах, где это необходимо.
Программное обеспечение слайсера предлагает множество различных настроек, которые позволяют управлять следующими аспектами:
-
размещением опор;
-
прочностью;
-
возможностью лёгкого удаления после печати;
-
повреждением поверхности печати.
В этой статье мы решили сосредоточиться на одном из самых популярных бесплатных слайсеров — Cura. Cura предлагает множество настроек, связанных со структурой опор, в разделе «Поддержка» раздела «Пользовательские настройки». При правильном управлении этими настройками можно создавать опоры, которые будут соответствовать большинству основных требований.
Автоматически генерируемые поддержки
Прежде всего, давайте разберёмся, как узнать, нуждается ли ваша модель в дополнительной поддержке.
Cura делает этот процесс очень простым. После того как вы импортируете свою модель в Cura и разместите её на виртуальной сборочной доске, обратите внимание на участки, окрашенные в красный цвет. Эти участки указывают на выступы, которые Cura обнаружила в модели.
Если вы видите красный цвет в нижней части модели, где она касается монтажной пластины, вам не нужно беспокоиться о недостаточной поддержке этой области. Платформа построения обеспечит необходимую поддержку.
Небольшие красные области в верхней части отверстий или между двумя конструкциями называются мостами. Cura автоматически обработает и эти области.
Если вы видите красные детали, вам следует обратить на это внимание. Для успешной печати этих деталей вам необходимо включить автоматически создаваемые поддержки.
Чтобы это сделать, установите флажок «Создать поддержку» в разделе «Поддержка».
После того как вы включили автоматически создаваемые поддержки, вы можете не увидеть изменений в представлении модели. Это происходит потому, что Cura по умолчанию не отображает структуры в «сплошном» представлении.
Чтобы просмотреть созданные подложки, переключитесь в режим «Слой». Материал подложки (линии и объём) будет отображаться бирюзовым цветом. Перемещайте ползунок слоя вверх и вниз, чтобы увидеть, где в модели добавлена поддержка.
Поддержка в виде дерева или линейки
Древовидные вспомогательные структуры в Cura
Cura по умолчанию создаёт решётчатые поддержки. В бета-версии 3.2 Cura появилась возможность использовать вместо них по умолчанию древовидные опоры.
Размещение поддержки
Два типа размещения поддержек в Cura: "Везде" и "Прикасаясь к сборке"
Когда вы активируете поддержку, в разделе «Поддержка» автоматически появляется параметр «Размещение». Этот параметр позволяет вам управлять расположением поддержек. Есть два варианта: «Везде» и «Касание пластины сборки». По умолчанию выбран первый вариант.
Если вы выбираете «Везде», Cura 3D будет пытаться создавать поддержки везде, где это необходимо. Это означает, что у вас будут не только поддержки, устанавливаемые на сборной панели, но и те, которые используют часть модели в качестве основы. В большинстве случаев это разумный выбор, так как он гарантирует, что все нестабильные области будут иметь необходимую поддержку.
Однако, если вы выберете «Везде» для очень сложных моделей, модель может оказаться полностью закрытой вспомогательным материалом. Если вы не хотите этого, просто измените настройку размещения на «Касание пластины сборки». Это позволит создать опоры только под выступающими частями модели, только между сборной панелью и моделью.
Включить поддержку крыши
Поскольку выступ модели печатается поверх несущих поддержек, не всегда получается идеально гладкая поверхность этих деталей. Однако вы можете улучшить качество печати, используя настройку «Включить несущую крышу».
Опорная крыша — это плотная обшивка в верхней части поддержки, которая не сильно ухудшает качество поверхности выступов. Если вы активируете эту опцию в Cura 3D, установив соответствующий флажок, вы получите более гладкую поверхность. Однако стоит учесть, что использование этой опции может усложнить процесс демонтажа поддержек. Поэтому рекомендуется применять её только в случаях, когда качество поверхности выступающей детали критически важно для функционирования готовой детали.
Настройка расстояния X / Y
Убедитесь, что расстояние между X и Y правильно отрегулировано
Иногда опоры могут быть установлены слишком близко к внешней стенке модели, оставляя следы на её поверхности. Чтобы избежать этого, вы можете воспользоваться скрытой настройкой расстояния между опорами по осям X и Y в разделе «Опоры».
Расстояние между опорами по осям X и Y в Cura определяет минимальное допустимое расстояние между вертикальными стенками модели и поддержки в плоскости X/Y. Если ваши поддержки повреждают или прилипают к стенам, вы можете увеличить это расстояние с шагом 0,2 мм до тех пор, пока стены не станут гладкими. Однако убедитесь, что внешние стены не имеют небольших выступов, которые останутся без опоры при увеличении расстояния между опорами и стенами.
Настройка Z-расстояния
Z-расстояние - важный параметр для упрощения удаления поддержки
Чтобы опорный материал можно было аккуратно отделить, не разрывая слои модели, соединение между опорным материалом и моделью должно быть слабее, чем соединение между слоями модели. Cura создаёт такое соединение, оставляя пространство между верхней и нижней частями поддержки и моделью — это пространство известно как Z-расстояние.
Вы можете упростить демонтаж поддержек, управляя настройками скрытого Z-расстояния в разделе «Поддержка». По умолчанию значение этого параметра такое же, как и у высоты слоя. Например, если высота вашего слоя составляет 0,1 мм, то Z-расстояние по умолчанию также будет равно 0,1 мм.
Если вам трудно отделить вспомогательный материал от модели, увеличивайте это значение с шагом высоты слоя до тех пор, пока он не будет полностью удалён. Cura может либо добавить поддержку для любого данного слоя, либо не добавлять её. К сожалению, промежуточных значений Z-расстояния нет. Поэтому, если значение Z-расстояния 0,2 мм для печати с высотой слоя 0,1 мм слишком велико, а Z-расстояния 0,1 мм недостаточно, у вас не хватит параметров Z-расстояния.
Типы поддержки
Поддержка шаблонов в Cura
Cura предоставляет возможность создавать вспомогательный материал для 3D-печати на основе одного из семи шаблонов. Вы можете изменять шаблон, используя скрытую настройку «Support Pattern», которая находится в разделе настроек.
В большинстве случаев шаблон «Зигзаг» по умолчанию обеспечивает оптимальный баланс между прочностью и лёгкостью удаления. Однако существуют и другие варианты, такие как «Треугольники», «Линии», «Сетка», «Концентрический», «Концентрический 3D», «Крест» и, конечно, поддержка для дерева. Если вас не устраивает шаблон по умолчанию, вы можете попробовать другие варианты. Каждый из них предоставит вам различный баланс между прочностью и лёгкостью удаления вспомогательного материала.
Мнения в сообществе о том, какой шаблон работает лучше всего, расходятся, поскольку это зависит от геометрии детали и индивидуальных требований.
Оставить комментарий