Сегодня практически любой человек имеет возможность купить 3D принтеры. Это устройство, которое способно не только открыть широкие возможности для творчества, но и избавить от шаблонных решений. Возможности современных моделей 3Д-принтеров расширяются с каждым днём, открывая новые горизонты и сферы применения. Огромный выбор позволяет подобрать технику, которая будет отвечать разным параметрам, включая габариты, цену, стоимость эксплуатации и другие.
3D принтеры: как это работает?
В основе работы любого 3Д-принтера, независимо от технологии печати лежит «методика слоёв». Смысл её заключается в том, что трёхмерный объект разбивается на горизонтальные слои, то есть виртуально как бы разрезается на них. Выполняется это при помощи специального программного обеспечения (слайсера) при отправке смоделированного на компьютере трёхмерного объекта на печать. Затем в рабочей камере 3D-принтера последовательно воссоздаётся каждый слой объекта. Толщина слоя будет определять точность получаемого объекта. Чем меньше будет толщина слоя, тем более качественной, точной и детализированной будет 3Д-печать. А в основе каждой конкретной технологии лежит метод соединения слоёв:
- спаивание;
- наплавление;
- отверждение посредством лазерного или УФ-луча;
- склеивание и т.д.
Аддитивных технологий множество и каждая имеет принципиальные отличия, обладает достоинствами и недостатками.
Технологии 3D-печати
Технологий 3Д-печати существует очень много, причём ежегодно появляются новые или же модифицируются уже имеющиеся. Процесс совершенствования бесконечен. Самыми широко востребованными технологиями 3D-печати являются:
- FDM – послойное наплавление;
- Фотополимерная - SLA (стереолитография), PolyJet;
- SLS – селективное лазерное спекание;
- 3DP – 3Д принтинг;
- LOM - ламинирование.
Послойное наплавление пластиковой нити (FDM)
Наиболее доступная технология 3D-печати – это FDM. Суть её заключается в использовании пластиковых нитей, которые расплавляются до полужидкого состояния и выдавливаются через экструдер. Головка с экструдером перемещается над рабочей платформой, слой за слоем нанося расплавленный пластик, который застывая образует объект. Для прототипирования используются такие пластики, как: ABS, PLA, HIPS, Nylon и другие.
Достоинства: доступная цена на оборудование и расходники, простота и понятность технологии, возможность собрать FDM 3Д-принтер самостоятельно, RepRap – возможность воссоздания, то есть большинство деталей 3Д-принтера можно напечатать на нём.
Недостатки: низкая скорость печати, высокая степень слоистости изделий (низкое разрешение), сложная фиксация модели на рабочем столе, необходимость поддержек, термоусадка, много отходов, сложность выбора оптимальной температуры и условий.
Фотополимерная технология печати (SLA / DLP / PolyJet)
По данной технологии работает также достаточное количество 3д-принтеров. Суть её заключается в послойном отверждении полимерной смолы путём воздействия на неё ультрафиолета. При этом модель может выращиваться из ванны с фотополимером (SLA) или фотополимерная смола может послойно распыляться, как в модификации технологии – PolyJet.
Достоинства: высокая точность и детализация, высокая механическая прочность объектов, низкий процент отходов, простая постобработка, если она вообще требуется.
Недостатки: небольшой спектр материалов, высокая стоимость оборудования и расходников, невозможность цветной печати, использования разных материалов в ходе печати, низкая скорость печати.
Селективное лазерное спекание (SLS)
Технология 3D-печати SLS – это метод выборочного лазерного спекания. В качестве расходного материала выступает порошок, который тонким слоем наносится и затем точечно послойно спекается при помощи лазерного луча. В данном случае может использоваться металл, пластик, стекло, керамика, воск и другие порошковые материалы. При этом нерасплавленный порошок будет выступать в качестве поддержек.
Достоинства: большой выбор разнообразных материалов, возможность создания объектов со сложной геометрией, сравнительно высокая скорость печати, возможность использования для мелкосерийного производства, отсутствие необходимости в поддержках.
Недостатки: необходимость мощного лазера и герметичной камеры с низким содержанием кислорода, необходимость постобработки, сравнительно небольшое разрешение (в сравнении с SLA), высокая стоимость.
Печать гипсополимером (CJP)
Для печати используется гипсовый композитный порошок, который послойно склеивается специальным жидким клеевым составом. Тонкий слой порошка наносится и разравнивается при помощи валика, а головка точечно наносит клей. Рабочая поверхность опускается, и процесс повторяется.
Достоинства: отсутствие необходимости в поддержках, порошок, который не был проклеен можно использовать ещё раз, возможность создания объектов со сложной геометрией, возможность полноцветной печати, высокое разрешение.
Недостатки: ограниченность материалов, необходимость постобработки, низкая прочность изделий, большой вес и габариты аппарата.
3D ламинирование(LOM)
В качестве расходного материала используются тонкие листы бумаги или пластика. Эти листы скрепляются при помощи клеевого состава и прессуются. А специальный нож или лазер предварительно раскраивает каждый лист. В конце лишние непроклеенные детали удаляются.
Достоинства: низкая стоимость и доступность расходного материала (чаще всего бумага), возможность полноцветной высокоточной печати, возможность печати габаритных моделей, нет необходимости в поддержках.
Недостатки: толщина слоя определяется толщиной листа, сложность удаления лишних материалов, и большое количество отходов, необходимость финишной обработки, ограниченный выбор материалов.
Какие бывают 3Д-принтеры?
В большей степени тип 3Д-принтера определяется технологией печати. Однако также различают:
- Персональные 3Д-принтеры – предназначены для домашнего использования. Как правило, это негабаритные модели, которые не отличаются широкой функциональностью и возможностями.
- Профессиональные 3Д-принтеры – это модели, предназначенные для профессиональной деятельности. Например, медицинские 3Д-принтеры, ювелирные, стоматологические, а также оборудование для архитектурных и дизайнерских бюро и т.п. Такая техника обладает широкими возможностями и чаще всего ориентирована на требования профессиональной сферы. Такое оборудование более дорогостоящее и точное.
- Промышленные 3Д-принтеры – это оборудование, которое используется в производстве. С их помощью можно организовать мелкосерийное производство или изготавливать эксклюзивные штучные изделия. Также можно использовать данное оборудование для создания мастер-моделей, тестируемых образцов и литьевых форм. Промышленные 3Д-принтеры чаще всего имеют внушительный вес и габариты, а также отличаются высокой стоимостью.
Сферы применения 3Д-принтеров
Использование 3Д принтеров фактически ничем не ограничивается. Они уже стали развивающей игрушкой для детей, учебным оборудованием в школах и институтах, помогают раскрыть творческий потенциал в дизайнерской сфере. При помощи 3Д-принтеров создаются архитектурные модели и прототипы деталей. На это раньше уходило очень много времени, теперь подготовительный этап перед презентацией сократился до считанных часов.
Незаменимыми 3Д-принтеры стали в стоматологической отрасли. С их помощью создаются уникальные и высокоточные капы, протезы, хирургические шаблоны, что вкупе позволяет повысить качество оказываемых услуг, минимизировать риски и нивелировать ошибки.
В медицине при помощи 3д-принтеров создают высокоточные копии органов, благодаря чему можно точно спланировать ход сложных операций. Оборудование для прототипирования используется в создании протезов.
Но и это далеко не все сферы использования аддитивных технологий. 3Д-принтеры применяются:
- в автомобилестроении
- в авиастроении и космической отрасли;
- в ювелирной сфере;
- для создания уникальной одежды и обуви;
- в протезировании;
- в дизайне;
- в мелкосерийном производстве;
- при изготовлении эксклюзивной сувенирной продукции и бижутерии;
- при оказании ремонтных услуг и тюнинге;
- в обучении и научных исследованиях;
- в археологии и музейном деле;
- в строительстве и т.д.
С 3Д-принтером любые шаблонные решения уходят на второй план.
Программное обеспечение для 3D принтеров
Любой 3D объект перед отправкой на печать должен быть смоделирован в специальном программном обеспечении. Создание любого объекта сводится к тому, чтобы смоделировать объект в виртуальном пространстве, «нарезать» его на слои и задать алгоритм его печати (G-code). Именно для последних двух задач используются слайсеры. Большинство слайсеров также оснащено понятным инструментарием для 3Д-моделирования.
Среди самого популярного и востребованного софта данного назначения следует отметить:
- Slic3r
- CraftWare
- 3D Slash
- Blender 3D
- 3DTin и другие
Каждая из этих программ обладает своим достоинствами, особенностями и функционалом. Выбор всегда остаётся за пользователем.
3DMALL: купить 3Д принтер легко!
Компания 3ДМОЛЛ реализует широкий ассортимент 3Д-принтеров персонального. Профессионального и промышленного назначения. Интернет-магазин и его команда стояли у истоков становления 3д-технологий в России. Поэтому и сегодня специалисты компании держат руку на пульсе, отслеживая все последние инновации в данной сфере и предлагая клиентам квалифицированную и компетентную помощь.
3D-принтер - это устройство, которое позволяет создавать самые настоящие объекты, причем из самых разных материалов. Крючок для полотенца, компрессор для газовой турбины, чехол для смартфона – все это можно напечатать.В данной статье мы рассмотрим самый распространённый тип 3D-принтеров, который работает по технологии FDM (метод послойного наплавления)
Из чего состоит 3D-принтер
3D-принтер состоит из корпуса (1) , закрепленных на нем направляющих (2) , по которым перемещается печатающая головка (3) с помощью шаговых двигателей (4) , рабочего стола (5) , на котором выращивается изделие; и всё это управляется электроникой (6) .
Чем печатает 3D-принтер
Расходные материалы (филаменты) для 3D-принтеров представляют из себя пластиковые нити, намотанные на катушки. Расходные материалы бывают различных типов и свойств. О всех типах материалов можно почитать в энциклопедии 3Dtoday.Килограмм самого дешевого пластика можно купить за какие-то 500 руб., хотя более интересные варианты (например, имитаторы древесины или песчаника с наполнителями из настоящей древесины или камня) уже могут обойтись в несколько раз дороже.
Как работает 3D-принтер
Нить (филамент) (1) поступает в печатающую головку (Экструдер) (2) , в которой разогревается до жидкого состояния и выдавливается через сопло экструдера. Шаговые двигатели с помощью зубчатых ремней приводят в движение Экструдер (2) , который перемещается по направляющим (3) и наносит пластик на платформу (4) слой за слоем. Снизу в вверх. В итоге ваше изделие (5) растёт слой за слоем.
Как запрограммировать 3D-принтер на печать
Для начала работы (печати) на 3D-принтере, будущий предмет необходимо нарисовать, причем во всех трех измерениях. Делается это с помощью специальных программ, называемых CAD-редакторами или САПР («Системами автоматизированного проектирования»). При этом рисовать модели самому совершенно необязательно – готовые варианты всевозможных крючков, чехлов или даже квадрокоптеров можно просто скачать с различных интернет-сайтов. В крайнем случае, если душа к проектированию не лежит, а необходимой модели в интернете нет, всегда можно заказать ее у профессионалов.
Когда дело доходит до 3D-печати, такие модели подвергаются «слайсингу», то есть разбиваются на отдельные слои с помощью специальных программ, так и называемых – слайсеры. Представьте, что вы хотите напечатать вазу: первым делом вазу необходимо условно нарезать на тонкие-тонкие слои, а каждый из них опять-таки условно сфотографировать. Стопку полученных снимков можно передать принтеру, и он сделает копию каждой картинки, одну поверх другой, пока слой за слоем не воссоздаст оригинальную вазу. Вот только «рисуют» принтеры по-разному и разными материалами.
Слайсер формирует специальную программу для 3D-принтера. В этой программе принтеру рассказывается, как нужно печатать модель - куда двигаться экструдеру, с какой скоростью выдавливать пластик, какая толщина слоев будет у модели и др параметры. Вся программа для принтера сохраняется в файл под названием g-code. Дальше через флеш карту или USB провод программа загружается в 3D-принтер и запускается печать.
Пруток подается в печатающую головку, где плавится и выдавливается через тонкое сопло. Головка передвигается в двух плоскостях, вырисовывая нитью целый слой – один из срезов того самого «яблока». Закончив один слой, принтер приподнимает головку или опускает платформу, а затем начинает печатать новый слой поверх только что нанесенного. Так, слой за слоем, срез за срезом, выращивается копия оригинального предмета.
Теперь должно быть понятным происхождение термина «аддитивные технологии». Большинство цифровых производственных методов основываются на удалении лишнего материала. Например, то же самое яблоко можно выточить, высверлить и выпилить из болванки. Такие технологии называются субтрактивными (от англ. «subtract» – «отнимать»). В 3D-печати все с точностью до наоборот: объект выстраивается крупинка за крупинкой, слой за слоем, с нуля. Отсюда и термин «аддитивный процесс» (от англ. «add» – «добавлять»).
Как мы уже говорили, 3D-принтеров великое множество и устроены они по-разному. Особо сложные промышленные машины, спекающие слои из мелких металлических порошков с помощью высокоточных лазеров, могут стоить сотни тысяч долларов. А вот настольные варианты, печатающие пластиковой нитью, вполне по карману обычному любителю: приличный конструктор вполне можно найти за 20 000 руб. даже в текущий кризисный период, а полностью собранные, отлаженные машины с массой дополнительных функций вроде подогрева рабочей камеры, сенсорного дисплея и автоматической калибровки редко стоят более 200 000 руб. Такие принтеры используют технологию FDM (Fused Deposition Modeling) или «Моделирование послойным наплавлением»
Насколько функциональны печатаемые изделия?
Скажем так: все зависит от качества процесса и используемого пластика. На домашнем 3D-принтере вполне реально печатать рабочие шестеренки для самодельных роботов или пластиковые корпуса для электронных гаджетов. Матерым инженерам-любителям даже доступны прочные пластиковые композиты с углеволоконными добавками. Само собой, сувениры, игрушки или новая ручка для сковородки не составят никаких проблем. Самое же замечательное то, что у вас появиться возможность создавать уникальные изделия или ремонтировать вещи, давно снятые с производства. Себестоимость одной детали, как правило, будет выше, чем у ширпотреба, но и здесь бывают исключения. Хотя бы те же защитные кожухи для смартфона: 50-граммовый 3D-печатный чехол из ABS-пластика хорошего качества обойдется примерно в 50 рублей, плюс небольшие затраты на электричество, а аналогичный кейс с витрины будет стоить в 5-10 раз дороже.
Производство настольных 3D-принтеров уже вовсю налажено в России, причем отечественные аналоги ничем не хуже западных вариантов, и это не пустые слова. Полного замещения комплектующих пока никому из отечественных производителей добиться не удалось, но готовые продукты дешевле западных конкурентов и не уступают им по характеристикам или качеству печати, а за сервисным обслуживанием не придется далеко бегать. Помимо FDM-принтеров существуют и машины, работающие с жидкими смолами, отверждаемыми светом, пластиковыми и металлическими порошками, спекаемыми лазерами, и даже устройства, изготавливающие высокоточные трехмерные модели из листов обычной бумаги, но это уже отдельная история.
Сегодня смело можно утверждать: без технологии 3D-печати современную цивилизацию представить невозможно, и вряд ли можно назвать другую так стремительно развивающуюся технологию.
По страницам истории
По мнению многих компьютерных экспертов, родоначальником 3D-печати и разработчиком первого еще обычного принтера стал англичанин Бэббидж. В 1822 году он приступил к созданию так называемой «большой разностной машины», предназначенной для производства расчетов и их распечатки. Как все великое, идеи Бэббиджа намного опередили свое время и, спустя 20 лет, так и не реализованный, проект был закрыт.
Большая разностная машина Бэббиджа
Прошло более 100 лет, прежде чем была предпринята вторая на сей раз более удачная попытка создания принтера. Первый черно-белый принтер увидел свет в 1953 году. Минуло еще 23 года и компания IBM создает первый струйный цветной принтер. Сегодня количество принтеров в офисах и других организациях уступает разве что числу компьютеров.
Во второй половине 80-х годов происходит очередной технологический прорыв. В 1986 году американец Чек Халл сформулировал концепцию трехмерной печати, а через два года его соотечественник Скот Крамп на ее основе разработал технологию FDM — формования через декомпозицию плавящегося материала. Все ныне действующие трехмерные принтеры своим появлением обязаны именно ей.
Как работает 3D-принтер
По сравнению с печатным принтером, переносящим электронный текст на плоскую бумагу, 3D-принтер имеет дело с трехмерной информацией. Одним словом, он воссоздает объект таким, какой он есть.
Как же печатает 3D-принтер? Вначале создается цифровая модель объекта на компьютере с помощью специальной программы. Она как бы «расчленяет» модель на слои, после чего в действие вступает принтер. Как и у его печатающего «собрата», у 3D-принтера есть свои чернила, правда, состоящие из композитного порошка.
Около 10 лет назад использовался всего лишь один вид «чернил» — пластик АВС. Сегодня их уже более сотни – полипропилен, бетон, целлюлоза, нейлон, металлические порошки, гипс, шоколад и множество других.
В процессе работы исходный материал превращается в массу, которая наносится слой за слоем на рабочую поверхность через специальное сопло. После нанесения очередного слоя поверх него может накладываться клеевое покрытие, затем снова слой «чернил». И так до полного воспроизводства объекта. Работу 3D-принтер можно посмотреть на видео.
Но это общий принцип работы 3D-принтера, так называемая технология быстрого прототипирования. На ее основе разработано несколько способов. Вот лишь некоторые из них.
Стереолитография (SLA)
Одна из первых технологий 3D-печати. В качестве строительного материала используется смесь жидкого полимера с реагентом-отвердителем, чем-то похожая на эпоксидную смолу. Полимеризация и последующее отвердение смеси происходит под действием ультрафиолетового лазера.
Модель формируется тонкими слоями на подвижной подложке с отверстиями, прикрепленной к микролифту-элеватору, который перемещается вверх или вниз на глубину одного слоя. Во время погружения в жидкий полимер луч лазера фиксируется на местах, подлежащих отвердению. Как только один слой сформирован, заготовка поднимется (опускается).
Данная технология разработана в компании 3D Systems. Она имеет очень много общего с технологией струйной печати. Особенность устройства и принцип работы этого 3D-принтера состоит в том, что здесь задействовано несколько (до нескольких сот) сопел, расположенных рядами на печатающей головке.
Чернила становятся жидкими посредством нагревания и после послойного нанесения на рабочую поверхность при комнатной температуре застывают. Головка перемещается в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение по мере формирования каждого нового слоя осуществляется за счет опускания рабочего стола.
Выборочное лазерное спекание (SLS)
Настоящим прорывом стало внедрение технологий 3D-печати в металлообработку. Как же работает ? Особенностью этой технологии является то, что функцию рабочей жидкости выполняет композитный порошок, состоящий из частиц диаметром от 50 до 100 мкм. Порошок наносится горизонтально равномерными тонкими слоями, а на завершающем этапе определенные участки спекаются лазерным лучом.
Одно из главных достоинств лазерного спекания – уникальная экономичность и практически полная безотходность по сравнению с традиционными механическими методами обработки металла – сверлением, фрезеровкой, резанием, литьем и другими, а также минимальная финишная обработка.
Необходимое условие лазерного спекания – азотная среда с минимальным содержанием кислорода, поскольку процесс протекает в условиях высоких температур.
Этим перечень технологий 3D-печати далеко не ограничивается. Его дополняют послойное склеивание пленок, послойное наплавление, послойная печать расплавленной полимерной нитью, ультрафиолетовое облучение через фотомаску.
Что бы еще напечатать
Выяснив, как работает 3D-принтер, впору поведать о том, что сегодня можно сделать с его помощью. Подобно модной и очень удобной одежде, его «примеряют» на себя представители самых различных направлений науки и промышленности. Как оказалось, напечатать можно практически все от ширпотреба из пластика, до солнечных батарей, деталей для реактивных двигателей и медицинских протезов.
На технологию 3D-печати «положили глаз» военные и строители. Не так давно на борт МКС был доставлен разработанный по заказу NASA 3D-принтер, с помощью которого в условиях невесомости было изготовлено несколько необходимых инструментов. Вполне возможно, что таким образом во время будущей марсианской миссии отдельные запчасти придется изготавливать прямо на борту космического корабля.
Рассматривается также вариант возведения марсианских домов методом 3D-печати, для чего с Земли туда будут доставлены специальные строительные принтеры. Основой «чернил» для них станет марсианский грунт.
Сейчас уже вполне возможно купить дешевый 3Д принтер и в собственной комнате наладить небольшое конвейерное производство необходимых в быту вещей, милых сувениров и даже обуви! Все это обходится очень дешево и отличается отменным качеством. Еще десять лет назад подобные механизмы только-только начинали разрабатывать, и они были доступны исключительно ученым или очень богатым людям, а ныне их можно увидеть в обычных городских квартирах и офисах.
Стоимость 3D принтера больше не повергает в шок: цена не слишком сложного механизма, с помощью которого можно «выращивать» мыльницы, светильники или , вполне доступна даже для небогатого человека. Дешевые модели еще совсем недавно были чем-то из области фантастики, а ныне приобрести подобные агрегаты могут себе позволить все, кто пожелает. Простота их эксплуатации и очень демократичные цены - то, что порождает спрос.
Если вы не можете найти в продаже вещь, которую очень бы хотели иметь, или же вас не удовлетворяет качество того, что предлагают, есть альтернативный вариант - то, что так понравилось. Например, вы увидали в Интернете люстру удивительной формы или же подставку для карандашей от модного дизайнера, однако ее стоимость слишком высока. Но зачем тратить деньги на то, что можно создать своими руками? Достаточно просто приобрести 3D принтер, и понравившаяся вещь станет доступной!
С помощью любого 3Д-редактора создается «картинка», которая потом воспроизводится в объемном формате. Нужно только нажать пару кнопок и запустить процесс, который будет протекать в автономном режиме, а результатом станет готовый предмет или его деталь. Приобрести качественный и простой в обращении инструмент недорого можно не везде. Но у нас это вполне реально, поскольку наша специализация - подобного рода «умные» машины. Мы поможем вам подобрать модель 3D принтера и проведем мастер-класс по ее грамотному использованию. Почувствуйте себя творцами вместе с нами!
Появление на рынке 3D-принтеров ознаменовало новую эпоху. Если раньше продукция, разработанная на базе высоких технологий, в бытовом хозяйстве позволяла решать привычные задачи, то в случае с трехмерной печатью предлагается новый способ применения устройств. Разумеется, новым он является только для рядового пользователя, так как в промышленности и на производственных предприятиях схожие технологии используются давно. Но в любом случае печать на 3D-принтере значительно расширяет возможности потребителя, к освоению которых, как показывает практика, готовы далеко не все. Во многом это связано со сложностью технологической реализации аппаратов, а также с нюансами их эксплуатации.
Но самые интересные вопросы касаются пользы от таких принтеров. Какие изделия позволяет создавать данное устройство? Для каких целей его продукцию можно использовать? И как работает 3D-принтер? Это важные вопросы, так как трехмерная печать все же является недешевым удовольствием. Поэтому приобретать соответствующее оборудование ради любопытства, мягко говоря, нецелесообразно. По крайней мере, стоит детальнее вникнуть в рабочие процессы печати и выяснить, какую пользу от них можно ожидать.
Что такое 3D-принтер?
Это устройство для трехмерной печати, посредством которого можно генерировать объемные предметы, дублирующие заранее подготовленную виртуальную модель объекта. По сравнению с традиционными принтерами, которые выводят электронный текст на бумагу, 3D-устройства обеспечивают вывод трехмерной информации, то есть создают объекты с реальными физическими параметрами. Собственно, для понимания того, как работает 3D-принтер, следует рассмотреть этапы изготовления твердых предметов с его помощью.
Принцип работы в общих чертах
Начинается работа с создания виртуального шаблона на компьютере с помощью специальной программы. Далее происходит обработка программным способом модели с целью ее разделения на слои. После этого в работу вступает техническая часть принтера, послойно формируя массу из композитного порошка для дальнейшего изготовления предмета. По мере заполнения специальной камеры материалом ось принтера распределяет массу по рабочей поверхности. После формирования каждого слоя головка устройства накладывает клеевую основу. Повторяется этот процесс до момента, пока не будет выполнен объект, разработанный в программе для печати. Важно учитывать, что изготовление на 3D-принтере может выполняться по разным технологиям. Соответственно, меняется и и свойства используемого материала, а также подходы к программной реализации задачи.
Технология быстрого прототипирования
Несмотря на различия в нюансах процесса изготовления, практически все устройства для трехмерной печати работают на принципе быстрого прототипирования. В соответствии с данной концепцией, производство осуществляется путем быстрого формирования опытных моделей для предварительной демонстрации возможностей будущего продукта. Задумывалась технология еще в 1980-х годах с целью создания образцов и заготовок. Сегодня этот метод известен как понимание которого и даст ответ на вопрос о том, как работает 3D-принтер и что отличает его функцию от традиционных подходов к изготовлению предметов. Так, если в процессе фрезерования, точения и происходит удаление материала, а ковка, прессовка и штамповка изменяют форму заготовки, то аддитивное производство предполагает увеличение массы материала посредством наращивания слоями. Иными словами, 3D принтер изменяет фазовое состояние веществ в определенных границах пространства. На сегодняшний день трехмерная печать развивается в нескольких направлениях, среди которых можно выделить стереолитографические технологии (STL), методы нанесения термопластов (FDM) и лазерное спекание (SLS).
Метод послойного наплавления термопласта
Это, пожалуй, наиболее популярная техника трехмерного изготовления. Распространенности FDM-аппаратов способствует сразу несколько факторов. В первую очередь в работе устройств используются относительно недорогие пластики. Также имеет значение простая техника эксплуатации, что особенно важно в работе с таким оборудованием. Как правило, технологии 3D-принтеров этого типа предусматривают работу с термопластиками, одним из которых является полилактид. Среди преимуществ этого материала отмечается экологичность, так как получают данный пластик из сахарного тростника и кукурузы.
Главным же элементом в самом принтере стоит назвать экструдер, который выполняет задачу печатной головки. Впрочем, в этой части не все так однозначно, поскольку элемент представляет собой комплекс отдельных компонентов. Если рассматривать термин «экструдер» в привычном понимании, то к нему будет относиться только часть головки в виде подающего механизма. Так или иначе, печатающая основа подает пластик для 3D-принтера путем нанесения расплавленной нити. Движение механической части обеспечивается электромотором. В итоге механизм направляет нить в нагреваемую трубу сопла, которая и формирует конечный объект.
Стереолитографические установки
Технология лазерной стереолитографии сегодня широко применяется в протезировании зубов. Это второй по популярности тип принтеров для 3D-печати. Отличительной чертой стереолитографических устройств является получение непревзойденно высокого качества объектов. Достигаются такие результаты благодаря разрешению аппаратов, которое может исчисляться единичными микронами. Поэтому вполне логично, что работа 3D-принтера на основе лазерной стереолитографии высоко ценится не только стоматологами, но и ювелирами. Программная часть устройства во многом напоминает FDM-аналоги, но есть и целый ряд особенностей технологии. Несмотря на тот факт, что принцип печати называют лазерной стереолитографией, все чаще функция такого оборудования базируется на светодиодных ультрафиолетовых проекторах.
Проекторные модели надежнее лазерных и по цене обходятся дешевле. Для них не нужны деликатные зеркала, обеспечивающие отклонение лучей, что упрощает конструкцию. В то же время печать на 3D-принтере с проекторами отличается высокой производительностью. Данное преимущество достигается благодаря тому, что происходит не последовательное, а полное засвечивание контура слоя.
Лазерное спекание
Еще одна разновидность применения лазерного метода. В этом случае применяется легкоплавный пластик. Мощный лазер прорисовывает по пластиковой основе сечение объекта, что приводит к плавлению и спеканию материала. Так происходит с каждым слоем до получения завершенной модели, которую подготовила программа для 3D-принтера в качестве заготовки. Остатки пластикового порошка стряхиваются с полученного предмета в конце рабочего процесса. Существенным недостатком таких аппаратов является создание объектов с пористой поверхностью. С другой стороны, это никак не влияет на прочность изделий. Более того, именно вышедшие из таких принтеров модели являются самыми долговечными. Сама же установка имеет сложную конструкцию и, как следствие, высокую стоимость. При этом и процесс изготовления отнимает много времени по сравнению с 3D-принтерами других типов. Как отмечают пользователи, скорость формирования модели составляет несколько сантиметров в час.
Расходные материалы
Основным материалом для создания моделей путем трехмерной печати является термопластик. Кроме уже упомянутых разновидностей, стоит отметить пластик для 3D-принтера в форматах ABS и PLA. Также используется нейлон, поликарбонат, полиэтилен и другие виды, также используемые в промышленности. При этом некоторые установки допускают и смешивание материалов, а также использование вспомогательных веществ, улучшающих качественные характеристики будущего изделия. Например, для этой цели используют который, в сущности, является той же разновидностью пластика PVA. Растворив его в воде, пользователь может создавать сложные геометрические фигуры.
Наиболее же экзотическим материалом для использования в подобных задачах является металл. Чтобы получить такое изделие, также применяют 3D-модели для печати на 3D-принтере, а отличия технологии сводятся к функции С ее помощью наносится связующая клейкая масса в места, куда указывает компьютерная программа. Далее на всю рабочую область головка наносит тонкий пласт металлической пудры. То есть металл не плавится, как в случае с пластиками, а накладывается и склеивается послойно в виде мельчайших частичек.
Управление работой принтера
Для начала стоит отметить операции, которые контролируются пользователем через компьютер. Это регулировка температуры сопла и рабочей площадки, темпы подачи материала и работы электромотора, который обеспечивает позиционирование печатающей головки. Все эти действия находятся под управлением электронных контроллеров. Как правило, современные модели таких устройств базируются на системе Arduino с открытой архитектурой. Что касается программного языка, то в принтерах используется так называемый G-код, построенный на командах управления оборудованием для печати. На этой стадии можно перейти к рассмотрению программ-слайсеров, которые обеспечивают перевод 3D-модели для печати на 3D-принтере в понятный контроллерам код. Сразу надо сказать, что такое программное обеспечение не имеет прямого отношения к разработке графических моделей.
Программное обеспечение
В перечень основных задач слайсеров входит установка параметров, в соответствии с которыми будет осуществляться печать. Выбор конкретной программы определяется типом принтера. Например, устройства RepRap подразумевают использование слайсеров, выполненных с открытым кодом. Среди таких можно выделить Replicator G и Skeinforge. Однако немало и производителей, которые рекомендуют использовать только фирменное ПО от конкретных компаний. Это, в частности, относится к аппаратам Cube от фирмы 3D Systems. Что же касается моделирования изделий, то этим занимается специальная программа для 3D-принтера, предназначенная для трехмерного проектирования. Обычно для этих целей используют CAD-редакторы, которые, впрочем, требуют определенного опыта работы с дизайном 3D.
Какие изделия можно получить?
Спектр возможностей трехмерных принтеров активно расширяется, что позволяет создавать продукцию для самых разных сегментов рынка. Если говорить о строительстве и архитектуре, то здесь очень ценятся возможности изготовление макетов, для которых, собственно, и разрабатывалась концепция аддитивного производства. В машиностроительной промышленности также широко используется 3D-принтер. Изделия в данном случае могут быть представлены и потребительской продукцией, и отдельными элементами для концептов. Как уже говорилось, высокая точность изготовления деталей была высоко оценена работниками медицины. Помимо протезирования, 3D-принтер используется в изготовлении макетов и образцов органов.