Wielki test porównawczy drukarek 3D

Technologia druku 3D ciągle się rozwija, a nowa technika stereolitografii przynosi skok jakościowy. Kiedy chodzi o trójwymiarowy druk, sukces i niepowodzenie dzieli cienka linia. Nawet po długich przygotowaniach wydruk może się nie udać, jeśli choć w jednym miejscu coś pójdzie nie tak. Gdy model zawiera drobne detale, nawet bezbłędny druk nie gwarantuje zadowalającej jakości ich odwzorowania.

Chcąc skorzystać z tej technologii, trzeba zdawać sobie sprawę z dwóch rzeczy. Po pierwsze drukowanie wciąż nie przebiega intuicyjnie, więc żeby zawsze uzyskiwać akceptowalną jakość, potrzeba sporego doświadczenia. Po drugie najlepiej wybrać drukarkę, która nie będzie rzucała nam zbyt wielu kłód pod nogi. Producenci stale ulepszają swoje modele, czego dowodzą wyniki testu.

Ergonomia i funkcje

Sposób działania wszystkich drukarek jest podobny. Na początku wczytujemy do programu sterującego model 3D, który przygotowaliśmy samodzielnie albo pobraliśmy z Internetu. Następnie ustawiamy model na wirtualnym blacie roboczym i ustalamy takie parametry, jak prędkość głowicy czy temperatura ekstrudera i płyty grzejnej. Oprogramowanie bardziej dojrzałych drukarek Ultimaker i MakerBot zawiera schematy ustawień, które w połączeniu z oryginalnymi materiałami eksploatacyjnymi (filamentami) pozwalają łatwo uzyskać oczekiwaną jakość. Używając tańszej drukarki czy nieoryginalnych filamentów, najczęściej trzeba eksperymentować.

Wszystkie drukarki łączą się z komputerem przez kabel USB, ale większość z nich może pobierać instrukcje również z karty SD.

To istotne, kiedy wydruk modelu ma zająć dużo czasu albo gdy używamy tworzywa ABS o drażniącym zapachu. W takiej sytuacji docenimy możliwość ustawienia drukarki w innympomieszczeniu. Ciekawe rozwiązanie zastosowano w modelu MakerBot: można połączyć go z siecią (W)LAN i dzięki wbudowanej kamerce zdalnie kontrolować postęp druku w appie do smartfonu.

Szybkość i pobór mocy

Drukowanie w 3D wymaga cierpliwości. Przygotowanie najmniejszej bryły testowej, sześcianu o krawędziach długości dwóch centymetrów, zajęło testowanym urządzeniom od 24 do 45 minut (sam czas drukowania). Niechlubnym wyjątkiem okazał się model German RepRap Neo, który potrzebował na to aż 93 minut. Taki wynik jest nieakceptowalny, tym bardziej że niskiej prędkości nie rekompensuje ponadprzeciętna jakość wydruków.

Do wytwarzania dwukolorowych wydruków niezbędna jest drukarka z dwoma ekstruderami, taka jak Leapfrog Creatr.

Do wytwarzania dwukolorowych wydruków niezbędna jest drukarka z dwoma ekstruderami, taka jak Leapfrog Creatr.

Do tego trzeba doliczyć długość etapów wstępnych. Pierwszym z nich jest tzw. plasterkowanie, czyli proces przetwarzania trójwymiarowego modelu na komendy sterujące drukarki przez jej oprogramowanie zainstalowane w komputerze. Sterownikom drukarek Ultimaker, FormLabs oraz bq Witbox przetworzenie w ten sposób projektu figury szachowej zajęło zaledwie siedem sekund. Pozostali producenci powinni się wstydzić: ich oprogramowanie potrzebuje na wykonanie tego samego zadania kilku minut. Oprócz tego drukarka musi się nagrzać. Pobór mocy odzwierciedla różnice technologiczne między urządzeniami: jedyna drukarka wyposażona w laser, Form 1+, jest oszczędniejsza od drukarek termicznych. Najwięcej prądu zużywają modele z ekstruderem i płytą grzejną przystosowane do filamentów z tworzywa ABS.

Drukarka stereolitograficzna Form 1+ wytwarza prototypy, utwardzając laserem żywicę epoksydową

Drukarka stereolitograficzna Form 1+ wytwarza prototypy, utwardzając laserem żywicę epoksydową
Technika druku i jakość

Jakość druku jest najważniejszym kryterium. Mozolne projektowanie modelu i czasochłonne drukowanie opłaca się tylko wtedy, gdy ostateczny rezultat jest wiernym odwzorowaniem wirtualnej bryły. Decydująca dla jakości okazuje się technologia druku. Niemal wszystkie testowane urządzenia to drukarki z ekstruderem, w których tworzywo jest roztapiane i nakładane warstwowo.

Wszystkie drukarki z ekstruderem są przystosowane do filamentów z biodegradowalnego tworzywa PLA. Wytworzenie z niego akceptowalnych wydruków jest najłatwiejsze za sprawą niskiej temperatury topnienia. Wiele modeli drukuje również z syntetycznego tworzywa ABS. Z uwagi na wyższą temperaturę topnienia okazuje się ono trudniejsze w obróbce – konieczny jest na przykład podgrzewany blat roboczy, który zapobiega wypaczaniu się wydruków.

Techniki druku 3D

Ekstruder/PLA

Wszystkie drukarki z ekstruderem wykorzystują biodegradowalne tworzywo PLA (polilaktyd). Jest ono pochodną kwasu mlekowego i cechuje się niską temperaturą topnienia, co czyni je łatwym w obróbce. Wydruki mają jednak niewielką wytrzymałość mechaniczną i są wrażliwe na wysoką temperaturę.

Ekstruder/ABS

Wydruki z syntetycznego tworzywa ABS (kopolimeru akrylonitrylo-butadieno-styrenowego) są wytrzymalsze i dokładniejsze. Wykorzystują je tylko drukarki z płytą grzejną, która spowalnia schładzanie się wydruku, zapobiegając jego odkształcaniu się – mimo to nie zawsze się udaje, czego przykładem jest ta nieudana skrzynka.

Stereolitografia

Promień lasera utwardza płynną żywicę epoksydową. Ta technika pozwala tworzyć wydruki o gładszej powierzchni i modyfikować skład materiału. Urządzenie oraz materiały eksploatacyjne są jednak znacznie droższe w porównaniu z drukarkami z ekstruderem. Gotowy wydruk trzeba opłukać w alkoholu.

W przeciwieństwie do PLA tworzywo ABS śmierdzi podczas drukowania, za to modele są trwalsze i odporniejsze na temperaturę. Jakość druku ocenialiśmy na podstawie dokładności odwzorowania standardowych brył testowych: sześcianu, którego wymiary powinny być jak najbardziej zbliżone do zadanych, wielościanu półforemnego o powierzchni złożonej z 18 kwadratów i 6 trójkątów oraz skomplikowanych przestrzeniach wewnętrznych, a także prostopadłościanu z wypustkami oraz wystającymi słupkami, które obnażały niedostateczną rozdzielczość. Wśród drukarek z ekstruderem zdecydowanie wygrywają w tej konkurencji modele uznanych firm: Ultimaker (Ultimaker 2) oraz MakerBot (Replicator 5). Ciekawostką jest urządzenie Leapfrog Creatr wyposażone w dwa ekstrudery. W zależności od zastosowanych filamentów może ono wytwarzać dwukolorowe obiekty albo drukować tymczasowe wsporniki wystających elementów modeli z rozpuszczalnego materiału. Po zakończeniu drukowania usuwamy te wsporniki, zanurzając wydruk w wodzie. W przypadku wydruków z tradycyjnych drukarek trzeba je wyłamać bądź wyciąć, co grozi uszkodzeniem właściwej bryły.

Drukarki z ekstruderem ustępują pod względem jakości wydruków urządzeniu Formlabs Form 1+. To zasługa odmiennej technologii druku, stereolitografii: promień lasera „maluje” kolejne warstwy modelu w płynnej żywicy epoksydowej, znajdującej się w płytkiej wanience, co powoduje utwardzenie materiału. Płyta bazowa stopniowo wysuwa kolejne warstwy ponad poziom płynu. Otrzymane wydruki są tak gładkie i precyzyjne, jak gdyby zostały wytłoczone prasą przemysłową. Możemy też stosować różne mieszanki żywiczne, na przykład do tworzenia wydruków żaroodpornych, elastycznych lub o zwiększonej wytrzymałości. Niestety, urządzenie jest bardzo drogie, a kilogram materiału eksploatacyjnego kosztuje od dwóch do czterech razy więcej niż tworzywo PLA bądź ABS.

Inny kierunek obrali projektanci drukarki Renforce RF1000 firmy Conrad: przy użyciu dodatkowych akcesoriów da się zastąpić ekstruder narzędziem Dremel. To umożliwia sterowane komputerowo frezowanie i grawerowanie powierzchni obiektów wykonanych z drewna, tworzywa lub aluminium.

Profesjonalne drukowanie i skanowanie 3D

Już hobbystyczne drukowanie 3D nie jest łatwe, a kiedy wydruk ma mieć profesjonalną jakość, zaś za model do skanowania służy żywy człowiek, sprawy komplikują się znacznie bardziej. Doskonale pokazuje to proces produkcyjny w firmie youlittle, skanującej swoich klientów i drukującej ich miniaturowe modele.

126 aparatów sprzężonych z komputerami Raspberry Pi tworzy trójwymiarowy skaner. Osoba staje pośrodku 1, a aparaty jednocześnie fotografują ją ze wszystkich stron.

126 aparatów sprzężonych z komputerami Raspberry Pi tworzy trójwymiarowy skaner. Osoba staje pośrodku 1, a aparaty jednocześnie fotografują ją ze wszystkich stron.

Oprogramowanie szybko łączy zdjęcia w model poglądowy. Jeśli wyraz twarzy i poza są akceptowalne, generowany jest model o wysokiej rozdzielczości. Akcesoria, takie jak okulary, torebka czy książka, muszą zostać zeskanowane osobno i później nałożone na figurkę.

Przemysłowa drukarka 3D, kosztująca tyle co średniej klasy samochód, tworzy figurkę w technologii warstwowej: kolejne warstwy są natryskiwane ze sproszkowanego gipsu bądź polimeru. Głowica drukująca zaznacza kolorowym klejem docelowe kontury każdej nowej warstwy. Dzięki temu wystające czy wydrążone elementy nie stanowią problemu – w przypadku tych drugich proszek usuwa się wiertłem na końcu procesu produkcyjnego.

 Po oczyszczeniu z proszku figurka jest poddawana utwardzaniu w roztworze penetrującym

Po oczyszczeniu z proszku figurka jest poddawana utwardzaniu w roztworze penetrującym

Wytrzymałą kolorową figurkę, mierzącą od 7,5 cm do 30 cm wysokości, możemy postawić na honorowym miejscu.

Wydruk figurki kosztuje od ok. 500 zł do 2500 zł.

Wydruk figurki kosztuje od ok. 500 zł do 2500 zł.
Wyniki testu

Zwycięzca:

Ultimaker 2

Ultimaker 2 zachwyca najwyższą jakością wydruków wśród drukarek z ekstruderem, bogatym wyposażeniem i dopracowanym oprogramowaniem Open Source, a także niedrogimi materiałami eksploatacyjnymi.

Jakość:

Formlabs

Drukarka stereolitograficzna Form 1+ pokonuje wszystkie konkurencyjne urządzenia pod względem jakości wydruków. Jest jednak bardzo droga i pracuje relatywnie wolno.

Cena/Jakość

: XYZ Printing

Da Vinci 1.0 AiO za ok. 3400 zł ma wszechstronne wyposażenie, a generowane przezeń wydruki są odpowiedniej jakości. To dobre urządzenie na początek przygody
z drukiem 3D.