Настройка параметров 3D-печати фотополимерами

В сравнении с другими видами 3D-печати, фотополимерная печать обладает рядом преимуществ, из которых наиболее существенное — сочетание высокой скорости и высокого качества печати, а также широкий выбор материалов, обладающих очень разными свойствами.

Кроме того, благодаря стремительному прогрессу оптоэлектроники, в последние два-три года стоимость оборудования резко снизилась, а новые модели 3D-принтеров стали печатать еще точнее. Результатом стал рост интереса к фотополимерным принтерам, в связи с которым появилась необходимость уделить особое внимание вопросу настроек параметров печати.

Содержание

Фотополимерные 3D-принтеры

На сегодняшний день наиболее распространённые распространённые технологии фотополимерной печати ⎯ это SLA, DLP и LCD. На рисунке выше показан поэтапный пример печати кольца по технологиям SLA и DLP.

В ванночку с прозрачным дном заливается фотоотверждаемый полимер ⎯ жидкая смола, которая затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения. В смолу погружается платформа, на которой, посредством послойной засветки полимера, формируется модель.

В рамках технологии SLA (Stereolithography Laser Apparating) засветка осуществляется лучом лазера, который отклоняется с помощью системы зеркал или призм, засвечивая области, которые должны быть полимеризованы.

Технология DLP (Digital Light Processing) использует для засветки ультрафиолетовый проектор, который экспонирует весь слой сразу.

В технологии LCD (Liquid Crystal Display) вместо проектора используется оптическая система, где свет от светодиодов проходит сквозь жидкокристаллическую матрицу, аналогичную той, что используется в дисплее смартфона или планшета.

Дальнейшие процедуры одинаковы для всех трёх технологий. По окончании формирования слоя платформа поднимается, чтобы впустить в рабочую область очередную порцию фотополимера, и опускается вновь так, чтобы расстояние между формирующейся моделью и дном ванночки было равно толщине слоя. После этого происходит засветка следующего слоя, и процесс повторяется. Таким образом, перечисленные технологии различаются лишь источником света.

Опыт показывает, что

принтеры SLA в каких-либо специфических настройках не нуждаются ⎯ для подавляющего большинства задач подходят заводские настройки, выставленные по умолчанию;
настройки для принтеров DLP, в большинстве своём, аналогичны тем, что используются принтерами LCD.

Речь о настольных принтерах, используемых в медицине, в первую очередь — в стоматологии и зубном протезировании, а также для обучения, прототипирования и/или штучного изготовления уникальных объектов. Не менее эффективно они могут быть использованы для 3D-печати в ювелирном деле.

Учитывая вышеизложенное, рассмотрим вопрос выбора настроек на примере LCD-принтера Phrozen Sonic mini.

Phrozen Sonic mini, краткое описание

Настольный 3D-принтер Phrozen Sonic mini ⎯ компактное и недорогое устройство, которое отлично подходит для обучения начинающих пользователей, а также для решения задач, требующих штучного изготовления уникальных объектов с высокой точностью. Широко используется в ювелирной промышленности, в стоматологии и ортодонтии, а также повсюду, где требуется печать миниатюрных высокоточных моделей и прототипов.

Источник: phrozen3dp.com

Phrozen Sonic mini работает по технологии LCD, отличаясь от старших моделей монохромной матрицей. Принтер использует любые смолы для LCD, DLP и SLA-принтеров, затвердевающие при облучении ультрафиолетом с длиной волны 405 нм.

Программное обеспечение

Источник: twitter.com

На всех принтерах бренда установлена фирменная операционная система Phrozen OS. Интерфейс ОС интуитивно понятный, меню не перегружено пунктами.

Для подготовки файлов используется бесплатный слайсер ChiTuBox. В программу импортируются файлы в формате .stl. Пользователь выбирает предустановленный профиль принтера, либо создаёт свой, и задает параметры используемого полимера, эти настройки смолы сохраняются в пользовательском профиле и не потребуют повторного ввода. Для загрузки на принтер файлы экспортируются в формате .phz.

Расходные материалы

Источник: facebook.com

3D-принтер Phrozen Sonic mini поддерживает фотополимеры различных брендов, в том числе доступные и качественные смолы Harz Labs. Они многочисленны, разнообразны и подходят для решения широкого спектра задач. Кроме того, производитель фотополимеров обеспечивает качественную информационно-консультационную поддержку, в том числе по части настроек принтера.

В случае, если вы не можете найти настроек для используемой вами смолы и/или принтера, следует взять за основу параметры печати для аналогичного принтера и смолы того же цвета. Разумеется, такой выбор требует проверки тестовой печатью. Следует помнить, что подбор и тестирование настроек необходимы в любом случае, даже при наличии актуальных рекомендаций производителя.

Помните, что, непосредственно перед заливкой в ванночку, любой полимер необходимо тщательно взбалтывать не менее пяти минут.

Калибровка принтера

Перед первым включением принтер Phrozen Sonic mini необходимо откалибровать. Сперва следует снять ванночку для полимера и положить на печатный стол лист бумаги. После этого ослабить четыре винта на рабочей площадке. Обязательно убедиться, что платформа может свободно двигаться, и через меню запустить процесс калибровки. Рабочая площадка принтера автоматически опустится в нижнее положение, после чего следует закрутить винты, аккуратно прижимая к листу платформу, чтобы она не зафиксировалась под углом к матрице.

Настройка параметров

Для большинства принтеров выбор параметров печати осуществляется на компьютере, после подготовки 3D-модели. Но в 3D-принтерах Phrozen профиль печати хранится в самом принтере. При чтении файла из родного слайсера (Phrozen 3D или PZslicer) принтер считывает параметры из файла. При чтении файла из стороннего слайсера (СhiTu Box) принтер берет параметры из сохраненного в самом принтере профиля печати.

Главное — необходимо подобрать “время засветки” и “время засветки низа” при заданной высоте слоя, остальные параметры носят второстепенный характер.

Сначала выбираете высоту слоя, на которой планируете работать. Для первой печати рекомендуем 0,05 мм (50 мкм). Для очень вязких полимеров такая толщина слоя может быть недоступна, тогда выбирайте 0,10 мм (100 мкм). Если потом потребуется печатать на другой толщине слоя, то и параметры придется подрегулировать.
Чем меньше высота слоя, тем выше качество печати и тем больше времени она требует. Поэтому данный параметр следует выбирать, исходя из допустимого соотношения качества и времени печати.

Время засветки (Exposure Time)

Это время, которое требуется для затвердевания обычного, то есть не находящегося в основании слоя фотополимера обычно — от 3 до 20 секунд.
В качестве отправной точки следует использовать величины, указываемые в инструкциях для смол и конкретных моделей принтеров, но надо быть готовым к тому, что понадобятся корректировки. Конкретное значение зависит от состава смолы и мощности светового потока данного экземпляра принтера.

Например, для одного и того же полимера ⎯ Harz labs Dental Clear, ⎯ для Phrozen Sonic Mini 4K время засветки составит от 4,3 до 5,0 секунд, а для принтера Phrozen Shuffle 2019 ⎯ от 7,7 до 9,0 секунд.

Если время засветки слишком большое, то модель получается более широкой, так как, из-за краевых эффектов, полимер отвердевает и в соседних областях. Это проще всего увидеть при печати гребенки со щелями (На фото ниже: область 1). Если время засветки слишком мало, то модель получается более узкой. Это можно увидеть при печати тонких стенок (область 2). Подбор времени засветки ⎯ это всегда поиск компромисса между требованиями к качеству выполнения щелей и тонких стенок.

На фото ⎯ пример печати тестовой модели Harz labs model grey.

В области 1 щели пропечатались очень плохо ⎯ все залиты. Значит нужно значительно (на 20-50%) уменьшать время засветки.

В области 2 пропечатались 3 из 4 параллелепипедов. Это хороший результат, так как вполне приемлемым может быть случай, когда не пропечатается ни один (щели более приоритетны).

Надо понимать, что в процессе печати модель засвечивается не на 100, а на 75-90%. Поэтому, после промывки модели в спирте, необходима дополнительная обработка в специальной полимеризационной камере.

Результат уменьшения времени засветки на 25%.

Время засветки низа (Bottom exposure time)

Это время засветки первых нескольких слоев основания. Время засветки низа превышает время засветки остальных слоев в 5-10 раз, а иногда и более, так как необходимо, чтобы модель хорошо прилипла к платформе.

Начальное значение, как и в предыдущем пункте, берем из рекомендаций производителя смолы. Если модель отлипает от платформы, значит нужно существенно (на 10-50%) увеличить этот параметр. Чрезмерное увеличение этого параметра приведёт к большим затратам времени. Кроме того, при слишком большом времени засветки нижние слои окажутся намного шире, чем задано (пресловутый “эффект слоновьей ноги”). Во избежание этого, в большинстве случаев модели печатаются целиком на поддержках.

Обычно, правильно подобрать параметры, указанные выше, вполне достаточно для настройки. Процесс строится так: печатается тестовая модель, если результат оказывается неудовлетворительным — вводятся корректировки, и снова печатается тест. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет получен приемлемый результат.

Скажем несколько слов про остальные параметры, хотя, в подавляющем большинстве случаев, нет необходимости их менять.

Количество слоев низа (Bottom Layer Count)

Это количество слоев, печатающихся с параметром “время засветки низа”, обычно 3-8 слоев.
Достаточно один раз поставить цифру 5 и забыть про неё. В подавляющем большинстве случаев этого достаточно.

Время задержки в верхнем положении (Light off delay).

Это время, необходимое для того, чтобы вязкий полимер успел затечь под модель. Обычно — 1 секунда.

Время задержки в нижнем положении (Bottom light off delay)

Это время между окончанием движения платформы вниз и моментом начала засветки. Данный временной интервал необходим, чтобы исключить влияние движения полимера в ванне на целостность модели. Можно оставить “заводскую” настройку и забыть про неё.

Высота подъема

Высота, на которую поднимается платформа. Обычно — 4-6мм. Если меньше, то модель может не отлипнуть от дна ванны.

Скорость подъема/ретракта

Скорость, с которой платформа движется вверх и вниз. Можно пробовать увеличивать скорость, если позволяет механика принтера, но лучше обойтись без экспериментов.

Прочие настройки оставляем без изменений

Корректировки

1. Если модель постоянно отрывается от платформы

В этом случае bottom exposure time следует увеличить на 30-50 %. Это ничего не испортит, но гарантированно избавит от беспокойства за прочность крепления модели к платформе.

2. Если модель отрывается от поддержек или рвётся сама

Такое бывает при недостаточном времени засветки. Рекомендуется постепенно увеличивать его, с интервалом в 2 секунды, фиксируя результаты. Принтеру это не повредит. Следует иметь в виду, что при завышенных значениях этого параметра деталь будет становиться толще, из-за того, что смола вокруг неё тоже начнёт твердеть. Опыт показывает, что время засветки может превышать величину, указанную в спецификации для конкретной смолы, не более чем на 10 секунд.

3. Если площадь печати очень велика

У оператора может не хватить терпения на то, чтобы печатать с толщиной слоя 50 мкм, и он перейдёт на 100 мкм. В этом случае ему наверняка придется увеличить время засветки ⎯ хотя бы на 2-3 секунды.

Кроме того, возможны деформации и даже разрушение принта, если он массивен, а поддержки слишком тонки. В данном случае положение следует исправлять не настройками печати, а правильной подготовкой цифровой модели.

Первая печать

ВНИМАНИЕ !

При любых работах со смолами и растворителями необходимо тщательное соблюдение правил техники безопасности.

Каждый раз, при использовании нового полимера, следует производить печать одной или нескольких тестовых моделей, чтобы определиться с наиболее подходящими параметрами.

Модель 1

Высота модели — 1,4мм, время печати составляет от 5 до 25 минут, в зависимости от настроек. Она помогает оценить качество печати и внести корректировки в случае необходимости:

если щели не пропечатались, следует уменьшить время засветки основных слоев;
если параллелепипеды не пропечатались, следует увеличивать время засветки основных слоев.

Обычно качество щелей превалирует над возможностью печатать тонкие стенки, и это всегда некий компромисс.

Модель 2

Печать данной модели позволяет оценить не только правильность выбранных настроек, но и качество калибровки, пригодность полимера к печати тех или иных форм, а также многое другое. Подробности ⎯ в описании модели.

Заключение

Следует помнить, что, при всей кажущейся простоте, 3D-печать требует опыта. Уделяйте внимание тщательному выбору настроек и печати тестовых моделей, будьте готовы к разнообразным ошибкам, сбоям и прочим неожиданностям — это обычная часть отладки технического процесса. Но, результат того стоит.