СHIP протестировал 3D-принтеры: 11 лучших моделей

В области 3D-печати успех и неудача всегда идут рядом. Печать любой 3D-модели может закончиться неудачей даже после многочасовой подготовки на ПК и тестирования с различными параметрами печати, если всего в одном месте что-то пойдет не так. Но даже несмотря на безупречную печать, филигранные элементы могут выглядеть настолько неряшливо, что их едва ли будет не стыдно кому-нибудь показать.

Тому, кто хочет иметь дело с новой технологией, необходимо знать две вещи. Во-первых, перед печатью придется проделаывать большой объем кропотливой работы, в которой для достижения приемлемых результатов требуется определенный опыт. Во-вторых, необходим принтер, который обеспечит минимальное количество затруднений при работе. Как показали наши испытания, производители добились в этом больших успехов.

Управление и функции

Процесс работы одинаков у всех принтеров: вы загружаете в программу для управления 3D-модель, спроектированную самостоятельно с помощью ПО для создания 3D-объектов (например, SketchUp) или скачанную из Интернета. Сайт thingiverse.com предлагает большой выбор бесплатных моделей для печати. В этой программе вы располагаете модели на виртуальном рабочем столе, который соотносится с установленным в принтере, и задаете параметры печати, например, скорость перемещения печатающей головки, разрешение печати и температуру экструдера и поверхности рабочего стола.

Продуманные программные системы принтеров Ultimaker и MakerBot предлагают большое количество предустановок, которые, при условии применения оригинального материала для печати (филамент), быстрее всего приводят к хорошим результатам. У недорогих принтеров или при использовании филамента сторонних производителей часто требуются предварительные эксперименты.

Все протестированные нами принтеры подключаются к компьютеру через USB-кабель, большинство из них также могут печатать без компьютера, напрямую c SD-карты. Это важно для длительной печати и, прежде всего, для печати с применением АБС-пластика с выделением интенсивного запаха (подробнее см. справа). Это позволяет расположить шумный и плохо пахнущий принтер поодаль, в хорошо проветриваемом помещении.

Модель MakerBot предлагает уникальный вариант: она соединяется по проводной или беспроводной сети с домашней сетью и с помощью встроенной веб-камеры и приложения MakerBot передает изображение печатаемого объекта на смартфон. Благодаря этому вы можете контролировать печать на расстоянии.

Скорость печати и энергопотребление

При 3D-печати необходимо запастись терпением. Для создания нашего самого маленького тестового объекта (кубика со стороной 2 см) принтерам потребовалось от 24 до 45 минут чистого времени печати. Исключением является модель German RepRap Neo — на данный процесс у нее ушло целых 93 минуты, что неприемлемо, тем более что крайне невысокая скорость практически никак не влияет на качество.

Кроме того, у всех устройств некоторое время тратится на подготовку: однократно для прогрева и калибровки рабочего стола, а также для необходимых вычислений в программе управления печатью.

При этом программы Ultimaker, FormLabs и bq Witbox (время подготовки всего 7 секунд) справляются с задачей быстрее ПО других производителей, у которых на данный процесс уходит несколько минут. В программном обеспечении с открытым кодом модели Ultimaker можно посмотреть, как уменьшить этот параметр. Кроме того, принтеру требуется время на разогрев, причем включать его можно уже во время подготовки модели на компьютере.

Потребление энергии в первую очередь определяется техническими различиями. Так, работающая только с одним лазером модель Form 1+ является более экономичной, чем термопринтер с экструдером. Самое большое потребление энергии показывают экструзионные принтеры с нагревательной пластиной, работающие с использованием АБС-пластика.

Технологии печати

Экструдер/ПЛА

Все экструзионные принтеры могут печатать биоразлагаемым полимером полилактидом (ПЛА). Этот материал, полученный из молочной кислоты, характеризуется низкой температурой плавления и, следовательно, относительной простотой обработки. Однако напечатанные элементы обладают малой механической прочностью и чувствительны к нагреву.

Экструдер/АБС

Применение полностью синтетического полимера акрилонитрилбутадиенстирола (АБС) приводит к созданию более прочных и блестящих предметов, чем изделия из ПЛА. Его обработка возможна только в принтерах с нагревательной пластиной, которые, благодаря регулируемому охлаждению, предотвращают деформацию напечатанного изделия. Однако, несмотря на подобный метод работы, печать может закончиться неудачно, как показано на примере неудачного ящика (см. изображение выше).

Стереолитография

Лазерный луч вызывает затвердевание жидкой фотополимерной смолы, что обеспечивает гладкие поверхности и большую гибкость характеристик материала печати. Принтер и материалы для подобного метода значительно дороже, чем при использовании экструзионной технологии, кроме того, при завершении процесса изделия необходимо промывать в спирте.

Технология и качество печати

Качество печати является важнейшим критерием и составляет 55% нашей общей оценки. Утомительное проектирование объекта и продолжительная печать вознаграждаются только в том случае, если результат максимально точно соответствует 3D-модели на компьютере. Во многом качество печати зависит от метода печати. Почти все тестируемые нами устройства относятся к типу экструзионных принтеров. Они расплавляют полимерный материал и наносят его послойно на рабочий стол, формируя объемный объект, с помощью печатающей головки.

В качестве материала для печати все экструзионные устройства используют биоразлагаемый полилактид (ПЛА). Благодаря низкой температуре плавления он лучше всего пригоден для производства предметов в домашних условиях. После простой замены катушки с филаментом и изменения настроек многие модели могут осуществлять печать синтетическим АБС-пластиком. Из-за более высокой температуры плавления его сложнее обрабатывать, также для него требуется нагреваемая (и настроенная на требуемую температуру) пластина рабочего стола для предотвращения деформации печатаемых деталей. В отличие от ПЛА, АБС-пластик при печати выделяет резкий запах, но взамен этого готовые элементы получаются более прочными и устойчивыми к нагреву.

Качество печати мы оценивали на основании изучения набора стандартных деталей, например, кубика, размеры которого должны быть одинаковыми, сложного ромбокубооктаэдра, гранями которого являются 18 квадратов и 8 треугольников со сложными полостями, и параллелепипеда с выступающими столбиками и внутренними отверстиями, которые могут указать на слабости разрешающей способности.

Для обеспечения высокого качества система управления печатающей головкой и система подачи материала должны работать с высокой точностью. По этим параметрам признанные производители Ultimaker (модель Ultimaker 2) и MakerBot (модель Replicator 5) одерживают уверенную победу над производителями экструзионных принтеров.

Уникальную особенность предлагает модель Leapfrog Creatr с двумя стандартными экструдерами: в зависимости от оснащения филаментами, принтер может создавать либо двухцветные объекты, либо с применением водорастворимого филамента использовать опорные структуры, необходимые для печати выступов деталей. Эти структуры в дальнейшем могут быть просто смыты водой, в то время как у обычных принтеров их приходится кропотливо отламывать или отпиливать, не без угрозы деформации готового объекта.

Модель Formlabs Form 1+ создает выгодно отличается от других участников нашего теста. Это стало возможным благодаря ее особой технологии печати — стереолитографии: в плоской ванночке с жидким фотополимером лазерный луч «рисует» каждый слой печатаемого предмета, причем лазер одновременно вызывает затвердевание материала. Опорная пластина, на которой был «начат» процесс печати объекта, слой за слоем поднимается из жидкости. После отделения и промывки остатков в спирте объекты становятся такими гладкими и точными, как будто они вышли из-под промышленного пресса.

Дополнительное преимущество стереолитографии: существует возможность использования различных смесей фотополимерных смол, например, для создания термостойких литейных форм, высокоэластичных или рассчитанных на тяжёлые нагрузки деталей. Недостатком такого принтера является его очень высокая цена; килограмм материала для печати также стоит в 2-4 раза выше, чем пластики ПЛА или АБС.

Совершенно другую технологию предлагает компания Conrad в модели Renkforce RF1000. С помощью комплекта для модернизации его экструдер может быть заменен на шлифовальную бормашину Dremel, которая обеспечивает возможность компьютеризированного фрезерования и гравирования деталей из древесины, пластмассы или алюминия.

Результаты теста

 

Итоговая тестовая таблица

Победитель тестирования: Ultimaker

Модель Ultimaker 2 подкупает лучшим качеством печати среди всех экструдеров, большим разнообразием принадлежностей и совершенным программным обеспечением с открытым кодом. При этом расходные материалы для нее остаются доступными по цене.

 

Лучшее качество печати: Formlabs

Стереолитографический принтер Form 1+ превосходит все остальные устройства по самому важному параметру — качеству печати. Однако при этом он очень дорогой и показывает низкую скорость печати.

 

Оптимальный выбор: XYZ Printing

Модель da Vinci 1.0 AiO стоимостью 800 евро обладает обширным пакетом оборудования и показывает хорошие результаты. Она отлично подходит для ознакомления с технологией 3D-печати.

 

3D-сканирование и 3D-печать от профессионалов

Даже любительская 3D-печать представляет собой кропотливую работу. Однако если весь процесс должен производиться с профессиональным качеством и, особенно, если модели создаются на основе отсканированных форм людей в натуральную величину, затраты существенно увеличиваются. Это становится понятным на примере производственного процесса компании Youlittle, предлагающей своим заказчикам их уменьшенные 3D-копии. Наша коллега Верена (ассистент и душа нашей редакции) заказала свою модель во время беременности в качестве сувенира.

126 камер Raspberry-Pi установлены в студии 3D-сканирования с хорошим освещением. Модель располагается в центре, и камеры одновременно делают по одному снимку.

Программа 3D-сканирования загружает все изображения и формирует из них модель для предварительного просмотра. Если поза и выражение лица устраивает клиента, рассчитывается объект с высоким разрешением. Специалисты работают над ним еще несколько часов для устранения возможных ошибок сканирования и компоновки. Аксессуары, такие, как очки, сумка или книга, должны быть отсканированы отдельно и позже добавлены к фигуре. Результатом является фотореалистичная 3D-модель с правильными цветами.

Промышленный 3D-принтер, который стоит столько же, сколько автомобиль среднего класса, создает модель генеративным послойным методом, т. е. слой за слоем насыпается гипсовый или полимерный порошок. В каждом новом слое печатающая головка с помощью цветного клея отмечает контуры, которые должны затвердеть. Выступы и полости также не являются проблемой: при завершении процесса порошок удаляется.

После того, как фигура была освобождена от лишнего порошка, она затвердевает в инфильтрационном растворе. Теперь светостойкая и прочная фигурка размером 7,5-30 см может быть установлена на полку. Стоимость ее создания составляет от 7000 до 50 000 рублей.