Мой опыт 3D печати игрушки танка Т-72
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 ~120×70 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 0.25 мм, то печать этой же модели займет 8 часов. Если высота слоя будет 0.3 мм, 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 2.5×3 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 :-)
