3D nyomtatás tippek és trükkök

3D nyomtatás blog


Holdbéli táj - műgyantából

Egy érdekes fantasy / scifi témájú modellt találtam nemrég: https://www.thingiverse.com/thing:2245289. Kinyomtattam hát kicsit kisebb méretben, Fun To Do Industrial Blend gyantával. Elég mutatós darab lett. :) Sajnos utána kicsit "elrontottam", mert túl sokáig volt napon utókezelésen, ezért kicsit megfehéredett egy-két helyen a tárgy teteje, de nem vészes azért annyira. 

A műgyanta alapú 3D nyomtatás bemutatása a Wanhao Duplicator 7 segítségével

Ebben a bejegyzésben szeretném bemutatni a műgyanta alapú 3D nyomtatás néhány alapvető jellemzőjét és hogy mik a különbségek az FDM (szálolvasztós) 3D nyomtatókhoz képest.

Abban mindkét technológia megegyezik, hogy rétegről rétegre építi fel a tárgyat a 3D nyomtató egy előzetesen elkészített 3D modell alapján. Amiben viszont különböznek (a teljesség igénye nélkül), az a következő:

  • A műgyantás nyomtatók folyékony halmazállapotú alapanyaggal dolgoznak, és ezt köti meg (szilárdítja meg) az (UV) fény nyomtatás közben
  • Ezzel szemben az FDM nyomtatók egy fúvókán keresztül olvasztott műanyaggal hozzák létre a nyomtatandó tárgyat

Tehát más az alapanyag (folyékony műgyanta vs. szilárd polimerek, pl. PLA, ABS, stb.) és más a nyomtatási elv. 

Nyomtatási folyamat

A Wanhao Duplicator 7 egy folyékony műgyantát (resin) használó 3D nyomtató. Ez a fajta műgyanta UV fényre köt (kb. 405nm-es hullámhosszú fényre) és válik szilárd halmazállapotúvá. Az ilyen elvű nyomtatók (SLA, DLP, LCD, stb.) kicsit több elővigyázatosságot és körültekintést igényelnek. .

Az nyomtatási alapelv a következő: a nyomtató alján egy UV fény világítja át (A ábra) az ún. műgyanta-tálca alatt található LCD kijelzőt, ami felett a műgyanta-tálcában UV fényre kötő műgyanta van folyékony halmazállapotban. Az LCD kijelzőn megjelenik az adott tárgy rétegekre felbontott egyik rétege képként, amit az UV fény szilárd halmazállapotúra köt. Minden egyes réteg között van egy “leválasztási” (peeling) lépés, ami az elkészült réteget választja le a műgyanta-tálca ún. FEP fóliájáról. A tárgy így jön létre rétegről rétegre.

A Duplicator 7 – ellenben a legtöbb viasszal működő nyomtatóval, amelyek vagy lézert (SLA) vagy projektort (DLP) használnak – egy LCD kijelzőn jeleníti meg a tárgy egy-egy rétegét. Ez jóval nagyobb felbontást tesz lehetővé, mint pl. a DLP nyomtatók, ugyanakkor az LCD kicsit sérülékenyebb – erről bővebben később lesz szó.

Egy kicsit részletesebb leírás az SLA nyomatókról (de sok rész igaz az LCD-s nyomtatókra is): The Ultimate Guide to Stereolithography (SLA) 3D Printing

A munkaállomás helyes kiválasztása és biztonsági óvintézkedések

A műgyanta-alapú 3D nyomtatók használata és üzemeltetése több előkészületet és körültekintést igényel, mint egy egyszerű szálolvasztós (FDM) nyomtató, ezért nagyon fontos a munkaállomás (ahol a nyomtatót használni fogjuk) helyes kiválasztása. Kimondottan nem javasoljuk a nyomtatót (és a hozzá szükséges egyéb vegyszereket – lásd később) olyan helyen üzemeltetni, ahol pl. gyerekek is hozzáférhetnek. Maga a műgyanta (resin) sem teljesen veszélytelen vegyület, de pl. az elkészült tárgyak utókezelését hivatott egyéb vegyületek már azok (pl. izopropyl alkohol, lásd később).

Alapvetően a következőknek kéne megfelelnie a helynek, ahol lesz a nyomtató:

  1. UV fény mentes: ne süssön oda nagyon napfény közvetlenül, illetve az izzók is LED-esek legyenek, ne pl. kompakt fénycső vagy sima izzó
  2. Jól szellőző helység: a műgyantának (típustól is némileg függően) erős, de nem annyira kellemetlen szaga van. Néhányan fejfájásról is beszámolnak, nálam ez nem jellemző, de nálam egy külön szobában van, ahol sokszor szellőztetek
  3. A nyomtatónak nem árt, ha jól hozzáférhető helyen van és körülötte van hely mindenfélére, pl. a tárgy utókezelése is a nyomtató közelében legyen, hogy ne csöpögjön mindenfelé a műgyanta, stb. 
  4. A nyomtató, főleg a műgyanta és kiegészítők (pl. isopropyl alkohol) legyen jól elzárva, ha pl. gyerek is van a lakásban

Milyen gyorsan tud nyomtatni a nyomtató?

Ez több tényező függvénye:

  • Használt alapanyag (műgyanta) jellemzői: egyes műgyanták (típustól és/vagy színtől függően) más más, ún. levilágítási idővel dolgoznak, azaz hogy mennyi ideig kell egy réteget megvilágítani UV fénnyel, hogy megfelelően megkössön. 
  • Nyomtatási minőség (azaz a használt rétegvastagság, hogy milyen finom legyen a tárgy felülete): a Wanhao D7 akár 20 mikronnal (0.02mm-el) is tud nyomtatni, viszont természetesen ehhez több időre is van szükség

Egy általános példa, pl. a Wanhao saját műgyantájánál 50 mikronos rétegvastagság mellett kb. 10mp-ig tart egy réteg levilágítása és az egyéb mozgások. Ebből ki lehet számolni, hogy 1cm építési sebessége (ami ilyen rétegvastagságnál 200 réteg) körülbelül ~35 perc. A rétegvastagság növelésével vagy csökkentésével amúgy nem arányosan növekszik vagy csökken a szükséges levilágítási idő (cure time).

Kezdőknek ajánlható a műgyantás 3D nyomtató?

Nyugodt szívvel nem. Ezt a 3D nyomtatót első sorban hozzáértőknek ajánljuk! A műgyanta anyaggal dolgozó nyomtatók üzemeltetése és karbantartása megfelelő szakértelmet igényel, továbbá az anyagtulajdonságok miatt megfelelő körülményeket (UV fénymentes környezet, megfelelően kialakított munkaállomás). Így csak olyanoknak javasoljuk ezt 3D nyomtatót, akik tapasztaltak, és óvatosan és körültekintően tudnak bánni a szerkezettel és az elkészült tárgyakkal, amelyek sok esetben plusz utómunkát igényelnek (pl. isopropyl alkoholban való áztatást). Sok esetben a különböző műgyanták esetén kísérletezést igényel az optimális paraméterek (pl. levilágítási idő, stb.) megtalálása. Ajánlott a 3D nyomtatás technológiájának ismerete, pl. az FDM nyomtatásban tapasztalat. Továbbá fontos megjegyezni, hogy mindenképpen hagyjunk időt a technológia és a nyomtató megismerésére, ne vásároljunk olyan esetben, ha gyorsan, néhány napon belül kell bonyolult dolgokat kinyomtatnunk határidőre, és még nem ismerjük a technológiát.

Veszélyes a műgyanta?

A műgyanta, főleg folyékony halmazállapotban, veszélyes vegyületnek minősül, ezért megfelelő tárolási körülmények kellenek neki, hogy ne férhessen hozzá senki. Bőrirritációt okozhat (viszketés, kiütés), illetve szembe kerülve veszélyes. Néhány biztonsági adatlap (MSDS) az általunk forgalmazott gyantákról:

Mennyi műgyantát használ a gép egy tárgy nyomtatása során?

Ezt nehéz megmondani, tárgytól függ, de itt van egy példa: http://3dnyomtatas.blog.hu/2017/04/19/sok_darab_nyomtatasa_ugyanannyi_ido_alatt_mint_1_wanhao_d7_mugyantas_nyomtato. Ha konkrét modellel rendelkeznek, el tudják nekünk küldeni és mi meg tudjuk ez alapján becsülni a nyomtatási anyagmennyiséget.

Milyen minőségben nyomtat pl. a Duplicator 7?

Az elérhető függőleges irányú felbontás akár 20 mikron is lehet (0.02mm!), X/Y (vízszintes) irányban pedig körülbelül 50-60 mikron. Néhány általunk nyomtatott tárgyat lásd a blogunkon: http://3dnyomtatas.blog.hu/tags/Wanhao_D7

Ez az X/Y irányú felbontás egyéb iránt kb. 3x magasabb, mint pl. a Form 2 lézer pont átmérője (~150 mikron).

Mi értelme van akkor az FDM nyomtatónak?

Mindkét technológiának megvannak az előnyei és hátrányai is. Néhány ezek közül a teljesség igénye nélkül:

Szálolvasztós (FDM)

Előnyök

  • Nagyobb nyomtatási terület (pl. 200x200x180 a Duplicator i3 / 6 esetén)
  • Alapvetően erősebb / tartósabb tárgy
  • Átlagos körülmények is megfelelőek a nyomtató kezeléséhez
  • Némileg könnyebb kezelés és használat
  • Alacsonyabb alapanyag költség (~8000 Ft / kg vs. ~22000 Ft. / kg)

Hátrányok

  • Alacsonyabb részletezettség / felbontás / nyomtatási minőség
  • Nem kimondottan kiégetésre (ékszerészet, fogászat) való

Műgyantás (DLP/LCD/SLA)

Előnyök

  • Sokkal részletgazdagabb és magasabb minőség
  • Kiégethető anyagok

Hátrányok

  • Speciális körülmények szükségesek a nyomtató üzemeltetéséhez (UV fény mentes, elzárt terület, stb.)
  • Nehézkesebb használat
  • Magasabb alapanyag költség

Miben más a Duplicator 7, mint más műgyantás nyomtatók, pl. az SLA elvű Formlabs Form 2?

A Wanhao D7 az egyik legolcsóbb készen kapható műgyantás 3D nyomtató a piacon, nyomtatási minőségben viszont nem kell szégyenkeznie, sőt. Lásd a blogunkat:http://3dnyomtatas.blog.hu/tags/Wanhao_D7. Az egyik versenytárs, a Formlabs Form 2 ára bruttó ~1.3 millió forint, amiből 5db Wanhao D7-et lehetne vásárolni. A tisztesség kedvéért megjegyezzük, hogy a Form 2 felhasználói élményben és egyszerű használat terén jobb, mint a Wanhao D7, de hozzáértők kezében töredék áron tudunk ugyanolyan, vagy valamilyen szempontból még jobb minőségben nyomtatni (a D7 X/Y felbontása jobb, mint a Form 2-nek, aminek a lézer pont átmérője ~150 mikron, szemben a D7 ~50-60mikronos felbontásával). Továbbá a Duplicator 7 nagyon sok gyártó műgyantájával kompatibilis, a Form 2 műgyantái viszont kimondottan drágák...

A Form 2 más technológiát használ, egy lézer fény "rajzlolja" meg a tárgyat, de ebből következik néhány várható probléma, pl. a műgyanta tálcán lévő fólia / üveg a lézeres nyomtatónál egy idő után (akár 1 liter gyanta után) "ködössé" válhat, ezért cserére szorul, ami a Form 2 esetén szintén egy nagyobb összeg.

És általánosságban is igaz, hogy pl. a Form 2-höz a kellékek és egyéb kiegészítők, alkatrészek is jóval többe kerülnek.

SLA (Form2): egy lézer mechanika (galvo) irányítja a lézer fényét, és a pont levilágítás során köti meg a műgyantát.

LCD (D7): ez a technológia úgy működik, hogy egy nagyfelbontású (2560 x 1440) LCD kijelző mutatja az éppen nyomtatandó réteget, és az LCD kijelző alatt egy UV fényforrás található.