3D-печать в рекламе и полиграфии: для чего использовать и как выбрать принтер

Сфера использования 3D-принтеров весьма широка. Их применяют для печати трехмерных прототипов и макетов, а также готовых к эксплуатации изделий из металла, керамики или пластика. Архитекторы и дизайнеры с их помощью могут визуализировать свои проекты. Машиностроителям аддитивные технологии будут полезны при разработке новых механизмов. Ювелиры создают на таких устройствах восковые модели будущих изделий.

В полиграфической и рекламной сфере 3D-принтеры можно применять для:

• производства рекламных вывесок и букв для наружной и интерьерной рекламы;
• изготовления деталей оборудования (особенно в условиях проблем с поставками);
• создания сувениров и эксклюзивных моделей на заказ;
• моделирования упаковки.

Экструзионная технология 3D-печати

Самые популярные и известные принтеры — FDM/FFF принтеры. Такая технология печати называется экструзионной, поскольку изделие получается благодаря послойному наплавлению материала: в англоязычной терминологии FDM (Fused deposition modeling) или FFF (Fused filament fabrication).

В качестве расходных материалов используются различные термопластики и композитные материалы. Они поставляются в виде нитей («филамента») толщиной 1,75 мм или 2,85 мм.

Пластик с катушек подается в печатающую головку – экструдер. Экструдер состоит из подающего механизма, нагревательного блока и сопла. В нем материал плавится, после чего подается в рабочую зону.

Пример печати на 3D-принтере

Также все больше получает развитие технология печати пластиком, где исходным компонентом являются полимерные гранулы, которые подаются при помощи специального экструдера, имеющего в своей основе шнековую подачу (FGF, FusedGranularFabrication).

Такие устройства имеют меньшую точность печати, но скорость их работы возрастает в несколько раз. Также исключается дополнительный этап производства нити, что значительно снижает себестоимость изделий.

Пока технологию отрабатывают при изготовлении, например, скульптур, мебели, крупногабаритных рекламных конструкций и элементов. В тяжелой промышленности она получает распространение при печати сборочных стапелей. Часто такие изделия подвергаются дополнительной механической обработке на соответствующих многокоординатных станках с ЧПУ.

Какими материалами печатать

Остановимся на некоторых популярных типах пластиков, которые могут применяться при печати в рекламном агентстве или на полиграфическом предприятии.

Для создания вывесок подойдет PETG — полупрозрачный пластик, устойчивый к воздействию солнца. Он достаточно ударопрочный и химически стойкий, умеренно гибкий, прост в печати.

Для производства деталей механизмов, например, шестерней или шарниров, рекомендуют использовать инженерные пластики ABS и Nylon. Они обладают высокой механической прочностью, стойкостью к истиранию, воздействию масел и растворителей. При этом они более требовательны – дольше остывают, деформируются от сквозняков.

Для сувенирной продукции подходящим решением станет PLA — самый простой и неприхотливый биоразлагаемый пластик. Это один самых распространенных видов филамента. Его, при изготовлении, окрашивают в многочисленные цвета. Например, можно приобрести PLA, имитирующий металл или светящийся в темноте.

FDM/FFF принтеры печатают пластиком, который поставляется в виде нитей

Отдельно стоит обратить внимание на группу эластичных пластиков под общим названием Flex. Они позволяют печатать гибкие и стойкие к растяжению изделия: уплотнители, прокладки, чехлы для телефона, браслеты и многое другое.

Не все 3D-принтеры печатают любым возможным материалом. Гибкость в выборе филамента обеспечивают температура экструдера и поверхности стола, тип камеры устройства. Так, одни материалы могут деформироваться при остывании, другие имеют высокую температуру плавления, а третьи не требуют даже подогрева платформы для закрепления детали в зоне печати. Ниже мы рассмотрим, как отдельные параметры влияют на выбор материалов и результат печати.

Евгений Максименко, главный технолог Подольской фабрики офсетной печати, рассказал, как в типографии, с помощью 3D-печати смогли изготовить запасные части для офсетных и фальцевальных машин.

«Как и все, мы столкнулись с проблемами при поставке запасных частей к оборудованию из Европы, возникли проблемы с логистикой. Решили обратиться в специализированную компанию, оценить возможности аддитивных технологий.

На пробу попросили изготовить пластмассовые шестерни для фальцевальной машины FlexiFold. Поскольку опыт оказался успешным, решили перейти к более ответственной задаче: изготовлению вспомогательных пластмассовых шестерен для скоростной фапьцевальной машины BaumFolder 20P.

Функция шестерен – связь транспортных валов машины с системой зацепления приводного редуктора. Проектировщики машины изначально задумали изготовить эти шестерни из пластика, поскольку одна из их задач – взять на себя нагрузки при забое машины, образующемся, например, во время захвата сразу нескольких листов на подаче.

Поломка пластиковых шестерен из-за резко возросшей на них нагрузки, должна предотвратить выход из строя основного рабочего механизма. В итоге, партия деталей была изготовлена и успешно прошла наши внутренние испытания.

Помогли нам новые технологии и при замене вышедших из строя пластмассовых держателей присосок самонаклада на офсетной машине. Детали достаточно сложные, представляющие собой полую трубку с окончанием в виде раструба, на который крепятся сами присосы».

Конструкция 3D-принтера и размер печати

Область построения изделия в принтере определяется по ширине (Х), глубине (Y) и высоте (Z) его трехмерной рабочей зоны. Чем она больше, соответственно, тем большего размера деталь удастся изготовить.

Стандартом у принтеров начального уровня считается размер рабочей зоны 130х130х130 мм. Такие устройства подходят для личного пользования. У более производительных полупрофессиональных моделей размеры рабочей области могут составлять 600х600х600 мм. Их можно использовать на производстве для создания сувениров и макетов или для печати деталей. Самые большие и дорогие принтеры – профессиональные, с областью печати 1000х1000х1000 мм, используются на крупных промышленных предприятиях. Принтеры со шнековой подачей, печатающие гранулами, сразу ориентируют на печать крупногабаритных изделий, из-за чего размер их рабочей зоны может составлять 3000х6000х3000 мм и более.

Существуют интересные устройства, созданные специально для рекламного рынка. Они рассчитаны только на производство объемных вывесок и букв. Такие модели имеют увеличенную область печати до 800х800 мм по осям X и Y, и совсем небольшую по оси Z – до 100 мм.

Устройство камеры печати 3D-принтера.
Буквами X, Y, Z обозначены оси, в пределах которых двигается экструдер (печатающая головка

На конечную стоимость аппарата также влияет тип его корпуса – открытый или закрытый. Открытая конструкция подойдет для работы с PLA или PETG, так как они имеют невысокую температуру плавления и почти не выделяют запаха при печати.

Для использования инженерных пластиков ABS и Nylon, лучшим решением будет покупка принтера с закрытой рабочей камерой. В такие модели встраивается система вентиляторов, позволяющая поддерживать равномерную температуру в зоне печати. Также подобные аппараты имеют воздушные фильтры, защищающие от неприятного запаха плавящегося субстрата.

Температура экструдера и стола

Рабочая головка принтера, экструдер, состоит из подающего пластиковую нить (или гранулы) механизма и нагревательного блока с выпускным соплом. В нем осуществляется расплав и подача жидкого пластика в рабочую зону.

От максимальной температуры экструдера зависит разнообразие применяемых материалов. Самые большие возможности у принтеров с температурой больше 400°С. В большей степени это касается ситуаций, когда необходимо применение инженерных пластиков для создания функциональных компонентов.

Также важным является наличие или отсутствие подогрева стола. Он необходим, чтобы улучшить прилипание первого слоя будущей модели. Инженерные пластики без этого использовать не получится. Производители подбирают такую температуру подогрева стола, чтобы она соотносилась с температурой экструдера. Поэтому, чем выше первая, тем больше и вторая.

Образцы печати на 3D-принтере

Детализация печати

Два взаимосвязанных параметра, влияющих на конечный вид изделия — высота наносимого слоя и размер сопла.

Расстояние, на которое смещается рабочий стол или поднимается экструзионная головка при печати, называется высотой слоя. Производители называют стандартным диапазон от 0,1 мм до 0,3 мм при использовании сопел диаметром от 0,3 до 0,5 мм. Чем меньше высота слоя, тем выше детализация и гладкость формируемой поверхности, но и тем медленнее печатает принтер. Как говорят специалисты, для большинства типовых задач достаточно выставлять значение высоты слоя равное 1/3 или 1/2 диаметра сопла.

По умолчанию принтеры оснащаются соплом диаметром 0,4-0,6 мм. Опционально можно приобрести сменные сопла размером от 0,2 до 1,2 мм. Чем меньше диаметр его выходного отверстия, тем большей детализации изделия можно добиться. Процесс печати при этом удлиняется.

Принтеры со шнековой подачей FGF, из-за ориентации на производство крупногабаритных предметов, могут иметь сопла диаметром до 16 мм.

Скорость печати также влияет на ее качество. Слишком низкая может вызвать деформацию слоя из-за долгого нахождения сопла в пластике. Слишком высокая – не даст слоям достаточно прочно скрепиться. Любое увеличение скорости не должно идти в ущерб качеству печати. Ее стандартное значение обычно составляет 80-100 мм/с.

Компания «БИАКСПЛЕН», производящая биаксиально-ориентированные пленки (БОПП), также использует на производстве аддитивные технологии. С помощью 3D-печати здесь изготавливают крепежи для датчиков, детали градирен и вентиляторов компрессоров, переходники и соединители для электрооборудования.

«Благодаря изготовлению крыльчаток охлаждения электродвигателей мы уменьшили стоимость изделия в три раза и сократили время простоя оборудования на 3 недели. Также нам удалось сэкономить около 1,8 млн руб. при самостоятельной замене покрытия на разжимных сегментах установки продольной резки», — отметили представители компании.

Возможности 3D-технологий применяют и сервисные инженеры компании «Высокие технологии печати»: «Бывает, что для ремонта печатного оборудования требуется совсем небольшая деталь. А в комплекте запчастей такой нет. Менять узел в сборе может быть дорого или долго. На помощь в такой ситуации может прийти 3D-печать. С помощью установленного у нас FDM/FFF-принтера мы, например, изготовили держатели чипа для принтеров Epson F-серии».

«Двойная головка» и цветная печать

Принтеры могут оснащаться одним или двумя экструдерами. «Двойная головка» позволяет одновременно печатать разными материалами. Например, при создании вывесок будет полезна возможность использовать пластик двух разных цветов.

При производстве моделей с внутренними полостями или нависающими конструкциями могут потребоваться поддерживающие структуры. При послойной печати предполагается, что каждый новый слой опирается на предыдущий. В сложных изделиях есть такие зоны, где такой опоры нет. В этих местах и устанавливаются поддержки. Реализуется операция с помощью специализированных программ, идущих в комплекте с принтером.

В принтерах с одним экструдером опоры печатаются тем же материалом, что и основное изделие. Два экструдера позволяют напечатать их другим пластиком, такими как PLA или HIPS, которые впоследствии легко удаляются.

3D-принтер с двумя экструдерами

На что обратить внимание при выборе 3D-принтера

Во время эксплуатации принтер требует регулярной проверки уровня печатного стола, потому что незначительное его отклонение меняет расстояние между соплом и его поверхностью. Что, в свою очередь, вызовет деформацию изделия. Избежать этого помогает калибровка стола. В бюджетных моделях ее делают вручную. Значительно упрощает работу функция автоматической калибровки.

Вместе с аппаратами поставляется программа для подготовки 3D-модели к печати — «слайсер». С ее помощью происходит преобразование трехмерной модели в машинный код, который затем посылается на 3D-принтер.

Одни производители поставляют собственное ПО, созданное специально для их аппаратов. Другие предлагают вместе со своими принтерами универсальные программы, рассчитанные для работы с широким спектром устройств. В числе таких программ: пакеты Slic3r, Cura, Simplyfy3D, Repetier-Host, KISSLICER.

Компании используют их, дополняя подготовленными специализированными профилями оборудования. То есть производитель принтера использует программное обеспечение, созданное другой компанией, и настраивает его так, чтобы пользователю было удобно работать в этой программе с конкретным принтером.

3D-модели для нужных деталей создаются с помощью обратного инжиниринга. Этот процесс означает ряд действий: сканирование исходной, даже неработающей детали с помощью 3D-сканеров и дальнейшее ее проектирование в программах по созданию трехмерных моделей.