Какие детали автомобиля можно напечатать на 3D-принтере

Пластиковая деталь в машине ломается чаще любой другой, и почти всегда это мелочь: язычок клипсы, ушко на корпусе, шестерёнка в приводе, крутилка печки, заглушка в бампере. Сама по себе она проста, но купить её отдельно нельзя — производитель продаёт только узел целиком, а для машины, снятой с производства, не продаёт вовсе. В этот момент и возникает вопрос «а нельзя ли это напечатать». Ответ — да, чаще, чем кажется, но с двумя оговорками: не всё и не из любого пластика. Ниже — где проходит граница и как получить деталь, даже если от неё остались одни обломки.

Что в машине печатается хорошо

Проще всего думать не о названии детали, а о том, где она стоит: место задаёт и нагрузку, и температуру, и свет, а вместе с ними и материал.

Салон. Самая благодарная зона: нет дождя, нет реагентов, нагрузки небольшие, а солнце достаётся только торпедо и полке под задним стеклом. Здесь печатаются крутилки и кнопки, заглушки отверстий, накладки, кронштейны подстаканников и подлокотников, корпуса и крышки блоков, шестерни приводов стеклоподъёмников и заслонок печки, держатели под конкретную панель — и вся мелочь, которая крепится защёлками. Главный враг здесь один — жара в закрытой машине на солнце: деталь на торпедо обязана её держать, и это первое, что отсекает часть материалов.

Снаружи. Заглушки буксировочных проушин и омывателей фар, решётки и вставки бампера, рамки номера, кронштейны бампера и подкрылков, уши крепления фар, клипсы обшивки, колпачки и накладки, кронштейны датчиков парковки. Условия жёстче: солнце круглый год, вода, дорожные реагенты, зимой мороз. Деталь здесь переживает не удар, а погоду, и материал выбирают в первую очередь по солнцу.

Под капотом. Кожухи и крышки блоков предохранителей, кронштейны жгутов и разъёмов, воздуховоды забора воздуха, заглушки, держатели бачков — всё, что не касается горячего железа. Здесь главное — температура: чем ближе к двигателю и выпуску, тем меньше подходящих пластиков, и на некотором расстоянии от коллектора их не остаётся вовсе. Плюс масло и топливо, которые часть пластиков размягчают.

Что печатать не стоит

Есть детали, для которых ответ «нет» — не про возможности принтера, а про цену ошибки.

Всё, от чего зависит безопасность. Детали тормозов, рулевого управления и силовые элементы подвески — рычаги, кронштейны, всё, на что опирается масса машины. Напечатанная деталь растёт слоями, и граница между слоями всегда слабее самого материала; заводская деталь литая или кованая, с одинаковыми свойствами во всех направлениях. Проверить напечатанную деталь на ту нагрузку, что закладывал завод, в мастерской нельзя, а узнать об ошибке на дороге — поздно. Если такая деталь всё же нужна, её путь другой: снять геометрию и изготовить из металла, но это уже не печать пластиком, и в этой статье мы её не рассматриваем.

Всё, что стоит у выпуска и турбины. Выпускной коллектор, турбина, ближняя к ним часть двигателя — зона, где температура выше той, что держит любой пластик для FDM-печати. Такая деталь не сломается — она поплывёт.

Всё, что держит давление. Трубки и штуцеры топливной системы, крышки расширительного бачка, элементы системы охлаждения под давлением, узлы с маслом под давлением. Стенка из слоёв не гарантирует герметичности: даже плотная со временем может пропускать жидкость, а под давлением и температурой — тем быстрее. Заглушка на бачке омывателя — пожалуйста; крышка расширительного бачка — нет.

Всё, что должно быть прозрачным. Стёкла фар и фонарей, рассеиватели. FDM не даёт оптической прозрачности вовсе, а прозрачные фотополимеры на солнце желтеют. Корпус фонаря и его кронштейн — да, рассеиватель — нет.

Какой пластик куда

Материалов для автомобильных деталей на деле четыре, и у каждого своя зона.

PETG. Самый беспроблемный из четырёх: печатается стабильно, без закрытой камеры и без коробления, слои спекаются плотно, влагу не впитывает. Жёсткий и достаточно прочный для кронштейнов, заглушек и корпусов. Слабых мест два — солнце и нагрев. Под прямым солнцем со временем мутнеет и становится хрупким, а размягчается раньше остальных в этом списке: торпедо летом для него уже предел, под капот его не ставят. Его зона — салон, багажник и закрытые от солнца места снаружи.

ASA. Материал для наружных деталей: держит солнце заметно лучше остальных в этом списке, не выцветает и не крошится, дождь и реагенты переносит — это и есть его среда. Жёсткий, как PETG. Нагрев переносит лучше PETG, но не жар от двигателя: крышка блока предохранителей или воздуховод — да, кронштейн рядом с коллектором — нет. Печатается капризнее: коробится, требует закрытой камеры. ABS — тот же класс материалов, но солнце держит хуже; там, где солнца нет, они взаимозаменяемы.

Нейлон (PA). Самый теплостойкий и самый живучий из четырёх. Упругий: гнётся там, где жёсткий пластик трескается, поэтому лучше всех подходит для защёлок и нагруженных кронштейнов, а ещё для шестерён — приводов стеклоподъёмников, зеркал, заслонок печки. Масла и топлива не боится: не случайно именно из полиамида делают топливные трубки. Слабых мест тоже два. Впитывает влагу: набухает, размеры плывут, поэтому перед печатью его сушат, а деталь, которая должна сидеть точно, проектируют с оглядкой на это. И на солнце без стабилизаторов желтеет и становится хрупким — для наружных деталей ASA надёжнее. Печать сложная: закрытая камера, сушка перед печатью, коробление. Его зона — под капотом вдали от выпуска и всё, что должно пружинить.

TPU. Мягкий, эластичный — не для кронштейнов, а для того, что должно сжиматься и садиться с натягом: пыльники, уплотнители, втулки, прокладки, заглушки в отверстия, подушки под дребезжащие детали. Влагу переносит хорошо. Печатается медленно и требует настройки. Его зона — там, где заводская деталь была резиновой.

Отдельно про PLA, самый распространённый пластик для печати: для машины он не подходит ни в одной зоне. Он размягчается уже при температуре, до которой летом нагревается салон закрытой машины на солнце, — деталь из него поведёт в салоне и тем более под капотом.

Слои и нагрузка: почему напечатанная деталь не копия литой

Заводская пластиковая деталь отлита под давлением: расплав заполняет форму целиком, и материал в ней однороден. Напечатанная деталь выращена слоями, и слои держатся друг за друга слабее, чем материал внутри слоя. Отсюда три следствия, которые важнее выбора материала.

Ориентация. Деталь кладут на стол так, чтобы нагрузка шла вдоль слоёв, а не поперёк. Защёлка, напечатанная стоя, отломится при первом же нажатии — слои разойдутся по границе; та же защёлка, напечатанная лёжа, гнётся, как и должна. Иногда ради этого деталь делят на две части и склеивают или свинчивают — это обычная практика, а не компромисс.

Толщина и радиусы. Литая стенка может быть тоньше печатной при той же прочности. Поэтому копия один в один — плохая модель: при переносе под печать стенки и рёбра утолщают, а острые внутренние углы скругляют — именно от них начинаются трещины. Внешние размеры и посадочные места остаются заводскими, внутренности — нет.

Защёлки и упругие элементы. Самое частое место поломки в машине и самое трудное для печати. Тонкий язычок, который должен тысячу раз прогнуться и вернуться, из жёсткого пластика поперёк слоёв не живёт. Его либо переориентируют, либо печатают из упругого материала, либо меняют конструкцию: вместо защёлки — винт, вместо цельного язычка — отдельная вставка.

Если детали нет в файле

Файла у заказчика нет почти никогда: производитель модели не раздаёт, а в интернете лежат в лучшем случае похожие. Обычный путь такой.

Образец. Даже сломанная деталь — лучший исходник. С неё снимаются размеры и посадочные места, и, главное, видно, где именно она сломалась: это место в новой детали усиливают. Если детали нет совсем, работают от ответной части: отверстия, пазы и защёлки на машине задают геометрию не хуже самой детали.

Замер или сканирование. Простую геометрию — плоскости, отверстия, защёлки, круглые крутилки — снимают штангенциркулем и по фотографиям. Поверхность двойной кривизны — накладку, повторяющую изгиб панели, корпус со сложными переходами — так не снять: тут нужен 3D-сканер, он забирает форму целиком вместе с креплениями. Как это делается, разобрано в статье про сканирование деталей.

Модель. Строится не копия, а деталь под печать: те же посадочные размеры и внешние габариты, но стенки, рёбра и радиусы — уже под слои, как описано выше. Здесь же решается, печатать целиком или из частей. Подробнее об этом — в статье про реверс-инжиниринг.

Материал и ориентация. Зона машины задаёт материал, направление нагрузки — положение на столе. Оба решения принимаются до печати, а не после: перепечатать проще, чем переделывать.

Печать и примерка. Первый экземпляр — примерочный: садится ли на место, ходит ли защёлка, не мешает ли соседним деталям. После него модель обычно правят на доли миллиметра и печатают начисто. Когда деталей нужно несколько, примерка особенно оправдана — вся партия идёт по уже проверенной модели.

Чего мы не станем утверждать

Мы не назовём температуру, которую выдержит конкретная деталь: она зависит от марки пластика, толщины стенки, того, как деталь закреплена, и того, что рядом с ней греется. Не пообещаем, что напечатанная деталь прослужит столько же, сколько заводская: это зависит от места и материала, и честный ответ для конкретной детали мы дадим, когда её увидим. И не возьмёмся за деталь тормозов или рулевого, даже если очень просят и «на старой машине всё равно»: граница из раздела выше — не про возможности принтера, а про цену ошибки, и мы её не двигаем.

Частые вопросы

Можно ли напечатать бампер целиком? Крупные детали печатают по частям, но для бампера это редко имеет смысл: он тонкостенный, большой и должен пружинить при ударе — литой полипропилен делает это лучше любой печати. А вот то, что на бампере ломается на самом деле, — кронштейны, направляющие, уши крепления, заглушки и решётки — печатается и встаёт на родное место.

Сделаете деталь по фотографии? По одной фотографии — нет: на ней нет размеров. Фотография плюс размеры простой детали — иногда да. Проще всего прислать саму деталь или её обломки: замер по образцу точнее любого снимка.

Из какого пластика лучше всего? Универсального нет: PETG для салона, ASA для улицы, нейлон под капот и на защёлки, TPU туда, где деталь должна быть мягкой. Место детали подсказывает материал точнее, чем её название.

Сколько прослужит напечатанная деталь? Зависит от места и материала, и честнее сказать, от чего она умирает: в салоне — от жары на солнце, снаружи — от ультрафиолета, под капотом — от нагрева и масла. Если материал выбран под эти условия, деталь служит; если нет — не переживёт сезона. Срок для конкретной детали не назовём.

Почему не PLA? Потому что он размягчается уже при температуре, до которой летом нагревается закрытая машина на солнце. Деталь из PLA поведёт в салоне, а под капотом — тем более. Для машины он не подходит ни в одной зоне.

Что мы делаем

Recopy Group печатает пластиком и нейлоном, при необходимости снимает геометрию 3D-сканированием и строит модель под печать. Пришлите фото детали с двух сторон и всех обломков, даже мелких, фото ответной детали или места, куда она встаёт, напишите, где она стоит в машине и от чего сломалась, сколько штук нужно и что за машина — марка, модель, год. По этому мы скажем, печатается ли деталь, из чего и как. Если она из списка «не стоит» — так и скажем.