Поддержки в 3D-печати
3D печать может осуществляться различными методами, но на данный момент в основе каждого их них лежит послойное формирование т.е. каждый объект выращивается определенным образом и состоит из множества горизонтальных слоев склеенных собственным или связующим материалом. Если ваша модель имеет выступ или свесы, которые не поддерживаются в процессе печати, вам необходимо добавить дополнительные структуры, чтобы обеспечить успешную печать, в противном случае каждый следующий слой «висящий в воздухе» будет провисать и качество отпечатка будет неприемлемо. Поддержки в большинстве случаев не требуются в 3D печати методом спекания или связывания порошковых материалов в частности технология SLS, DLMS, SLM, CJP, SHS, т.к. свесы и выступы поддерживаются материалом окружающим модель во время печати.
Несущие конструкции считаются неизбежным злом в 3D-печати. С одной стороны, они абсолютно необходимы для моделей с критичными свесами, выступами или мостами. С другой стороны, они увеличивают расход материала, увеличивают время последующей обработки и могут сильно повредить поверхность модели. Поэтому правильное создание поддерживающих структур 3D-печати является очень важным аспектом 3D-печати сложных моделей.
Вот несколько примеров выступов и мостов, проиллюстрированных с помощью букв Y, H и T.
Однако не все свесы должны поддерживаться. Общее практическое правило: если свес наклоняется под углом менее 45 градусов от вертикали, вы можете смело печатать модель, не используя опорные конструкции
Оказывается, что 3D-принтеры используют очень небольшое горизонтальное смещение (едва заметное) между последовательными слоями. Таким образом, слой не укладывается идеально поверх предыдущего слоя, а складывается с небольшим смещением. Это позволяет принтеру печатать свесы, которые не слишком сильно отклоняются от вертикали. Все, что ниже 45 градусов, может поддерживаться предыдущими слоями.
Этот аспект лучше всего иллюстрируется буквами Y и T. Два выступа в букве Y имеют угол менее 45 градусов относительно вертикали. Поэтому, если вы хотите напечатать букву Y, вы можете это делать без использования каких-либо структур.
С другой стороны, выступы в букве Т имеют угол 90 градусов от вертикали, поддержки просто необходимы, в противном случае результат будет неудовлетворительным, как показано ниже.
Точно так же как свесы, не все мосты нуждаются в поддержках. Здесь действует следующее правило: если длина моста меньше 5 мм, принтер может распечатать его, без поддержек.
Для этого принтер использует технику, называемую bridging (построение мостов) — когда он растягивает горячий материал на короткие расстояния и печатает его с минимальным провисанием.
Однако, если длина моста больше 5 мм, этот метод не всегда работает. В этом случае вам необходимы опоры.
Как было описано выше свесы от вертикали под углом менее 45 градусов, не нуждается в поддержках. Этот угол может варьироваться и он очень сильно зависит от вашего принтера, его состояния и материала, который вы используете. Принтеры в плохом состоянии могут даже не печатать без поддержек, свесы под углом 35 или 40 градусов от вертикали.
Выявить оптимальный угол довольно просто. Просто скачайте эту модель Massive Overhang Test и распечатайте ее. Эта модель имеет ряд выступов от 20 градусов до 70 градусов с шагом 5 градусов.
Определите угол, в котором слои начинают провисать. Это максимальный угол наклона, который ваш принтер может печатать без поддержки.
Несущие конструкции требуют дополнительного материала они удаляются и выбрасываются после печати.
Если вы используете 3D-печать в коммерческих целях, то скорее всего, вы заботитесь о стоимости модели и конечно же стоимость отпечатка с наличие поддержек в себестоиомсти будет дороже, чем печать без оных.
Поддержки несмонено увеличивают время 3D-печати, в связи с большим объемом используемого материала.
Поддержки не являются частью модели. Это означает, что после завершения печати у вас есть дополнительная задача — удалить структуры до того, как модель будет использоватся по назанчению.
В производственных условиях, дополнительная работа означает увеличение себестоимости 3D модели.
Структуры поддержки соприкасаются и часто прилипают к стенкам моделей. Осторожны удаляйте структуры поддержек, в проивном случае они могут оставить повреждния на поверхности модели. В худшем случае часть модели может сломаться вместе с поддержкой.
В целом, есть существенные недостатки использования дополнительных несущих конструкций для 3D-печати. Поэтому — еще одно практическое правило: минимизируйте использование поддержек при 3D-печати ваших моделей и добавляйте их только при необходимости. В последующих разделах мы покажем вам, как применять это правило прямо на этапе проектирования, вплоть до печати.
Существует два распространенных типа поддержек для 3D-печати: древовидная (точечная) и линейная / аккордеонная.
Древовидная поддержка — это древовидная структура, которая поддерживает выступы 3D модели. Этот тип поддержки для 3D-печати касается только выступов в определенных точках.
Преимущество использования древовидной поддержки 3D-печати состоит в том, что ее легче удалить, не повредив соприкосающиеся части выступа и расходуется меньше материала. Но обратите внимание, что они подходит только для неплоских выступов, таких как кончик носа, кончик пальца или дуги. Они не обеспечивает достаточной устойчивости для горизонтальных, плоских выступов. Широко применяются в фотополимерной 3D печати (SLA, DLP, LCD).
Это наиболее распространенный тип поддержки, используемый в 3D-печати. Этот тип поддержки состоит из вертикальных столбиков, которые касаются всего свеса, выступа или моста. Этот тип поддержки работает практически для каждого выступа и моста. Тем не менее, их гораздо сложнее удалить и они гораздо чаще приводят к повреждению поверхности модели, к тому расход материала много выше, чем при использовании древовидных поддержек.
Если у вашего 3D принтера один экструдер, используется один и тот же материал для печати модели и поддержек. Поскольку модель и опорные конструкции для 3D-печати сделаны из одного и того же материала, единственный способ отделить их — либо отломать поддержки вручную, либо аккуратно отрезать их ножом, к тому адгезия собственного материала лучшая, по сравнение с использованием разных, что для поддержек не является плюсом.
Альтернативный вариант — использование 3D принтеров с двойными экструдерами.
Растворимые поддержки легче удалить, но они требуют двойного экструдера
Если у вас есть принтер с двумя экструдерами, есть отличный вариант. Вы можете заправить один экструдер PLA нитью для печати модели, а другой водорастворимым материалом, такими как PVA или HIPS, растворимым в лимонене. После завершения печати просто смойте опорную конструкцию, погрузив модель в растворитель.
Этот метод удаления снижает риск повреждения модели и облегчает последующую обработку. Идеально подходит для сложных отпечатков!
Поскольку поддержки 3D-печати зачастую сложно удалить и они могут повредить модель, рассмотрим несколько проверенных приемов, чтобы правильно их удалить.
- Во-первых, определите несущие конструкции 3D-печати, которые полностью открыты и легко удаляются пальцами рук. Если вы все сделаете правильно, большая часть структуры поддержек должна легко оторваться.
- Используйте инструмент для удаления структур поддержек 3D-печати, в трудно доступных местах. Есть много мнений о том, какие инструменты работают лучше всего. Вы можете использовать плоскогубцы, шпатель,кусачки или канцелярский нож.
- При использовании ножа или шпателя рекомендуется слегка нагреть лезвие. Это облегчает нарезку структур поддержки 3D-печати. Бутановая горелка может помочь, не переусердствуйте, убедитесь, что вы не повредите модель.
- Многие люди не одобряют использование ножей, потому что это довольно острый и опасный инструмент. Один промах и вы можете получить отрезанный палец, вместо отрезанной опоры.
- Наждачная бумага также отличный инструмент для удаления. Шлифование наждачной бумагой с высокой зернистостью (от 220 до 1200) удалит структуры, а также отполирует модель. Для достижения наилучших результатов нанесите на деталь воду и шлифуйте ровными легкими движениями до тех пор, пока не получите желаемое качество поверхности.
- Модели на основе PLA могут образовывать напряжения, когда несущие конструкции 3D-печати отрываются от них, что приводит к появлению царапин и дефектов. Лак для ногтей является отличным инструментом для исправления или маскировки.
Один из способов избежать использования поддержек — добавить в модель элементы, которые могут выполнять ту же работу. Этот трюк использовался скульпторами на протяжении веков. Например, посмотрите на эту скульптуру Антонио Кановы «Венера Витрикс».
Венера Витрикс Антонио Канова
Здесь правая рука — это выступ, но она поддерживается подушками. Левая нога — еще один выступ, но на этот раз сгруппированный тог выступает в роли опоры.
Следующий пример — модель «The Guardian» от дизайнера @fantasygraph. Ноги и ягодицы модели поддерживаются платьем. Копье, прикрепленное к основанию, служит опорой для левой руки.
The Guardian от @fantasygraph показывает, как опоры могут быть интегрированы в модель.
Интеграция структуры поддержки 3D-печати в дизайн — это больше искусство, чем наука. Вам нужно придумать элементы, которые одновременно вписываются в общий дизайн и могут поддерживать выступы или мосты. Если все сделано правильно, это увеличивает красоту модели и освобождает процесс печати от использования поддержек — экономя время, деньги и труд.
Еще один способ устранить необходимость в структурах поддержки — это фаски. Фаски — отличный способ превратить отвратительные выступы в безобидные выступы с углами менее 45 градусов.
Ломанную вы можете заменить на прямую, в итоге получится угол до 45 град. который не требует поддержки. Такой дизайн называется фаской.
Точно так же, если у вас есть отверстие в модели, вы можете преобразовать его в граненное отверстие, например в форме капли. В большинстве случаев это не повлияет на общую эстетику модели. Но это поможет вам уменьшить количество поддерживающих структур, необходимых для печати модели.
Иногда свести к минимуму необходимые структуры поддержки так же просто, как переориентировать модель на печатной платформе. Например, намного лучше напечатать открытую коробку, показанную ниже, с открытой гранью сверху.
Вот более нетривиальный пример, опять же от дизайнера @fantasygraph. Это модель персонажа с горизонтальной рукой..
Если вы напечатаете модель как есть, нам нужно будет создавать поддержки для левой руки.
После удаления опор, скорее всего, останутся небольшие дефекты на нижней стороне руки. Чтобы избежать этого, вы можете повернуть всю модель на 45 градусов и просто добавить поддержку для основания модели. Качество основы модели не имеет большого значения в любом случае. Таким образом, вы можете напечатать модель с меньшим количеством структур поддержки.
Несущие конструкции — необходимое зло в 3D-печати. Они нужны вам для печати сложных свесов, выступов и мостов в вашей модели. Но если вы не можете использовать растворимые структуры, то стоит попытаться свести их к минимуму. Мы обсудили ситуации, когда вам не нужны структуры поддержки 3D-печати, и упомянули несколько творческих приемов для печати без них.
Но часто бывают свесы, выступы или мосты, которые по геометрии таковы, что без использования поддержек не обойтись. В этом случае вам нужно поиграть с настройками слайсера, чтобы не тратить слишком много материала и не повредить модель во время удаления структур.
Источники фото: