Постобработка в 3D печати. Полнейшее руководство по заполнению, грунтовке, шлифовке и покраске напечатанных 3D моделей. Эта статья для вас если, вы напечатали модель и она смотрится просто великолепно и полностью соответствует электронной версии, НО! она выглядит будто ее напечатали на 3D принтере.

Это руководство рассказывает о различных методах постобработки моделей, напечатанных на 3D принтере. Все перечисленные ниже методы, используются экспертами и профессионалами в этой области. Статья будет полезна для всех 3д-печатников, независимо от того какие цели они преследуют, — будь это бизнес, производство или просто хобби. Доработка напечатанной модели будет требоваться в 80% случаях в любых проектах, поэтому рано или поздно вам придется с ней столкнуться.

Постобработка — это постпечатный процесс шлифовки, сглаживания или покраски поверхности, который осуществляется для того чтобы выращенная 3D модель выглядела максимально качественно и профессионально. Крупные промышленные 3D принтеры, легко выполняют эту задачу, используя облачно-ацетоновые камеры, много осевые эмалированные струи и различные химические ванны. Тем не менее, для получения красивой и гладкой поверхности, совсем не обязательно иметь дорогостоящее оборудование. В этой статье мы рассмотрим доступные методы обработки, которые можно использовать каждый день. Поскольку для каждого типа филамента требуются свой метод обработки, то мы поочередно рассмотрим самые популярные и эффективные способы для каждого материала. Вы сами решите, какой способ наиболее удобен для вас, учитывая индивидуальные настройки и методы печати.

Постобработка в 3D печати. Полное руководство.
Пример постобработки копии шлема Starwars, напечатанный Rigid Gray PLA.

Основные и базовые практики для начинающих

Очень важно понимать, что установка правильных настроек для 3D принтера и слайсера — это лучший способ минимизировать объем доработок выращенной 3D модели. От начальных настроек вашего слайсера будет зависеть внешний вид объекта печати. 

Например, на внешний вид модели будет очень сильно влиять высота слоя. Этот параметр определяет высоту каждого расплавленного слоя пластика, наносимого на предыдущий. В некотором смысле это схоже с разрешением фотографии или видео. Если вы будете печатать толстыми слоями, то на объекте будет меньше мелких деталей, но сама печать будет стабильней. Когда же вы устанавливаете печать тонкими слоями, то возможен более высокий уровень детализации и более высокая межслоевая адгезия. 

Еще одним важным параметром является скорость печати, которая при правильной настройке так же может повысить общее качество 3D модели. Скорость печати — быстрота перемещения печатающей головки, в момент выдавливания (экструзии) расплавленной пластиковой нити (филамента). Поэтому оптимальная скорость зависит от объекта который вы печатаете, и от типа пластиковой нити.

Итак, простые 3D модели, с минимальной детализацией поверхности, могут быть напечатаны с высокой скоростью и толщиной слоя, без значительной потери в качестве. При этом более детализированные модели, будет лучше печатать на небольшой скорости. Для каждого проекта, будет целесообразно поэкспериментировать с этими двумя параметрами и определить оптимальные настройки.

Если вы печатаете 3D модель, и в дальнейшем собираетесь ее покрасить, то лучше всего использовать низкую высоту слоя. Вы потратите больше времени на печать, но меньше на шлифовку перед покраской. Чуть ниже мы расскажем как правильно красить принты, напечатанные PLA пластиком и другими материалами. 

Итак, после печати,  модель необходимо отшлифовать. Это позволит получить максимально гладкую поверхность объекта. Поэтому стоит заранее учесть этот момент, и увеличить толщину стенок и заполняемость 3D модели.

Оболочка — это внешняя сторона проектируемой модели. Толщина оболочки — это количество слоев, которое будет иметь внешняя стенка до начала печати с заполнением. Чем выше значение для толщины оболочки, тем толще будут внешние стенки вашего объекта. Соответственно, более толстые стенки делают объект более прочным. Поэтому, если по завершению печати вы планируете обрабатывать модель шлифованием, то предварительно увеличьте толщину оболочки.

Плотность заполнения или наполнение — это значение которое показывает насколько объект будет заполнен материалом внутри. Плотность заполнения обычно измеряется в процентах от целого. Это означает, что если выбрана плотность заполнения 100%, то напечатанный объект будет сплошным, без пустого пространства внутри внешней оболочки. Соответственно, если выбрано 0%, то напечатанный объект внутри будет пустым.

Плотность заполнения используется для экономии пластика и увеличения скорости печати. Объект с большим заполнением будет прочнее и тяжелее объекта с меньшим заполнением. Это удобно при шлифовании, так как при этом удаляется часть материала и на объект прикладывается определенное давление рукой. Заполнение модели послужит гарантией того, что модель не будет повреждена или деформирована в процессе обработки.

Настройки слайсера это не единственное от чего зависит результативность и сложность постобработки. На конечный результат также влияет  качество используемой пластиковой нити. Филамент плохого качества содержит примеси, которые отрицательно влияют на плавление материала, экструзию и охлаждение. 

Кроме того, низкокачественный материал, не имеет жестких допусков для получения высококачественных результатов. В частности, нестабильный диаметр прутка пластиковой нити, может привести к проблемам с экструзией во время печати, что приведет к получению объекта с серьезными дефектами, для устранения которых придется затрачивать дополнительное время (если восстановление вообще будет возможным). Так же можно подобрать цвет филамента, который будет максимально соответствовать желаемому. Это позволит исключить необходимость покраски модели. 

Поддерживающие материалы

Как вы знаете, 3D принтер начинает печать снизу вверх. Это означает, что если в дизайне вашей модели присутствуют большие выступы в верхней части, которые не имеют какого-либо упора, то вы можете столкнуться с некоторыми сложностями. Пластиковая нить тоже подчиняется законам гравитации и не может выдавливаться в пустоту. 

В таких случаях может использоваться специальная поддерживающая конструкция, на которую будут опираться выступающие части модели. Такие конструкции могут быть водорастворимыми или же удалятся механическими путями. В любом случае, перед началом постобработки, такие поддержки нужно удалить. 

Постобработка в 3D печати. Полное руководство.
Шлем напечатан в перевернутом виде, с минимальной поддержкой.

Если ваша поддерживающая конструкция не является водорастворимой, то вам необходимо ее отломить или отпилить. Например, в данном случае будет удобно воспользоваться бытовым ножом Exacto, делая надрезы в одной плоскости с напечатанной поверхностью. После удаления поддержек, воспользуйтесь наждачной бумагой с зернистостью 200 или 400, аккуратно зачистив следы.

На изображении выше, вы можете заметить, что модель была напечатана вверх ногами, для того чтобы не создавать большого количества поддерживающих опор и тем самым сократить время на их удаление. Кроме того, PLA пластик легче шлифовать на больших, ровных участках, таких как верхняя часть шлема.

Если ваша поддерживающая конструкция растворимая, то скорее всего вы имеете дело с PVA или HIPS. В этом случае поместите модель в соответствующий растворитель — вода для PVA, лимонен для HIPS. Вода должна полностью растворить структуру за несколько часов. 

Лимонену потребуется больше времени для растворения HIPS, обычно около 24 часов. В обоих случаях не забывайте время от времени встряхивать контейнеры с растворителем и вашей моделью для ускорения процесса растворения. 

Заполняем трещины перед шлифованием

Перед началом шлифования или покраски напечатанной модели, при необходимости нужно заполнить все имеющиеся зазоры, трещины или недопечатанные пустоты, специальным наполнителем. Чаще всего используется эпоксидная смола, с которой легко работать и впоследствии шлифовать.

Мы рекомендуем использовать XTC-3D. Обратите внимание, что его можно использовать даже в качестве грунтовки, просто нанося на поверхность модели. Но нельзя пользоваться этим методом если вы хотите получить идеальную поверхность. Это скорее способ получить более или менее качественную поверхность на быструю руку. Именно для грунтования необходимо использовать специализированные грунтовки. 

Чес аккуратнее вы заполняете пустоты, тем меньше потом вам придется шлифовать поверхность. Старайтесь быть максимально аккуратным. После обработки, модель необходимо на несколько часов для полного отверждения.

Постобработка в 3D печати. Полное руководство. Постобработка в 3D печати. Полное руководство. Постобработка в 3D печати. Полное руководство. Постобработка в 3D печати. Полное руководство.

Шлифовка и полировка 3D модели

Шлифовка — это примитивный и простой способ завершения 3D печати, в зависимости от выбранного материала. Некоторые типы пластика шлифуется хорошо, другие хуже. Например, PLA и ABS очень легко поддаются шлифованию. Более твердые материалы, такие как поликарбонат и PMMA обработать таким образом практически невозможно (Как шлифовать такие материалы мы обсудим чуть ниже). 

Если вы ищете хороший способ сгладить поверхность напечатанной модели, но для данного типа пластика нельзя использовать паровую баню, то этим вариантом будет однозначно — шлифование.

Среди немногих методов постобработки PLA пластика — шлифование дает лучшие результаты. Обязательно выбирайте пластик хорошего качества, так ка более дешевые могут вызвать некоторые сложности при шлифовании.

Шлифование поверхности объекта, напечатанного из PLA или ABS, является довольно простым процессом, при условии, что вы подходите к работе с некоторым терпением. Например, более низкая температура плавления PLA пластика, может сделать его смолистым и мягким, если его шлифовать агрессивно и быстро. Поэтому терпение и немного времени, будет являться ключом к появлению гладкого, зеркального блеска на любой поверхности любого объекта, выращенного из PLA.

Так же вы должны быть готовы использовать наждачную бумагу нескольких размеров. Например в случае с PLA пластиком необходимо использовать полный градиент зернистости, начиная с самого крупного 200 и заканчивая самой мелкой 3000.

Pro совет: с более твердыми материалами, например ABS, вы можете начать шлифовку наждачкой с таким же зерном, но используя специальные водонепроницаемые листы. Более твердый материал может выдерживать повышенное давление, но он также уязвим к высокому трению.  

«Мокрое шлифование» снижает нагревание объекта, возникающее в результате трения. Это позволяет более эффективно удалять лишний материал с меньшей деформацией объекта.

Неважно какой материал вы обрабатываете, — всегда начинайте шлифовать с самой крупной наждачной бумаги. Круговыми движениями, с несильным, умеренным нажатием. После того как вы прошли по модели наждачной бумагой с крупной зернистостью, повторите процесс бумагой с более мелким зерном. Например, если вы начали с бумаги с зерном 200, то на следующем этапе вам необходимо перейти на бумагу с зерном 400. После того как вы терпеливо обработаете 400-кой, переключайтесь на 600 и повторяйте процесс.

Если вы хотите получить действительно красивую и гладкую поверхность, то помните, что время ваш друг. Вообщем чем больше времени вы тратите на шлифование, тем лучше будет результат. Особенно это касается наждачной бумаги с меньшим номером.

Продолжайте продвигаться к более мелким зернам — от 600 к 800, от 800 к 1000 и так далее. Когда вы дойдете до 1000, поверхность будет казаться действительно гладкой, но не останавливайтесь на этом. Чтобы получить поверхность с действительно профессионально обработанной поверхностью, нужно обработать модель зерном 2000, а потом и 3000. Поверьте, время затраченное на это, окупиться отличным зеркальным качеством поверхности принта.

Как только вы закончите шлифовку объекта, он будет готов к дальнейшей покраске и полировке паром, в зависимости от ваших предпочтений.

Полировка паром

Постобработка в 3D печати. Полное руководство.
До и после воздействия ацетоновой бани.

Альтернативой шлифованию, является паровая полировка. При полировке паром, небольшое количество подходящего помещается в контейнер. Принт тоже помещается в этот контейнер, на специальную платформу, подвешенную над растворителем. На контейнер надевается негерметичная крышка, а растворитель нагревается до тех пор, пока не начнет выделять пары. 

Растворитель в форме пара, равномерно покрывает объект и воздействует на всю его поверхность, сглаживая его. По сути, газообразный растворитель начинает медленно и равномерно растворять поверхность принта. Как только желаемый вид поверхности объекта достигнут, объект извлекается из контейнера и высушивается на воздухе. Конечным результатом является объект с гладкой и профессиональной отделкой.

Как и в случае шлифования, увеличение толщины оболочки и плотности заполнения в настройках слайсера перед печатью, приведет к созданию более прочного объекта, который сможет без проблем выдерживать паровую полировку. Полировка паром сглаживает шероховатость на поверхности принта. 

Постобработка в 3D печати. Полное руководство.

Когда желаемый вид поверхности будет достигнут, объект извлекается из камеры и высушивается на воздухе. Сушка останавливает взаимодействие пластика с растворителем. В итоге такой  профессиональной обработки, мы получаем красивую, глянцевую поверхность. Как уже говорилось выше, многие промышленные 3D принтеры, уже оснащены специальными паровыми камерами для полировки напечатанных 3D моделей. Паровую баню можно сделать собственными руками из подручных средств. Например можно использовать любой стеклянный контейнер с широким горлом и крышкой или обычную кастрюлю. Для размещения объекта над растворителем в контейнере, можно использовать любую плавающий плот или сделать платформу из алюминиевой фольги. Для нагрева можно установить баню на нагревательный стол 3D принтера или бытовую нагревательную плиту.  

Внимание, соблюдайте осторожность! При растворении, каждый тип филамента вступая в реакцию с растворителем — образовывает новое вещество. Некоторые из этих веществ относительно безопасны, другие очень токсичны. Например, в порядке возрастания токсичности, PVA — растворим в воде. HIPS в лимомнене. ABS и PMMA растворяются в ацетоне. PLA наиболее эффективно растворяется в тетрогидрофуране или THF. Поликарбонат в дихлорметане. Этот список можно продолжать. 

Испарение любого химического растворителя создает ряд опасностей. Во-первых пары растворителя очень легко проникают в организм при вдыхании. Чем токсичнее растворитель, тем длительнее будет его негативное воздействие. Поэтому любая паровая полировка должна производиться в хорошо проветриваемом помещении. Использование респиратора, защитной одежды и перчаток — обязательно. Во-вторых, многие растворители легко воспламеняются. Следовательно нагревание растворителя, должно осуществляться в контролируемых условиях. Вам необходимо заранее знать температуру кипения и температуру воспламенения растворителя, и использовать калиброванный термометр, чтобы температура растворителя оставалась в пределах безопасных параметров. Всегда работайте с огнетушителем под рукой. Чтобы узнать больше о паровой полировкеознакомьтесь с нашим подробным руководством здесь.

Покраска 3D печатных моделей

Независимо от того для каких целей вам нужен 3D печатный прототип объекта, его покраска будет не лишней. Качественная постобработка с использованием краски, включает в себя два отдельных процесса — грунтовка и только потом покраска. Однако, прежде чем подробного говорить о любом из них, давайте рассмотрим предварительные шаги, которые так же необходимо сделать. 

Подготовительный этап

Перед грунтовкой и покраской объекта, рекомендуется предварительно установить его на специальный малярный блок при помощи штифта. Малярный блок — это деревянный стенд, который поддерживает объект пока он красится и грунтуется. 

Постобработка в 3D печати. Полное руководство.
Окраска PLA: Подвешенный шлем, готовый к последним штрихам.

Возьмите деревянный штифт, и при помощи долото и сверла, равное диаметру штифта, просверлите отверстие в в незаметной части вашего объекта. Вставьте штифт в отверстие и надежно зафиксируйте на нем объект. (В качестве альтернативы можно использовать естественное отверстие или подходящую наклон поверхности вашего объекта).

Затем, сверлом такого же диаметра просверлите отверстие в деревянной площадке и установите в него штифт. Он должен быть установлен жестко и не болтаться, чтобы объект был сбалансирован и не упал с него в самый неподходящий момент. Теперь у вас есть возможность нанести равномерный и гладкий слой грунтовки или краски на поверхность, не касаясь его руками и не рискуя оставить следы от пальцев.

Так же помните, что на не высохшей грунтовке и краске, может оседать пыль, поэтому работайте в чистом и проветренном помещении, с хорошим освещением.

Большинство аэрозольных красок, содержат вредные растворители, которые могут вдыхаться. Поэтому рекомендуется надеть респиратор и нитриловые перчатки. В идеале лучше иметь покрасочную камеру, повесив с трех сторон полиэтиленовую пленку. Это предотвратит распыление краски по помещению и уменьшит количество пыли и грязи, которые могут оседать на покрашенный объект во время высыхания. 

Грунтовка перед покраской 3D модели

Грунтовка для 3D печати представляет собой особый вид краски, которая поставляется в нейтральных тонах. предназначена для создания однородной поверхности, к которой легко будет приклеиваться краска. Выпускается как в жидком виде (под кисть), так и в виде аэрозольного спрея. Выбирая грунтовку для 3D печатной модели, лучше использовать спрей. Это позволит равномерно покрыть поверхность принта, и исключит необходимость использования кисти, которые могут оставлять заметные следы.

Какую краску выбрать для 3D-печати? Для достижения лучших результатов, нужно использовать грунтовку (и краску), которые совместимы с данным типом пластика и имеют туже марку. Использование высококачественного грунтовочного наполнителя, такого как Krylon и Montana будет отличным выбором. 

Перед использованием, хорошо встряхните содержимое баллона, вращая его круговыми движениями в течении 2-3 минут. Это очень важно, так как без встряхивания, на поверхности вашего принта будут появляться пузырьки. Распыление можно начинать после того, как вы поймете, что металлический шарик, находящийся внутри баллона начнет двигаться плавно.

При распылении держите баллон на расстоянии 15-20 см от поверхности принта. Распыляйте короткими, быстрыми движениями. Начинайте распыление вначале объекта и заканчиваете в конце. Двигайтесь быстро, при необходимости вращая 3D модель. Старайтесь избегать чрезмерного распыления. Цель заключается в нанесении очень тонкого слоя, который в последствии будет наращиваться.

Как только начальный слой высохнет, начинайте напыление второго. Как и в случае с наждачной бумагой, не торопитесь и старайтесь и по возможности используйте круговые движения. Главная цель грунтования — получение одинаковой, равномерной поверхности.

После того как вы отшлифуете и отполируете грунтовочный слой, можно переходить к покраске. Сам процесс покраски состоит из трех отдельных этапов — грунтовка, верхнее покрытие и прозрачное покрытие. Как и в случае с грунтованием, краску лучше использовать аэрозольную. Это даст больший контроль равномерности и толщины слоя. А так же позволит избежать появления следов от кисти. 

Идеально будет краска, которая наносит слои с минимальной толщиной. Одним из лучших вариантов будет — Tamia. Покрасочные материалы Тамия разработаны специально для моделлеров и радиолюбителей. Это делает ее отличным выбором для финишной покраски 3D моделей. 

Начальный слой

Нанесение начального слоя позволит получить очень глубокий и насыщенный цвет при покраске. Его не стоит путать с грунтованием. Это совершенно разные вещи. Грунтовка служит для улучшения адгезии краски к поверхности. А начальный слой предотвращает появления пятен и неравномерности покрытия.

Постобработка в 3D печати. Полное руководство.

Начальный слой служит для равномерного скрытия нейтрального цвета основной грунтовки. Такие слои обычно либо сплошные, либо черные. Белый используется для объектов которые будут окрашиваться в светлые тона. Независимо от цвета, начальный слой будет просвечиваться сквозь верхние слои, предавая блеск и непревзойденную глубину. Перед покраской, баллон необходимо так же встряхнуть как и баллон с грунтовкой. Держите баллон также на расстоянии 15 — 20 см от принта и наносите краску очень тонкими слоями. 

Как только начальный слой высохнет, отполируйте его, используя шлифовальную палочку для ногтей. Затем нанесите второй слой, таким же образом как и первый. После высыхания, нанесите лак и отполируйте.

Верхний слой

Теперь пришло время нанести верхний слой. В идеале, цвет верхнего слоя должен контрастировать с цветом начального слоя. Верхний слой добавит цветовой градиент, и в конечном результате поверхность будет иметь красивую глубину, и сделает вашу модель очень красивой. Технология покраски такая же как и во всех предыдущих этапах. Очень важно не распылять краску очень сильно, ведь основной задачей верхнего слоя — прозрачность, так как именно она дает эффект прозрачности. 

Прозрачный слой

Прозрачный слой — это последний, заключительный этап покраски вашей модели. Цель этого слоя двоякая. Во-первых, прозрачный слой улучшает внешний вид объекта. Во-вторых, сохраняет и защищает всю работу по отделке, которую вы проводили с предыдущими слоями. Существует два типа такого покрытия — глянцевое и матовое. Какую поверхность выбрать решать только вам.

Источник

Другие интересные статьи из блогов