[МУЗЫКА] [МУЗЫКА] Сейчас мы находимся в одном из центров прототипирования Санкт-Петербурга, партнере Института передовых производственных технологий. В этом центре установлены несколько профессиональных 3D-принтеров, которые печатают из полиамида, из АБС-пластика. Сейчас перед нами принтер EOS Formiga — принтер, который печатает полиамидом. Напомню, что он работает по технологии селективного лазерного сплавления. Он производит превосходные образцы, визуальные макеты, а также опытные образцы из конструкционного материала. Сейчас директор центра Андрей расскажет нам о том, как устроен принтер, какие операции производятся при подготовке к печати и как, собственно, модели отправляются на печать. >> Добрый день! Прежде всего, хочется отметить, что Formiga P100 — это самая компактная машина в своем классе. Вся линейка машин EOS и 3D Systems имеет более крупные размеры. Эта машина имеет самую маленькую камеру, но при этом обеспечивает самую высокую детализацию, поэтому она востребована в области макетирования и высокоточного прототипирования мелких деталей. Давайте просто визуально осмотрим машину. Так как эта машина использует мощные CO2-лазеры, на первом месте всегда стоит безопасность, и просто так заглянуть мы туда не можем. Есть система защиты открывания дверей. После разблокировки дверей отключается цепь питания лазера, и теперь мы можем уже безопасно вскрыть машину. Собственно, вот так она выглядит внутри. Что хочется отметить? Пару слов о компоновке машины. Сверху мы видим окно лазера. Там стоит F-theta линза и развертка Scanlab, которая проецирует изображение, то есть сечение, на плоскость построения. Лазер располагается вот здесь вертикально, и через систему зеркал, собственно, луч направляется в зону построения. В Formiga P100 очень оригинальная система подачи порошка. Сверху находится бункер с новым порошком, здесь идет рукав с подачей порошка, и специальный рекоутер, который представляет собой планку, которая движется на вращающейся оси, наносит порошок на слой. В машинах EOS используются сменные баки. То есть вот это камера построения принтера. В ней есть двигающееся дно, и, собственно, путем опускания платформы из верхнего положения машина наносит все новые и новые слои, происходит спекание. Но это сейчас мы подробно покажем, просто хотелось показать ее открытой, без камеры. То есть линза, нож нанесения порошка, лоток, из которого происходит подача порошка. Второй лоток — это лоток просто возврата порошка на второй слой, на обратный ход рекоутера. Вот это — разъем, сюда подключается верхний нагревательный элемент, а вот это вот, собственно, система опускания оси Z. Сейчас мы это все увидим, засунув бак и, собственно, поставив машину на прогрев, готовим ее к печати. >> Андрей, давай тогда установим все необходимые части в машину и уже запустим ее на прогрев. А потом в программном обеспечении установим деталь, которую будем печатать. >> Хорошо. Запуск любой печати осуществляется в первую очередь с чистки машины, проверки всех ее узлов на готовность к новой работе. Всю пыль в нижней камере необходимо удалить, чистится нож рекоутера — это специальная планка алюминиевая с тефлоновым покрытием, которая, собственно, наносит слой. Это мы должен сейчас будем протереть со специальным раствором и удалить прилипший полиамид. Также мы должны обязательно проверить окно лазера и вот эти отвесы, через которые осуществляется подача в камеру азота. Наверное, надо отметить, что, так как спекание происходит при повышенной температуре, и это все-таки термический процесс, для того чтобы порошок не окислялся и, не дай бог, не загорелся, в камере поддерживается инертная атмосфера. То есть в машине стоит генератор азота, который камеру заполняет, собственно, азотной атмосферой, содержание кислорода — менее 1 % в процессе печати в атмосфере принтера. >> Так, давай тогда все это сейчас почистим. >> И потом уже мы покажем, как это запускается. Итак, это нож рекоутера, то есть планка, которая наносит порошок в камере. Собственно, основная задача — очистить рабочую поверхность от прилипшего полиамида. Видим, что она уже пострадала, была пару раз подожжена лазером, потому что при сбое печати она оказалась в зоне построения, и машина проецировала сечение детали непосредственно на планку. Но рабочая поверхность не пострадала, поэтому мы еще ее можем использовать. Но у нас всегда есть запасная на случай фатального повреждения машиной. Собственно, для мытья используем два раствора, первый — моющий от компании EOS, вот химическая формула, вы можете для себя ее взять, дальше смываем моющее средство дистиллированной водой и после моем медицинским спиртом, протираем. Моющее средство способствует отслоению припекшегося полиамида от тефлонового покрытия ножа. Материал легко отслаивается и может быть механически удален салфеткой, в ряде случаев пластиковым шпателем. Для мытья, очистки ответственных узлов машины используем беспылевые салфетки. Хотя это немного странно, потому что машина наполнена пылью, мелкодисперсным порошком, но тем не менее кажущаяся странность: оптическая часть системы должна быть без пыли, абсолютно чистой. Для того чтобы пыль не попадала в машину, принимаются специальные меры, в частности, окно лазера продувается азотом. То есть возникает воздушная подушка, препятствующая осаждению пыли на стекле оптической системы. Собственно, нож готов, теперь мы его можем установить в машину. [ЗВУК] [ЗВУК] Итак, мы почистили сменный бак, который является камерой [НЕРАЗБОРЧИВО] фильтра. Проверили, что на поверхности у нас нет ничего инородного, то есть платформа может спокойно скользить вдоль стенок камеры, и устанавливаем его в машину. Установили его на дверь, повесили на специальный кронштейн и закрыли, закрыли дверь. Теперь, собственно, поднимаем бак и платформу в рабочее положение. Теперь мы должны проследить, что бак встал ровно. Все, машина его подняла и зафиксировала. Теперь поехала вверх платформа. >> Андрей, скажи пожалуйста, вот мы установили бак в область печати. Требуется ли еще что-то установить, или теперь принтер готов к работе? >> Разумеется, во-первых, мы помыли и установили нож, во-вторых, мы должны установить верхний нагревательный элемент, проверить наличие порошка и в принципе посмотреть, как все у нас встало. Для предотвращения каких-то повреждений, если что-то пошло не так, у нас всегда под рукой аварийная кнопка остановки. Собственно, теперь мы видим установленный бак, платформа поднялась. Вот дно бака оказалось на уровне стола принтера. Вот сюда будет наноситься порошок [НЕРАЗБОРЧИВО]. Теперь мы устанавливаем нож. Нож устанавливается не жестко к рекоутеру, который его возит, а на довольно гибкой, эластичной тяге, для того чтобы в случае какого-то, появления какого-то инородного тела тут ничего не погнуло, а планка была легко выбита, и, собственно, не была повреждена механика машины. Теперь нам потребуется установить верхний нагревательный элемент. Давайте посмотрим, что он из себя представляет. Собственно, вот это — сам нагревательный элемент. Это графитовая подложка, через которую течет ток, и она испускает инфракрасные волны, тем самым нагревает поверхность порошка, то есть тот слой, который машина будет впекать. Здесь используются две секции: вот этот участок и вот этот. В Formiga P100 они запараллелены, а в 110-й машине они могут управляться независимо. Тем самым мы можем менять степень нагрева передней части камеры и задней для более точной настройки равномерности поля температур в зоне построения. Берем [НЕРАЗБОРЧИВО] и аккуратно, внимательно сдвигаем на его место крепления. Вот этот разъем накидываем и накидываем фиксирующую скобку. Теперь машина укомплектована. Можем начать нанесение порошка. Тут есть специальный режим, он десять слоев наносит автоматом. >> Можно посмотреть в окно. >> Сначала рекоутер поехал в крайнее положение, чтобы найти концевик, поэтому он ехал медленно. Потом машина нашла положение рекоутера и уже довольно быстро наносит порошок. [ЗВУК] [ЗВУК] Вот этот звук — это работа вибромотора. Он способствует просыпанию порошка в лоток подачи. Потому что за счет статики или за счет того, что порошок слежался, он может не просы́паться. >> Обязательно контролировать? >> Да, то есть должна быть просто подложка, и всё. Итак, мы визуально убедились, что подложка нанесена. Теперь машину можно включить на прогрев. >> Андрей, расскажи, пожалуйста, а для чего нужен прогрев и как долго этот прогрев проходит: это десять минут, пять минут или секунды, или все-таки больше часа? >> Так, во-первых, спекание осуществляется при температуре... Температура плавления порошка 182 градуса, а температура рабочей поверхности порошка, нанесенная, составляет 173 градуса. То есть CO2-лазер всего лишь догревает уже горячий порошок до температуры выше температуры плавления, и за счет этого он слипается. В процессе печати температура в камере составляет 173 градуса. Для того чтобы выйти на эту температуру и обеспечить равномерное поле температуры в камере, машина достаточно долго греется. Более того, в данной машине есть специальный автоматический режим выхода на рабочую температуру. Запускается он простым нажатием кнопки (подтверждение), мы ее нажали, а выход на температуру осуществляется достаточно длительно. Мы видим, 82 минуты потребуется машине для того, чтобы выйти на рабочую температуру. В процессе прогрева машина изредка отпускает платформу на одну десятую и наносит новый слой. Это нужно для того, чтобы порошок, который прогревается нагревательным элементом, не образовал корки и не расплавился. Она периодически перемешивает и накидывает новый слой. >> Верно ли, что сейчас мы просто ждем эти 82 минуты и за это время мы можем подготовить модели для печати, то есть заполнить камеру и потом отправить ее на печать? >> Да, все верно. Как раз у нас сейчас есть время 1,5 часа, для того чтобы скомпоновать работу либо выбрать имеющуюся из списка загруженных задач. [ЗВУК] Ну мы скомпонуем и как раз потом покажем, как принтер уже начнет печатать. Компоновка работы для принтера осуществляется в программе MAGIX. Отличительной особенностью компании EOS является то, что вместе с оборудованием они сразу поставляют лицензию данной программы, поэтому вам не приходится выбирать, чтобы и компоновать, у вас уже есть один из самых лучших пакетов для подготовки файлов в печать. Компоновка может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Для автоматической расстановки существуют специальные плагины. Сейчас мы видим импортированные детали, которые мы заранее импортировали в проект, для того чтобы разместить в печать. Как видим, тут много абсолютно разнородных деталей, и отличительной особенностью SLS-печати является то, что они могут быть все расположены в объеме и быть выращены за один запуск. Компоновка может осуществляться как в ручном режиме (каждую деталь мы должны двигать и располагать в камере, вот этот объем — это, собственно, и является камерой нашей машины) либо в автоматическом режиме, для этого существуют специальные плагины. [ЗВУК] [ЗВУК] Сейчас машина автоматом закидывает детали в зону построения, а после начнет процесс оптимизации высоты. Оптимизация высоты чрезвычайно важна, потому что в высоте у вас содержатся напрямую затраты на печать. Так как порошок мешается один к одному, получается, что 50 % порошка из камеры мы должны выкинуть, и на новый запуск, соответственно, мы должны 50 % добавить нового порошка. Процесс завершился, потому что у нас попала деталь, которая занимает как раз высоту построения. Также тут есть такая возможность отследить параметры нашей компоновки. То есть здесь мы видим, что вот это плотность заполнения деталей. 4,25 % — это плотность заполнения высоты печати деталями. [ЗВУК] >> Какие еще следующие шаги нужно предпринять, чтобы уже отправить эти детали на печать? >> В первую очередь надо увидеть, что здесь есть пустоты, и в эту область неплохо было бы что-то доложить. Если у нас таких деталей не имеется, тогда мы можем отправить на печать как есть. >> Хорошо, давай тогда уже отдельно сейчас подготовим полностью всю камеру и запустим на печать. >> Итак, мы собрали печать на [НЕРАЗБОРЧИВО] деталей. Итого, у нас в камере расположено 395 деталей, которые мы можем вырастить за один запуск. [ЗВУК] Собственно, наиболее быстрый путь — это объединить детали в одну Mega STL'ку и уже отправить в программное обеспечение принтера. Мы объединили все STL, находящиеся в проекте, в один файл, для того чтобы легко порезать одну STL'ку на слои и отправить в машину. В противном случае мы каждую STL должны слайсером порезать на слои, создать SLI-файл, и потом уже SLI-файл отправить в программу, которая отправит это в машину. Это в ряде случаев нужно для того, чтобы к каждой отдельной детали была возможность применить отдельные настройки. Например, можно поменять мощность лазера, еще какие-то параметры построения отдельно для деталей. Но если у нас все детали строятся на стандартном режиме, который отлажен, намного проще и удобнее это отправить в виде одной STL-модели. Для того чтобы STL-файл преобразовать в понятный для машины код, необходимо, во-первых, его порезать на слои. Для этого существует специальная программа [НЕРАЗБОРЧИВО], которая послойно из STL-файла получает SLI-файл, то есть файл, разбитый на слои. Сейчас происходит преобразование STL-файла в SLI-файл, то есть в файл слоев. Здесь принтер преобразует из 3D-полигональной модели файл с шагом 0,1 мм тех сечений, которые он будет спекать. Но пока это всего лишь сечение деталей. Пока здесь нет ни траектории движения лазера, ничего. Но на этом этапе происходит поиск ошибок геометрии и их частичное устранение. В частности, в этом окошке мы видим количество ошибок геометрии, которое было найдено в наших 395 файлах. И вторую программу, которая, собственно, уже файл слоев превратит в управляющий код для машины. Для этого мы запускаем вторую программу. Сейчас. И импортируем детали, только детали — это уже файлы слоев. Выбираем проект сегодняшний. Это у нас одна деталь, потому что мы один STL-файл превратили в один файл слоев. Так. И теперь мы можем послойно посмотреть, что у нас загружено. Во-первых, это всегда полезно делать, чтобы проверить, ту ли работу мы запустили, во-вторых, для определенных деталей можно внимательно посмотреть, что у нас будет происходить, как она будет скитаться. Можем включить отображение проходов лазера. Здесь мы видим красную нить, это граница детали, синяя линия — это контурный проход лазера. Зеленые вот эти штришочки — это внутренняя закраска. >> Есть ли в этой загрузке какие-то тонкие стенки, где вот интересно посмотреть эти границы? >> Ну, вот, в частности, деталь макета башни, которую мы видели. Что здесь есть? Мы можем видеть, это сечение очень тонкого элемента башни. Красное — это контур детали внешний и внутренний, а синий и фиолетовый — это, собственно, проходы лазера. И что мы видим? Деталь оказывается тоньше, чем диаметр пятна луча лазера. >> Какой это размер этой детали, Андрей? Если взять этот условный квадрат? Одна сторона квадрата — это сколько миллиметров? >> Ну сейчас так сложно здесь померить. Я могу сказать, что толщина вот этой стенки-перемычки примерно от 0.4 мм. >> Понятно. >> Поэтому это уже меньше, чем диаметр пятна луча лазера, но машина понимает, что здесь деталь, и ее лучше построить чуть толще, но построить, чем получить дыру. Соответственно, что мы здесь видим? Мы видим красный, это контур детали, а вот эти линии — это то, как будет двигаться луч. Синий цвет — это контурный проход лазера, фиолетовый — это специальные параметры, это один проход, штришок делает машина на, может быть, уменьшенной мощности луча, чтобы пропечь слой. А вот здесь у нас получился толстый сердечник, поэтому помимо контурного прохода машина делает и внутреннюю закраску. Нажав стрелочку вверх, мы можем передвинуться на слой выше и увидеть, что на следующем слое машина внутреннюю закраску поменяла направление движение луча, если она на одном слое красит вдоль оси x, то на следующем — поперек, вдоль оси y. Так мы можем послойно отследить деталь. >> Каковы следующие шаги до нашего желанного запуска? >> Ну, в зависимости от того, из какого материала мы хотим строить. Если мы все делаем на стандартном материале и его не меняем, то, по сути, нам нужно сохранить проект работы, например, сегодняшним числом. И отправить это в машину. >> Давай так и сделаем. >> Если же нам необходимо поменять материалы и прочее, то мы должны выбрать профиль материала, отсюда изменятся коэффициенты теплового расширения, которые будут применены к моделям в процессе построения. Сейчас у нас используется материал PA 2200. Это его коэффициенты теплового расширения по оси x, y и по оси z. По оси z, хочу обратить внимание, что коэффициент теплового расширения непостоянный, а меняется от высоты печати. Это связано с тем, что на нижних слоях печати при опускании платформы вниз давит больший объем рожка сверху. Также здесь есть beam offset, это как раз параметр, характеризующий наш рабочий инструмент, то есть рабочее пятно луча лазера, и также здесь есть установки по умолчанию температур. Но вот эти температуры носят справочный характер, потому что они определяются... уже устанавливаются в принтере. А, собственно, коэффициент теплового расширения, то есть насколько больше деталь будет строиться в камере, чем ее реальные размеры, и отступы, то есть офсеты для лазера, это вот внедряется на данном этапе. >> Андрей, а объясни, пожалуйста, по поводу beam offset. То есть если мы хотим печатать какую-то ажурную деталь, например, условно, Эйфелеву башню, или, как в данной модели, мы печатали тонкие стенки. Что означает этот beam offset? >> Beam offset определяет радиус нашего пятна луча лазера. Это можно просто посмотреть практически на конкретных деталях. Он определяет размер отступа. Вот это граница детали, общую площадь сделаем. Красная линия — это граница детали, это стенка тонкая. Синяя — это центр пятна луча лазера. >> Понятно. >> Луч лазера представляет собой вот такое пятно. Соответственно, зона плавления не представляет собой идеальную математическую точку, а какая-то область. Офсет определяет отступ от стенки внутрь детали, где проходит контурный проход луча лазера. >> То есть если офсет — это 0.27, это означает, что диаметр — это 0.54. >> Да, все верно, и это означает, что машина отступит на 0.27 от стенки детали и там прокрасит контурный проход. >> Все понятно. >> Так, нажали кнопку «Отправить работу в печать», и программа начинает послойно отправлять файлы в машину. В процессе окраски она и рассчитывает траекторию движения луча лазера, поэтому процесс отправки небыстрый. Но отличительной особенностью программы является то, что мы можем выбрать работу до того, как она полностью отправилась, была просчитана, и уже запустить в печать, хотя траектории верхних слоев последних будут еще считаться. Здесь видно, что мы сейчас находимся на 11-м миллиметре печати. Теперь мы переходим к машине и выбираем нашу работу в меню работ. Собственно, вот появилась наша работа. Мы ее выбираем и переходим в меню печати. И зайдем сюда. Вот мы видим высоту работы, и белая полоска — это та часть работы, которая у нас погрузилась. То есть вот эти слои мы можем посмотреть уже. Убедиться, что это именно та работа, которую мы отправляем. И, собственно, нажав кнопку play, мы можем начать процесс печати. Ну, процесс начнется, только когда машина выйдет на рабочую температуру. >> Андрей, скажи пожалуйста, вот эта машина 3D Systems ProX 500. Чем она принципиально отличается от машин EOS? >> Ну она отличается не принципиально, но некоторыми техническими решениями, в частности, по-другому скомпонована оптическая система, использованы другие нагревательные элементы. Если там у нас графитовая проводящая подложка, то здесь это инфракрасные лампы, причем восемь штук, которые могут независимо менять свою мощность, тем самым, так как здесь больше зона построения, мы можем более точно отстроить прогрев каждой из зон печати, то есть независимо можем повысить мощность этой лампы и прогреть тумблер, если тут окажется больше теплоход. И ключевой, опять же, отличительной особенностью 3D Systems является вот этот патентованный роллер, то есть использована другая система нанесения порошка. Здесь противовращающийся валик. Преимуществом его является то, что он может разравнивать более плохой материал, скажем так, более старый, либо в случае каких-то нарушений этих процессов он какие-то поврежденные детали может вытолкать и тем не менее раскатать слой и продолжить печать. То есть вероятность получить запор целиком печати из одной детали в машине 3D Systems значительно ниже. >> Понятно. А тебе самому на каких машинах больше нравится печатать, на 3D Systems или на EOS? >> Мне больше нравятся машины EOS, хотя они находятся в несколько разных весовых категориях, но машина EOS обеспечивает более высокое качество фокусировки луча, поэтому поверхность и точность деталей выше. Плюс машина EOS имеет, на мой взгляд, более удобное программное обеспечение. Оно, вот мы видели, состоит из нескольких программных блоков, независимых программ, но зато оно позволяет работать с более тяжелыми файлами. И мы в машину можем нагрузить значительно больше проблемных изделий, чем в машину 3D Systems. В компании 3D Systems по-другому реализовали прогрев машины, то есть в отличие от EOS, где это полностью автоматизированный процесс и сделана отдельная кнопка меню, здесь есть возможность ручного прогрева, причем независимо как верхнего нагревательного элемента, так и всех частей машины: это бака, поршня, системы подачи порошка, это все можно прогреть до рабочей температуры вручную. Обычно мы используем ручной предпрогрев машины, потому что в стандартном цикле печати это происходит очень быстро, warm-up stage, поэтому мы заранее прогреваем машину, чтобы она уже стартовала с устоявшейся температурой. За счет этого детали в нижних слоях окажутся ровнее. Мы получаем более высокое качество печати. Ну и как раз верхние нагревательные лампы хорошо видны, потому что они имеют оптическую составляющую. >> Сейчас мы находимся в другом помещении и здесь стоит уже другой профессиональный принтер, Stratasys Fortus 360mc. Это также FDM-принтер, и он работает по той же технологии, как мы видели в другой лаборатории, стояли пять компактных маленьких экструзионных 3D-принтеров. Здесь также двухэкструдерная печать. Какие есть отличия? Во-первых, камера. Вы видите, какой большой размер. Второе. Камера термостатированная. Это означает, что в ней поддерживается температура и можно изготавливать детали сложной формы. Вот пример такой детали. Эта деталь была напечатана с поддержками, после этого поддержки были удалены. Они являются растворимыми. Специально показываем сложные детали, а также другую крупную деталь, элемент бардачка каркаса панели приборов. Посмотрите, какая большая деталь напечатана ровно. В отличие от обычных и компактных 3D-принтеров, которые не могут напечатать такую деталь ровно, здесь уже это возможно. Самое частое применение таких принтеров — это печать корпусов. Если мы закрываем и смотрим вниз, мы видим, в устройстве стоят две катушки. Катушка с основным материалом и катушка со вспомогательным материалом. И другие элементы. Подчеркну, что этот принтер работает по технологии экструзионной печати, но благодаря вот этим улучшениям, о которых я говорил, он позволяет делать более сложные детали, чем обычные компактные 3D-принтеры. [МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
