Чем могут печатать 3д принтеры

Что такое 3D-печать и как устроен 3D-принтер

Технологии 3D-печати или аддитивного производства обрели популярность совсем недавно, хотя первые методы появились на свет еще в середине 80-х годов прошлого века. Назначение 3D-принтеров для многих людей до сих пор остается загадкой, хотя ничего сложного на самом деле нет: это самые настоящие автоматизированные фабрики, способные самостоятельно производить изделия практически любой формы.

3D-принтеры применяются для самых разных задач. Изначально технологии 3D-печати получили название «быстрое прототипирование» и использовались, как можно догадаться, для изготовления прототипов и макетов. Нынешние, усовершенствованные технологии и материалы позволяют печатать уже не просто макеты, а вполне функциональные изделия, пригодные для повседневной эксплуатации: титановые имплантаты и лопатки газовых турбин, пластиковые игрушки, сувениры и корпуса бытовых приборов и гаджетов, керамическую посуду и даже бетонные строительные конструкции. Главным преимуществом 3D-печати над традиционными производственными технологиями считается принцип «прямого производства»: готовые изделия печатаются напрямую с цифровых моделей, в то время как для того же литья под давлением необходимо сначала изготовить дорогостоящую оснастку.

Принцип работы

Методов 3D-печати великое множество, но всех их объединяет общий принцип обработки цифровых моделей: для того чтобы 3D-принтер мог разобраться со сложной трехмерной структурой, цифровая модель разделяется на поперечные срезы, толщина каждого из которых соответствует толщине одного слоя. Представьте себе стопку бумаги, где каждый лист выполняет роль печатного слоя: если каждый лист вырезать по индивидуальному шаблону и вновь сложить в стопку, то получится трехмерный объект заданной формы. Собственно, именно так, вырезая и склеивая листы бумаги, работают 3D-принтеры по технологии LOM, выпускаемые компанией Mcor.

Разница же заключается в методах изготовления слоев и используемых материалах. Так, в стереолитографии (SLA ) применяются жидкие фотополимерные смолы, отверждаемые лазером, а в селективном лазерном спекании ( SLS ) те же лазеры используются для спекания частиц различных порошков – металлических, полимерных или керамических. Самое же широкое распространение получила технология «моделирования методом послойного наплавления», известная под аббревиатурами «FD» и « FFF ». Популярность этого метода объясняется простотой и дешевизной как самих печатающих устройств, так и расходных материалов. В качестве сырья используются всевозможные пластики и композиты на полимерной основе, а FDM-принтеры представляют собой максимально упрощенные станки с числовым программным управлением.

В качестве материала используется тонкая пластиковая нить или «филамент», а роль печатающей головки играет «экструдер», состоящий из простого зубчатого механизма, проталкивающего пластиковый пруток в разогретую трубку («хотэнд») и выдавливающего расплавленный пластик через сопло. Расплавленной нитью можно вычерчивать один слой за другим, пока не образуется трехмерная физическая модель. Необходимо лишь устройство, которое будет приводить головку в движение по заданному алгоритму.

Это устройство и называется 3D-принтером. Простейшие настольные 3D-принтеры состоят из шасси, служащего основой для направляющих, по которым передвигается печатающая головка и/или платформа, на которой выполняется построение. В обычном офисном принтере, печатающем на листе бумаги, необходима возможность позиционирования в двух измерениях: как правило, головка движется из стороны в сторону, а сам лист бумаги постепенно протягивается, строка за строкой. Если же мы строим трехмерную модель, то необходимо добавить и третье измерение в механизм позиционирования – так, чтобы можно было ориентироваться не только по ширине и длине, но и по высоте.

Головка и платформа устанавливаются на направляющие и приводятся в движение электромоторами. Порядок работы электромоторов, определяющий движение головки и подачу материала, закладывается в специальный программный код (т.н. G-код). Код вырабатывается автоматически с помощью специальных программ, называемых «слайсерами»: такие приложения берут нарисованные в графических редакторах трехмерные виртуальные модели, а затем разделяют их на слои и конвертируют каждый слой в серию команд, необходимых для построения физического аналога. Головка постепенно вычерчивает каждый слой, выдавливая расплавленный пластик на платформу или нанесенные ранее слои. После окончания слоя головка поднимается (или, наоборот, платформа опускается) на высоту одного слоя, и процесс начинается заново, только с использованием очередного шаблона.

Как правило, толщина нити и самих слоев составляет доли миллиметра: типичный диаметр сопла варьируется от 0,3 до 0,8 мм, тогда как толщина слоя составляет от 50 до 300 микрон. Для сравнения, толщина человеческого волоса колеблется в пределах 80-100 микрон. Очевидно, что печать тонкой нитью занимает достаточно долгое время. Действительно, типичный производственный цикл с легкостью может измеряться часами, а то и превышать сутки: здесь все зависит от выбранного диаметра сопла, толщины индивидуальных слоев и габаритов самого изделия. Чем выше толщина нити и слоев, тем меньше времени уйдет на печать, но и качество поверхностей будет ниже.

Расходные материалы

Одним из самых привлекательных факторов FDM-печати остается огромное разнообразие относительно недорогих расходных материалов. Два наиболее популярных пластика АБС(акрилонитрилбутадиенстирол) и ПЛА (полилактид). С первым вариантом знакомы абсолютно все из нас – это наиболее широко используемый промышленный пластик, из которого изготовлена ваша любимая кофемолка, шариковая ручка, защитный кожух смартфона и множество других бытовых вещей. Второй же представляет собой экологичную альтернативу, будучи органическим, биоразлагаемым полимером, изготавливаемым из кукурузы или сахарного тростника. Пусть ПЛА и не так долговечен, его можно смело выбрасывать в мусор, так как под воздействием среды через несколько месяцев полилактид превратится в безвредный компост.

Но при желании можно печатать и другими материалами: такими популярными термопластами, как поликарбонаты и нейлон. Филамент можно даже изготавливать в домашних условиях, используя в качестве сырья пустые контейнеры из ПЭТФ: из этого материала изготавливаются бутылки для газированной воды и пива.

Существуют и эластичные варианты, имитирующие резину – такие, как NinjaFlex. А если «пластиковый» образ вам не по душе, то можно попробовать композиты на основе ПЛА с добавлением различных наполнителей: песчаника, металлической пыли и даже древесины. Конечно же, физические и механические характеристики таких композитов несравнимы с настоящим камнем или сталью, но если вместо внешнего сходства вам необходима именно прочность и износоустойчивость, то всегда можно попробовать специальные композиты, армированные углеволокном.

Остается лишь выбрать 3D-принтер по душе, что может быть нелегким делом ввиду растущего разнообразия: серьезные дизайнеры могут выбрать относительно большие устройства с двумя-тремя печатающими головками, в то время как для начинающих пользователей доступно множество простых в эксплуатации моделей с относительно скоромными характеристиками, но высоким уровнем автоматизации и вполне доступными ценами. Некоторые наиболее бюджетные устройства можно приобрести всего за 200-300$, а цены на филаменты начинаются от 10$ за килограмм.

Для тех, кто хочет знать больше

— первый опыт работы с 3D-принтером: подводные камни и первые навыки — с чего стоит начать, если у вас появился 3D-принтер — что мы станем печатать на 3D-принтерах в ближайшем будущем — что еще стоит попробовать лично помимо 3D-принтеров — простые и доступные конструкторы, позволяющие приобщить детей к современным технологиям

Подписывайтесь на наш нескучный канал в Telegram, чтобы ничего не пропустить.

Примеры и перспективы использования 3D-принтеров

3Д-принтер – устройство, которое обрабатывает трехмерную компьютерную модель и на основании полученных данных строит объемный предмет. Чаще всего объекты создаются с помощью послойного наплавления пластика или застывания специальной смолы.

Вне зависимости от применяемой технологии, принтер отлично подходит для изготовления твердых изделий, имеющих сложную форму. Благодаря этому трехмерное моделирование применяют в самых разных сферах: от производства сувениров до строительства зданий.

Всем, кто интересуется 3D-принтерами, стоит ознакомиться с реальными ситуациями его применения. Обычные пользователи расширят свой кругозор, а потенциальные предприниматели увидят интересные возможности для создания бизнеса.

Где применяется 3D-принтер

Как уже отмечалось, 3D-принтеры изготавливают объемные изделия, используя в качестве основы специальные компьютерные модели. Такой метод производства обладает следующими преимуществами:

• создание предметов любой формы и сложности;
• высокая скорость работы;
• небольшое количество брака;
• применение самых разных материалов (от металлизированных пластиков до пищевых продуктов).

Важно! 3Д-печать позволяет снизить себестоимость продукции и значительно ускоряет рабочий процесс.

Использование в быту и в домашних условиях

Изначально принтеры были довольно сложными и дорогими техническими устройствами, которыми пользовались лишь ученые и специалисты. В наши дни принтер может приобрести любой желающий, так как на рынке работают много производителей (как отечественных, так и зарубежных).

Благодаря доступности трехмерного моделирования активно развивается производство различных предметов прямо на дому. К наиболее распространенным изделиям относятся:

• игрушки;
• сувениры и подарки;
• небольшие запчасти для автомобилей, электронной и бытовой техники;
• мебельная фурнитура;
• чехлы для смартфонов;
• кухонные принадлежности;
• всевозможные украшения и поделки.

Внимание! При желании владелец 3Д-принтера может начать бизнес не выходя из дома. Производство вышеупомянутых уникальных сувениров или чехлов – весьма прибыльное занятие.

В аэрокосмической промышленности

Оказывается, 3Д-принтеры могут печатать не только игрушки и маленькие детали. Уже сейчас аэрокосмическая и авиастроительная промышленность пользуется возможностями трехмерной печати. Так, всемирно известная компания Boeing и американская корпорация Lockheed Martin уже приступили к созданию деталей двигателя и несущих элементов конструкции. Предметы изготавливают из цельнометаллических материалов по технологии лазерного спекания.

В космосе и для космоса

Трехмерное моделирование может стать очень важной технологией в космической сфере. К примеру, компания SpaceX презентовала корабль Dragon v2, в двигателе которого используются напечатанные детали.

Применение 3D-печати не ограничивается наземной промышленностью: в 2016 году NASA отправила на МКС специальный 3Д-принтер, способный работать в условиях невесомости. С его помощью можно провести различные тесты, однако более важно, что космонавты могут самостоятельно создавать необходимые им предметы, не дожидаясь прибытия корабля с Земли.

В архитектуре

Создание трехмерных объектов – идеальная технология для архитектуры, поскольку с помощью макетов дизайнеры и инженеры могут максимально точно увидеть воплощение придуманного объекта. Разумеется, архитектурные макеты применялись и ранее, но печать на принтере значительно облегчает и ускоряет процесс разработки зданий.

Производства пистолетов и примеры печати оружия

Как и многие технологии, 3D-печать используют не только на благое дело. Даже простейшие принтеры позволяют изготовить функциональный пластиковый пистолет – если он разрушится от единственного выстрела, то это все равно может быть крайне опасно.

Некоторые специалисты считают, что люди должны иметь возможность для самообороны. Так, организация Defence Distributed выложила в интернет трехмерные модели однозарядного пистолета Liberator. Впоследствии компания разработала запчасти для винтовки AR-15 и автомата Калашникова, что позволит людям собрать оружие из минимума деталей и материалов.

Внимание! Многие страны запретили производство и оборот напечатанного оружия, однако контролировать эту сферу крайне сложно.

Одежда

Модельеры тоже заметили преимущества трехмерного моделирования. Некоторые материалы (например, нейлон) вполне пригодны для создания одежды, причем готовое изделие приобретет необычную форму и одновременно будет достаточно прочным и эластичным.

Фирма Continuum Fashion уже представила некоторые изделия, которые вызвали триумф на модных показах. Готовую одежду даже можно приобрести в интернет-магазине. Конечно, сейчас такие вещи выглядят слишком эксцентрично и явно не предназначены для повседневной носки, однако специалисты считают, что в недалеком будущем люди будут печатать одежду прямо у себя дома.

Примеры работ в искусстве

Многие известные скульптуры, барельефы, архитектурные подвиги можно увидеть только в крупнейших музеях мира или непосредственно в том или ином городе. При желании можно приобрести реплику, но такие фигурки обычно стоят очень дорого и продаются далеко не везде.
3Д-принтер придет на помощь ценителям искусства: достаточно лишь загрузить в устройство модель, которую отсканируют музейные работники.

Справка! Такой метод полезен в целях изучения или сохранения самого объекта, поскольку трехмерное сканирование и моделирование позволяет изготавливать копии с высокой степенью точности.

3D печать в медицине

Трехмерное моделирование – одна из наиболее перспективных новейших технологий, которые используются в медицине. В некоторых областях (например, в стоматологии) 3D-печать уже поставлена на поток, в других сферах ее развитие – вопрос ближайшего будущего.

Хирургическая подготовка

Трехмерное моделирование позволяет тщательно готовиться к операциям. 3D-сканеры дают наиболее точное изображение необходимого участка тела, после чего из компьютерной модели распечатывают копию и рассчитывают, каким образом прооперировать это место.

Протезирование

Напечатанные объекты пользуются высоким спросом в протезировании, так как 3D-печать позволяет изготавливать протезы самой сложной формы и учитывает все индивидуальные особенности тела.

Шведская фирма Arcam производит с помощью принтеров самые разнообразные протезы, в том числе цельнометаллические предметы. Их применяют как в более привычном протезировании конечностей, так и для замены костей или суставов.

Стоматология

Стоматологические протезы, коронки, элайнеры (пластиковые скобы) – именно те предметы, для создания которых лучше всего подходит 3Д-принтер для стоматологии . Компания Align Technology разработала метод, при котором ротовую полость сначала сканируют, а потом создают индивидуальный протез или скобу. Для производства используют технологию застывания жидкой смолы, поэтому готовые изделия обладают высочайшей степенью точности.

Продукты

Многие люди наслышаны о пищевых 3д принтерах , которые могут изготавливать еду самой причудливой формы. Действительно, 3D-принтеры вполне могут печатать горячим шоколадом, тестом, сахарным сиропом и прочими полужидкими продуктами (даже фаршем!).

Одно из таких устройств разработано фирмой Foodini – принтер использует любой продукт пастообразной консистенции. В отличие от обычных принтеров, пищевые модели плохо справляются с термической обработкой еды, но в скором времени эта проблема наверняка будет устранена.

Персонажи

Создание и коллекционирование фигурок известных личностей, героев фильмов, игр и комиксов – важная увлекательная сфера для многих людей. Трехмерное моделирование позволяет легко распечатать самую точную копию даже на простеньком домашнем принтере, так что любой желающий может собрать обширную коллекцию персонажей.

Домашние роботы

Электронные компоненты Arduino позволили многим умельцам оборудовать систему «умного» дома или значительно облегчить процесс многих домашних дел. Проблема в том, что далеко не все люди хорошо разбираются в программировании, электронике и пайке.

Ученые из Массачусетса работают над принтером, который будет создавать простейших бытовых роботов. Пользователю нужно будет задать желаемые функции и выбрать дизайн, после чего система распечатает все необходимые детали. Готовый робот, к примеру, сможет вытирать пыль на шкафах или следить за плитой на кухне.

Музыкальные инструменты

Еще одна перспективная отрасль трехмерного моделирования. Профессиональные музыканты скажут, что действительно ценные инструменты разрабатываются годами и служат десятилетиями, так что их не может заменить наспех напечатанная деталь.

На самом деле некоторые части вполне можно печатать на принтере: гриф или деку изготавливают из древесного пластика, поэтому они ни в чем не уступят оригиналам. По части художественного оформления пластик точно превосходит привычные материалы: форма и дизайн музыкальных инструментов могут быть самыми неожиданными.

Обувь

Обувь, как и одежду, легко можно изготовить с помощью 3D-печати. Важное преимущество таких изделий – полное соответствие анатомическим особенностям владельца (размер и форма стопы).
На принтере печатают как женскую, так и мужскую обувь. Пока что модные туфли красуются только на подиумах, но в будущем они вполне могут пойти в массовое производство.

Препараты

Еще одно важное направление, связанное с медициной. При производстве лекарственных средств нужно соблюдать строгую дозировку компонентов и смешивать их в правильных пропорциях.

Компания Organovo использует специальный гелевый материал, который позволяет очень точно соединять препараты. Такая технология мало подходит для серийного производства, однако найдет свое применение в создании средств, предназначенных для конкретного человека.

В машиностроении

Многие автомобильные детали можно легко напечатать на принтере: так, «Формула-1» уже использует в своих болидах печатные компоненты. Американская компания Local Motors и вовсе выпустила автомобиль, корпус которого полностью выполнен из напечатанных деталей.

В действительности, массовое печатное производство автозапчастей пока что обходится слишком дорого. 3D-печать эффективнее применять для создания деталей машин, которые давно были сняты с производства.

Справка! Перед изготовлением многих машин и механизмов специалисты вручную создают прототипы этих изделий. Печатать прототипы на принтере намного удобнее и быстрее.

Кастомизация

С помощью 3D-принтера можно до неузнаваемости преобразить вид обычных вещей. Плетеные абажуры для светильников, футуристичная велосипедная рама – все это гарантированно привлечет внимание, так как аналогов собственному производству попросту не существует.

Если использовать разный декор (краски, лак), то вещь может выглядеть как фантастический концепт из будущего, либо как старинное причудливое изделие – выбирать только вам.

Мебель

3Д-принтеры позволяют изготавливать мебель, которую почти невозможно отличить от настоящей. Дело в том, что для печати используется специальный пластик, в состав которого входят микроопилки. Так, материал Laywoo-D3 даже обладает запахом дерева, а напечатанное изделие легко обрабатывается, красится и покрывается лаком.

Дизайнер Йорис Лаарман внес некоторые усовершенствования в конструкцию принтеров, так что его разработка может легко печатать металлом и создавать всевозможные ажурные детали для мебели.

Ювелирные изделия

Трехмерное моделирование активно применяется для создания ювелирных украшений, обладающих особенно сложной формой. Некоторые устройства сразу могут печатать драгоценными металлами, в то время как другие принтеры изготавливают копию украшения.

Дело в том, что перед производством кольца, броши или ожерелья ювелиры сначала вручную создают восковую модель и лишь потом отливают по ней изделие. Ювелирные 3D-принтеры позволили значительно ускорить и удешевить этот процесс. Для создания моделей применяют особый материал, похожий на ювелирный воск, а среди устройств мастера обычно выбирают Soldscape T76, Objet260 Connex и пр.

Строительство

Трехмерное строительство – еще одна крайне перспективная отрасль. С помощью строительный 3D-принтеров можно упростить процесс возведения зданий, снизить объем отходов и уменьшить трудозатраты.

Специалисты еще не создали идеальное устройство для 3D-печати зданий и сооружений, однако работа над ним ведется сразу в двух направлениях. Так, китайская компания Winsun выпустила огромный принтер (6 х 10 х 40 м), который послойно наносит специальный раствор и создает пол, стены со всеми отверстиями и нишами для коммуникаций. Главный недостаток этого устройства – его неподвижность (готовую постройку нужно перевозить на другое место).

Испанские ученые, напротив, работают над созданием небольших роботизированных принтеров, которые прикрепляются на готовые элементы здания и создают новые части конструкций. Какая из этих технологий окажется более эффективной и целесообразной, покажет время.

В образовании для школьников

Технологии трехмерного моделирования предоставляют уникальную возможность для изучения самых разных областей знаний и школьных предметов. Простыми 3D-принтерами для школы можно оборудовать любые образовательные учреждения (как старшие группы детских садов, так и вузовские кафедры).

Справка! Современные устройства весьма эффективны, не выделяют вредных веществ, сравнительно легко настраиваются и обладают невысокой стоимостью.

Использование 3Д-печати позволит повысить интерес учащихся к предмету, развить у них конструкторские и дизайнерские навыки, наглядно показать ход тех или иных процессов (Представьте, что на уроке печатают разрез двигателя внутреннего сгорания, бедренную кость или объемную модель молекулы серной кислоты).

3D-принтеры одни из наиболее инновационных и удивительных устройств, созданных за последние годы. Совсем недавно они были доступны только ученым, а теперь бюджетный станок может приобрести любой желающий. Пользователи при минимуме вложений могут создавать самые разные изделия и предметы, конструировать новые объекты, придумывать уникальный дизайн для привычных вещей.

В промышленности сфера применения 3Д-принтеров еще больше поражает воображение: кажется, что они могут изготавливать все начиная от еды и одежды, заканчивая автомобилями и зданиями. Кажется, что в скором будущем принтер станет обычным устройством, которое есть в каждом доме (как телевизор или холодильник), а большая часть промышленных изделий будет изготавливаться печатным способом. В конце концов на принтере даже можно распечатать еще один такой же принтер, и тогда круг производства замкнется.

На самом деле, подобные сценарии лучше оставить для фантастических фильмов. Трехмерное моделирование имеет ряд серьезных недостатков, из-за которых массовое печатное производство становится совершенно невыгодным. Далеко не все принтеры могут соединять различные пластики, работать с разными цветами и температурами. При использовании дорогих станков себестоимость напечатанного изделия будет в десятки и сотни раз превышать себестоимость предмета, сделанного на обычном заводе. 3Д-печать целесообразнее применять для производства уникальных вещей или изделий, где важна высокая точность формы (например, в протезировании).

Даже если технические и экономические недостатки современных принтеров со временем будут исправлены, массовая печать вещей все равно не сулит ничего хорошего. Спрос на промышленные товары резко упадет, и вся мировая экономика рухнет. Кроме того, непонятно, как решать вопрос с копированием уникальных изделий (в нынешних реалиях владелец либо правообладатель получает средства за использование авторских прав или патента).

Наконец, трехмерное моделирование может использоваться в нежелательных целях (к примеру, для производства оружия). Если у каждого человека дома будет станок, на котором можно распечатать пистолет, вряд ли это приведет к чему-то хорошему.

В целом реальность наверняка окажется чем-то средним между самыми оптимистичными и пессимистичными предположениями. Традиционное промышленное производство никуда не денется, а принтеры будут массово использовать в узких нишах для создания строго определенных предметов (собственно, как это происходит и в наши дни).

3D-принтер для чайников: как перестать бояться и начать печатать

Технологии 3D-печати, еще несколько лет назад казавшиеся дорогими и недоступными, с каждым днем становятся все ближе к нам. Сейчас на рынке представлено большое количество моделей 3D-принтеров, простых в управлении и доступных по цене. Выбрать 3D-принтер для начинающих теперь стало гораздо проще.

Присутствуют даже модели, которыми могут пользоваться дети. Как начать печатать 3D-модели с нуля? Мы расскажем об этом подробно.

Суть технологии 3D-печати

3D-печать – это технология, при которой 3D-принтер создает материальный трехмерный объект по компьютерной модели, разработанной в программе 3D-моделирования или на основе 3D-скана. 3D-принтер – это устройство с программным управлением, которое использует данные компьютерной трехмерной модели для послойного создания физического объекта.

Существует много распространенных и хорошо себя зарекомендовавших технологий 3D-печати, и специалисты продолжают работать над их усовершенствованием. Однако лидерство прочно удерживают несколько наиболее удобных в применении технологий – это FDM (fused deposition modeling – моделирование методом наплавления) и стереолитография — SLA (laser stereolithography – лазерная стереолитография) и ее аналог DLP.

Как начать печатать в 3D быстро и легко

Итак, вы решили приобрести 3D-принтер – с чего начать? Прежде всего нужно разобраться в их видах. Принтеры различаются технологиями, по которым они работают – FDM, SLA или DLP, и техническими параметрами. Разберем, какие характеристики имеют эти устройства и на что нужно ориентироваться, выбирая принтер для начала печати.

Характеристики 3D-принтера

Присматриваясь к FDM-моделям принтеров, кроме цены, обращайте внимание на такие параметры:

• Область печати – это габариты или объем той фигуры, которую можно напечатать на данном устройстве. Указывается в см3 или соотношении длины, ширины и высоты готового изделия. Рекомендуемые габариты для начинающих печатников – от 200 х 200 х 200 мм.
• Доступная скорость печати (от 40 до 150 мм/сек и даже выше).
• Разрешение печати или толщина слоя. Они напрямую связаны с внешним видом готового изделия. Начинающему пользователю стоит выбирать принтер с разрешением 50-100 мкм. Чем ниже разрешение, тем грубее выглядит готовая деталь.
• Экструдер – деталь принтера, через которую подается расплавленный материал для печати. Существуют экструдеры для печати несколькими материалами и принтеры с несколькими экструдерами, это позволяет использовать разные материалы и цвета.

Перед началом печати на 3D-принтере следует определиться с целями, для которых будет использоваться принтер — от них будут зависеть конструктивные особенности аппарата; определитесь с размерами изделий – от них будет зависеть рабочий объем будущего принтера; всё это повлияет на цену.

Материалы

Два наиболее популярных материала для 3D-печати по технологии FDM, с которыми начинают работать новички – это пластики ABS и PLA. ABS – прочный и долговечный материал, широко распространенный и популярный, устойчив к ударам. Из ABS делаются, например, детали интерьера в авто и конструкторы LEGO, как и многое другое. PLA – биоразлагаемый нетоксичный полимер на основе молочной кислоты, получаемой из кукурузы и сахарного тростника — экологичная замена ABS. Материал хорошо держит форму, выдерживает трение, подходит для создания подвижных деталей.

Большинство принтеров поддерживают работу с несколькими видами пластика.

Если вы планируете начать работу с SLA или DLP-принтером, то важными параметрами будут рабочий объем, точность печати, которая в случае с SLA-технологией намного выше, чем у FDM-моделей, цена расходных материалов и самого устройства.

Подготовка к 3D-печати

Разработка модели

Начинать печатать в 3D лучше с простых моделей — геометрических фигур несложной конструкции. Модели можно разработать самостоятельно, с помощью специальных компьютерных программ. Наиболее легкие и часто используемые:

• OpenSCAD;
• AutoCad;
• FreeCad;
• GoogleSketchUp;
• Blender.

Программы из этого списка бесплатные, их легко скачать и установить себе на компьютер. Кроме них, можно использовать SolidWorks, 3DS Max, Sculptris и другие.

В качестве альтернативы, можно скачать уже разработанные модели на различных интернет-ресурсах. Например, tinkercad.com, Thingiverse и другие. Главное условие – программа должна сохранять файлы в формате STL. В противном случае придется воспользоваться еще и программой-конвертером для перевода в этот формат. Подробные рекомендации по выбору ПО для моделирования, редактирования и слайсинга 3D-моделей можно найти в этой статье.

Слайсинг и G-Code

Созданную в программе модель необходимо подготовить к печати с помощью еще одного вида ПО. Специальные программы обрабатывают модель, нарезая ее на тонкие слои, в соответствии с которыми затем будет выкладываться пластик. Эта обработка называется слайсингом. Комплект инструкций, который создается в программе-слайсере, называется G-Code.

3D-принтер может иметь комплектное ПО для нарезки STL-файла, либо вам придется установить его дополнительно. Среди рекомендуемых программ – Cura, Slic3r, Repetier и другие. Подробный обзор программ для слайсинга читайте здесь.

Процесс печати

Подготовленную модель можно отправить на принтер через USB-носитель, с помощью SD-карты либо через Wi-Fi. Интерфейс большинства принтеров предназначенных для домашнего использования прост и понятен, не вызывает сложностей с запуском процесса.

На скорость печати влияют настройки принтера, такие как толщина слоя и заполнение, размер и сложность модели. Обычно перед тем, чтобы подержать в руках первую самостоятельно отпечатанную фигурку или деталь, проходит несколько часов.

Обеспечьте хорошую вентиляцию в помещении, где находится принтер, поскольку при его работе от нагревания пластика появляется характерный запах.

Возможные «подводные камни»

Печать первых нескольких моделей – это процесс волнующий, непредсказуемый и захватывающе-интересный. На ваших глазах будет постепенно создаваться новая вещь. Но нужно подготовиться к тому, что не сразу все пойдет гладко. Нежелательно выставлять для печати моделей высокую или максимальную скорость, желая побыстрее получить готовое изделие – спешка скажется на качестве и поверхность изделия может оказаться неровной, а контуры – неаккуратными.

У вас может не сразу получиться подобрать правильную температуру для материала, который планируется использовать. В принтерах используются терморезисторы с разной чувствительностью, что повлияет на температуру с которой будет плавиться пластик.

Даже материалы от одного производителя, но из разных серий или разных цветов, могут слегка отличаться по температуре плавления. Естественно, перегретый пластик может дать неровные, расплывшиеся контуры изделия. Если такое произошло, запаситесь терпением и попробуйте еще раз с другими настройками.

Еще одной возможной проблемой может стать неправильный нагрев платформы. Если платформа имеет слишком низкую температуру, это может привести к отставанию изделия и его деформации.

Обработка готового изделия

Распечатанные на FDM 3D-принтере изделия имеют неровную фактурную поверхность, что обусловлено послойной технологией их создания. На фотополимерных принтерах (SLA и DLP) модели получаются более гладкими, т.к. слои там тоньше, но и они несовершенны и требуют постобработки.

Есть несколько способов, с помощью которых можно сделать поверхность моделей как можно более ровной и гладкой, чтобы придать им более привлекательный вид. В домашних условиях доступно несколько видов постобработки 3D-моделей:

• Механический. Ошкуривание поверхности наждачной бумагой или шлифовальной губкой.
• Химический. Обработка растворителями — с помощью кисти или парами растворителя, для этого используются дихлорэтан, ацетон и другие вещества.
• Смешанный. Полировка модели вручную с применением растворителей.

Ошкуривание

Использовать наждачную бумагу или шлифовальную губку можно для моделей не имеющих мелких деталей. Это трудоемкий способ, и он не позволяет добиться глянцевой поверхности, но исключает работу с токсичными растворителями и убирает слоистость с поверхности. После ошкуривания 3D-модель можно загрунтовать и окрасить или покрыть лаком, придав аккуратный вид, либо подвергнуть химической полировке.

Обработка растворителями

Каждому материалу печати соответствует свой растворитель. Основные растворители, которые используются для постобработки 3D-моделей — ацетон и дихлорэтан. Ацетон подходит для обработки изделий из ABS, дихлорэтан – для PLA.

Всю обработку с помощью растворителей нужно выполнять в перчатках и в хорошо проветриваемом помещении, либо на открытом воздухе. Учтите, что дихлорэтан – летучее ядовитое соединение.

Если вы решили выравнивать поверхность изделий с помощью кисти, нужно брать кисть с натуральным ворсом. Растворитель нужно набирать в умеренном количестве и наносить быстро, не допуская появления потеков или борозд.

Для полировки берется чистая белая ткань без ворса, желательно из натуральных волокон. Растворитель наносится на ткань, затем ею нужно отполировать поверхность круговыми движениями, вплоть до появления желаемой гладкости.

При обработке парами модель помещают на платформу, лучше металлическую, и устойчиво располагают в емкости, на дно которой налит растворитель. Соприкосновения растворителя с изделием быть не должно. Емкость нагревают до появления паров, сильный нагрев не нужен. Этот способ позволяет добиться максимально ровной и гладкой поверхности модели. Также существуют специальные установки для обработки моделей парами растворителей.

После выравнивания поверхности изделие можно загрунтовать и окрасить. Часто применяются акриловые грунты и краски.

Технологии 3D-печати

Технология FDM

Технология FDM (fused deposition modeling), иначе именуемая как FFF (fused filament fabrication), использует метод послойного наплавления нагретого термопластика. Изначально пластик находится в виде нити (филамента), которая нагревается до определенной температуры и укладывается слоями согласно разработанной 3D-модели.

Принтеры, работающие по технологии FDM, имеют специальную печатающую головку – экструдер, через которую расплавленная нить попадает в рабочее пространство. Существуют FDM-принтеры с одним или несколькими экструдерами. Также эти модели принтеров могут отличаться друг от друга разным устройство механизма перемещения экструдера в пространстве – разной кинематикой.

Этот способ 3D-печати может применяться для создания игрушек, изделий для дома, даже костюмов для косплея. Именно эту технологию чаще используют для построения визуализационных и демонстрационных моделей. FDM-принтеры за последние несколько лет упали в цене и стали наиболее доступными и применимыми для домашнего использования.

FDM-принтеры имеют несколько режимов скоростей печати: 40-50 мм/сек, 80-100 мм/сек и 150 и более мм/сек. На высоких скоростях печати качество модели обычно падает. Преимущество FDM-печати перед 3D-печатью по другим технологиям — в сравнительно доступных ценах на принтеры и материалы. Среди основных недостатков можно назвать необходимость в постобработке изделий, из-за неровностей на поверхности, и меньшую детализацию, по сравнению с фотополимерными 3D-принтерами.

FDM-принтеры

FDM-принтеры отличаются диаметром используемого филамента, обычно это 1,75 и 3,0 мм. Трехмиллиметровый филамент чаще используют в промышленных принтерах, где скорость зачастую важнее гладкости поверхности, а 1,76 — наиболее распространенный диаметр, используемый и в хоббийной 3D-печати, и в профессиональной. Диаметр филамента необходимо учесть при покупке расходников.

Используемые виды пластика – ABS, PLA, поликарбонаты, полиамиды и другие полимеры. Наличие у принтера двух и более экструдеров позволяет печатать несколькими цветами пластика одновременно.

Anycubic Mega-S

3D-принтер Anycubic Mega-S, с внушительной по размерам областью печати 210 x 210 x 205 мм, имеет надежную конструкцию с жесткой металлической рамой. Платформа данного принтера прогревается до 110°C , а экструдер до 260°C . Высокая адгезия и четкая калибровка обеспечивают точность печати.

Принтер оснащен сенсорным экраном, с помощью которого можно управлять печатью в режиме реального времени. Для печати подойдут такие материалы: PLA, ABS, TPU, HIPS, Wood.

Anycubic Mega-S подходит для домашнего использования, образования и мелкосерийного производства рекламной продукции.

Цена — 23 900 руб. (актуальную стоимость уточняйте на сайте).

FlashForge Adventurer 3

Adventurer 3 – 3D-принтер с одним экструдером. Размер рабочей камеры – 150 x 150 x 150 мм. Работает с пластиками PLA и ABS. Принтер имеет функцию автоматической загрузки филамента и гибкую подогреваемую платформу. Adventurer 3 поддерживает 5 способов отправки файлов на печать. Толщина слоя – от 100 мкм. Подойдет для домашнего использования, создания игрушек и сувениров. Цена – от 43 900 р. (уточняйте на сайте).

Подробнее о принтере читайте здесь.

Wanhao Duplicator 12/300 с двумя экструдерами (D12)

Wanhao Duplicator 12/300 с двумя экструдерами (D12) имеет открытую конструкцию с вместительной рабочей камерой 300 х 300 х 400 мм. Печатает модели с толщиной слоя 100-400 мкм. Гибкая платформа способствует простому отделению готовых моделей. Сенсорный экран с диагональю 5" имеет интуитивно понятный интерфейс и обеспечивает удобное управление печатью на всех этапах. Есть возможность экспериментировать с видами пластиков, но нужно учитывать, что максимальная температура нагрева составляет 260ºC. Цена – 33 500 р. (уточняйте при заказе).

Подробнее о принтере читайте здесь.

Как заработать на FDM-принтере

Сколько можно заработать с помощью 3D-печати — зависит от типа продукции, которую планируется изготавливать, спроса на нее, цены расходников, затрат на постобработку и других факторов. При выполнении заказов, например, на изготовление костюмов для косплея, при средней сумме заказа в 30000 р., FDM-принтер может окупиться за 5-15 заказов (зависит от цены принтера).

При желании открыть бизнес и зарабатывать на 3D-печати стоит приобрести модель печатающую как минимум двумя филаментами одновременно – это позволит создавать гораздо более привлекательные изделия, за счет использования нескольких цветов, или более гладкие, при использовании растворимого материала для печати поддержек. Для этой цели начинающему пользователю подойдут Wanhao Duplicator 12/230 с двумя экструдерами и Anycubic 4MaxPro v.2.

Технология DLP

Данная технология во многом схожа с технологией SLA. Общее в их принципе работы – отверждение жидкого фотополимера светом. В технологии SLA фотополимер затвердевает при воздействии лазерного луча на конкретные области модели, а DLP использует для полимеризации ультрафиолетовый проектор и излучение попадает на весь слой изготавливаемой модели одномоментно. DLP, а тем более LCD-принтеры (использующие LCD-матрицу вместо проектора) как правило доступнее аппаратов с технологией SLA.

По технологии DLP модель формируется при постоянном подъеме и опускании платформы. Когда платформа находится в нижней точке своего движения, срабатывает ультрафиолетовый проектор и засвечивает очередной слой материала, вызывая его полимеризацию. Затем платформа поднимается, чтобы свежий слой модели оторвался от проекционной поверхности и чтобы под него попала следующая порция фотополимера, а затем модель опускается на высоту нового слоя над дном ванночки. Этот слой также засвечивается и твердеет. Процедура повторяется до полного завершения модели.

Как заработать на фотополимернике

Применяются DLP-принтеры в стоматологии, для изготовления прототипов коронок и протезов, в ювелирной промышленности, дизайне, производстве сувенирной продукции, машиностроении и других сферах.

Положительная сторона метода – в возможности изготавливать модели с высокой детализацией и гладкой поверхностью, не требующей такой серьезной постобработки, как при печати по технологии FDM. Точность печати по технологии DLP сопоставима с точностью технологии SLA и начинается от 12 микрон у отдельных устройств, по сравнению с минимально возможными 50 мкм у FDM-моделей.

Недостатком технологии можно назвать довольно высокую стоимость расходных материалов. Цена на фотополимерные смолы начинается от 80$ за литр, тогда как килограмм пластиковой нити для FDM-печати можно приобрести за 35$.

DLP-принтеры

На рынке сегодня представлены различные модели DLP-принтеров. Присутствуют и бюджетные, подходящие для использования дома, и достаточно дорогостоящие, предназначенные для частого использования и масштабного производства.

Anycubic Photon Mono SE

Anycubic Photon Mono SE — LCD-принтер с рабочей камерой 130 х 78 х 160 мм. Толщина слоя – от 10 мкм. Имеет пульт дистанционного управления, который значительно облегчает работу и управление процессом печати. Высокая скорость печати, при скромных габаритах самого принтера, позволяет использовать принтер как дома, так и в офисе, в том числе для мелкосерийного производства небольших деталей. В принтере предусмотрена система охлаждения, для стабильной печати и увеличения срока службы устройства. Цена – от 38 500 р. (цена может изменяться, уточняйте на сайте).

Подробнее о принтере читайте здесь.

Phrozen Sonic Mini 4K

Принтер Phrozen Sonic Mini 4K имеет рабочую камеру с размерами 134 х 75 х 130 мм и позволяет создавать изделия с толщиной слоя от 10 мкм. Полупрозрачный защитный колпак, закрывающий принтер во время печати, препятствует распространению запаха при полимеризации. Сенсорный экран позволяет наблюдать за процессом печати и своевременно его корректировать. Устройство будет полезно как любителям, так и профессионалам, так как его скорость работы и высокое разрешение удовлетворяют требованиям стоматологических клиник и ювелирных мастерских.

Цена модели – 39 900 р. Цена может изменяться, уточняйте на сайте.

Подробнее о принтере можно почитать здесь.

Wanhao GADOSO REVOLUTION 1 (GR1)

Фотополимерный принтер Wanhao GADOSO REVOLUTION 1 (GR1) имеет вместительную рабочую камеру — 140 х 78 х 200 мм. Благодаря своей высокой производительности и точности, принтер может использоваться в ювелирном деле и стоматологических клиниках. Толщина слоя – от 35 мкм. Цена – 42900 р. (необходимо уточнять при заказе).

Подробнее о принтере читайте здесь.

Какую технологию выбрать?

Технология FDM больше подходит для печати моделей больших размеров, не требующих высокой детализации. Расходные материалы для нее – пластики ABS, PLA и другие, недороги и постоянно есть в продаже. По этой технологии можно быстро и просто изготовить игрушку, несложный инженерный или дизайнерский прототип, сувенир или бытовую деталь. Недостаток – грубая шероховатая поверхность, в большинстве случаев требующая постобработки.

Источник: all3dp.com FDM-принт после печати и после химической полировки.

Технология SLA или близкая к ней DLP позволяют создавать объекты малых размеров с высокой детализацией. Это могут быть изделия стоматологического назначения, прототипы ювелирных изделий, инженерных моделей сложной конструкции. Стереолитография позволяет получить изделие с гладкой поверхностью, требующее минимальной постобработки.

Если вы приобретаете 3D-принтер, чтобы освоить печать с нуля и, возможно, начать на этом зарабатывать в будущем, лучше попробовать начать с принтера FDM. Это не потребует значительных финансовых вложений и позволит изучить тонкости 3D-печати на довольно простых в обращении устройствах.

SLA или DLP-принтеры предназначены для изготовления более сложных по конструкции моделей. Стоимость принтеров и расходных материалов этой категории окажется выше, поэтому начинающему пользователю стоит выбирать их либо при наличии некоторого опыта в 3D-печати, либо для применения в конкретной сфере, где эта технология необходима – стоматология, ювелирное дело, инженерное конструирование и т.д.

Промышленные технологии

Кроме распространенных среди начинающих FDM, SLA и DLP-технологий, которые позволяют создавать небольшое количество копий, существуют промышленные технологии. Их цель – создание высокоточных прототипов, 3D-печать моделей для автомобильной, авиационной и других отраслей промышленности. Кроме пластика, для печати могут использоваться металлы, стекло, керамика, композитные материалы.

Технология SLM – выборочная лазерная плавка, при которой, с помощью лазеров высокой мощности, из металлических порошков создаются трехмерные объекты. Позволяет создавать модели из тугоплавких и особо прочных металлов и сплавов, таких как титан, кобальт-хром, нержавеющая сталь и специализированные сплавы. Часто применяется для создания полых моделей, прототипов сложных конструкций с большим количеством отверстий и полостей, которые невозможно создать более традиционными методами производства. Также используется в медицине, для создания ортопедических имплантатов.

Технология выборочного лазерного спекания, или SLS, состоит в последовательном спекании слоев порошкообразного материала с применением мощных лазерных установок. Расходные материалы – различные пластики и композиты. Эта технология позволяет печатать модели любой сложности без создания опорных структур, как это происходит при печати по технологии SLA или FDM.

DMLS – технология прямого лазерного спекания металлов. Используется для производства металлических деталей сложной формы. По сути — специализированный вариант SLS для металлов, где частицы металлического порошка спекаются под действием лазера.. Технология DMLS применяется в аэрокосмической, стоматологической, медицинской отрасли и других областях, где необходимо изготовление сложных металлических деталей.

Технология многоструйного моделирования MJM сочетает в себе элементы SLA, 3DP (струйной трехмерной печати) и FDM — она может использовать фотополимеры, печатает по струйному принципу и наносит материал сверху вниз. Построение моделей происходит с помощью печатной головки, имеющей большое количество сопел – от 96, до 448 в современных моделях. Используемые материалы – термопластики, воски и фотополимерные смолы. Для MJM характерна высокая точность – от 16 микрон. Технология применяется для создания прототипов небольших размеров с высокой степенью детализации. Сфера применения – стоматология, разработка электронных компонентов, ювелирное дело, промышленный дизайн.

PolyJet

Альтернативой MJM стала технология PolyJet – создание моделей путем послойного отверждения жидких фотополимерных материалов под действием УФ-лучей. Отличается высоким качеством поверхности и точностью печати. Применяется вымываемая поддержка. Для объектов размером до 50 мм точность находится в пределах 20-85 мкм. Применяется для создания выжигаемых моделей, а также мастер-моделей для литейных форм и вакуумной формовки.

Выводы

Освоить азы 3D-печати начинающему будет несложно. Современные 3D-принтеры просты в управлении и часто имеют необходимое установленное ПО. Выбирая для себя первый 3D-принтер, можно начать с простой бюджетной модели FDM или SLA-технологии, а затем перейти на более функциональные и сложные устройства, которые помогут получать более совершенные результаты.

3D-принтер: что это и как он работает?

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома.

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно.

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию — предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками.

Первый 3D-принтер. Источник: habr

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать тестового образца почки. Источник: BBC

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина.

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

• экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей;
• рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
• линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
• фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
• рама — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D-принтера. Источник: Lostprinters

Все это управляется компьютером.

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком.

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу: его создают на компьютере в специальной программе, затем сохраняют в формате STL. Этот файл выводят в программу резки для принтера — она помогает задать модели физические свойства изделия, например плотность. Далее программа преобразует модель в инструкцию для экструдера и выгружает ее на принтер, который начинает печатать изделие.

3D-чертеж легко сделать в домашних условиях — почитайте инструкцию на habr.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

1. Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
2. Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать.
3. Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
4. Наблюдать за печатью.

Можно ли применять напечатанные изделия

Зависит от качества материала, принтера и конечного изделия. Часто домашние принтеры неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нужно дополнительно обработать: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами и почти всегда с ребристой поверхностью.

Изделие после и до обработки. Источник: 3D-Today

Для обработки поверхности есть несколько способов — не все подходят для домашнего применения:

• механическая обработка — шлифовка вручную, срезание заусенцев;
• химическая — погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение спецраствора кисточкой.

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel.

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Прототипы детских протезов, 3D-печать. Источник: 3D-Pulse

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

Одно из победивших блюд шеф-повара. Источник: 3D-Pulse

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Технологии 3D-печати

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины.

Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.

Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения.

Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении.

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.

Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

На атлете — кроссовки New Balance, которые изготовили с помощью лазерного спекания. Источник: 3D-Today

Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.

Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие.

Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли.

Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems.

Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.

Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома.

Эти конфеты сделали на кондитерском струйном 3D-принтере ChefJet: вместо пластика он использует воду, сахар, шоколад и пищевые красители. Источник: 3Dcream.ru

Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани.

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере.

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет.

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит.

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования».

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.