Как печатать модели, которые больше рабочей области вашего 3D-принтера

У вас пока нет крупноформатного 3D-принтера? Не спешите ограничивать свои проекты размером столика компактного десктопного устройства. Помните: такие сложные сборки, как смартфон или даже дорожный мост, состоят из множества отдельных деталей. Этот же принцип отлично работает в 3D-печати: чтобы создать большой объект, просто разделите модель на части, напечатайте их по отдельности, а затем соберите воедино.

Разделение модели — это не только способ обойти ограничения принтера, но и возможность получить результат высочайшего качества, даже если деталь целиком помещается на платформу. Например, когда:

• Несколько или противоположные поверхности должны быть идеальными, без следов поддержек.

• В модели есть сложные свесы.

• Конструкция содержит полости, в которых во время печати может застрять смола.

Печать по частям открывает и новые возможности: создание сборок из разных материалов или комбинация жестких и гибких деталей для имитации литья под давлением.

Для сборки потребуется склеить части. Выбор метода склеивания зависит от конечной цели использования модели и требуемой прочности соединений:

• Химическое скрепление: Используйте клей для художественных работ, масштабных моделей и сложных форм, которые не предназначены для функционального использования и ударных нагрузок.

• Механическое скрепление: Добавьте резьбовые отверстия или карманы для функциональных инженерных деталей, которые требуют надежного механического соединения или многократной сборки/разборки.

В этом руководстве мы сосредоточимся на создании крупных моделей, напечатанных на стереолитографическом (SLA) принтере, с последующим химическим скреплением. Читайте дальше, и мы шаг за шагом разберем весь процесс — от разделения модели до постобработки и финишной отделки.

 

---

Шаг 1: Разделение модели

Есть два рекомендуемых метода разделения моделей:

1. Добавление элементов совмещения (aligners) — специальных конструктивных features, которые помогут деталям идеально состыковаться.

2. Прямые разрезы — простые прямые разрезы, которые потребуют от вас ручного выравнивания деталей во время склейки.

Независимо от метода, если частей много, добавьте на каждую уникальный идентификатор (буквы или цифры), чтобы не запутаться при сборке. В программе PreForm для подготовки к печати есть удобный инструмент для добавления рельефного текста.

Метод 1: Добавление элементов совмещения
В вашем любимом CAD-редакторе разделите модель и добавьте элементы для совмещения: пазы, штыри, выступы, углубления или более сложные конструкции типа «ласточкиного хвоста», следующие за естественными линиями модели.

Добавление элементов совмещения упрощает сборку деталей.

В идеальном мире такие элементы значительно упрощают сборку. Но если детали напечатаны с небольшими отклонениями или деформациями, они могут не совпасть идеально. Поэтому этот метод лучше использовать только с принтерами, обеспечивающими высокую точность и минимальную деформацию. Например, Form 4 от Formlabs обеспечивает точность ±0.15% по осям XY, поэтому даже сложные сборки без проблем стыкуются.

Метод 2: Прямые разрезы
Разделение модели прямыми линиями требует меньше работы с дизайном. Этот метод более прощает небольшую деформацию или вариативность размеров, характерную для менее точных принтеров.

Добавление идентификаторов на каждую деталь поможет собрать «пазл».

Недостаток в том, что сборка может занять больше времени, так как вам придется вручную выравнивать каждую деталь и фиксировать ее в правильном положении до полного застывания клея.

---

Шаг 2: Печать модели

По умолчанию SLA-печать создает полностью плотные детали. Но для крупных объектов это не всегда необходимо. Отличный способ сэкономить материал и время — печать только внешней оболочки или создание полой модели. Печатая полые модели на SLA-принтере, не забудьте добавить дренажные отверстия, чтобы излишки жидкой смолы могли вытечь.

Создание полой модели экономит время и материал, так как принтер печатает только оболочку.

В SLA-принтерах Formlabs программа PreForm имеет встроенные инструменты для создания полостей и дренажных отверстий. Также для этого можно использовать CAD-софт, например Meshmixer (подробнее в нашем руководстве по созданию полых моделей).

 

---

Шаг 3: Склеивание деталей

Когда детали напечатаны и прошли постобработку в соответствии с рекомендациями для материала, можно приступать к склейке. Мы рекомендуем три метода в зависимости от размера деталей и их назначения.

Метод	Область применения	Можно красить	Прочность на удар
Эпоксидка (5-30 мин)	Большая	Да	Средняя
Цианоакрилат (Суперклей)	Малая/Средняя	Да	Низкая
Смола	Малая	Да	Низкая

• Для самых больших деталей и максимальной прочности используйте 5-30 минутную эпоксидную смолу. У нее длительное время работы, что помогает выровнять положение крупных деталей, но делает процесс сборки медленнее. Большинство пятиминутных эпоксидных смол схватываются за ~5 минут и набирают ~75% прочности менее чем за час.

Для больших деталей и самого прочного склеивания мы рекомендуем эпоксидную смолу.

• Для небольших и средних деталей идеален цианоакрилат (СА, «суперклей»). Он создает быструю и достаточно прочную связь. Перед нанесением тщательно очистите поверхности — СА плохо склеивает загрязненные поверхности. Он обладает умеренной ударной прочностью и не рекомендуется для высоконагруженных деталей.

• Для небольших моделей можно использовать жидкую смолу от вашего SLA-принтера. Нанесите немного смолы на место склейки с помощью пипетки или шприца, соедините детали и удалите излишки. Чтобы смола затвердела и соединила части, направьте на место склейки УФ-фонарик (5 мВт, длина волны 405 нм).

Этот метод создает химическую связь, идентичную печати, но пригоден только для небольших площадей, так как маломощный свет не может проникнуть глубоко для создания прочного соединения.

Важно: При работе со смолами используйте СИЗ: защитные очки и перчатки.

---

Шаг 4: Постобработка и финишная отделка

После сборки модель нужно довести до идеала. Этот этап включает геометрическую коррекцию (выравнивание поверхности) и эстетическую отделку (покраску).

Геометрическая коррекция: шпатлевка и шлифовка

Скорее всего, в местах стыков будут небольшие щели или неровности. Чтобы их заполнить, используйте:

• Автомобильную шпатлевку (например, Bondo 907). Она хорошо прилипает к смоле. Наносите тонкими слоями.

• Смолу. Заполните швы смолой и отвердите УФ-фонариком.

После высыхания каждого слоя слегка шлифуйте поверхность.

Шпатлевка (красная область) поможет скрыть мелкие дефекты в местах стыка.

Шлифовка удалит следы от поддержек и выровняет поверхность.

1. Начните с сухой шлифовки наждачкой с зернистостью ~150, чтобы удалить крупные следы поддержек и выровнять стыки.

2. Затем перейдите на мокрую шлифовку (~320 grit), чтобы убрать линии слоев. Двигайте наждачку хаотично, чтобы не создавать зернистость.

3. Для еще более гладкой поверхности продолжайте шлифовку, постепенно увеличивая grit (например, 600, 1000).

Для больших деталей можно комбинировать ручную и механическую шлифовку. Но будьте осторожны: электроинструмент может легко повредить мелкие детали и требует использования СИЗ.

После шлифовки промойте модель в мыльной воде, чтобы удалить пыль, и тщательно высушите.

Эстетическая отделка: грунтовка, маскирование и покраска

• Грунтовка улучшает сцепление краски и помогает увидеть оставшиеся дефекты. Матовый серый грунт для пластика отлично показывает все неровности. Наносите несколько тонких слоев, шлифуйте проблемные зоны и повторяйте процесс, пока поверхность не станет идеально ровной.

Серый грунт отлично проявляет детали и показывает области, которые нужно дополнительно отшлифовать.

• Для покраски в несколько цветов потребуется маскирование.

  1. Спланируйте порядок нанесения цветов.

  2. Начните с цветов на небольших участках, чтобы потом меньше заклеивать при покраске основного цвета.

  3. Используйте малярный скотч для четких границ и бумагу для больших областей. Для сложных форм помогут трафареты.

• 

• Покраска: Наносите несколько тонких слоев краски вместо одного толстого. Следуйте рекомендациям производителя по условиям (температура, влажность). Давайте каждому слою полностью высохнуть перед нанесением следующего цвета или снятием маскировочной ленты.

Область, закрытая малярным скотчем, осталась серебряной после его удаления.

 

Эта готовая реплика R2-D2 состоит из 105 напечатанных на SLA-принтере Formlabs деталей. Внутри даже работающая электроника на базе компонентов Form 2!