Вы когда-нибудь задумывались, почему ваши 3D-печатные детали иногда ломаются там, где не должны? Оказывается, дело не только в материале, но и в том, как мы печатаем. Только представьте: обычная настройка в слайсере может сделать вашу деталь на 30% прочнее! Звучит как магия, правда?
В этой статье мы разберем технику BrickLayer, благодаря которой 3D-печатные детали становятся прочнее чуть ли не мгновенно. Узнаем, как сообщество энтузиастов внедрило эту функцию в слайсеры, какие хитрости нужно учитывать, чтобы она заработала на полную мощность, и как не совершить ту же ошибку, что и я в прошлый раз. Поехали!
BrickLayer: разрушаем слабые слои
При 3D-печати каждый слой – это потенциальная точка слабости. Проблема адгезии слоёв – одна из самых острых в аддитивном производстве. Если два соседних слоя не идеально соединяются друг с другом, возникают плоские поверхности, по которым легко распространяются трещины. Техника BrickLayer (или «кирпичная кладка») как раз и призвана решить эту проблему.
Суть BrickLayer в том, чтобы печатать каждый второй периметр со смещением относительно соседнего. Это нарушает плоскую структуру слоёв и, теоретически, увеличивает прочность детали. В прошлом году я показывал, как это работает, но тогда это была скорее демонстрация концепции. А сейчас у нас есть готовые инструменты!
Как сообщество вдохнуло жизнь в BrickLayer
Меня всегда поражает, как 3D-печатное сообщество объединяет людей с разными навыками для создания чего-то действительно крутого. После моей первой демонстрации BrickLayer многие предложили свои улучшения. Особенно отличился TenTech, создавший серию скриптов для G-кода, включая Fuzzy Skin, interlocking perimeters и, конечно же, BrickLayer.
Все скрипты TenTech доступны на GitHub. Чтобы использовать их, достаточно скачать Python-скрипт, добавить его как постобработку и изменить пару настроек в слайсере. В результате каждый второй периметр будет смещаться на полвысоты слоя, создавая эффект «кирпичной кладки» без лишних хлопот.
Первые эксперименты и неожиданные проблемы
Я начал экспериментировать со скриптом TenTech и получил несколько неплохих отпечатков. Но потом заметил, что сопло принтера как будто волочится по материалу. Сначала я подумал, что проблема в подаче пластика, но, проверив G-код, понял, что скрипт плохо справляется со сложной геометрией и всегда смещает слои только вверх на одинаковое расстояние.
Здесь нужно понимать, что сопло 3D-принтера – не иголка. У него довольно большая плоская часть вокруг отверстия. Поэтому при использовании скрипта TenTech сопло просто тащило уже напечатанный материал за собой. Что делать?
Искусственный интеллект спешит на помощь (или нет?)
Как любой современный человек, я решил попробовать решить проблему с помощью ИИ! Загрузил скрипт TenTech и пример G-кода в ChatGPT и объяснил проблему. Результат показался разумным: ИИ предложил добавить буфер для изменения порядка печати периметров. Я вставил код в скрипт, и, к моему удивлению, он заработал! Ну, то есть запустился без ошибок…
Я был впечатлен, что перестановка периметров действительно работает, но заметил, что не хватает важных перемещений, чтобы не испортить периметры. Я уверен, что мог бы это исправить, но решил сначала проверить GitHub – наверняка я не первый, кто заметил эту проблему.
OrcaSlicer: BrickLayer «из коробки»
И, конечно же, я оказался не первым! На GitHub я наткнулся на форк OrcaSlicer, в котором BrickLayer реализован прямо в интерфейсе. Чтобы активировать его, достаточно просто поставить галочку напротив пункта «Staggered Perimeters» (Ступенчатые/Шахматные периметры) в настройках прочности. Это, наверное, то, что нужно большинству из нас – никаких скриптов!
Эта реализация работает отлично и правильно переупорядочивает периметры. Главное — искать! Кстати, раз уж зашел разговор, хочу высказать свое мнение об одной вещи…
Небольшое отступление о патентах и открытом доступе
После выхода моего прошлого видео я узнал, что кто-то запатентовал идею BrickLayer ещё в 2022 году, хотя, на мой взгляд, существовал явный prior art (использование изобретения до даты подачи патентной заявки). Спасибо GeekDetour за освещение этой темы и даже обнаружение старых патентов Stratasys, которые могут помочь оспорить этот патент, вызвав некоторые подвижки в деле. Но пока патент действует, компании могут опасаться внедрять полезные функции из-за страха перед судами.
Одна из причин, по которой я нашел реализацию BrickLayer в OrcaSlicer (и множество других отличных идей), – это то, что они были открыто опубликованы на GitHub. GitHub доступен каждому, индексируется Google и архивируется, что очень важно. К сожалению, многие обсуждения и разработки переехали с форумов и GitHub в Discord. И хотя Discord отлично подходит для быстрых обсуждений в реальном времени, он ужасен для поиска информации.
Если вы не находитесь на нужном сервере в нужный момент, идея как будто никогда и не существовала. Хуже того, это делает практически невозможным доказательство prior art, например, в патентном споре. Я не говорю, что не нужно использовать Discord, просто если вы придумали что-то крутое и хотите, чтобы оно оставалось доступным, убедитесь, что поделились этим где-то, где это можно найти. Опубликуйте это на GitHub, снимите видео или напишите статью – просто поместите это туда, где будущий вы или кто-то другой сможет это найти.
Тестируем BrickLayer на прочность
Итак, вернемся к нашим Brick Layers. Важно не только получить красивые детали, но и убедиться, что эта техника действительно улучшает адгезию слоёв, как я обнаружил в своих тестах год назад. Для этого я использовал свои специальные образцы для испытания на растяжение с достаточно большим диаметром, чтобы вместить несколько периметров.
Я напечатал два комплекта по три образца из Prusament PLA на CORE One: один комплект с активированным BrickLayer, другой – без. Вес образцов был практически одинаковым. Затем пришло время испытать их на моей самодельной универсальной испытательной машине.
Первые результаты: разочарование?
Контрольные образцы сломались при средней нагрузке 1.4 kN. Я ожидал, что прочность BrickLayer будет хотя бы на 5-10% выше, но результаты оказались почти такими же – те же 1400 N в среднем. Сначала я расстроился. Но макросъемка показала, что BrickLayer работает: вместо плоской поверхности излома мы получили отчетливо зубчатую поверхность.
Главная ошибка и её исправление
И тут я вспомнил о своей главной ошибке из прошлого видео. Если разрезать 3D-печатную деталь, она никогда не будет полностью плотной. Расплавленный пластик – это не жидкость, а скорее паста. Из-за этого в углах экструзии образуются зазоры, которые не заполняются, если мы не переэкструдируем пластик. Стандартные настройки слайсеров обычно предотвращают переэкструзию, чтобы детали получались точными по размерам.
Но если мы сдвигаем каждый второй слой вверх при печати BrickLayer, мы создаем больше пространства, которое необходимо заполнить. Иначе мы можем даже потерять в прочности. Другими словами, при использовании BrickLayer необходимо немного увеличить подачу пластика на периметры. Я нашел значения в диапазоне от 5 до 10% и решил попробовать.
Работа над ошибками: переэкструзия творит чудеса!
Я напечатал два дополнительных комплекта образцов с подачей пластика 105% и 110%. Взвешивание деталей подтвердило эти значения. А затем начались испытания, и тут я понял, что мы на правильном пути. При первой же попытке сломался не образец, а держатель на моей испытательной машине! Пришлось ждать полчаса, пока перепечатается держатель.
Увеличение подачи пластика на 5% повысило прочность образца на 20% – до 1670 N (171 кг). Но это было только начало. Образцы с 10% переэкструзией выдержали более 1800 N! Это на 29% больше, чем у контрольного образца, и всего на 10% больше материала. Похоже, BrickLayer действительно работает – при правильном применении.
Если посмотреть на разрез такой детали, почти не видно пустот. Это значит, что большинство зазоров были заполнены за счет увеличения подачи пластика. Стоит отметить, что при увеличении экструзии размер детали тоже увеличивается. Поэтому нужно искать баланс между прочностью и точными размерами.
А что, если просто переэкструдировать обычную печать?
Тут я понял, что сравнение не совсем честное. Нужно сравнить BrickLayer с переэкструзией и обычную печать с переэкструзией. Я напечатал еще один контрольный набор с подачей пластика 110%.
Интересно, что переэкструдированный контрольный образец «раздулся» больше, чем переэкструдированный образец BrickLayer. В BrickLayer у нас больше места для заполнения, и экструзия не так сильно давит на соседнюю, потому что они находятся не на одной высоте. Обычный образец с 10% переэкструзией увеличился в диаметре примерно на 3%, а образец BrickLayer – всего на 1.5%.
Сначала я немного расстроился, увидев результаты, потому что эти детали тоже выдерживали значительно большую нагрузку, чем контрольные. В то время как обычные образцы сломались при 1400 N, переэкструдированные – при 1700 N. Я подумал, что это значит, что BrickLayer ничем не лучше. Но оказалось, что при 10% переэкструзии образцы BrickLayer оказались на 29% прочнее, в то время как образцы с плоскими слоями – только на 23%. Таким образом, BrickLayer с переэкструзией действительно выигрывает и превосходит обычную печать с переэкструзией.
Но остается вопрос: насколько еще можно повысить прочность обычных отпечатков за счет переэкструзии, сохранив при этом точность размеров? В любом случае, у BrickLayer огромный потенциал!
Что дальше? Другие реализации и будущие тесты
Реализация BrickLayer в OrcaSlicer – это, наверное, то, чего многие и ждали, потому что она проста в использовании. Но ей нужны исправления ошибок и возможность независимо настраивать подачу пластика на периметры. Однако есть и другие отличные варианты.
Geek Detour разработал значительно улучшенную реализацию на основе скриптов по сравнению с TenTech, которую я, вероятно, попробую следующей. Кроме того, есть часто упускаемый из виду слайсер KiriMoto, в котором также реализован BrickLayer под названием «interleave z».
Ваше мнение важно!
Напишите в комментариях, что бы вы хотели узнать ещё. Я думаю о тестировании разных высот слоев, точности деталей, разных коэффициентов подачи и других не только тестов на растяжение. Или вы предпочитаете, чтобы я протестировал непланарные периметры TenTech?
Огромное спасибо всем членам сообщества, которые работают над внедрением крутых идей в слайсеры, которыми мы пользуемся сегодня. Улучшение программного обеспечения, особенно техник нарезки, по-прежнему имеет самый большой нераскрытый потенциал в 3D-печати. Сотрудничая и свободно обмениваясь идеями, мы можем улучшить эту невероятную технологию для всех. И если вам было полезно, поставьте лайк, чтобы больше людей узнали об этих невероятных новых методах 3D-печати!
Просмотров: 144