Час 3D-друку: Що впливає на швидкість виробництва

Час 3D-друку –  це тривалість, необхідна для створення фізичного об’єкта з цифрової моделі. Він залежить від технології друку, матеріалів, складності моделі та налаштувань принтера. Розуміння цих факторів допоможе оптимізувати процес і зробити друк ефективнішим.

Easy3DPrint: Швидкий та якісний 3D-друк

Ми, Easy3DPrint, спеціалізуємося на 3D-друці та пропонуємо повний цикл послуг –  від підготовки цифрової моделі до фінальної обробки виробу. Завдяки нашому досвіду та сучасному обладнанню ми забезпечуємо високу швидкість друку без втрати якості.

Розуміючи важливість вибору правильного обладнання, ми надаємо консультації з підбору 3D-принтера, щоб ви могли ефективно реалізовувати свої проєкти. Також ми допомагаємо з налаштуванням пристрою для оптимізації часу друку.

Для клієнтів, які не мають готової 3D-моделі, ми пропонуємо 3D-моделювання. Наші фахівці розроблять цифрову модель з урахуванням усіх вимог, що значно скоротить час виготовлення та підвищить точність друку.

З нами ваш 3D-друк буде швидким, якісним і повністю адаптованим до ваших потреб!

Що таке час 3D-друку

3D-друк це технологія створення фізичних об’єктів на основі цифрових 3D-моделей. На відміну від традиційних методів виробництва, таких як лиття або фрезерування, 3D-принтер формує виріб пошарово, накладаючи матеріал один на одного.

Час 3D-друку це проміжок часу, необхідний для повного виготовлення моделі. Він починається з нанесення першого шару й завершується після створення останнього. Тривалість друку залежить від різних факторів, таких як розмір і складність моделі, тип принтера, параметри друку та використані матеріали. Деякі деталі можуть друкуватися кілька хвилин, тоді як великі або складні моделі можуть займати кілька діб.

Чому важливо враховувати швидкість друку

Швидкість друку: один із ключових параметрів, що впливає на ефективність роботи 3D-принтера. Вона має велике значення з кількох причин:

Економія часу

У промисловому виробництві та прототипуванні важливо мінімізувати затримки, щоб отримувати готові деталі якнайшвидше.

Якість друку

Вища швидкість може призвести до появи дефектів, таких як зміщення шарів, деформації або зниження деталізації. Занадто повільний друк, навпаки, може спричинити перегрів матеріалу та нерівномірне накладання шарів.

Оптимізація виробничого процесу

Для серійного виробництва необхідно, щоб 3D-принтери працювали максимально ефективно, скорочуючи час виготовлення виробів.

Споживання електроенергії

Чим довше триває друк, тим більше електроенергії витрачається, що особливо важливо для великомасштабного виробництва.

Знос обладнання

Тривала робота на високих швидкостях може призводити до швидкого зношування компонентів принтера, що підвищує витрати на обслуговування та ремонт.

Таким чином, правильний вибір балансу між швидкістю та якістю друку дозволяє досягти найкращих результатів залежно від завдання: чи то створення прототипів, функціональних деталей або декоративних елементів.

Основні фактори, що впливають на час друку

Час друку 3D-моделі залежить від багатьох факторів, включаючи тип принтера, матеріал, складність моделі та налаштування друку. Важливо розуміти, як кожен із цих параметрів впливає на загальну швидкість друку, щоб ефективно оптимізувати процес.

Тип технології друку 3D-принтера

Вибір технології 3D-друку безпосередньо визначає швидкість створення виробу. Існує кілька основних типів 3D-принтерів, кожен із яких має свої особливості.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Ця технологія працює шляхом розплавлення пластикової нитки (філаменту) і нанесення її шарами. Вона є найпоширенішою завдяки доступності та економічності.

• Плюси: широкий вибір матеріалів (PLA, ABS, PETG, TPU, нейлон тощо), можливість друку великогабаритних моделей.
• Мінуси: висока деталізація уповільнює процес, потребує підтримок для нависаючих частин, залишає видиму шаруватість на виробах.
• Час друку: від кількох хвилин для маленьких моделей (наприклад, кільця або брелоків) до кількох годин або навіть діб для великих і деталізованих виробів.

SLA (Stereolithography)

Ця технологія використовує лазер або LCD-панель для полімеризації рідкої фотополімерної смоли. Вона забезпечує високу точність і гладку поверхню, що робить її придатною для ювелірних виробів, стоматології та точних механізмів.

• Плюси: висока деталізація, гладка поверхня без виражених шарів.
• Мінуси: висока вартість обладнання та матеріалів, потреба в післядрукарській обробці (очищення в спирті, затвердіння в UV-камері) і повільний друк через необхідність полімеризації кожного шару.
• Час друку: від 3-4 годин для дрібних об’єктів до 10-24 годин для великих деталей.

SLS (Selective Laser Sintering)

Ця технологія заснована на спіканні порошкових матеріалів (пластик, метал) за допомогою лазера. Вона відрізняється високою міцністю надрукованих деталей і підходить для промислового виробництва.

• Плюси: відсутність потреби в підтримках (порошок сам утримує форму), висока міцність деталей.
• Мінуси: висока вартість обладнання та матеріалів, необхідність ретельного контролю температур.
• Час друку: від 10 годин до кількох діб залежно від складності виробу.

Матеріал для друку

Вибір матеріалу також впливає на швидкість друку, оскільки кожен матеріал має свої особливості плавлення, полімеризації або спікання.

Популярні матеріали 

• PLA (полілактид): друкується швидко, має низьку температуру плавлення.
• ABS (акрилонітрил-бутадієн-стирол): потребує повільнішого друку та контрольованої температури.
• PETG (поліетилентерефталат-гліколь): потребує повільної екструзії для запобігання ниткам.
• TPU (термопластичний поліуретан): друкується дуже повільно через гнучкість матеріалу.

Складність моделі

Час друку сильно залежить від розміру та складності геометрії виробу.

• Розмір: чим більше модель, тим довше триває друк.
• Деталізація: складні геометричні форми друкуються повільніше.
• Нависаючі частини: потребують підтримок, що збільшує час друку.

Налаштування слайсера

Слайсер це програма, яка перетворює 3D-модель у код (G-code), що використовується 3D-принтером. 

У слайсері можна налаштувати багато параметрів, які впливають на швидкість друку.

Швидкість друку

Цей параметр визначає, як швидко друкарська головка або лазер переміщаються під час нанесення матеріалу.

• Низька швидкість (40-60 мм/с): використовується для друку дрібних деталей і складних геометрій, забезпечує високу точність.
• Середня швидкість (60-80 мм/с): баланс між якістю та швидкістю, підходить для більшості моделей.
• Висока швидкість (100-150 мм/с і більше): використовується для чернеткових прототипів, але може призвести до втрати якості друку.

Прискорення та уповільнення (acceleration & jerk settings)

Ці параметри визначають, як швидко принтер набирає або скидає швидкість при зміні напрямку руху.

• Високе прискорення (3000-5000 мм/с²): скорочує час друку, але може спричиняти вібрації та дефекти на поверхні.
• Низьке прискорення (500-1500 мм/с²): забезпечує кращу якість друку, але збільшує його тривалість.
• Jerk (ривки): впливає на різкі зміни швидкості руху екструдера. Занадто високі значення можуть спричинити втрату точності.

Ретракція (retraction)

Ретракція це відкликання філаменту всередину сопла для запобігання ниткам і патьокам між друкованими елементами.

• Занадто коротка ретракція (1-2 мм для Direct-drive, 3-6 мм для Bowden): може призводити до ниток (stringing).
• Занадто довга ретракція: може спричинити засмічення сопла.
• Швидкість ретракції: занадто низька затримує друк, занадто висока може викликати знос подаючого механізму.

Швидкість переміщення (travel speed)

Чим вища швидкість переміщення, тим менше часу витрачається на рухи принтера між друкованими областями. Оптимальне значення для FDM-друку: від 100 до 200 мм/с (залежно від принтера).

Середній час друку для моделей різних розмірів

Зазвичай всі об’єкти залежно від розміру можна умовно розділити на три категорії за тривалістю друку:

Маленькі деталі (від кількох хвилин до кількох годин)

До цієї категорії належать дрібні об’єкти, які мають невеликі розміри (до 5-10 см у довжину) та просту геометрію.

Приклади маленьких деталей:

• Ключові брелоки.
• Декоративні мініатюри.
• Запасні частини для побутової техніки.
• Дрібні механічні деталі.
• Ювелірні вироби (друк за технологією SLA).
• Фішки для настільних ігор.

Середній час друку:

• FDM (0,2 мм шар, стандартна швидкість): 15 хвилин –  2 години.
• SLA (0,05 мм шар, висока деталізація): 30 хвилин –  3 години.
• SLS (лазерне спікання порошку): 1 –  4 години.

Фактори, що впливають на час друку маленьких деталей:

• Висота шару: зменшення висоти шару (наприклад, 0,1 мм замість 0,2 мм) збільшує деталізацію, але подовжує друк.
• Швидкість друку: FDM-принтери можуть друкувати швидше, якщо модель не має дрібних елементів.
• Наявність підтримок: якщо деталь має нависаючі частини, потрібно більше часу на друк підтримок.
• Тип друку:  SLA-друк зазвичай займає більше часу, оскільки кожен шар полімеризується лазером.

Середні об’єкти (від 4 до 12 годин)

Середні моделі мають розміри від 10 до 20 см та можуть містити складніші елементи або рухомі частини.

Приклади середніх об’єктів:

• Корпуси для електроніки.
• Механічні компоненти (шестерні, кріплення).
• Дизайнерські аксесуари та елементи декору.
• Ручки, кронштейни та кріплення для меблів.
• Прототипи деталей для інженерії.
• Пластикові елементи костюмів для косплею.

Середній час друку:

• FDM (0,2 мм шар, середня швидкість): 4 –  8 годин.
• SLA (0,05 мм шар, висока деталізація): 6 –  12 годин.
• SLS (лазерне спікання): 8 –  16 годин.

Фактори, що впливають на час друку середніх об’єктів:

• Заповнення (інфіл): заповнення 20-30% дозволяє швидше друкувати, тоді як 50-100% значно подовжує процес.
• Складність моделі: якщо в моделі є внутрішні отвори, різьбові з’єднання або складні форми, це збільшить час друку.
• Матеріал: друк ABS або нейлоном може займати більше часу через потребу контролювати температуру.
• Розташування на платформі: якщо модель неправильно розміщена, може знадобитися більше підтримок, що збільшить час друку.

Великі моделі (від 12 годин і більше, іноді кілька днів)

Ця категорія включає моделі розміром від 20 см і більше, які можуть друкуватися добами або навіть тижнями.

Приклади великих моделей:

• Корпуси для дронів та робототехніки.
• Великі декоративні статуетки або погруддя.
• Повнорозмірні деталі для промисловості.
• Прототипи автомобільних або аерокосмічних компонентів.
• Частини шоломів та обладунків для косплею.

Середній час друку:

• FDM (0,2 мм шар, стандартне заповнення 20-30%): 12 –  48 годин.
• SLA (0,05 мм шар, висока деталізація): 24 –  72 години.
• SLS (лазерне спікання порошку): 24 години –  кілька діб.

Фактори, що впливають на час друку великих моделей:

• Заповнення (інфіл):  збільшення щільності заповнення робить друк довшим, але міцнішим.
• Розбиття моделі на частини: часто великі моделі друкують окремими деталями, щоб уникнути багатоденного друку.
• Товщина стінок: тонкі стінки зменшують час друку, але можуть робити модель менш міцною.
• Розташування на платформі: вертикальне розміщення великої деталі може значно подовжити друк.

Як скоротити час друку без втрати якості

Оптимізація 3D-друку дозволяє значно зменшити час виготовлення моделі, зберігаючи при цьому якість. Основними методами прискорення процесу є використання правильної висоти шару, оптимізація заповнення, вибір відповідного матеріалу, використання кількох сопел і друк на кількох принтерах. Розглянемо кожен із цих методів детальніше.

1. Вибір правильного матеріалу

Деякі матеріали друкуються швидше, ніж інші, через різні властивості плавлення, охолодження та адгезії між шарами.

• PLA: один із найшвидших матеріалів для друку, добре охолоджується та не потребує спеціальних умов.
• ABS: вимагає контрольованої температури, що уповільнює друк.
• PETG: потребує більш повільної екструзії, щоб уникнути ниток.
• TPU (гнучкий пластик):  дуже повільний у друку через еластичність.

Як вибрати матеріал для прискорення друку?

• Якщо модель не піддаватиметься значним механічним навантаженням, найкращим варіантом буде PLA через його швидкість друку.
• ABS і PETG слід використовувати тільки в разі необхідності, оскільки вони друкуються повільніше.
• Гнучкі матеріали (TPU, TPE) варто застосовувати лише там, де потрібна еластичність, адже вони друкуються найдовше.

2. Спрощення геометрії

Чим складніша модель, тим більше часу займає друк. Спрощення моделі без втрати функціональності може суттєво скоротити час друку.

• Зменшення кількості полігонів: якщо модель містить надмірну деталізацію, яка непомітна після друку, її можна оптимізувати в програмі, наприклад, Blender, Meshmixer або Fusion 360.
• Уникнення дрібних деталей: маленькі елементи потребують нижчої швидкості друку та більшої деталізації, що збільшує час виготовлення.

3. Правильне розташування моделі на платформі

Якщо модель розташована неефективно, це може призвести до надмірного використання підтримок і збільшення часу друку.

• Друк без підтримок: якщо модель можна нахилити або перевернути так, щоб підтримки не були потрібні, це значно скоротить час друку.
• Розміщення на платформі: моделі з великою основою швидше друкуються, якщо розташовані горизонтально, а не вертикально.

4. Регулювання висоти шару

Висота шару безпосередньо впливає на швидкість друку: чим товщі шари, тим швидше формується модель.

• Тонкі шари (0,1-0,15 мм): дають високу деталізацію, але друк триває довше.
• Середні шари (0,2-0,3 мм): баланс між якістю та швидкістю.
• Товсті шари (0,4-0,6 мм): значно прискорюють друк, але можуть зробити поверхню менш гладкою.

Як правильно вибрати висоту шару?

• Для функціональних деталей, де неважлива висока якість поверхні, можна використовувати товсті шари.
• Для декоративних об’єктів або деталей із дрібними елементами краще вибрати тонкі шари.
• Використання адаптивної висоти шару дозволяє друкувати гладкі поверхні швидко, а детальні частини –  з високою точністю.

Використання адаптивної висоти шару

Адаптивна висота шару це технологія, яка дозволяє змінювати висоту шару залежно від форми моделі, що значно покращує якість друку без суттєвого збільшення часу.

Як працює адаптивна висота шару?

• У гладких областях (де немає різких змін рельєфу) використовуються вищі шари (0,3-0,4 мм), що прискорює друк.
• У деталізованих зонах висота шару зменшується до 0,1-0,2 мм, що підвищує точність друку.

Як активувати адаптивну висоту шару?

Більшість популярних слайсерів підтримують цю функцію:

• Cura: Adaptive Layers (налаштовується у вкладці “Experimental”).
• PrusaSlicer: Adaptive Layer Height.
• Simplify3D: Variable Settings Wizard.

Завдяки правильному налаштуванню слайсера можна скоротити час друку на 30-50%, не втрачаючи якості виробу.

5. Оптимізація заповнення (infill)

Заповнення всередині моделі має великий вплив на швидкість друку та міцність виробу.

• Низьке заповнення (10-20%): підходить для декоративних виробів, значно зменшує час друку.
• Середнє заповнення (30-50%): оптимальне для більшості функціональних деталей.
• Високе заповнення (70-100%): використовується лише для деталей, що повинні бути максимально міцними.

Якщо модель містить невидимі внутрішні деталі або незначні виступи, які не потрібні, їх слід видалити перед друком.

Як оптимізувати заповнення для скорочення часу друку

• Використання нестандартних візерунків заповнення, наприклад Gyroid або Lightning, може зменшити витрати матеріалу та час друку.
• Друк із меншою кількістю периметрів (стінок) також дозволяє скоротити час виготовлення, якщо модель не потребує високої міцності.
• Використання адаптивного заповнення –  слайсери, такі як Cura або PrusaSlicer, можуть змінювати щільність заповнення залежно від зони моделі, що економить матеріал і час.

6. Використання кількох сопел (Multi-Nozzle Printing)

Деякі 3D-принтери підтримують друк із кількома соплами, що дозволяє скоротити час виготовлення моделей.

Як це працює?

• Один сопло може друкувати периметри, а інше –  заповнення, що дозволяє використовувати різні налаштування швидкості для кожної частини моделі.
• Можливість друку різними матеріалами одночасно, наприклад, одна голівка друкує основний матеріал, а інша –  підтримки, які можна легко видалити.
• Використання сопла більшого діаметра (0,6-1,0 мм) для швидкого друку підтримок і внутрішніх частин моделі.

Переваги використання кількох сопел:

• Дозволяє друкувати підтримки з легкорозчинного матеріалу (PVA, HIPS), що скорочує час обробки після друку.
• Зменшує загальний час друку за рахунок паралельної роботи двох екструдерів.
• Підвищує ефективність друку складних моделей, де необхідно комбінувати різні матеріали.

7. Паралельний друк на кількох принтерах

Для прискорення виробництва можна використовувати декілька 3D-принтерів одночасно. Це особливо актуально для масового виготовлення однакових деталей або великих замовлень.

Як ефективно організувати паралельний друк?

• Використовувати ідентичні принтери, щоб забезпечити однакову якість деталей.
• Налаштувати G-code для кожного принтера окремо, щоб уникнути помилок.
• Організувати ефективну подачу філаменту, щоб уникнути простоїв через нестачу матеріалу.

Переваги паралельного друку:

• Скорочення часу виробництва:  якщо одна модель друкується 10 годин, на 5 принтерах її можна виготовити за той самий час у 5 примірниках.
• Зменшення ризику відмови: у разі помилки на одному принтері інші пристрої продовжують працювати.
• Можливість одночасного тестування різних налаштувань: можна налаштувати різні параметри друку на кожному принтері для визначення найоптимальніших умов.

Висновок

Час 3D-друку може варіюватися від кількох хвилин до кількох днів залежно від технології, матеріалу та складності моделі. FDM-друк зазвичай швидший, тоді як SLA та SLS забезпечують кращу деталізацію, але займають більше часу.

Оптимізація параметрів, таких як висота шару, заповнення та швидкість друку, допомагає скоротити час виготовлення без втрати якості. Також можна використовувати кілька принтерів одночасно або обирати швидкодрукуючі матеріали для підвищення ефективності виробництва.

Поширені запитання