Настройки для прочной печати

Прочность детали определяется не «плотностью заполнения», как кажется на первый взгляд, а спеканием соседних экструзий между собой. Отсюда весь список: он про то, чтобы пластик успевал провариться, а не про то, чтобы его было больше. Основной источник чисел — методичка K3D «Принципы прочной печати», ориентированная на плохо спекающиеся материалы (ABS, ASA, HIPS, PC, PA6); я сверял её с тестами CNC Kitchen, с документацией OrcaSlicer и с собственными замерами на срезах.

Геометрия: четыре правила, которые считаются, а не подбираются

Ширину линии надо задавать всем типам экструзии, а не одному общему полю: в OrcaSlicer это line_width, outer_wall_line_width, inner_wall_line_width, internal_solid_infill_line_width, sparse_infill_line_width, top_surface_line_width, initial_layer_line_width. Заводские значения там разные (0.42 у одних типов, 0.45 у других), и правка только общего поля оставит половину линий узкими.

Ширина линии — ещё и самый дешёвый рычаг: CNC Kitchen мерил, что прочность растёт до 150–200 % от диаметра сопла, причём широкая линия печатается быстрее и тратит меньше пластика. Детализация падает, поэтому у внешнего периметра ширину иногда возвращают к диаметру сопла, а остальным оставляют широкой.

Правило про крышки контринтуитивно, и я на нём проверял себя. Увидев в своём профиле 15 верхних слоёв, я решил, что это перебор, и полез мерить. Оказалось — буквально формула K3D, крышка равна стенке. Снятие с 15 слоёв до 5 на кубе 60 мм дало 89.0 г против 98.1 г и ровно ноль экономии времени (3 ч 20 м против 3 ч 24 м): время съели не крышки. Гипотеза отвергнута замером.

Правила масштабируются на любое сопло, потому что все четыре завязаны на его диаметр:

Стенки важнее заполнения

Деталь нагружена снаружи сильнее, чем внутри, поэтому толстая стенка полезнее плотной середины. CNC Kitchen печатал десятки крюков и ломал их: вариант с бо́льшим числом периметров оказался почти на 22 % прочнее варианта с бо́льшим заполнением.

Цена периметров при этом низкая. Мой замер на том же кубе: 3 стенки вместо 5 — это 87.9 г против 98.1 г (−10 %) и снова ноль по времени (3 ч 21 м). То есть две дополнительные стенки, дающие +1.2 мм толщины, стоят 10 г и не стоят ничего по времени.

Порядок действий при нехватке прочности: сначала периметры, потом всё остальное.

Заполнение: выбор бинарный, промежуточных значений нет

K3D формулирует так: «до плотности примерно 30–50 % прочность деталей почти не растёт, а потом уже проще сразу поставить 100 %». Всё, что между 15 % и 100 %, — плата за время и пластик почти без отдачи.

Мой замер: куб 60×60×60 мм, линия 0.6, слой 0.2, 5 стенок, крышки 3 мм, гироид, ASA, менялась только плотность.

Самое неочевидное: 100 % печатается быстрее, чем 40 % — 4 ч 15 м против 5 ч 12 м. Сплошное заполнение идёт длинными прямыми линиями на полной скорости, а гироид на 40 % — бесконечная смена направления, где голова не успевает разогнаться. «40 % ради прочности» — худший выбор из возможных: дороже 100 % по времени и слабее по прочности.

Разница 15 % против 25 %, на которой я и попался в своём профиле: 15 г пластика и целый час на кубе при почти неизменной прочности.

Узор при умеренной плотности лучше брать гироид: в тестах на сжатие при 15 % он потребовал на 23 % больше усилия, чем сетка, и на 11 % больше, чем кубический. K3D советует кубический, но замеры расходятся с этим советом, а разница между узорами всё равно меньше разницы между толстой и тонкой стенкой.

Если конкретная деталь требует 100 %, это делается пообъектными настройками слайсера, а не вторым профилем.

Обдув: ноль на теле детали

Формулировка K3D прямая: «обдув негативно влияет на прочность деталей, стоит общую часть детали печатать без него, а включать обдув только на элементах, которые без него пропечатать не получается».

Практически: fan_min_speed = 0, fan_max_speed = 15–20 % (достаётся только слоям короче порога fan_cooling_layer_time), overhang_fan_speed оставить рабочим со своим порогом. Короткие слои правильнее не обдувать, а замедлять — за это отвечают slow_down_layer_time и slow_down_min_speed, и они предпочтительнее вентилятора.

Гоча про вентиляторы закрытой камеры: их может быть несколько, и не все они «обдув детали». У активно греемой камеры циркуляцией часто занимается отдельный controller_fan, привязанный к нагревателю (heater: chamber) — он включается сам вместе с нагревом, и глушить одноимённый «вентилятор камеры» из слайсера в этом случае правильно, а не вредно. Прежде чем чинить «выключенную циркуляцию», стоит посмотреть, какой именно вентилятор к чему привязан в конфиге принтера.

Температура: у верхней границы диапазона

Чем горячее расплав, тем лучше новая линия проваривается в предыдущую. K3D по материалам: ABS/ASA — 280 °C сопло, 110 °C стол; PA6 — 320 и 130.

Гоча: у конкретной катушки паспортный потолок может быть ниже методички, и прошивка принтера тоже держит свой диапазон на материал. Ставить значение ровно на край шкалы не стоит — разброс термистора съест весь запас. Я беру меньший из потолков (паспорт материала, предел прошивки) и оставляю от него 5 °C поля.

Камера: самый крупный множитель

По K3D пассивная камера на 40–50 °C добавляет к прочности поперёк слоёв около 7 % для ABS и 11 % для PC. Активная камера на 60–65 °C даёт +20–50 % — это больше, чем любая другая отдельная настройка из списка.

Гоча безопасности: у нагревателя камеры есть порог аварийного отключения (у моей машины 70 °C при программном капе 68), и целиться вплотную к нему нельзя. Стол тоже греет камеру, пассивный нагрев складывается с активным — при столе 105 °C в закрытом корпусе цель 65 при пороге 70 оставляет 5 °C поля, чего мало для длинной печати. Я целюсь так, чтобы до порога оставалось не меньше 10 °C, и в моём случае это 60.

Расход: ниже предела, а не на пределе

K3D предлагает ограничивать реальную скорость печати не скоростями в мм/с, а лимитом объёмного расхода, и держать этот лимит заметно ниже максимально достижимого: для хотэнда класса V6 (потолок ~12–15 мм³/с) он даёт 4 мм³/с на максимум прочности и 8, «если требуется скорость». Причина — недогретый пруток на пределе плавления хуже сваривается со слоем ниже.

Практическое следствие, которое стоит проверить у себя: цифры скоростей в профиле печати могут вообще не достигаться. На моём срезе стенки и заполнение шли ровно на потолке расхода, а не на заявленных 200–300 мм/с. Подробно, с замером цены снижения расхода, — Ограничение печати объёмным расходом.

Что ещё крутить в OrcaSlicer

• gap_fill_target = everywhere. Документация Orca называет этот вариант настройкой «для максимальной прочности»: заполнение щелей применяется к верхним, нижним и внутренним сплошным поверхностям. По моему замеру на кубе цена нулевая — 0 г и 0 секунд, потому что у куба щелей нет; добавляется только там, где сплошной слой не делится нацело на ширину линии. Дефолт при этом может оказаться nowhere, и это видно только в срезе.
• detect_thin_wall = выключено. Orca прямо рекомендует отключать для функциональных деталей: одиночная линия «не замкнутая петля», у неё хуже и поверхность, и прочность.
• infill_wall_overlap = 10–15 %. Перекрытие заполнения со стенкой улучшает сцепление, но выше коридора начинается переэкструзия и шершавая поверхность.
• seam_gap = 0 %. Петля периметра замыкается полностью. Про сам шов K3D: «самый прочный вариант — случайный, но так деталь будет в дефектах, поэтому лучше выбрать выровненный и расположить шов в ненагруженном месте».
• alternate_extra_wall — Orca обещает прирост: «adds an extra wall to every other layer, this way the infill gets wedged vertically between the walls, resulting in stronger prints». Гоча: опция несовместима с ensure_vertical_shell_thickness: ensure_all. Это выбор одного из двух, а не бесплатная добавка, и без замера я его не делаю.
• wall_generator: classic против Arachne. Arachne варьирует ширину линии и лучше вытягивает тонкие элементы, но Orca предупреждает, что «in large prints it can generate defects more easily due to the reduced wall thickness». Для крупной технички однородные широкие линии честнее; Arachne разумен, когда в модели много тонких рёбер и классический генератор оставляет щели.
• only_one_wall_top — я предлагал себе выключить ради прочности верха и отверг эту правку: ослабление касается ровно одного верхнего слоя, под ним ещё 14 сплошных с полным набором стенок. Выигрыш ничтожен, потеря качества верхней поверхности реальна.

Порядок применения: что делать первым

Список отсортирован по отдаче на единицу затрат, числа — из источников выше и моих замеров.

1. Развернуть деталь так, чтобы нагрузка шла вдоль слоёв. Бесплатно, перебивает всё остальное (поперёк слоёв остаётся 30–50 % прочности).
2. Высушить пруток. Бесплатно по пластику, стоит только времени сушки.
3. Ширина линии 1.5 × сопла. Прочность растёт, время и расход падают — единственный пункт списка с отрицательной ценой.
4. Периметры до 3 мм стенки. +10 % пластика, ноль по времени, до +22 % прочности против ставки на заполнение.
5. Обдув в ноль на теле. Бесплатно, но требует закрытой камеры и замедления коротких слоёв вместо вентилятора.
6. Активная камера 60–65 °C. +20–50 % поперёк слоёв, стоит только прогрева перед печатью — при условии, что камера в принципе греется.
7. Температура сопла к верхней границе. Бесплатно, ограничено паспортом материала.
8. Снизить лимит расхода. ~+37 % времени по моему замеру, отдача не измерена количественно.
9. Заполнение 100 %. Дороже всех: +124 % пластика. Имеет смысл только когда пункты 1–7 уже сделаны.

Что этот список не содержит: «поднять заполнение с 15 до 40 %». Такой правки в правильном порядке действий нет вообще.

Мой собственный разбор профиля по этому списку

Технический профиль, который я считал хорошим, при сверке с методичкой оказался верным по всей геометрии (пункты 3 и 4 были выполнены), но содержал заполнение 25 % — то самое значение из мёртвой зоны. Две правки (заполнение 25 → 15 %, gap_fill_target → everywhere) дали на кубе 60 мм 98.1 г / 3 ч 24 м → 83.0 г / 2 ч 22 м без потери прочности. То есть аудит по списку окупился часом на каждой детали такого размера.

Сушка

Обязательна: «даже 4 дня на воздухе могут существенно снизить прочность». Исключение — PP и SBS. Влажный пруток даёт микропузыри в расплаве, а это ровно те дефекты, по которым деталь и ломается.

Гочи

• Половина списка живёт в профиле филамента (температура, обдув, камера, лимит расхода), а не в профиле печати. Профиль печати задаёт геометрию и сам по себе прочность не даёт — я на этом обжёгся, решив, что «технический профиль» отвечает за всё. Правильное разделение: геометрия универсальна и живёт в профиле печати, всё материальное — в профиле филамента, тогда один профиль печати работает с любым пластиком.
• Ориентация детали на столе перебивает все настройки разом: поперёк слоёв большинство материалов держит 30–50 % от прочности вдоль. Никакая настройка это не компенсирует, деталь надо разворачивать.
• Число в интерфейсе слайсера — ещё не число, которое поедет в принтер. Проверять по срезу: Проверка настроек слайсера по срезанному gcode.
• Профиль филамента, унаследованный от «универсального» варианта, может тихо терять машинные настройки вроде температуры камеры — Generic-профиль слайсера теряет машинные настройки.

Источники

• K3D — Принципы прочной печати
• CNC Kitchen через 3dprinting.com — периметры против заполнения, ширина линии
• OrcaSlicer Wiki — Strength: Walls
• OrcaSlicer Wiki — Strength: Infill
• OrcaSlicer Wiki — Wall Generator
• Сравнение узоров заполнения на сжатие