Как выглядит 3d принтер

Как работает 3D-принтер? Просто о сложном

3D-печать — обширная и сложная тема, в которой можно разбираться бесконечно. Расскажем вкратце, как работает 3D-принтер, чем он печатает и как модель с компьютера превращается в физический объект.

Трехмерная печать становится все популярнее. Как работает 3D-принтер, какие материалы используются при печати моделей, а также некоторые практические советы рассмотрим в нашей статье.

Как работает 3D-принтер?

Классический 3D-принтер с технологией FDM

Начнем с технологии печати. В наши дни 3D-принтеров очень много, а соответственно, и способов создания моделей с их помощью — тоже не перечесть. Но в принципе, все принтеры в основе имеют одну из трех различных технологий.

Во-первых, существует так называемая стереолитография (SL или SLA). Внутри принтера помещается ванна, в которой находится жидкий фотополимер. Фотополимеры — это пластмассы или смолы, которые затвердевают при воздействии света. Принтеры обычно работают с акриловой, эпоксидной или виниловой смолой. По поверхности смолы движется лазерный луч, и там, где он ее касается, смола отвердевает. В фотополимерном бассейне есть платформа, которая после каждого затвердевания опускается немного вниз (глубже в ванну). Таким образом, объект печатается по рядам, как текст в обычном принтере. После полного отвердения модели она отличается высокой прочностью и химической стойкостью. Преимуществом этого метода является точность передачи: даже мелкие микрометрические структуры принтер может напечатать очень чисто. К сожалению, стереолитографические принтеры в настоящее время очень дороги.

Вторая технология работы 3D-принтера — селективное лазерное спекание (SLS). Чтобы понять, как это работает, представьте себе вертикальную трубу, в которой находится движущаяся платформа. В начале печати платформа находится наверху. Пластик, формовочный песок с пластмассовым покрытием, металлический или керамический порошок распределяются по платформе тонким слоем при помощи валика. Затем по платформе начинает перемещаться лазерный луч, нагревая определенные точки в порошке, так что они соединяются и образуют первую плоскость объекта. После этого платформа движется немного вниз, и процесс начинается снова. Таким образом, объект снова строится по слоям.

Третий способ — классический. Он называется моделированием методом наплавления (FDM). В этом процессе каждый новый слой изделия формируется из жидкого пластика, который пропускается через экструдер (программируемое устройство, придающее ему определенную форму) и после этого немедленно отверждается лазером. Затем отвержденный слой смещается вниз, экструдер придает форму новому слою, и он наплавляется сверху на предыдущий, и так далее. Такие принтеры относительно недороги и могут быть собраны самостоятельно с применением некоторых ноу-хау. Здесь точность печати получается хуже по сравнению со стереолитографией, однако для любителей это самая подходящая процедура 3D-печати.

Как создаются модели для печати?

Сначала создается 3D-модель объекта при помощи программы CAD и сохраняется в специальном формате STL. Затем файл STL загружается в программу резки для принтера, например, Cura или Slic3r. Программа резки позволяет задавать физические свойства модели, такие как плотность заполнения или использование опорных конструкций.

Программа преобразует 3D-модель в G-код. Он содержит инструкции для экструдера, по которым тот должен придавать форму каждому слою модели. Код загружается в принтер, устройство запускается, и начинается печать.

Какие материалы используются в 3D-печати?

3D-печать осуществляется при помощи различных видов пластика. Он выпускается в форме нитей, намотанных на большие катушки. Нить заряжается в принтер, который втягивает и расплавляет ее для того, чтобы пластик стал жидким, и ему можно было придавать форму.

Чаще всего в принтерах используется полилактид (PLA). Это пластик, который получают из возобновляемых источников — например, из кукурузного крахмала. Он водоотталкивающий, а также безопасный для изготовления емкостей для пищевых продуктов. Кроме того, он огнестойкий и устойчивый против УФ-излучения. Самое большое преимущество — у него при печати нет неприятного запаха.

Печать при помощи полилактида (PLA)

Очень часто используется сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS). Этот пластик является одной из наиболее широко используемых пластмасс в мире. Он особенно устойчив к маслам, жирам и высоким температурам. При печати он также не дает запаха. Модели из него получаются матовыми.

Еще один материал для 3D-печати — поливиниловый спирт (PVAL или PVOH). Особенностью этого пластика является его водорастворимость. Благодаря этому он удобен для печати несущих конструкций внутри модели, на которые затем наплавляется водостойкий пластик, тот же PLA. После завершения модели несущие конструкции внутри растворяются.

Для печати несущих конструкций в моделях из пластика ABS часто используется ударопрочный полистирол (HIPS). Этот пластик обладает высокой ударной вязкостью и твердостью.

К эксклюзивным методам относится печать соединениями PLA, то есть, при помощи смеси пластика PLA и частиц других веществ. Таким образом создаются модели, к примеру, из дерева или меди.

Редко, но все-таки используется поликарбонат (PC). У этого пластика очень высокая температура плавления — от 270 ° C до 300 ° C. Кроме того, этот пластик обладает высокой ударопрочностью и термостойкостью.

Для печати деталей механизмов, к примеру, зубчатых колес или винтов, которые должны выдерживать большое усилие и не ломаться, используется нейлон.

Также существует ряд пластиков с маркировкой «elastic» или «flex». Они могут быть изготовлены из разных веществ, но, как правило, в качестве основного ингредиента используются термопластичные эластомеры на основе уретана. Их объединяет одно — гибкость.

Посуда и контейнеры для пищевых продуктов печатаются с использованием безопасных нетоксичных пластика. Это либо уже упомянутый PLA, либо полипропилен (PP), который, в отличие от первого, является гибким. Существует также безопасное для пищевых продуктов сочетание PLA и ABS — PETG, которое более устойчиво к атмосферным воздействиям.

Устройство 3D-принтера, его разновидности и принцип работы. Создание 3D-модели и ее печать

Как вы уже наверняка поняли, речь пойдёт о 3D-принтере. Возможно, до этого момента и вы не особо понимали, каким образом функционирует это чудо-устройство. Ничего страшного, вы пришли по адресу — в этой статье мы разберёмся, как же работает этот самый принтер.

Типовой представитель бюджетных принтеров — Creality Ender 3 V2

Как работает 3D-принтер

На данный момент есть достаточное количество разнообразных 3D-принтеров, различающихся как по способам печати, так и по конструкциям самих принтеров. И если пути к созданию физической модели в каждом принтере кардинально разнятся, то сам принцип создания везде используется один: послойное создание 3D-модели под «руководством» специального файла, задающего образец печати для каждого слоя модели.

Принцип печати в общем виде

Виды 3D-принтеров. Технологии печати

Прежде чем перейти к рассмотрению устройства принтера и процесса печати ближе, разделим принтеры на категории. Это действие выполняем скорее для общего развития, поэтому если интересуют только сами принципы работы, можно смело переходить к пункту 3.

Итак, 3D-принтеры делятся:

По области использования

– самый бюджетный тип. Часто собираются самостоятельно, как конструктор. Хорошо подходят для изготовления отдельных небольших предметов поштучно. В среднем нуждаются в хорошей настройке, без чего вряд ли смогут дать качественный результат.

Типичный домашний принтер. Судя по всему, был собран владельцем собственноручно из различных компонентов.

– принтеры для высококлассной печати, на порядок дороже домашней. Зачастую используются на предприятиях для изготовления качественных моделей. Однако из-за более совершенных технологий в сравнении с домашними принтерами требуют меньшей квалификации мастера для настройки.

Один из возможных вариантов профессионального 3D-принтера – Raise3D Pro2 Plus. Уже намного больше похож на производственный станок, чем домашний принтер.

– профессиональные принтеры , заточенные под определённые задачи производства и работающие в промышленных масштабах. В основном используются на крупных предприятиях. Из-за почти уникальной конструкции каждого из типов таких принтеров для них требуются особые условия использования и профессионализм персонала.

Промышленный 3D-принтер. Зачастую промышленные принтеры проектируются и создаются индивидуально, заточенные под нужды определённого производства, поэтому и размером они могут быть как с легковой автомобиль, так и с целый автобус.

• Специфические – Принтеры в этой категории можно определить и как промышленные, и как профессиональные, но из-за их особенности нельзя их не выделить в отдельную категорию. К специфическим можно отнести принтеры, «печатающие» дома, органы и т.д., о которых многие слышали, как о каких-то легендарных артефактах. На самом деле процессы и/или нюансы создания каких-либо объектов в таких принтерах слишком сильно отличаются от классических примеров, поэтому в этой статье нецелесообразно уходить так далеко в сторону. Однако, справедливости ради стоит отметить, что с конструкционной стороны те же принтеры-строители отличаются от настольных принтеров лишь тем, что они в сотни раз больше, разбираются и собираются на месте (как подъёмные краны) и «печатают» бетоном вместо пластика.

Строительный принтер

Производитель

Creality

Производитель

PICASO 3D

Производитель

Anycubic

Производитель

Raise3D

По принципу работы (технологии печати)

Филаментные принтеры

FDM \ FFF – Fusing Deposition Modeling, что в переводе означает «технология послойного наплавления пластиком (полимером)».

Фотополимерные принтеры

Polyjet (MJM) — фотополимер наносится микрокаплями через дюзы печатной головки на стол, как при струйной печати, и отверждается на рабочей поверхности под воздействием УФ-излучения.

SLA – лазерная стереолитография, основанная на послойном отверждении жидкого фотополимера под действием лазера.

DLP — Direct Light Processing, аналог SLA. Вместо лазеров DLP-принтеры оснащены УФ-проекторами (LED), которые засвечивают модели весь слой за один раз. В целом качество хуже, чем в SLA, однако скорость печати на порядок выше.

LCD (DUP, Direct UV Printing – прямая УФ засветка) — ещё один аналог SLA. В качестве УФ-диода используется LCD-панель.

Порошковые принтеры

SLS — Selective Laser Sintering (букв. Выборочное Лазерное Спекание). Суть данной технологии в том, что лазер формирует модель, послойно точечно спекая порошковые материалы из пластика.

MJF — Multi Jet Fusion. Отличие от SLS в том, что в MJF на порошок наносится связующее вещество, после чего спекается инфракрасным светом.

SLM — Selective Laser Melting (Выборочное Лазерное Плавление). Металлический порошок послойно расплавляется мощным лазером, формируя 3D-модель.

EBM — Electron Beam Melting. Похоже на SLM, однако здесь вместо лазера используются мощные электронные пучки.

3DP — Three Dimensional Printing. На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс).

Другие

LOM — Laminated Object Manufacturing. Тонкие листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются (ламинируются) в трехмерный объект.

CLIP — Continuous Liquid Interface Production. Новая перспективная технология скоростной печати, предлагающая “наращивание”, а не создание модели по слоям, как во всех предыдущих примерах.

Читая названия технологий можно легко запутаться в них, но не стоит напрягаться. Наибольшее распространение получили принтеры с технологиями печати FDM и SLA, поэтому на их примере мы и рассмотрим, как работает 3D-принтер – этого будет достаточно, чтобы в общих чертах разобраться в теме.

Как устроен 3D-принтер

Теперь рассмотрим конструкцию принтера.

Конструкция FDM

Каркас принтера – без него никуда, на нём держатся все узлы. Может быть открытым либо закрытым.

Электроника – платы, провода для управления принтером. Чаще всего совмещены с панелью управления (3), однако конкретно на примере закреплены отдельно.

Панель управления принтером – плата с дисплеем и кнопками. Составляющая часть электроники принтера.

Стол для печати – на нём и создаётся сама модель. Может быть подогреваемым (для лучшего сцепления модели с поверхностью стола)

Оси, моторчики, зубчатые ремни – с помощью них происходит перемещение печатающего узла. Конструкции передвижения могут быть разными: неподвижный или подвижный стол, поднимающийся узел печати или статичный с опускающимся столом и т.д.

Крепление для катушки с пластиком.

Печатающий элемент – экструдер. С помощью шестерёнок внутри он затягивает пластиковую нить с катушки, а с помощью нагревательного элемента, собственно, расплавляет его, после чего жидкий пластик (филамент) выдавливается из отверстия сопла. В некоторых моделях принтеров возможна печать разными цветами/типами пластика одновременно за счёт конструкции печатающего узла, предусматривающей одновременно несколько экструдеров. Однако чаще всего экструдер в принтере только один, поэтому для изменения цвета просто сменяется пластик на тот, который понадобится в следующий момент.

Конструкция SLA

Если FDM создаёт модель послойно путём выдавливания расплавленного пластика и формирования таким образом объекта, то SLA принтер идёт совсем другим путём. Лазер напрямую или через повёрнутое под определённым углом зеркало послойно «засвечивает» на поверхности стола, погружённого в жидкий фотополимер, слои, создавая очертания слоя на каждой ступени.

Из-за этого качество печати почти идеально.

Каркас принтера. В отличие от FDM, фотополимерные принтеры используют в работе УФ-излучение, поэтому всегда закрыты защитным кожухом (1.2) из затенённого стекла, оргстекла и т.д., препятствующего прохождению УФ-излучения наружу.

Панель управления принтером.

Стол для печати – располагается «вверх ногами». В процессе печати опускается и поднимается из ванночки с фотополимером.

Ось и направляющая для подъёма/опускания печатного столика. Единственный подвижный элемент в принтере, нужен для поднятия стола по слоям. Работу остальных осей выполняет УФ-лазер.

Лазер/проектор/LCD-панель. Этот элемент является источником УФ-излучения, отверждающего фотополимер по слоям согласно образцу печати.

Ванночка для фотополимера – содержимое этой ёмкости и является материалом печати.

Итак, основные элементы обоих принтеров нам понятны, теперь давайте мысленно перейдём к самому созданию модели и опишем каждый этап для понимания сути процесса и разберёмся, как всё работает.

Производитель

Anycubic

Производитель

Phrozen

Производитель

Phrozen

Производитель

Peopoly

Процесс создания модели с нуля. Как печатать на 3D-принтере

Создание модели в электронном виде

Для этого этапа в целом есть два варианта действий: можно взять готовую модель из общедоступных источников или создать её самостоятельно.

В первом случае источниками могут служить тематические сайты, такие как Thingiverse, MyMinifactory, CG Trader и др., а также файлы игры, проекты других людей и так далее.

Интерфейс сайта Thingiverse

Конечно, не всё так просто – найти то, что нужно, получится далеко не всегда. Зачастую за качественную модель придётся заплатить, причём немало. Аналогично можно заказать модель на фриланс-бирже или по объявлению, однако в этом случае стоимость станет ещё выше, т.к. заказ будет индивидуальным. А бесплатные варианты зачастую нуждаются в объёмной обработке или вовсе переделке, так что иногда целесообразнее будет создать модель самому.

Самостоятельное создание. Для этого в наше время есть множество различных программ: AutoCAD, Fusion360, Tinkercad, Blender, Autodesk 123D и масса других. Все они различаются по функционалу и целям моделирования, поэтому каждый найдёт то, что подойдёт именно для его целей.

Вот так выглядит Autodesk 123D, так сказать, изнутри.

После создания модели её экспортируют на компьютер в одном из общепринятых форматов: .STL, .OBJ, .FBX, .3DS и других. Различные форматы подразумевают немного разное количество информации об объекте, которую они вмещают, однако в целом различия незначительные и в основном диктуются программами, в которых модели разрабатываются.

Подготовка файла для печати

Для следующего этапа используется специальное ПО – слайсер. Самый распространенный слайсер – Cura, однако есть и другие: Simplify3D, Astroprint, 3DPrinterOS и не только.

Такая программа «разрезает» модель в файле на слои и задаёт координаты передвижения для экструдера принтера на каждом слое. Вот такой путеводитель.

Классический вид программы Cura

Здесь же можно настроить толщину слоя, масштаб, положение, плотность заполнения, скорость печати в различных местах модели, создание специальных подставок для нависающих элементов модели, специальные скрипты (подпрограммы поведения) для принтера и многое-многое другое.

После всех действий готовый файл со всей информацией экспортируется на компьютер в формате .gcode, после чего этот файл можно загрузить в принтер через SD-карту или напрямую от компьютера, с помощью провода(последний способ менее надежный, т.к. 3D-печать – долгий процесс, в течение которого ПК может перейти в режим сна или в нём может произойти сбой, из-за чего печать пойдёт насмарку).

Подготовка принтера

Сейчас пора включать принтер. Отдельные пункты подготовки к печати для разных типов принтеров отличаются, однако в общем на этом этапе происходит проверка элементов конструкции на неисправность, калибровка узлов, прогрев сопла и, возможно, стола, нанесение специального состава на стол для лучшего сцепления с моделью и так далее.

В случае с SLA, процесс подготовки немного отличается. Самой калибровки и возни с узлами значительно меньше просто из-за отсутствия множества из них (например, одна ось перемещения у SLA вместо трёх у FDM). Поэтому по большему счёту всё, что нужно сделать – залить фотополимер в ванночку.

Печать 3D-модели

На панели управления принтера выбираем файл для печати и нажимаем кнопку старта. Собственно, с этого момента и начинается магия воплощения электронного прототипа в физическую модель. В процессе печати могут возникнуть ошибки или сбои, так что время от времени стоит наблюдать за положением дел. Почему не в течение всей печати, спросите вы? Дело в том, что завораживает процесс печати только первые несколько слоёв, а вот дальше вряд ли кто-то захочет тратить часы своего времени (а процессы изготовления деталей покрупнее брелока исчисляются именно в часах), сидя у принтера.

Слева процесс на SLA, справа – на FDM принтере

Постобработка

При совокупности хороших факторов , таких как качественный принтер, хорошая настройка и калибровка, дорогой пластик и т.д. модель может получиться действительно практически идеальной и обработка не будет муторной и тяжёлой. Однако зачастую на поверхности могут остаться «сопли», бугорки, неровности и прочие дефекты печати, это нормально. Ну а в случае печати с поддержками без этого этапа не обойтись, ведь эти самые подставки необходимо удалить.

Поэтому вспоминаем уроки труда и берём в руки канцелярский нож, надфили, наждачную бумагу и всё остальное, что может понадобиться. Но главное – не забывать про ТБ!

Но это всё с FDM-принтером. При SLA-печати модели требуют другой пост-обработки, поэтому обязательные этапы после печати – промывка модели в спирте, и, если нужно, её дозасветка в специальной УФ-камере для окончательного отверждения. Вот такие вот СПА-процедуры.

Готово!

Вот мы и можем пощупать модель, которая совсем недавно была только в нашем воображении. Ну чем не чудо, правда?

Заключение

Ну вот мы и разобрались, какие принтеры бывают, что они есть такое и с чем их едят и поэтапно рассмотрели процесс самой печати на примере двух видов принтеров.

Если после прочтения у вас появилось желание узнать об этом побольше, а может быть даже самому приобрести 3D-принтер и на собственном опыте пройти каждый шаг по воплощению идеи предмета в физическую модель – это прекрасно! Конечно, можно подумать, что всё это так далеко от вас и кажется чем-то невероятным – это неправда. В наше время приобрести 3D-принтер и начать печатать намного проще,

Просмотрите видео на эту тему, почитайте статьи. Для начала можно приобрести бюджетный вариант, для обучения и первых шагов в сфере 3D-печати этого будет достаточно.

Загляните на форумы по 3D-печати. Даже профессионалы пользуются таковыми для решения проблем, нахождения новых способов решения задач и просто общения. Возможно вы поймете, что это то самое хобби, которое вам хотелось приобрести в течение жизни!

3D принтеры: описание, назначение и принцип работы

3D-принтеры являются современной альтернативой традиционным методам промышленного производства. По своей конструкции они напоминают обычные офисные принтеры, только печатающие в трех плоскостях (ширина, высота, глубина). Устройства позволяют изготавливать миниатюрные или крупные объемные объекты с различными физическими характеристиками. При этом, аддитивное производство требует меньших расходов, обеспечивает более высокую эффективность в сравнении с традиционными технологиями.

Поговорим о том, что представляют собой 3D-принтеры, как они работают, какие технологии используют. Также рассмотрим виды продукции, которую можно изготовить с помощью данного оборудования.

Что такое 3D-принтер

Это специальная техника для печати объемных физических объектов на основе цифровых компьютерных моделей.

Основные части конструкции 3D-принтера:

• открытый или закрытый корпус (камера сборки);
• рама – объединяет все детали и механизмы оборудования;
• шаговый, линейный двигатели – приводят в движение механизм, отвечают за скорость и точность печатного процесса;
• рабочая платформа (стол, печатная платформа) – поверхность, на которой формируются трехмерные детали;
• печатающая головка (экструдер) – система захвата отмеряет нужное количество материала, подает его через разогретое сопло, полужидкий пластик выдавливается в виде нитей;
• фиксаторы – датчики для определения координат печати, ограничения подвижных элементов (обеспечивают работу в пределах рабочей платформы, следят за аккуратностью печати).

Как работают 3D-принтеры

Процессом печати управляют при помощи компьютерной программы, в которую предварительно загружают объемную цифровую модель будущего предмета, моделируют ее, задают форму, размеры, технические параметры. Задачей принтера является преобразование цифрового эскиза в осязаемый материальный объект.

Есть много вариантов 3D-принтеров, которые различаются по конструкции и используемой технологии печати. Но все они имеют общий принцип работы: послойное построение 3Д-модели на основе заданного образца печати каждого слоя. Печать происходит в автоматическом режиме, обеспечивая максимально точное воспроизведение 3D-модели.

Способ построения объектов с помощью 3Д-принтера зависит от особенностей применения расходного материала: металла или пластика.

Печать по металлу

В процессе построения печатная головка распыляет клей (связующее вещество) на определенные места в соответствии с заданной программой. Затем на платформу наносится металлический порошок, который затвердевает при контакте с клеем. Процедура повторяется до завершения нанесения последнего слоя.

Как правило, объемные 3D-принтеры для работы с металлами представляют собой дорогое, массивное промышленное оборудование. Устройства используются в первую очередь для создания объектов со сложной геометрией, литье и механическая обработка которых являются в крайней степени трудоемкими, а также значительно удорожают производство.

Принтеры по металлу востребованы в производстве:

• зубных коронок, стоматологических мостов;
• индивидуальных медицинских имплантатов;
• ювелирных изделий;
• прототипов серийных деталей, применяемых для испытаний, тестирований в авиационной или автомобильной промышленности.

В сравнении с классическими производственными методами, объемные принтеры позволяют изготавливать предметы из металла с массой на 60% меньше. Трехмерная печать значительно сокращает показатель отходов и помогает экономить большие объемы средств. Особенно это актуально для авиационной промышленности, где процент отходов при традиционном производстве может достигать 90%. Еще один плюс аддитивной техники – намного более экономное энергопотребление.

Печать по пластику

Создание изделий из пластика (ABS, PLA и др.) с помощью аддитивных технологий базируется на расплавлении расходника до жидкой консистенции. Пластиковый филамент подается в виде литой нити (трубки), разогревается, плавится при прохождении через сопло экструдера, затем выдавливается в нужные места на рабочем столе.

Техника для печати по термопластику используется преимущественно на дому или на предприятиях малого бизнеса. На ней изготавливают сувениры, различные макеты, элементы интерьера, прототипы обуви или одежды и др. Метод ценят за высокое качество печати изделий и большие возможности их кастомизации. Другие преимущества печати пластиком — малое количество отходов, экологичность процесса, разнообразие расходных материалов и кратчайшие сроки прототипирования.

Особенности печати изделий на принтере

Процесс построения трехмерных физических объектов с помощью 3D-печатного оборудования состоит из нескольких этапов:

1. Разработка электронной модели. Можно использовать готовую модель, взятую из общедоступных источников (CG Trader, Thingiverse и т.п.) или загрузить модель, созданную с помощью 3D-сканера. Также можно разработать эскиз в специальном программном обеспечении (Blender, AutoCAD, AutoDesk, Fusion360 и др.). Готовую цифровую модель сохраняют в одном из общепринятых форматов (.3DS, .FBX, .OBJ, .STL и др.) и экспортируют на компьютер.
2. Подготовка файла к печати. Для этого используют специальные программы-слайсеры (к примеру, Cura, AstroPrint, Simplify3D и др.). Предварительно настроенная программа «нарезает» модель на тонкие слои и задает координаты передвижения для экструдера на каждом слое. Готовый файл с данными объекта экспортируется на компьютер в формате .gcode и загружается в принтер.
3. Подготовка печатного устройства. Проверяется исправность отдельных компонентов конструкции, калибруются узлы, прогревается сопло, подготавливается расходный материал (устанавливается филамент или заливается фотополимерная смола) и т.д.
4. Печать. На панели управления выбирается нужный файл и отправляется на печать.
5. Постобработка. На готовой модели могут остаться неровности или остатки поддерживающих элементов, которые нужно удалить с помощью наждачной бумаги, надфиля, канцелярского ножа или других инструментов. Если для печати используются отверждаемые фотополимеры, то постобработка моделей заключается в их промывке в спирте и дополнительной засветке в УФ-камере до полного отверждения.

Зачем нужен 3D-чертеж и как он работает

Трехмерные объекты распечатываются по 3D-чертежу, который создается в специальной программе, затем сохраняется в формате STL или другом общепринятом формате. Файл с чертежом загружают в слайсер и обрабатывают (нарезают на слои определенной толщины, задают плотность и другие физические свойства). В результате создается инструкция для печатающей головки, которую отправляют на принтер. 3D-чертежи можно делать самостоятельно в программе-конструкторе.

Методы 3D-печати

На данный момент существует более 10 актуальных технологий объемной печати. Рассмотрим самые популярные из них.

Стереолитография

Стереолитография (SLA – «stereolithography apparatus», «стереолитографический аппарат», или SL – «stereolithography») основана на послойном отверждении жидких расходных материалов под воздействием лучей лазера. В качестве расходников применяются различные фотополимеры, т.е. вещества, меняющие свои свойства и приобретающие твердость под воздействием ультрафиолетовых лучей. Свойства веществ зависят от продолжительности воздействия и длины УФ-волны.

1. Внутрь ванночки с жидкой фотополимерной смолой помещают сетчатую платформу для построения объекта.
2. Рабочая платформа располагает на глубине, равной одному слою фотополимера.
3. Лазерный луч воздействует на определенные участки смолы, обеспечивая их затвердевание.
4. Платформа опускается на толщину одного слоя, процесс повторяется.

Напечатанный предмет подвергают постобработке: опускают в ванну со специальным составом для удаления лишних элементов, затем извлекают и облучают светом для полного отверждения.

Стереолитография востребована в научных изысканиях (например, для визуализации газо- и гидродинамических потоков внутри прозрачных моделей). Ее применяют в стоматологии (изготовление моделей костей, зубов пациентов), ювелирном деле и т.д.

Технология FDM (Fused Deposition Modeling) основана на моделировании деталей методом наплавления. Другое ее название – FFF (Fused Filament Fabrication – «производство методом наплавления нитей»).

Объекты создаются послойно из предварительно расплавленной нити пластика. Экструдер подает материал и укладывает его в положение, заданное программой. Готовые изделия, как правило, нуждаются в дополнительной обработке для выравнивания поверхности.

При помощи FDM-принтеров можно производить различные изделия. Это могут быть товары народного потребления (детали для бытовой техники, игрушки, мебель и т.п.). Компоненты для высокоточного оборудования, прототипы изделий для малого, среднего серийного производства, а также многое другое. Метод FDM оптимально подходит для изготовления крупногабаритных предметов с экономической и практической точки зрения.

SLS (Selective Laser Sintering) – это технология селективного (выборочного) лазерного спекания. Метод печати базируется на использовании углекислотного лазера и таких расходных материалов, как порошки из металлов, стекла, полимеров или керамики. В том числе, могут использоваться порошки в виде гранул, состоящих из металлического ядра и оболочки из легкоплавкого материала. Лазерный луч выборочно разогревает порошок почти до температуры плавления, и отдельные гранулы спекаются воедино, образуя прочную, твердую структуру. Чем выше температура спекания, тем выше должна быть мощность лазера. Наличие нескольких лазеров увеличивает скорость работы SLS-принтера.

Стоит отметить, что при печати методом SLS происходит только частичное плавление поверхности гранул порошка.

Данная технология оптимально подходит для изготовления предметов со сложной геометрией, например, высокоточных промышленных деталей для функционального тестирования или компонентов механизмов и двигателей.

DLP (Digital Light Processing) – это цифровая обработка светом. Световой поток воздействует на фотополимерную смолу, в результате материал затвердевает. Для печати используется светодиодная матрица с пикселями в виде микроскопических зеркал. Главное отличие технологии – засвечивается сразу вся поверхность, то есть каждый слой создается одномоментно, что значительно ускоряет печать без ущерба ее качеству.

DLP – одна из наиболее точных, скоростных печатных технологий. Области ее применения – медицина (стоматология), ювелирное дело, искусство, научные исследования и др. Готовые модели нужно беречь от света, иначе они могут покрыться трещинами и стать хрупкими.

Polyjet

Метод состоит в послойном отверждении (полимеризации) распыленного жидкого полимера под воздействием ультрафиолетовых лучей. Готовые модели не требуют дополнительной обработки. Можно работать с неоднородными материалами, включая композиты. Также доступно создание разноцветных объектов (использование сложной цветопередачи с палитрой более 1000 оттенков).

Polyjet-принтеры обычно имеют несколько печатных головок, что дает возможность создавать сразу несколько предметов одновременно или ускорить печать одного объекта.

Готовые детали имеют стабильные геометрические формы и идеально гладкую поверхность. Они легко поддаются обработке (окрашиванию, склейке, шлифовке, распиливанию, сверлению и т.п.) и полностью готовы к эксплуатации.

Метод Polyjet оптимален для изготовления тестовых моделей, прототипов, образцов для литья в силикон и других продуктов.

Для всех существующих 3D-печатных технологий характерны следующие общие тенденции:

• постепенно методы 3D-печати будут становиться все более дешевыми и доступными для всех категорий пользователей;
• в будущем домашние 3Д-принтеры будут распространены наравне с промышленными (индустриальными) печатными аппаратами.

Что можно печатать на 3D-принтерах

Методы аддитивного производства задействованы во многих производственных, промышленных областях. На 3D-принтерах можно печатать почти все что угодно, главное, иметь достаточно производительное оборудование, цифровую модель и подходящий расходный материал.

Рассмотрим несколько перспективных отраслей, в которых применяется 3Д-печать.

Создание моделей по собственным эскизам

Используя специализированные сервисы, например, Jweel или Thinker Thing, можно легко разрабатывать персонализированные модели разных предметов (ювелирных украшений, роботов, обуви и т.д.) для их дальнейшей печати на 3D-принтере.

Изготовление прототипов

Быстрое прототипирование – популярное направление объемной печати. На 3Д-принтерах печатают прототипы олимпийского снаряжения, барельефов, лечебных корсетов, тестовые модели протезов и многое другое. Эта область 3D-печати позволяет эффективно тестировать и дорабатывать образцы продуктов перед их запуском в серийное производство.

Медицина

Устройства для трехмерной печати применяют для протезирования, создания искусственных органов, тканей и суставов, производства стоматологических продуктов, хирургических инструментов. В качестве расходников используют «живые» растворы и другие биосовместимые материалы.

Запчасти и детали

Иногда невозможно или очень сложно найти деталь для какого-либо механизма из-за того, что производитель снял ее с производства. В таком случае можно сделать эскиз нужной запчасти в редакторе или найти ее цифровую модель в интернете, а затем просто напечатать на принтере.

Моделирование и хобби

3Д-печать существенно облегчает производство коллекционных моделей, фигурок и разных миниатюр.

Строительство домов

Строительные принтеры возводят стены зданий и другие элементы сооружений. Оборудование состоит из рельсовых направляющих (с контроллерами и моторами) и подвижного сопла, через которое на рабочую площадку подается строительная смесь (бетон или полимерный состав).

Промышленный дизайн и архитектура

При помощи аддитивных технологий изготавливают макеты поселков, микрорайонов, домов и городской инфраструктуры (дорог, магазинов, транспорта, освещения и т.д.).

Образование

3D-печать применяется для создания макетов и наглядных пособий для детсадов, школ, вузов. На специальных принтерах печатают, например, увеличенные модели молекул, пробирки, токопроводящие стенды, ручки и т.д.

Космос и авиация

3D-принтеры помогают создавать высокотехнологичные аппараты и комплектующие для космических станций, ракет, самолетов.

Заключение

Трехмерная печать – экологически чистая, экономичная и эффективная альтернатива традиционным технологиям производства промышленных продуктов, сфера применения которой постоянно расширяется. Используя 3D-принтеры, можно быстро печатать высокоточные изделия и экономить трудовые ресурсы. 3D-печатное оборудование и расходные материалы к нему постепенно дешевеют, становясь доступными для большинства пользователей, поэтому коммерческие перспективы этой отрасли не вызывают сомнений.

Компания 3DTool предлагает разные виды и модели 3Д-принтеров, а также расходники надежных брендов с доставкой по Москве и в другие города России. Чтобы получить консультацию или оформить заказ, свяжитесь с нашим менеджером по телефону или через форму обратной связи на сайте.

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.