Как создавать модели, размер которых превышает объем печати 3D-принтера

У вас еще нет крупноформатного 3D-принтера? Оценивая возможности компактного настольного 3D-принтера, не ограничивайтесь объемом печати. Многие предметы — как ваш смартфон, так и мост через реку — состоят из множества отдельных компонентов. Поэтому разделение модели на более мелкие детали, которые можно совместить после печати, — отличное решение для 3D-печати больших объектов, которые не помещаются на платформе.

Кроме того, разделение модели может быть отличным способом получить высококачественный результат, даже если модель целиком помещается на платформе. Это имеет смысл, когда на нескольких или противоположных поверхностях не должно быть следов от поддерживающих конструкций, когда модель имеет сложные выступы или содержит полости, в которых может оставаться жидкий полимер.

Изготовление различных деталей с помощью 3D-печати открывает новые возможности, например, создание сборных конструкций из различных материалов или сочетание жестких и гибких деталей для моделирования метода переформования.

При выборе способа склеивания нужно прежде всего учитывать необходимую степень прочности склеенных соединений, которая зависит от назначения моделей:

• химический: используйте склеивающее вещество для художественных работ, масштабных моделей и сложных форм, которые не предназначены для функционального использования и не должны подвергаться ударным воздействиям;

• механический: предусмотрите резьбовые отверстия или гнезда для крепления деталей, требующих надежного механического соединения, или при необходимости неоднократно отсоединять и присоединять компоненты.

В этом руководстве основное внимание уделяется созданию больших сборных моделей, напечатанных на стереолитографическом (SLA) 3D-принтере, компоненты которых склеены химическим способом. Читайте дальше, чтобы познакомиться со всеми этапами этого процесса — от разделения модели до пост-обработки для получения профессиональной отделки.

Мы рекомендуем два способа разделения моделей: добавление в проект особенностей, которые позволят деталям совмещаться, или разделение модели прямыми линиями, в результате чего во время процесса скрепления потребуется совместить их надлежащим образом.

Независимо от того, какой метод вы выберете, если у вас много деталей, полезно будет добавить для каждой из них уникальный идентификатор (буквы/цифры), чтобы облегчить сборку.

Воспользуйтесь ПО САПР, чтобы разделить 3D-модель и добавить основные компоненты для центрирования, такие как прорези, штифты, пазы, выемки и выступы, или более сложные элементы, такие как ласточкины хвосты и прорези, соответствующие складкам модели.

В идеале эти компоненты должны упрощать совмещение и сборку деталей, но могут и привести к проблемам, если будут хотя бы немного отличаться от ваших 3D-моделей, препятствуя идеальному центрированию. Поэтому компоненты для центровки лучше использовать только тогда, когда принтер может печатать детали с точными размерами, не подверженными деформации.

Разделение 3D-модели по прямым линиям требует меньше усилий, чем добавление компонентов для центрирования. При использовании такого способа разделения также возникает меньше проблем, если детали оказываются незначительно деформированы или отличаются по размерам.

С другой стороны, сборка разделенных с помощью прямых линий деталей может занять много времени, так как нужно вручную центрировать каждую деталь и следить за тем, чтобы все они оставались в правильном положении до окончательного высыхания клея.

По умолчанию при печати на стереолитографическом 3D-принтере получают цельные модели без пустот. В зависимости от конструкции, к изготовлению крупных предметов могут применяться другие требования. В таких случаях 3D-печать внешней оболочки или преобразование конструкции в полую — отличный способ сэкономить большое количество материала и времени. При печати полых моделей на стереолитографическом 3D-принтере обязательно добавьте вентиляционные отверстия, чтобы избежать образования полостей, заполненных воздухом и полимером под давлением.

Узнайте больше о том, как экономить материалы и время, делая 3D-модели полыми.

В зависимости от размера деталей и назначения модели мы рекомендуем три способа крепления:

Для больших деталей и максимальной адгезии используйте эпоксидный клей, высыхающий за 5–30 минут. Он высыхает дольше, чем другие клеи, что позволяет подгонять крупные детали, напечатанные на 3D-принтере, но при этом замедляет процесс сборки. Большинство 5-минутных эпоксидных клеев прекращает менять форму уже через пять минут и застывает примерно на 75 % меньше чем за час.

Следующий вариант — цианоакрилат (ЦА или суперклей), который быстро формирует прочное соединение, идеально подходящее для деталей малого и среднего размера. Тщательно очистите деталь, прежде чем наносить ЦА на поверхность, потому что загрязнения отрицательно влияют на качество соединения. ЦА отличается умеренной ударной вязкостью, но не рекомендуется для моделей, от которых требуется высокая прочность.

Для маленьких моделей можно просто использовать жидкий полимер из стереолитографического 3D-принтера. Налейте небольшое количество полимера в поддон из бутылки или картриджа, возьмите его пипеткой или шприцом и поместите на склеиваемую поверхность. Соедините детали и вытрите лишний полимер, который может пролиться по краям. Для затвердевания полимера и склеивания деталей направьте лазерную УФ-указку мощностью 5 мВт (с длиной волны 405 мкм) на область контакта.

Этот способ позволяет получить химическую связь, аналогичную печати на стереолитографическом 3D-принтере, но подходит только для склеивания небольших поверхностей, так как световая указка малой мощности не может проникнуть в модель достаточно глубоко для создания прочной связи.

Примечание. При работе с полимерами необходимо использовать средства защиты, в том числе надлежащие средства защиты для глаз и перчатки.

После сборки модели следует перейти к пост-обработке. Этот этап включает геометрическую коррекцию модели для обеспечения ровной поверхности, соответствующей исходной 3D-модели, и эстетическую отделку для получения однородно окрашенной поверхности.

В зависимости от точности принтера и размера напечатанных деталей, в местах соприкосновения практически всегда будут образовываться незначительные пустоты или несоответствия. Автомобильный герметик (например, Bondo 907) хорошо приклеивается к полимерам, поэтому для устранения таких несоответствий рекомендуется наносить его тонким слоем на поверхность. Слегка отшлифуйте поверхность после высыхания каждого слоя, чтобы привести модель к окончательной форме.

Шлифовка помогает избавиться от следов крепления поддерживающих конструкций и оставшихся несоответствий модели. Аккуратно начните шлифовать поверхность наждачной бумагой с зернистостью 150, чтобы устранить следы крепления поддерживающих конструкций и сгладить края в местах соприкосновения деталей. Когда поверхность будет ровной, отшлифуйте ее мокрым способом, используя наждачную бумагу с зернистостью 320, чтобы удалить все оставшиеся линии слоев. Шлифуйте поверхность беспорядочными движениями, чтобы не оставлять следов. В большинстве случаев обработка этими двумя способами позволяет создать достаточно гладкую поверхность, но вы можете продолжить увеличивать зернистость наждачной бумаги до 2 раз и, смочив ее, отшлифуйте всю модель, пока поверхность не станет достаточно гладкой.

Обработка крупных деталей с помощью механической и ручной шлифовки позволяет значительно экономить время. Механическая шлифовка отлично подходит для больших плоских поверхностей, но может испортить мелкие детали, острые углы и малозаметные контуры, характерные для стереолитографии. В результате механической шлифовки также образуется много пыли, поэтому перед началом обработки нужно подготовить рабочее пространство.

Примечание. Использование электроинструментов требует полного внимания и применения средств защиты. Поверхность можно очень быстро испортить, даже не осознавая этого, просто оставив шлифовальный станок без движения.

Закончив шлифовать модель, ополосните ее в мыльной воде, чтобы удалить пыль и мусор, и тщательно высушите, прежде чем приступать к последнему этапу.

Грунтовка обеспечивает адгезию краски к поверхности и может указать на места, где нужна дополнительная шлифовка или удаление следов поддерживающих конструкций, которые вы могли пропустить. Универсальная матово-серая грунтовка для пластика показывает такие места исключительно хорошо. Для достижения оптимальных результатов, нанесите ее на поверхность в несколько тонких слоев. Отшлифуйте критические участки и снова нанесите тонкий слой грунтовки. Повторяйте этот процесс до тех пор, пока вся поверхность модели не станет ровной.

Примечание. Во время грунтовки и покраски используйте средства защиты, в том числе респиратор для защиты от паров краски.

Узнайте больше о шлифовке и грунтовке в нашем подробном руководстве.

При покраске несколькими цветами нужно защитить модель временным покрытием. Сначала спланируйте порядок, в котором будете окрашивать модель, в зависимости от цвета, прозрачности и размера области определенного цвета. Начинайте с маленьких деталей, чтобы при покраске основным цветом можно было защищать меньшее их количество. Наклейте малярный скотч на края и углы. Чтобы быстро закрыть крупные области, прикрепите к ним листы бумаги. Направляющие для ленты (полученные лазерной резкой) также могут пригодиться для создания ровных линий, кругов и сложных форм.

Если модель нужно защищать временным покрытием, в первую очередь нужно определить правильный порядок покраски. В нашем случае мы сначала окрасили детали в серебристый цвет и наклеили малярный скотч на участки, которые должны оставаться серебристыми в готовой модели, чтобы на них не попала краска другого цвета.

Как и при грунтовке, для получения оптимальных результатов нужно нанести несколько тонких слоев краски, а не один толстый слой. Большинство аэрозольных красок позволяют добиться лучшего цвета в теплых и слегка влажных условиях при отсутствии ветра. При этом необходимо всегда придерживаться рекомендаций производителя, которые могут приводиться на емкости с краской или в технической документации.

Учитывайте время, которое требуется краске, чтобы высохнуть: Дайте слоям осесть перед нанесением того же цвета и дайте краске высохнуть полностью перед нанесением нового цвета.

Станьте экспертом по вопросам окрашивания 3D-моделей, изучив наше подробное руководство

Вам уже интересно, как будет выглядеть готовая модель?

Разработчик оптических систем компании Formlabs Эдриен Тэннер создал эту модель R2-D2 из 105 деталей, напечатанных на стереолитографическом 3D-принтере Formlabs. В ней даже есть работающая электроника, позаимствованная у принтера Form 2 — гальванометрический привод для воспроизведения звука, дозатор картриджа для ламп, и привод оси Z для поворота купола.

Сократите время обработки заказа при привлечении сторонних компаний или ручную работу при сборке крупномасштабных 3D-моделей. Теперь вы можете печатать крупные 3D-модели целиком на Form 3L — первом доступном крупноформатном принтере на основе технологии SLA.

Хотите увидеть, как работают стереолитографические детали? Ознакомьтесь с нашими материалами, чтобы узнать больше о стереолитографических полимерах или запросите бесплатный образец, чтобы самостоятельно оценить качество печати.