Jednym z ważniejszych elementów związanych z drukowaniem modeli 3D jest wybór odpowiedniego materiału do drukowania (filamentu). Dla potrzeb druku obiektów 3D, dobrym pod względem własności fizycznych jest filament PLA, na którym skupiłem swoją uwagę w poniższym teście. Modele słoni zostały wydrukowane w zmniejszonej skali i w takiej samej temperaturze 215 stopni co miało wpływ na jakość wydruków. Głównym celem tego testu było porównanie właściwości mechanicznych i odbarwienia tworzywa po wydrukowaniu.
Na rynku dostępnych jest wiele produktów o zróżnicowanej cenie oraz jakości. Chcąc wybrać najlepszy wydrukowałem trzy identyczne modele 3D z trzech różnych filamentów. Do testów wykorzystane zostały następujące filamenty:
Colorfab, filament szary http://colorfabb.com/
Dystrybutor http://get3d.pl/pl/40-colorfabb
Wolfix filament zielony
Producent i dystrybutor http://wolfix.pl/
SELEKTA filament różowy
Dystrybutor http://efilament3d.pl/
Jako obiekty testowe użyty został model słonia pobrany ze strony http://www.thingiverse.com/thing:257911 . Słoń został wydrukowany z użyciem tych samych parametrów wydruku, oprogramowania oraz metody klejenia do stołu.
Rys. 1 Model 3D – LFS_Elephant. Źródło http://www.thingiverse.com/thing:257911
Parametry wydruku:
- Filament PLA
- Średnica 1,75 mm,
- Temperatura 215C,
- Dysza: 0,4 mm
- Warstwa: 0,2 mm
- Szybkość wydruku 30mm/s
- Brak podgrzewania stołu
- Otwarta komora
Do przygotowania wydruku zostało użyte oprogramowanie:
- Slic3r – generator kodów dla drukarki 3D
- Printrun – sterowanie drukarką
Rys. 2 Widok wydrukowanych modeli.
Oprócz trzech identycznych modeli do zbadania filamentu wykorzystałem również mikroskop pozwalający bardziej dokładnie zobaczyć strukturę wydrukowanego modelu.
Zdjęcia mikroskopowe filamentu:
Fragment filamentu odciętego z szpuli przed wprowadzeniem do extrudera.
Rys. 3 Colorfab, filament szary
Rys. 4 Wolfix filament zielony
Rys. 5 SELEKTA filament różowy
Filament wprowadzony do extrudera w wyniku nacisku radełka odkształca się trwale, na powierzchni powstają bruzdy. Zazwyczaj konstrukcja radełka jest wykonana w ten sposób, że z jednej strony filamentu jest radełko a po przeciwnej łożysko o gładkiej powierzchni dociskane sprężyną.
Rys. 6 Widok odkształceń na filamencie spowodowanych naciskiem radełka
Wprowadzony do extrudera filament jest podgrzewany i wypychany przez otwór w dyszy. W przypadku drukarki zastosowanej do wykonania wydruków i poniższych zdjęć użyta została dysza o średnicy otworu 0.4 mm. Na zdjęciu widoczny jest wypływający z dyszy roztopiony filament, który nie został nałożony na podłoże.
Rys. 7 Źle oraz prawidłowo rozgrzany filament na wyjściu z głowicy
W przypadku pierwszego zdjęcia wydruk zakończył się niepowodzeniem, temperatura dla tego filamentu była zbyt niska. Poszczególne warstwy nie łączyły się ze sobą. Na drugim zdjęciu filament został rozgrzany do temperatury zalecanej przez producenta. Wydruk został wykonany prawidłowo i z zadawalającą jakością.
Na pogorszenie jakości wydruku istotny wpływ mają zanieczyszczenia. Przy dużej liczbie zanieczyszczeń może nastąpić całkowite zapchanie dyszy i przerwanie wydruku. Podczas realizowanych wydruków wszystkie trzy filamenty przed wprowadzeniem do extrudera poddawane były czyszczeniu za pomocą gąbki umieszczonej pomiędzy szpulą a extruderem. Zamieszczone poniżej zdjęcie przedstawia filament z zanieczyszczeniami. Przedstawiona próbka nie należy do żadnego z trzech wymienionych producentów i ma charakter poglądowy.
Rys. 8 Zanieczyszczenie filamentu
Widok nałożonego na stół filamentu przedstawiają kolejne zdjęcia. Do wydruków został wykorzystany stół bez podgrzewania, oklejony niebieską taśmą firmy 3M.
Rys. 9 Colorfab, filament szary
Rys. 10 Wolfix filament zielony
Rys. 11 SELEKTA filament różowy
Bardziej dokładne sprawdzenie poszczególnych próbek z zastosowaniem większego powiększenia przedstawiają kolejne zdjęcia.
Rys. 12 Colorfab, filament szary
Rys. 13 Wolfix filament zielony
Rys. 14 SELEKTA filament różowy
Na zdjęciach z odpowiednio dobranym powiększeniem widać ślad głowicy w narożniku łączącym dwie powierzchnie pod katem prostym.
Rys. 15 Dwie krawędzie wydruku usytuowane względem siebie pod kątem prostym
Często występującym podczas wydruków efektem jest powstawanie cienkich nitek pomiędzy elementami, gdy następuje ruch głowicy bez nakładania filamentu. Cienkie nitki filamentu powstają podczas przemieszczania głowicy z retrakcją (wycofaniem)filamentu gdy temperatura głowicy jest ustawiona zbyt wysoko. Fragmenty te są łatwo usuwalne jednak przy źle skalibrowanej drukarce pogarszają jakość wydruku.
Rys. 16 Pozostałości wycofanego filamentu na wydruku
W przypadku testowanych filamentów największa trudność w tym zakresie powstawała na trąbie słonia, kiedy głowica musiała „przeskakiwać” pomiędzy poszczególnymi segmentami tego elementu.
Rys. 17 Colorfab, filament szary
Rys. 18 Wolfix filament zielony
Rys. 19 SELEKTA filament różowy
Oprócz krawędzi modelu na wytrzymałość mechaniczną znaczący wpływ ma wypełnienie konstrukcji. Poniżej kilka zdjęć przestawiających to zagadnienie.
Rys. 20 Wypełnienie modelu 3D
Podstawowym utrudnieniem w robieniu zdjęć mikroskopem był dobór odpowiedniego oświetlenia. W moim przypadku zastosowałem oświetlenie LED, które zostało wykonane z użyciem konstrukcji wykonanej na drukarce 3D. Eksperymentują z mikroskopem dla porównania zrobiłem zdjęcie ludzkiej skóry widoczne na poniższym zdjęciu.
Rys. 21 Ludzka skóra
Jako uzupełnienie materiału, poniżej zamieszczam filmy z testów, przedstawiające przebieg prowadzonych obserwacji.
Film 1 Filament PLA pod mikroskopem
Film 2 Ojciec Filament
Ocenę poszczególnych wydruków pozostawiam otwartą z tego względu, że przy projektowaniu oraz wykonaniu wydruków, oprócz jakości istotne znaczenie ma cena oraz kolor dostępnego materiału. Ocena uzyskanych wyników może się różnić w przypadku różnych osób, które dokonują wyboru filamentu.
Jako materiał uzupełniający do powyższego testu warto również przeczytać:
- Sposoby klejenia wydruku do stołu http://www.mojreprap.pl/board/viewtopic.php?f=30&t=4769
- Co początkujący drukarz 3D wiedzieć powinien – mini kompendiumC http://www.designfutures.pl/?p=76044
Klaster 3D 
