H Мой опыт 3D печати игрушки танка Т-72 в черновиках

У меня на новый год нежданно-негаданно подарочком появился дельта принтер 3D FLSUN-QQ. Теперь я пытаюсь его освоить. Что-то получается просто, что-то не получается вовсе или получается с трудом. Процесс освоения 3D печати интересен, но не все идет гладко. Вообще мое представление о 3D печати честно сказать было несколько иным. Все привыкли (и я тоже) к печати на офисной бумаге А4 — отправил файл на печать — все будет готово через несколько секунд и в результате можно не сомневаться. С этим справится даже школьник. С 3D печатью немного не так или даже совсем не так.

Дальше я расскажу о своем опыте печати игрушки танка Т-72. У меня товарищ служил на таком танке. Захотелось ему сделать небольшой подарок.

Итак, чем процесс 3D печати принципиально отличается от офисной печати документов на бумаге? Во-первых, программное обеспечение для 3D печати гораздо сложнее, чем текстовый редактор или ворд-процессор. Если готовить модель самому, то нужно осваивать какой нибудь Компас-3D или Fusion 360, или Blender. Есть и онлайн редакторы, например, tinkercad.com. Но там тоже нужно умение. Проектируя модель нужно еще понимать сможет ли она вообще быть напечатана и как она будет напечатана. Все потому, что обычный послойный принтер не может печатать нависающие детали и под ними будет поставлена «поддержка», которую еще потом нужно будет вручную вычищать.

Во-вторых, имеющуюся модель нужно подготовить к печати с помощью дополнительного ПО — я использую Ultimaker Cura. Эта программа готовит «послойные изображения», вычисляет необходимые траектории движения экструдера и создает последовательность команд для конкретного принтера. Хоть принтера и используют «стандартную» систему команд G-code, мне пришлось изрядно потрудиться, чтобы заставить свой принтер работать правильно. ПО Ultimaker Cura знает про распространенные принтера, но моего FLSUN-QQ в списке нет. Если брать похожий на FLSUN-QQ принтер Kossel-Mini, то печатает правильно, но у Kossel-Mini — меньше поле печати, чем у FLSUN-QQ. Ставишь Kossel-Pro — уже что-то идет не так. Пришлось модифицировать в настройках Cura стартовый инициализационный набор G-code, чтобы печать начиналась правильно на моем дельта принтере. Сам бы наверное ни за что не смог исправить это, но повезло и нашел на гитхабе вот это. Таких нюансов довольно много, их нужно учитывать, их нужно знать и понимать. Я же понимаю пока не все.

В-третьих, а возможно и самое главное, — это время. Печать даже небольшой, но сложной детали требует значительного времени. Причем, после нескольких часов печати результат может как порадовать, так и разочаровать. Еще вспомнить про ручную пост-обработку, удаление поддержек и прочее…

Итак, первое, что мне нужно было сделать — найти 3D модель танка. Можно конечно спроектировать ее самому, но я не настолько продвинутый в 3D моделировании. Наверное, потратив N-ное количество времени можно было бы глубоко изучить например Blender и сделать модель. Blender я поставил, пытаюсь его осваивать, но обучение идет не быстро. Модель я нашел — их довольно много на просторах интернета. Есть платные модели и есть бесплатные. Загрузил бесплатную модель FBX и импортировал ее в Blender:


Что я вижу: вполне симпатичная модель, покрутил ее со всех сторон, понравилась. Дальше при внимательном рассмотрении появились вопросы: некоторые детали слишком тонкие, антенна, пулемет, другое навесное оборудование на башне. Более того, некоторые детали просто висят в воздухе:


Я понимаю, что если модель импортировать в какую-то 3D игру, то тут проблем нет. Но как висящая в воздухе деталь должна быть напечатана на 3D принтере? Другой пример висящих в воздухе деталей — катки и гусеницы:


Катки хотя бы снизу очень близко к гусеницам. Если модель будет достаточно маленькой, то относительно невысокая точность принтера плюс автоматически генерируемые поддержки удержат катки и гусеницы слившимися в одной детали. Но как это будет выглядеть на готовой модели? Пока не попробуешь — не узнаешь. Хоть я и не умею пользоваться блендером, пришлось кое что исправлять в модели — тонкие детали, висящие части.

Теперь из блендера можно попробовать экспортировать модель в формат STL, потом из Ultimaker Cura открыть этот файл и посмотреть что получится с моей моделью. Получается примерно во так:


При размерах танка ~120x70 мм (без ствола орудия), что есть очень небольшая модель, печать будет идти тринадцать часов. Это если выставить высоту слоя 0.15 мм. Если высота слоя 0.2 мм, то десять часов. Если в настройках Cura поставить высоту слоя печати 0.25мм, то печать этой же модели займет 8 часов. Если высота слоя будет 0.3мм, то печатать будет 6 часов и 43 минуты… И это все при 10% заполнении модели. Все эти числа не очень радуют.

Вот тут и начинаются размышления, которые я вкратце изложил в начале. Отличие офисной печати документа на бумаге А4 от послойной 3D печати плаcтиком PLA. Мое мнение — 3D печать пока недоступна простому обывателю. Слишком много нужно знать и понимать. В конце концов нужно научиться «принимать решения». Я пытаюсь найти какой-то компромис по качеству исполнения и скорости печати. Причем решение, которое нужно принять оно многомерное. Изменяя высоту слоя печати с 0.15 до 0.25 мм я сокращаю время печати, но ухудшаю качество и детализацию. Я могу изменять настройки принтера, такие как толщину слоя стен модели, толщину переборок внутри модели, коэффициент внутреннего заполнения модели, даже скорости движения экструдера на разных этапах печати. Настроек столько, что с ума можно сойти. Я все это уже прошел и в общем добился приемлимого, но не слишком быстрого по печати результата. Выложу здесь значения настроек программы Ultimaker Cura, которые я обычно использую:


Я сделал скриншот моих настроек в Cura, чтобы запомнить то состояние, когда результат получается отличным. Тут ведь как — буду печатать другую модель, что нибудь изменю в настройках да забуду, что именно. Если бы настройки хранились в каком нибудь репозитории типа гит — чтоб можно было какие-то тэги ставить или бранчи делать…

Честно говоря, мне кажется, что на печать влияет слишком много разных факторов. Вот у меня есть и белый PLA и черный PLA. Субъективно кажется, что качество печати получается разное при одинаковых настройках. Сейчас вот лето-жара пойдет, так думаю возможно придется в настройках Cooler что-то делать, чтоб быстрее остужать пластик. Это я отвлекся немного. Возвращаюсь к танку.

Я не рискнул печатать модель целиком. Логика такая — ждать 13 часов, чтобы потом внезапно увидеть, что что-то пошло не так? Если спросите, что может пойти не так, то вот: "Проблемы качества 3D печати". Это может быть расслоение, рыхлая печать, тянучки и сопли, да много чего. При указанных выше настройках печать проходит хорошо, но вдруг я в прошлой печати «поиграл параметрами» да уже и сам забыл?

Кроме того, есть еще два соображения, почему печатать лучше частями — пост-обработка целой модели гораздо сложнее. Не уверен, что я смогу вычистить поддержки если модель танка будет напечатана целиком. Второе — принтер шумит во время работы. Если печать попадет на ночное время, то это довольно некомфортно спать.

Таким образом, я решил разбить модель на несколько частей:
1) гусеницы
2) тело танка
3) башня.

Для того, чтобы выполнить в общем нехитрую операцию разбиения модели на части мне пришлось учиться ПО Blender. Blender — это замечательная программа, но за недельку вечерами научиться не получится. Я пока освоил только очень нехитрые сочетания клавиш вроде перехода из Object Mode в Edit Mode по клавише Tab. Затем, выделение Vertex правой кнопкой мыши и Ctrl+L чтобы выделить Mesh, которому принадлежит этот Vertex. Клавиша X — удалить выделенное. Ну все такое — я смотрел как мне отделить одну часть модели от другой, вот эти комбинации клавиш и использовал. Посмотрел несколько обучающих уроков по Blender, запомнил пока только кое-что, только самое главное. Понятно, что для освоения инструмента требуется время.

Очень помогает Blender HotKeys In-depth Reference, однако это хоть и только референс — там вообще-то девять страниц. Сразу запомнить все не просто.

Гусеницы и траки печатал одновременно и левую и правую — Ultimaker Cura позволяет это сделать. Причем я загрузил одну модель два раза и второй экземпляр модели просто отзеркалил. Напечатал гусеницы и траки:


Вот крупнее:


Тут можно даже слои посчитать — на одном звене гусеницы 10 слоев, при толщине слоя 0.25 мм размер звена примерно 2.5х3 миллиметра. Расстояние между траками — тоже около 3х миллиметров. И как я теперь буду вычищать поддержки оттуда?


В процессе удаления поддержек между траками и гусеницами маленькими кусачками потерял несколько звеньев гусениц.


У меня есть небольшой паяльник с тонким жалом — он очень помог мне. Во-первых, с его помощью у меня получилось оплавить отдельные нити между траками, которые я не мог выкусить кусачками. Во-вторых, этим же паяльником я смог на место потерянных звеньев припаять кусочки пластика, и таким образом замаскировать потерю некоторых звеньев. В целом очистить от поддержек траки и гусеницы удалось довольно хорошо.

Вот печать корпуса танка:


С корпусом танка произошла другая беда. Бока/борта, закрывающие гусеницы, по каким-то причинам местами расслоились. Не сильно, но заметно. Отчего — непонятно, возможно они были слишком тонкие? Честно говоря не понятно, ведь в других местах поддержки еще тоньше и они оказались весьма прочные и выглядят цельными без расслоений. Я решил, что проще не перепечатывать весь корпус (это же 5 с половиной часов), а срезать борта, напечатать их отдельно и потом приклеить. Пока же я очистил корпус и гусеницы и склеил их вместе:


Клеил дихлорэтаном при открытых форточках и старался не дышать. Говорят он ядовит.

Тут нужно сделать важное замечание. Некоторые плоскости танка находятся под малым углом к горизонту. Видимо по этому на таких уклонах сильно заметны ступеньки послойной печати, особенно если шаг слоя такой довольно крупный, как у меня 0.25 мм.

Самое сложное, как оказалось было с башней.
Тут честно говоря я допустил просто роковую оплошность. Я поступил, как просто обыватель — взял файл подготовленный из блендера, не особо думая и не вникая, загрузил его в Cura, подготовил файл g-Code для принтера и запустил печать. На самом деле я и есть обыватель, если не подумал рассмотреть подготовленный к проекту файл более детально. В общем мой совет — всегда просматривать перед печатью, что собираешься напечатать. Тут бывают сюрпризы.

Вот как модель башни выглядит в блендере, все нормально:


Вот после экспорта башни в STL и открытия этого файла в Ultimaker Cura, после подготовки к печати:


Нужно смотреть в Layer View, который показывает именно послойное построение. Бирюзовым цветом показаны поддержки, желтое и красное — это стены и заполнение. Каким-то образом у меня целый слой где-то миллиметра 4 башни выпал из печати — там остались только поддержки, без стен. Это просто какая-то ерунда. Я не могу достоверно объяснить почему так произошло, мне кажется, что при масштабировании детали какие-то стенки становятся меньше разрешения принтера и программа Ultimaker Cura выбрасывает этот регион из печати. Это только догадка, но других версий у меня нет.

Здесь я допустил вторую ошибку. Мне нужно было признать свой промах, каким-то образом исправить модель и перепечатать башню. Я же не стал этого делать, ведь это целых 3 с половиной часа новой печати. Вместо этого я почему-то решил, что я смогу паяльником и кусочками пластика залатать дыры в башне. В результате я потратил пару часов на эту довольно странную работу, с откровенно плохим результатом.

С печатью ранее утерянных бортов корпуса проблем не было — ведь они плоские. Склеил все вместе, если не приглядываться, то в принципе нормально. Конечно, хотелось бы идеального результата, но я ведь только учусь. Нужно признавать и ошибки и накапливать опыт.

Покрасил модель акриловой краской просто кисточкой. Получилось вот так:


Краски не жалел, делал густые мазки, я художник, я так вижу (нет). Просто хотелось немного скрыть огрехи печати и моего паяльника. Будем считать, что танк побывал в боях и ему изрядно досталось. Несмотря на то, что я и сам не полностью удовлетворен результатом — в целом я рад, что закончил эту непростую для меня работу, на которую потратил 7 вечеров. Да и товарищу вроде бы понравилась модель (а может он просто не говорит мне, чтоб не расстраивать :-)