Многоцветная FDM 3D печать. Разновидности

Всем привет. С Вами компания 3Dtool!

Идея многоцветной и даже мультиматериальной 3D-печати занимает конструкторов 3D-принтеров уже давно, но большинство таких систем не по карману обычным пользователям, а зачастую и малом бизнесу. За годы развития аддитивной отрасли перепробовано множество вариантов — от 3D-печати гипсом с покраской слоев и струйной 3D-печати разноцветными фотополимерами до хитроумных систем сплайсинга филаментов вроде Mosaic Palette. Все они имеют право на жизнь, но сегодня мы сконцентрируем внимание на наиболее популярных, общедоступных решениях.

Битва разработчиков AMS: как расширялась цветовая гамма

Самым распространенным направлением стала многоцветная экструзионная 3D-печать с использованием либо систем автоматической смены филамента (AMS), либо систем автоматической смены инструмента — так называемых тулченджеров.  

3D-принтер Original Prusa MK3S+ с системой автоматической смены филамента MMU3

Системы автоматической смены филаментов первой активно начала продвигать чешская компания Prusa Research, предлагающая модули MMU (Multi Material Upgrade) уже около десяти лет, последовательно совершенствуя конструкцию. В настоящее время предлагается уже третье поколение. Система удачная, но в то же время нишевая, так как служит апгрейдом-надстройкой для фирменных «дрыгостолов». Настоящий всплеск популярности начался в 2022 году, когда на рынок вышла китайская компания Bambu Lab, предложившая продвинутые, максимально автоматизированные 3D-принтеры линейки X1 с опциональной комплектацией модульными системами автоматической смены филаментов AMS (Automatic Material System).  

3D-принтер Bambu Lab X1 с системой автоматической смены филамента AMS первого поколения

Основные технические решения — попеременную подачу филамента с отсечением встроенным резаком — китайская компания позаимствовала у Prusa Research, но модульная конструкция выглядит более удобной и привлекательной, да к тому же допускает надстройку дополнительными модулями. Конкуренты быстро смекнули, куда дует ветер, и вскоре рынок заполонили альтернативные предложения по той же схеме.   

Оригинальная AMS принимает до четырех катушек с некоторыми ограничениями по габаритам и материалам. В частности, из-за сложностей с подачей не рекомендуется использовать эластичные полимеры, например мягкие полиуретаны (TPU). Также желательно избегать водорастворимых опорных материалов вроде поливинилового спирта (PVA), так как при накапливании влаги они становятся клейкими и могут засорить механизмы. В первую очередь такие модули рассчитаны именно на многоцветную, а не мультиматериальную 3D-печать, хотя к последней мы еще вернемся.  

3D-принтер Bambu Lab A1 с системой автоматической смены филамента AMS lite

Годом позже появилась упрощенная версия AMS lite — тоже на четыре катушки, но уже без закрытых отсеков и без возможности подключения дополнительных модулей. С одной стороны, это лишает филаменты защиты от пыли и влаги, с другой — облегчает работу с нестандартными катушками. Этот вариант рассчитан на использование с бюджетными 3D-принтерами A1 и A1 mini, тогда как стандартная AMS предназначалась для флагманской в то время линейки X1 и среднебюджетной линейки P1.

Сейчас Bambu Lab предлагает второе поколение AMS — системы автоматической смены филамента AMS 2 Pro и сушилки AMS HT. Как и оригинальная версия, модули AMS 2 Pro принимают до четырех катушек каждый с возможностью параллельного подключения до четырех модулей и, соответственно, до шестнадцати катушек. Главное отличие — встроенная сушилка: отсеки теперь герметичны и прогреваются до 65°С, значительно повышая качество 3D-печати гигроскопичными термопластами.  

Для работы с опорными материалами предлагается сушилка AMS HT на одну катушку с прогревом до 85°С, хотя ее можно использовать и с другими филаментами. В двухэкструдерных флагманских 3D-принтерах Bambu Lab H2D она обычно используется для подачи опорных филаментов, а в одноэкструдерных вроде недавно выпущенного Bambu Lab P2S — для хранения, просушивания и подачи основного материала, если не предполагается многоцветная 3D-печать и нет необходимости в полноценной AMS.

3D-принтер Bambu Lab H2D с системой автоматической смены филамента AMS 2 Pro и сушилкой AMS HT

Технические характеристики 3D-принтера Bambu Lab H2D AMS Combo:

3D-принтер Bambu Lab H2D в комплекте с системой автоматической смены филамента AMS 2 Pro можно приобрести у нашей компании.

Подробно про Bambu Lab H2D рассказывается в нашем обзоре.

Первой на вызов Bambu Lab ответила компания Creality, один из старейших и наиболее популярных брендов в сегменте настольной 3D-печати. Инженеры Creality стахановскими темпами сконструировали свои аналоги 3D-принтера Bambu Lab X1 под обозначениями K1 и K1 Max, а спустя год выкатили нового флагмана K2 Plus и собственную систему автоматической смены филамента CFS (Creality Filament System). Функционально она полностью повторяет оригинальные AMS — те же закрытые отсеки на четыре катушки, та же возможность параллельного подключения до четырех модулей.

Ради повышения конкурентоспособности Creality сделала ставку на снижение стоимости параллельно с увеличением рабочего объема. И в том, и в другом плане K2 Plus превзошел аналогичные предложения от Bambu Lab, заставив последнюю урезать ценники.

Развитие CFS тоже продолжилось: в марте этого года Creality выпустила свой аналог Bambu A1 и AMS lite — бюджетный, но очень резвый «дрыгостол» SPARKX i7 с системой автоматической смены филамента CFS Lite на четыре катушки в закрытых отсеках и еще более бюджетной CFS Mini на два филамента с открытыми креплениями, как у AMS lite.

Функцию просушивания в системы автоматической смены филамента инженеры Сreality пока так и не добавили, но компания предлагает отдельные сушилки Space Pi, полностью аналогичные, но при этом значительно более дешевые, чем сушилки Bambu Lab AMS HT. Более того, предлагаются сушилки Space Pi Plus на две и Space Pi X4 четыре катушки.

Видимо, логика такова, что лучше заранее сушить филаменты в отдельных, специальных сушилках, чем усложнять конструкцию CFS нагревательными элементами, выпускными клапанами и прочими деталями, повышающими стоимость. В конце концов, некоторые пользователи вообще не сушат филаменты, хотя этой процедурой не стоит пренебрегать.

3D-принтер Creality K2 Plus с четырьмя модулями CFS

Технические характеристики 3D-принтера Creality K2 Plus:

Главное преимущество этого аппарата — ценовая доступность с сохранением всего основного функционала, вплоть до функции распознавания филаментов по RFID-меткам. Работает эта функция, конечно, только с фирменными филаментами или самостоятельно прошитыми метками, но при наличии облегчает пользователям жизнь за счет автоматической настройки параметров 3D-печати.

Технические характеристики 3D-принтера QIDI Q2 Combo:

3D-принтер QIDI Q2 в комплекте с системой автоматической смены филамента QIDI Box можно приобрести у нашей компании.

3D-принтер Flashforge AD5X

Один интересный, оригинальный вариант — интегрированная система, сконструированная компанией Flashforge и моментально скопированная компаниями Elegoo и Flyingbear. В 3D-принтере Flashforge AD5X четыре катушки размещаются прямо на корпусе 3D-принтера, а перед экструдером установлен модуль переключения филаментов. Решение максимально упрощенное и бюджетное. Инженеры Elegoo тут же выпустили 3D-принтер Centauri Carbon 2 Combo с точно такой же системой, а команда Flyingbear хоть и запоздала, но напряглась и втиснула в 3D-принтер Ghost 7 сразу пять катушек, ибо конкуренция.

3D-принтер Flyingbear Ghost 7

Следующий толчок в развитии многоцветной печати пришел оттуда, откуда не ждали — со стороны компании Snapmaker, ранее вообще не интересовавшейся этой темой.

Тулченджеры: новый этап развития мультиматериальной 3D-печати

Во-первых, смена материалов сопряжена с образованием больших объемов отходов — чем чаще, тем больше мусора. Проблема в том, что после выгрузки старого филамента новый приходится прогонять через хотэнд для прочистки от остатков старого пластика, иначе возможно нежелательное смешивание оттенков. В результаты объемы отходов могут даже превышать объемы пластика, потраченного непосредственно на 3D-печать модели. Само собой, это крайне расточительно.

Во-вторых, смена материала занимает довольно много времени, и эти траты аккумулируются. Сначала нужно выгрузить филамент, затем загрузить новый, прогнать остатки пластика, и только потом можно приступать к 3D-печати следующего сегмента. Полная процедура может занимать пару минут, а при частой замени набегают уже часы дополнительно потраченного времени.

В-третьих, AMS хорошо подходят для работы с филаментами разных цветов, но не из разных материалов. Возможность построения моделей из разных полимеров заманчива, так как можно варьировать физико-механические свойства, например печатать жесткие защитные контейнеры с интегрированными эластичными соединениями и защелками. Вот только из-за сложных траекторий подачи AMS не любят эластичные материалы, к тому же температуры разных полимеров могут сильно отличаться, а значит придется постоянно подстраивать температуру хотэнда при переходе с одного материала на другой.

Отходы при 3D-печати с использованием AMS 

 Компания Snapmaker решила, что это тупиковая ветка и выкатила более продвинутое решение — 3D-принтер Snapmaker U1 c системой автоматической смены инструмента. Здесь вместо замены филамента осуществляется замена головок.

Так как к каждому экструдеру приписан свой филамент, отпадает необходимость в прогонке остаточного пластика, переходы с одного материала на другой занимают всего несколько секунд вместо пары минут, а температуру хотэндов можно настраивать индивидуально, что позволяет одновременно работать не просто с разными цветами, но и разными полимерами. В результаты отходов почти нет, время печати значительно сокращается, а возможности по комбинированию материалов расширяются.

Конечно, ничего принципиально нового они не придумали. Тулченджеры давно используются в промышленном обрабатывающем оборудовании, например станках с ЧПУ и автоматической сменой фрез, но в мире настольной 3D-печати тулченджеры долго буксовали. C 2018 такие системы предлагала британская компания E3D, хорошо известная разнообразными хотэндами, но спустя всего пять лет проект заглох из-за высокой стоимости. Original Prusa c 2021 года предлагает 3D-принтеры Original Prusa XL с тулченджерами на пять головок, но и они дороговаты. Snapmaker же удалось сделать надежную, точную и при этом очень доступную систему.

Технические характеристики 3D-принтера Snapmaker U1:

 Проблема кроется в реализации: внутренние механизмы головки огорожены корпусом по бокам, хотэнд при этом вставляется снизу, а филамент загружается сверху. Это означает, что при смене хотэнда требуется выгрузка филамента, а затем загрузка нового в новый хотэнд. Да, прогонять остатки уже не приходится, так как к каждому хотэнду приписан свой материал, но процедура замены все равно отнимает много времени — почти столько же, сколько смена филаментов в AMS. Как минимум, прогрев хотэндов осуществляется быстро за счет новой конструкции с индукционными нагревателями — примерно за восемь секунд.

Еще один нюанс — необходимость в использовании AMS в связке с тулченджером, так как именно AMS отвечает за подачу филамента. Ситуация вырисовывается интересная: тулченджер принимает шесть хотэндов, а AMS 2 Pro — только четыре, так что для использования тулченджера по полной необходимы два модуля AMS.

Есть и один важный плюс: экструдер здесь двойной, то есть с двумя хотэндами. Один из них сменный — для работы в связке с тулченджером. Второй предназначен в первую очередь для работы с опорными материалами, так что можно быстро переключаться между основным материалом и филаментом для построения поддержек. В общем же получаем сразу семь филаментов одновременно — один в отдельном хотэнде и шесть в тулченджере.

Технические характеристики 3D-принтера Bambu Lab H2C AMS Combo:

Скорость замены значительно выросла до примерно двенадцати секунд, но это все же медленнее чем в Snapmaker, где смена экструдеров занимает около трех-пяти секунд. С другой стороны, в парковочную зону удалось вместить сразу восемь хотэндов вместо четырех головок на Snapmaker U1. 

Эти системы пока еще недоступны, начало продаж ожидается не ранее июня, а цена будет на одном уровне с предложением от Snapmaker.

Остались вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом, и специалисты 3Dtool будут рады предоставить подробную консультацию по производственному оборудованию в нашем ассортименте.

3Dtool — российский дистрибьютор и интегратор 3D-оборудования, станков с ЧПУ и промышленной робототехники.

Связаться с нами можно:

По телефону: 8 (800) 775-86-69

Электронной почте: Sales@3dtool.ru

На нашем сайте: 3dtool.ru

Наши материалы также доступны в Telegram канале, на Dzen и в группе Вконтакте