Rynek druku 3D w ostatnich latach uległ gwałtownym zmianom. Po tym jak stały się pierwszym wyborem dla prototypowania i rozwoju produktów w produkcji, stomatologii, jubilerstwie, jest obecnie coraz częściej wykorzystywany w celach hobbystycznych w tym modelarstwie.
Fused Deposition Modeling (FDM) i Stereolitografia (SLA/mSLA/LCD) to dwie najpopularniejsze technologie druku. Obie technologie te zostały zaadaptowane i udoskonalone na potrzeby domowej „produkcji”, dzięki czemu są bardziej przystępne cenowo, łatwiejsze w użyciu i bardziej wydajne.
W tym przewodniku przyglądam się bliżej tym technologiom druku znanym również jako druk z filamentu (plastiku) i żywicy, a przedstawiam także czym się one różnią i kiedy powinny być stosowane.
Co to druk 3D FDM?
FDM (Fused Deposition Modeling) znany również jako Fused Filament Fabrication (FFF), jest najczęściej stosowanym rodzajem druku 3D w warunkach domowych. Drukarki 3D FDM działają poprzez wytłaczanie termoplastycznych włókien takich jak PLA (polilaktyd, polikwas mlekowy), PET-G (tereftalanu etylenu) lub ABS (akrylonitryl butadien styren) przez rozgrzaną dyszę, topiąc materiał i osadzając tworzywo sztuczne warstwa po warstwie na stole drukarki. Każda warstwa jest nakładana po kolei, aż do ukończenia modelu. Proces ten można porównać do rosnącego w górę rysunku. W tym procesie rozdzielczość druku jest określona przez rozmiar dyszy wytłaczającej (głownie stosowana jest dysza 0.4 mm). Warstwy są zwykle wyraźnie widoczne na powierzchni (wysokość warstwy wynosi głownie 0.1-0.2 mm), a procesowi brakuje zdolności do odwzorowania skomplikowanych szczegółów i detali. Modele drukowane w tej technologii wewnątrz są częściowo puste (stosuje się wypełnienie ok. 10-20%). Wnętrze modelu wypełnia specjalny wzór umożliwiający nakładanie kolejnych warstw modelu.
Co to druk 3D SLA?
Żywiczne drukarki 3D zyskują popularność ze względu na możliwość wytwarzania modeli o wysoce dokładnych i gładkich powierzchniach. Formuły żywic światłoutwardzalnych oferują szeroki zakres właściwości mechanicznych (tj. (twardość i elastyczność).
W druku 3D SLA, płynna żywica jest utwardzana głownie za pomocą wysoce precyzyjnego ekranu LCD (rzadziej projektora DLP lub lasera), aby uformować każdą warstwę. Druk warstwy (głownie ok. 0,05 mm) dokonywany jest w jednym czasie na całej powierzchni stołu. Pozwala to na osiągnięcie znacznie drobniejszych szczegółów i jest duże szybsze (w jednym czasie drukować jest wielu modeli). Dlatego druk 3D SLA jest znany z szybkości, ale także detali, gładkiej powierzchni, precyzji i dokładności modeli. W tym procesie rozdzielczość druku jest określona przez rozmiar piksela – jest on efektem podzielenia jego rozdzielczość ekranu (np. 2k, 4k lub 8k) przez rozmiaru ekranu (np. 6 cali). I mniejszy piksel tym druk jest bardziej dokładny. Przykładowo drukarka z ekranem 8.9 cala i rozdzielczością ekranu 4k, umożliwia podobną dokładność co drukarka z ekranem 6 calowym o rozdzielczości 2k.
Modele drukowane w tej technologii posiadają pełne wypełnienie (choć często stosuje się też ich wydrążenie).
Jak drukować modele?
Zarówno druk 3D w technologii FDM i SLA składa się z czterech etapów: znalezienia modelu, przygotowania modelu do druku (cięcia), samego druku 3D i postprocessingu.
Jak znaleźć modele do druku?
Głównie są dwie rodzaje modeli: bezpłatne i płatne. Strona na której znajdziesz najwięcej bezpłatnych modeli są thingiverse.com. W płatnych dominują strony cults3d oraz myminifactory.com. Można też „zasubskrybować” ulubionego twórcę poprzez portal patreon.com. W zamian za 7-10 dolarów co miesiąc otrzymacie świeżą paczkę modeli.
Przygotowanie modelu do druku
Drukarki 3D wymagają oprogramowania przygotowującego do druku (tj. slicera), aby określić ustawienia druku i pokroić model 3d do druku. Dotyczy to zarówno drukarek filamentowych jaki i żywicznych.
Istnieje wiele różnych slicerów do druku FDM, a popularność zależy często od preferencji użytkowników i ich potrzeb. Oto kilka przykładów popularnych slicerów do druku 3D:
- Ultimaker Cura – to jedno z najpopularniejszych narzędzi do druku 3D. Działa z wieloma różnymi modelami drukarek 3D i pozwala na zaawansowane ustawienia drukowania.
- PrusaSlicer – to narzędzie przeznaczone dla użytkowników drukarek 3D Prusa, ale może działać z wieloma innymi modelami drukarek 3D. PrusaSlicer oferuje wiele funkcji i narzędzi, takich jak automatyczne supportowanie lub podgląd podczas drukowania.
- Simplify3D – to płatny slicer, który oferuje wiele zaawansowanych funkcji i narzędzi, takich jak wsparcie dla wielu materiałów, zaawansowane ustawienia drukowania lub podgląd przed drukowaniem.
Do druku 3D metodą SLA zwykle stosuje się inne rodzaje slicerów niż do druku metodą FDM. Oto kilka przykładów popularnych slicerów do druku 3D SLA:
- Lychee Slicer – to bezpłatny slicer, który oferuje wiele funkcji, takich jak automatyczne supportowanie i orientowanie modelu, skalowanie modelu, a także symulację drukowania. Program pozwala na ustawianie wysokości warstw, ustawianie czasu naświetlania każdej warstwy, predefiniowanie ustawień podpór, a także kontrolowanie wielu innych parametrów. Oprócz tego oferuje również prosty interfejs użytkownika, który jest łatwy w obsłudze i może być dostosowany do indywidualnych potrzeb użytkownika. Lychee Slicer jest kompatybilny z wieloma modelami drukarek 3D SLA, a także obsługuje wiele formatów plików 3D, takich jak STL, OBJ czy 3MF. Lychee slicer jest idealny do przygotowania modelu do druku tj. odpowiedniej jego orientacji oraz supportowania. Jeżeli supportujesz wiele modeli warto rozważyć płatna opcję PRO, która umożliwia zbiorcvze supportowanie modeli w oparciu o wcześniej zdefiniowane ustawienia. Niestety dużo gorzej wychodzi mu cięcie modeli w szczególności z użyciem opcji AA (Anti-aliasing tj. wygładzania powierzchni). Lychee slicer cierpi też na problemy wydajności, czasem bardzo obłożone druki mogą się bardzo długo otwierać oraz zacinać. Od niedawna Lychee slicer umożliwił cięcie modeli pod druk FDM.
- ChiTuBox – to bezpłatny slicer z szeregiem funkcji, takich jak automatyczne supportowanie, skalowanie, obsługa wielu formatów plików oraz symulacja drukowania. ChiTuBox jest kompatybilny z wieloma modelami drukarek 3D SLA. W stosunku do poprzednika znacznie lepiej jest w nim ciąć modele. Funkcja AA działa bez problemów i nie ma problemów z wydajnością programu. Program ten umożliwia też zdalne wysłanie plików do drukarki (musi być podpięta do sieci LAN- nie będzie działać przy połączeniach VPN).
- PreForm – to darmowy slicer stworzony przez firmę Formlabs, która produkuje drukarki 3D SLA. PreForm oferuje wiele funkcji, takich jak automatyczne supportowanie, nakładanie się obszarów, skalowanie modelu, a także symulację drukowania.
Oczywiście istnieją również inne slicery do druku 3D SLA, ale wymienione powyżej są popularnymi wyborami wśród społeczności drukarzy 3D korzystających z tej metody drukowania.
Dodatkowo modele przygotowywane do druku SLA w 90% wymagają przygotowania suportów, aby model został prawidłowo wydrukowany.
Proces druku
Po rozpoczęciu procesu druku 3D, większość drukarek 3D może pracować bez nadzoru, nawet przez noc. W drukarkach FDM warto jednak rozważyć zamontowanie kamery w celu nadzorowania druku. Często modele w tej technologii mogą drukować się nawet 30 godzin (np. tereny do gier). Warto mieć wtedy podgląd na druk gdy nie mam nas w lokalizacji drukarki. Dodatkowo warto rozważyć rozszerzenie monitoringu o OctoPrint czyli narzędzie do zarządzania drukarką 3D instalowane najczęściej na mini komputerach Raspberry Pi. OctoPrint umożliwia zdalne zarządzanie drukarką 3D z poziomu przeglądarki internetowej (lub też aplikacji) i oferuje wiele przydatnych funkcji, takich jak podgląd druku lub sterowanie nim.
Post-processing
Ostatnim etapem jest post-processing.
Części SLA muszą być umyte w alkoholu izopropylowym (IPA) lub innych rozpuszczalnikach, aby usunąć nieutwardzoną żywicę z ich powierzchni. W standardowym przebiegu pracy oznacza to, że części są najpierw usuwane z platformy, a następnie zanurzane w zbiorniku z IPA, aby usunąć nadmiar żywicy. Warto stosować co najmniej dwa etapy mycia modeli. Pierwszy jako kąpiel z nieruchomą cieczą, a drugi w ramach myjki ultradźwiękowej lub popularnego urządzenia Wash&Cure.
Po wysuszeniu wypłukanych części, muszą zostać utwardzone wtórnie. Jest to procesem pomagającym częściom osiągnąć najwyższą możliwą wytrzymałość. Utwardzenia dokonuje się za pomocą lamp UV z długością fal co najmniej 405 nm (w szczególności urządzenia Wash&Cure). Można też stosować lampy do lakierów UV (kosmetyczne) lub wystawić modele na słońce- choć te dwie metody mogą nie przynosić pożądanych efektów i być długotrwałe. Naświetlanie zwykle nie powinno być dłuższe niż 4-5 minut. Choć cienkie elementy powinny być naświetlane dużo krócej 1-2 minut.
Proces FDM ma tę zaletę, że w większości przypadków nie wymaga czyszczenia. Wydrukowane części są gotowe do natychmiastowego użycia lub dalszej obróbki po procesie drukowania (np. szpachlowania)
Zarówno proces FDM, jak i SLA wykorzystują struktury podporowe (supporty), aby ułatwić drukowanie 3D bardziej złożonych „wiszących w powietrzu” elementów, a ich usunięcie jest ostatnim krokiem w post-processing. W obu przypadkach struktury podporowe muszą być oderwane mechanicznie (tj. ręcznie).
Podsumowując- czym się różnią i jaką technologią powinienem się zainteresować?
Różnica między drukiem FDM a drukiem SLA polega na tym, jak materiał jest nanoszony i utwardzany. Druk FDM polega na topieniu plastikowego filamentu, który jest nanoszony na powierzchnię druku przez głowicę drukarki. Model 3D powstaje poprzez stopniowe nanoszenie warstw plastiku na siebie. Po nałożeniu każdej warstwy, materiał jest schładzany, twardnieje i łączy się z poprzednią warstwą, tworząc jedną ciągłą strukturę. Druk FDM jest stosunkowo tani i łatwy w obsłudze, a do druku można użyć filamentów o różnych właściwościach, w tym PLA, ABS, PETG, nylonu (np. do form odlewowych) i wielu innych. Drukarki FDM są dostępne w niższych cenach i na wstępie oferują dużo większą powierzchnię druku (głownie 20×20 cm). Dzięki temu druk FDM idealnie sprawdza się w druku mniej szczegółowych modeli (np. był czołgów) oraz terenów do gier (w szczególności budynków).
Natomiast druk SLA wykorzystuje płynną żywicę, która jest utwardzana za pomocą światła UV. Model 3D jest drukowany poprzez stopniowe utwardzanie kolejnych warstw żywicy za pomocą światła UV. Po utwardzeniu każdej warstwy, platforma drukarki opada na niewielką odległość od powierzchni wanny z żywicą, a następnie proces drukowania zaczyna się od nowa. Druk SLA pozwala na drukowanie modeli z dużą precyzją i szczegółowością, a także na uzyskiwanie modeli o gładkich powierzchniach i cienkich ściankach. Drukarki SLA oraz żywca UV jest znacznie droższa w odniesieniu do objętości druku. Dlatego też polecana do druku modeli (w szczególności w skalach 28 i 32mm)
Ogólnie rzecz biorąc, druk FDM jest często stosowany do drukowania większych i prostszych modeli, natomiast druk SLA jest idealny do drukowania bardziej skomplikowanych, precyzyjnych i szczegółowych modeli, takich jak figurki czy bisy.
Jeżeli nie masz ochoty samodzielnie drukować modeli możesz skorzystać również z usług naszej drukarni 3d. Wydrukujemy Ci modele pochodzące od Ciebie, ale również mamy wiele modeli w swojej stałej ofercie.
