ABS и PLA – абсолютные лидеры продаж на рынке филаментов. Мы уже проводили детальный обзор пластиковых нитей для послойного наплавления. Представленные сотнями производителей, они выпускаются в разных цветах. Тонкие и толстые, тугоплавкие и эластичные, – полимерные чернила используются повсеместно. Но 3D печать продолжает развиваться, а значит, появляются новые материалы.

Давайте рассмотрим оригинальные и перспективные составы, за которыми, как кажется сейчас, будущее аддитивных технологий.

Алюминиевые смеси

3D оборудование для печати металлическими составами активно используется в промышленности, но настольные принтеры для работы с металлом по доступной цене на рынке не представлены. Ниша «Desktop Metal» пустует и причин для этого несколько:

• дороговизна реализации технологии лазерного спекания;
• быстрое и неравномерное охлаждение смеси;
• появление в материале полостей и трещин при затвердевании.

Для изготовления металлических изделий предлагается использовать сплавы алюминия и . В бытовых условиях составы непригодны для работы. Чтобы приспособить к печати недорогой, доступный материал, необходимо его предварительно покрыть частицами гидрида циркония. На выходе получатся легкие и прочные модели. Вот как с ним работают профессионалы:

Дома можно использовать филаменты для послойного наплавления, сделанные из пластика с примесью металла. Такой материал легко плавится и может использоваться любым современным FDM-принтером. Готовая распечатка получит металлический внешний вид и приближенный к оригиналу вес, но технические характеристики будут ближе к полимерам. Металлосодержащее «чернило» может покрываться налетом ржавчины, но не боится коррозии.

Практичный недорогой материал Bestfilament Bronze:

Производители ежемесячно пополняют ассортимент схожих катушек.

Термостойкая керамика

Возможность печатать керамическим порошком стоит на повестке дня с момента массового производства аддитивного оборудования. Успешные попытки были, но лишь HRL Laboratories сумели сделать термостойкий материал, пригодный для изготовления прочного, аккуратного и легкого изделия. Изобретенный прекерамический полимер предназначен для работы со стереолитографическим оборудованием.

Использовать его будут не для печати посуды, а в производстве микроэлектромеханических деталей и реактивных силовых агрегатов. Распечатка выдерживает температуру свыше + 1700 С о.

Если вы хотите в домашних условиях получить деталь, внешний вид и физические характеристики которой напоминают керамику, попробуйте филамент LAYBRICK. Процесс осуществляется на пониженных температурах, – так вид готового изделия визуально будет максимально приближен к полированному серому камню. Печать с сильно разогретым экструдером позволит придать поверхности шероховатую текстуру. Отличный вариант для производства малых архитектурных форм в рамках ландшафтного дизайна.

3D печать стеклом

Стеклодувы наверняка занервничали, после того как узнали о проделанной инженерами Массачусетского технологического университета и Институтом Висса работе. Принтер для печати стеклом – реальное устройство, которое можно адаптировать для бытовых нужд.

Схема проста – в герметичную камеру, внутри которой поддерживается температура 1000 С о, загружают сырье – прозрачное стекло. Под воздействием температуры сырье плавится. В экструдер попадает жидкое вещество.

3D печать марсианской пылью

Илон Маск спонсирует разработку многоразовых межпланетных ракет. Ридли Скотт продолжает рассуждать на тему: «Как человеку выжить на незнакомой планете». NASA работает над принтерами для 3D печати в космосе. Экспериментальные модели уже освоили печать марсианским песком и лунной пылью. Почему бы и нет?

Аддитивная смесь состоит из веществ, которые имеются в избытке на Луне и поверхности Красной планеты: оксид железа, оксид алюминия, диоксид кремния. 90% чернила – «марсианский песок и пыль», а 10% – связующий полимер земного происхождения. Его космонавты привезут с собой. Впрочем, программа строительства жилья для космонавтов вне земной орбиты стимулирует 3D строительство на Земле.

Биобумага для 3D печати мягких тканей

Биобумага – перспективный материал, который успешно осваивается в процессе биопечати. Не об этом ли писал в своё время Айзек Азимов? Напечатать искусственный орган у себя на столе пока не получится, но в лабораторных условиях ученые хорошо справляются с поставленной задачей. В качестве чернил для 3D принтера применяются живые клетки и составы, имитирующие функцию соединительной ткани.

Для изготовления филамента используются стволовые клетки, выделенные из костного мозга донора. Они сами формируют и восстанавливают утраченные ткани – задача бионженера состоит лишь в том, чтобы активировать их регенераторные способности. Клеточные сфероиды должны иметь подложку, которая позволит им сливаться, эффективно развиваться и создавать новые структуры. Для этого создается биобумага – полужидкий материал, который «печатают» на 3D принтере из полисахаридов и белков. Гель создает оптимальные условия для жизни человеческих клеток.

Биобумага может иметь губкообразную форму. Например, биочернило от Wake Forest выглядит следующим образом:

Подложка со временем рассасывается, а образованные сосуды и нервы остаются.

Костная ткань

Напечатать скелет можно не только из пластика, но и из синтетических аналогов костной ткани. Готовые изделия используются в качестве протезов и штучных имплантов. Филамент делается из полигликолидов и полилактидов. Это биодеградирумые вещества, которые со временем рассасываются в организме. Конструкция используется в роли каркаса для жизнедеятельности стволовых клеток.

Бетонные смеси

3D-билдеры – так называются аппараты, печатающие бетоном. Технология напоминает послойное наплавление, с той разницей, что бетон не надо предварительно нагревать. Принтеры имеют огромные размеры, поэтому пока неприменимы в домашних условиях. Зато построить несложные малоэтажный дом с хорошей сейсмической устойчивостью им под силу. Мы уже писали о смесях и о технологии строительства 3D принтером.

К слову, строительные машины могут работать не только с бетонными смесями, но и штукатуркой. Материал используется в чистом виде. В «чернильнице» его разбавляют жидкостью для размачивания. В таком виде экструдер наносит вещество слой за слоем.

Материалы, которые можно использовать в дектопных 3D принтерах

Нейлон

Нейлоновые нити – эволюция стандартных пластиковых прутков. Полимер обладает великолепной адгезией, благодаря чему слои спаиваются очень прочно. Наделен хорошей эластичностью, что делает его незаменимым в печати подвижных деталей. Обязательно попробуйте в работе, но предварительно просушите катушку. Подходит для создания прототипов, которые будут подвергаться высоким нагрузкам на излом.

3D печать деревом

В буквальном смысле, напечатать деревянный предмет не получится. Но можно создать изделие, чья текстура, цвет и внешний вид будут напоминать натуральную древесину. Среди лидеров рынка – филамент LAYWOOD . Регулируя температуру экструдера можно менять цвет пластиковой нити. Обладает хорошей прочностью и эластичностью.

Термопластичный полиуретан

Термопластичный полиуретан (TPU) предназначен для создания прочных, устойчивых к износу материалов. Примеры использования: спорттовары, бытовой инструмент, медицинские приборы, обувь для занятий спортом, ременной привод, автомобильный детали, матрацы, защитные чехлы для смартфонов.

TPE, RUBBER и Flex

Материал для аддитивного принтера. По техническим характеристикам схож с резиной, что предопределяет возможные варианты его применения: печать пружин, ремней, пробок, гибких деталей. Альтернативный вариант – катушка FLEX.

Сегодня мы расскажем об уникальном гибком пластике . Производителей всего несколько, но остановимся на испанской компании Recreus .

Немного истории

Игнасио Гарсиа начал свое знакомство с 3D технологиями с покупки 3D принтера RapMan. Как он сам рассказывает, несколько месяцев работы с разными материалам (ABS, PLA и нейлон) привели его к мысли о том, что сами материалы для 3D печати ограничивают возможности. Ребятам хотелось печатать обувь…

Разработка и тестирование первых нитей и экструдеров для гибкого пластика созданных Игнасио с его отцом начались в гараже его родительского дома, а закончились уже в современных химических лабораториях.

В 2013 году создана компания по производству нитей для 3D принтеров. Тогда же родилась первая продукция 3D печати из гибкого пластика - функциональная обувь. Несмотря на то, что она была напечатана на недорогом принтере стоимостью всего в 600 евро, обувь отличалась качеством и прочностью. Это и позволило распространиться этому 3D дизайну по всему миру с невероятной скоростью.

В настоящий момент компания экспортирует пластик больше, чем в 60 стран и их число постоянно растет.

Компания ставит своей целью разработку и создание новых материалов для печати для расширения возможностей 3D моделей. Развитие рынка и прогресс общества - причина бесплатного доступа к уникальным 3D моделям на официальном сайте компании.

Filaflex такой Filaflex

Материал для 3D печати Filaflex - это термопластичный эластомер (ТЭП/TPE), сделанный на полиуретановой основе с дополнительными примесями. Гибкий пластик Filaflex является уникальным и эластичным расходным материалом. Материал сам по себе очень прочный и весьма затруднительно порвать его. Для лучшего ознакомления ниже приведем техническую таблицу материала FilaFlex от Recreus:

Технические характеристики

Внимание: Filaflex не является материалом медицинского назначения и не предназначен для использования с едой. Материал не имеет запаха

Трудности в печати

Filaflex подходит для печати не только экструдерами Recreus, но и любыми другими. Но при использование других экструдеров необходимо соблюсти четыре пункта:

1. Скорость печати 20мм/сек

2. Температура печати 240 C

3. Отсутствие или минимальное втягивание (1мм втягивания со скоростью 30мм/сек)

4. Уменьшенное давление натяжного ролика подшипника экструдера (для избежания засорения)

Скачать профиль настроек для слайсера

Если у вас возникли какие-либо проблемы при печати гибким пластиком Filaflex

На что стоит обратить внимание при печати гибким расходным материалом FilaFlex

Проблема #1 - Не контролируемая нить

Если есть свободное пространство между приводом экструдера и отверстием горячего конца, то гибкий материал может загнуться и пойти в сторону. В такой ситуации лучше сразу прочистить экструдер и начать печать заново. Даже маленькое пространство способно доставить неудобства при печати гибким материалом.

Решение #1

Для того чтобы расходный материал не начал загибаться в сторону, нужно убрать свободное пространство в экструдере. Есть несколько вариантов:

1. Модифицированная поддержка для экструдера:

1. Распечатать новый экструдер под печать гибким материалом:

Как должен выглядеть экструдер.

Экструдер компании Recreus, специально предназначенный для печати гибким материалом.

Проблема #2 - Трение

Усиленное трение - враг печати гибким материалом. Сильное трение увеличивает давление на привод экструдер, что за собой ведёт проблему проталкивания материала.

Решение #2

Перед приводом экструдера

Если есть возможность, то вставьте материал напрямую в экструдер без трубки. Если нет возможности печатать без использования трубки, то убедитесь, что она фторопластовая (с низкой силой трения). Убедитесь, что трубка без резких сгибов и постарайтесь вставить нить материала напрямую. К сожалению, многие модели новых 3D принтеров имеют очень извилистый путь от катушки материала до экструдера. В идеале, подача материала осуществляется сверху, на высоте примерно 25 см.

Перед приводом экструдера

При проталкивании гибкого материала в горячий конец экструдера, диаметр нити увеличится. Вдобавок, на материал действует тепловое расширение, которое увеличивает давление и осложняет печать. Чтобы избежать такого рода проблему, используйте фторопластовую трубку и вставьте её в горячий конец.

Фторопластовая трубка уменьшает трение и является барьером при тепловом расширении

Проблема #3 - Давление горячего конца

Последнее с чем вы можете столкнуться, вытекает из решения двух предыдущих проблем. Мы устранили проблему трения и теплового расширения, и чисто теоретически это позволит нам толкать гибкий расходный материал быстрее, однако, если давление накопится в горячем конце экструдера, это подействует на крутящий момент двигателя и у вас снова появятся проблемы с печатью.

* дрыгостол – кинематическая схема принтера, при которой стол с моделью движется по оси Y. Схема самая распространённая, но плохая: при резких движениях стола с моделью силы инерции изгибают модель, и верхняя печатаемая кромка оказывается в нерасчётном положении. Если модель слишком высокая, “крутых поворотах” может происходить брак. Опускающийся стол этой проблемы не имеет.

** подогрев стола нужен для печати практически всеми типами пластика, он способствует закреплению модели во время печати. Самый подробный список филаментов и режимов печати для них можно читануть . Китайцы пишут, что без подогрева можно печатать PLA, HIPS, TPU, WOOD, PVC, FLEX, CARBON.

Максимальная температура сопла у всех представленных принтеров около 260 градусов, диаметр сопла у всех 0.4, но можно сменить на любой другой (0.5, 0.3, 0.2, 0.1), резьбы стандартные. Диаметр филамента у всех принтеров 1.75мм. Несмотря на обилие “дрыгостолов”, предпочтение желательно отдавать дельта-принтерам, и принтерам с опускающимся столом, так как во-первых: подвижный стол не шатает модель, и во-вторых: конструкция может быть обшита листовым материалом (оргстекло, оргалит, сотовый поликарбонат), что повышает качество печати ABS и подобными ему пластиками. Почитайте, что творит небольшой сквозняк с печатающейся моделью.

СОВЕТЫ ПО 3D ПЕЧАТИ

У новичка в 3D печати обычно “глаза” разбегаются от количества новой информации. Как всем этим пользоваться и работать с принтером? Для начала рекомендую ознакомиться с небольшим гайдом на примере принтера Anet A6, там рассказаны основные понятия и действия, подходящие к 95% принтеров. Информацию о том, как пользоваться программами для “нарезки” 3D моделей, вы найдёте ниже.

Практически все проблемы и косяки, возникающие в процессе печати, описаны вот в этой огромной статье. Есть ещё одна подборка из 40 дефектов, часть 1 и часть 2 . Многое в 3D печати познаётся методом ошибок, поэтому владельцы недорогих принтеров обычно знают больше тонкостей, чем владельцы дорогих принтеров, с которыми возникает меньше проблем =)

Но есть проблема, о которой очень мало где написано (я как раз с ней столкнулся), связана она как раз с недорогими принтерами: принтер начинает печатать нормально, но через какое то время (через какое то количество метров филамента) начинает делать откровенную “дрисню”. Именно на это становится похожа поверхность под соплом экструдера. Проблема кроется в недостаточном охлаждении радиатора термобарьера, который находится между нагревателем и белой трубкой с филаментом (bowden). Если недостаточно охлаждать это место, пластик начинает плавиться в трубке (а иногда даже кипеть) что приводит к его нестабильному выходу из сопла. Проблему можно решить несколькими способами:

• Направить настольный/напольный вентилятор на печатающую головку. Способ плохой, так как создаёт сквозняк на всю модель
• Напечатать “кастомный” кожух охлаждения, практически для всех принтеров в интернете (https://www.thingiverse.com/) можно найти спроектированные пользователями более правильные модели кожухов охлаждения
• Проблема может возникнуть после замены штатного вентилятора на менее мощный и менее шумный (именно так я и сделал к слову). Так что нужно ставить мощный 40мм вентилятор с током не менее 0.1 Ампера, например вот такой .

Также я сталкивался с ещё одной интересной проблемой, решения которой нет в списке косяков 3D печати: китайский филамент и стандартные настройки слайсера (Cura). Дело вот в чём: печатаем модель, представляющую собой столбик квадратного сечения 4х4 мм, высота любая. Столбик имел крайне низкую прочность, а на изломе было видно, что нитки пластика не склеились между собой! Проблема крылась в настройках скорости печати, в частности “скорость печати внутренней стенки”, которая стояла 90. И видимо китайский филамент на такой скорости не мог нормально склеиться, если учесть, что деталь на 90% и состояла из внутренних стенок! Также пишут, что скорость печати внешней и внутренней стенки не должна сильно отличаться, вот так вот.

ПРОГРАММЫ ДЛЯ 3D ПЕЧАТИ

Во время работы с 3D принтером используется в основном два типа программ: программа для 3D моделирования и слайсер, который генерирует из модели набор кодов для у правления принтером

Программы для 3D моделирования

• Autodesk Fusion 360 – свежая, лёгкая и очень мощная программа для моделирования, сам перешёл в неё и рекомендую изо всех сил. Fusion 360 является продолжением известной Autodesk Inventor с кучей новых фишек специально для станков с ЧПУ и 3D принтеров. Программа бесплатная для студентов и самодельщиков (makers, hobbyists ), читайте инструкцию по получению лицензии в . На официальном YouTube канале полно несложных уроков, которые помогут быстро освоить программу и создавать сложные модели.
• SolidWorks – одна из самых мощных САПР на сегодняшний день. Очень большой и очень тяжёлый пакет программ с огромной кучей возможностей, инструментов проектирования и исследования, при желании можно получить ученическую версию, либо найти крякнутый на трекерах. Я работал в нём несколько лет, потом пересел на Fusion 360.
• Компас-3D – отечественная САПР, последняя версия которой является весьма убогой копией интерфейса SolidWorks. Компас полностью ГОСТовый, поэтому чертежи в ВУЗах делают в основном именно в нём. Как 3D редактор он весьма прост, но это не мешает обученным людям делать в нём сложнейшие сборки с большим количеством подвижных элементов. Качать пиратский Компас не рекомендую как бывший студент: программа сама по себе не очень стабильная, а крякнутая версия вообще ведёт себя так, как будто у неё стрела в колене. Можно оформить себе студенческую версию, даже если вам лет 60 – просто указываете рандомный ВУЗ и такой же рандомный номер зачётки. Можно поддержать отечественного производителя и купить домашнюю версию за 1500 р/год.
• TinkerCAD – бесплатная онлайн платформа от всё того же Autodesk, позволяющая прямо в браузере создавать несложные 3D модели. Если вы полный новичок в 3D – начните с неё, просто потыкайте пару часов и переходите к более серьёзным системам.
• Google SketchUp – бесплатная программа от Гугла, за которую ему должно быть стыдно. Не годится ни для чего кроме создания мебели и макетов городов. Минимум функций, максимум убожества даже в 2к18 году.
• FreeCAD – отличный 3D редактор для пользователей Linux

Слайсеры

• Ultimaker Cura – бесплатный слайсер от разработчика дорогущих деревянных принтеров Ultimaker. Постоянно обновляется и обрастает новыми плюшками и возможностями. Самый популярный и простой слайсер с парой сотен тонких настроек печати. По новой версии (3+) гайдов нет, но полезно будет почитать описание настроек по предыдущей версии программы – часть 1 , часть 2 , часть 3
• Simplify3D – более продвинутая программа, но уже не бесплатная (в то же время, скачать пиратку можно с трекера). Безумно подробный гайд по настройкам с кучей примеров и объяснений – часть 1 , часть 2 , часть 3 . От себя добавлю: в свежей версии Simplify мне пришлось сделать экструзию 120%, чтобы модель печаталась как на Cura. Не знаю, с чем это связано.
• Slic3r – простенький слайсер с кучей интересных настроек, по нему тоже есть полезный гайд

ФИЛАМЕНТ

Сейчас существует достаточно много различных типов филаментов с разными физическими и механическими свойствами (твёрдые, резино-подобные, дерево-подобные, прозрачные, с карбоновыми волокнами…). Подробно по каждому из них написано

Металлическими 3D-принтерами интересуются во всё возрастающем количестве отраслей. Промышленные 3D-принтеры для работы с металлом используются для создания высококачественных прототипов, прочных образцов для испытаний, и изделий со сложной геометрией, которую возможно воспроизвести лишь при помощи 3D-принтера.

Средняя стоимость устройства для объёмной печати из металла варьируется от нескольких сотен тысяч до миллионов долларов, что автоматически ставит такие принтеры вне досягаемости для большинства компаний. И, несмотря на растущий спрос на недорогую и быструю технологию трёхмерной печати из металла, такой принцип производства до сих пор остаётся непривычным в 3D-индустрии. В ближайшем будущем вероятность изменения ситуации ко всеобщей трёхмерной "металлизации" невелика. Верно? Не совсем!

Металлические филаменты для 3D-принтеров: что предлагает индустрия

Бурное развитие материаловедения способно предложить индустрии 3D-печати альтернативные PLA-филаменты для настольных 3D-принтеров FDM: нити с вкраплением металла. Так, в арсенале компании ColorFabb уже присутствуют PLA-расходники этого типа: доля металлического порошка в них варьируется от 40 до 50%. Материал позволяет полировать и "допиливать" напечатанные элементы с налётом металла на поверхности.

Впрочем, несмотря на металлическое содержание таких деталей, они остаются пластиковыми - с присущими им недостатками (например — отсутствием запаса прочности полноценного металла). Пластиковые филаменты с содержанием металла остаются интересным курьёзом любительской трёхмерной печати - без особых надежд на их промышленное применение. Ведь рынок полнится прочными видами пластика для профессионального использования и филаментами на основе углеродного волокна.

Filamet - металлический расходник нового типа для полноценной 3D-печати

Год назад молодая фирма-стартап под названием Virtual Foundry из американского Висконсина запустила на Кикстартере кампанию по сбору средств. Речь шла о проекте, который позволил бы "бытовому" 3D-принтеру печатать полностью металлические предметы, используя FDM - хорошо отработанную технологию работы с термопластиком.

Пользователи Kickstarter активно откликнулись на столь заманчивую идею: финансирование кампании было перевыполнено примерно на 5 тысяч долларов. Несколько месяцев назад первые спонсоры проекта начали получать обещанные им расходники. А теперь компания Virtual Foundry на своём сайте предлагает всем желающим необычный филамент собственной разработки.

Брэдли Вудс (Bradley Woods), основатель фирмы Virtual Foundry: "Годами производители трёхмерных принтеров безуспешно пытались удешевить устройства для печати из металла, сделать их стоимость приемлемой для массового рынка.

Новый филамент

Наша продукция под названием Filamet - другой подход к решению проблемы. Вместо того, чтобы спускать с заоблачных высот ценники на промышленные 3D-принтеры, Filamet расширяет возможности персональных 3D-принтеров до дорогих высокотехнологичных аппаратов. Наша компания предлагает рабочее решение для изготовления уже имеющимися "настольными" 3D-принтерами полноценных металлических, по-настоящему полезных изделий.

Поверхность металлического расходника Filamet (кстати, это не опечатка, а игра английских слов: "Fila" указывает на филамент, "met" - принятое сокращение слова "металл") выглядит практически как другие PLA-материалы с добавлением металлического порошка. При этом доля металлического содержимого в Filamet значительно выше аналогов: плотность металла делает новый филамент ощутимо тяжелее, а готовые изделия обладают свойствами, максимально схожими с настоящим металлом.

Как и в случае изделий из других филаментов, "выпеченным" деталям требуется завершающая полировка - после неё на поверхности проступит металл. Химический состав "Филамета": 88% металлических материалов, и лишь 12% — пластик. На практике эти числа означают, что для получения металлического вида деталям требуется гораздо меньше времени на пост-обработку.

Более того, высокое содержание металла в расходнике Filamet позволяет обрабатывать любой трёхмерный принт таким образом, чтобы физически выжечь из этой детали всё PLA-содержимое и получить полностью металлическое изделие. Для того, чтобы прочность готовой детали соответствовала металлической, её требуется всего лишь "запечь" в печи для обжига. Внутри печи пластик будет выжжен полностью, притом без вреда для структуры: металлические частицы попросту "припекутся" друг к другу под действием высоких температур и затвердеют после остывания.

Фактически, материал Filamet может использоваться на любом из обычных "настольных" 3D-принтеров. Мало того, он полностью совместим и с 3D-ручками. На данный момент компания Virtual Foundry предлагает пятикилограммовые катушки филаментовой нити с диаметром 1,75 мм в следующем ассортименте:

Таблица 1: Типы металлосодержащего филамента Filamet производства Virtual Foundry.

Стоимость одной катушки Filamet составляет 85 долларов. Компания планирует в ближайшее время расширить ассортимент металлических порошков, и добавить к нынешним предложениям филаменты с содержанием серебра и никеля, материалы из стекла и керамики. Также специалисты Virtual Foundry плотно сотрудничают с американским министерством энергетики, рассматривая возможность использования 3D-печати при помощи филаментов с содержанием, страшно сказать, уранового порошка.