Технологии трехмерной печати уже никого не удивляют. Многие пользуются 3Д принтерами в личных целях, и практически не одно предприятие не обходится без промышленного принтера для трехмерной печати. И хоть это уже и не новость, а сама технология была разработана уже достаточно давно, мало кто знает, как работает 3D принтер. Если вас интересует этот вопрос, то данная статья будет вам весьма полезна.
Для начала, чтобы понять принцип работы принтера для трехмерной печати следует понять, что это вообще такое и принцип печати.
1. Что такое 3D принтер
3D принтер – это устройство для создания физических объектов путем последовательного накладывания слоев. Другими словами 3Д принтер способен распечатать любой физический предмет, который смоделирован на ПК.
На сегодняшний день существуют различные модели 3D принтеров, которые способны работать с разными расходными материалами. Это означает, что при помощи трехмерной печати можно изготавливать любые детали для механизмов, которые смогут выдерживать высокие нагрузки, и не уступают деталям, сделанным традиционным способом.
Независимо от модели все современные 3D принтеры имеют одинаковый принцип работы.
2. Принцип работы 3D принтера
Теперь вы знаете определение 3Д принтера, и можно переходить к вопросу, как он работает. Вы уже знаете, что принтер для трехмерной печати способен выводить трехмерную информацию, то есть создавать физические объекты по информации, поступающей с персонального компьютера. Принцип действия 3D принтера заключается в последовательном наложении тончайших слоев расходного материала (пластика, или металлической пудры и так далее).
Слой за слоем создается физический объект. При этом стоит отметить, что такая технология изготовления моделей отличается высокой скоростью. Кроме этого принтер абсолютно лишен так называемого «человеческого фактора». То есть машина не совершает ошибок, благодаря чему изделия получаются абсолютно точными и идентичными оригиналу.
Из-за того, что существуют разные типы устройств для трехмерной печати невозможно однозначно ответить на вопрос, как работает 3Д принтер. К примеру, устройство, печатающее пластиком, имеет один принцип, а принтер, работающий с металлической пудрой совершенно другой. Конечно, все они работают по принципу послойного создания модели, однако в случае с пластиком принтер должен плавить расходный материал до жидкого состояния, а в случае с металлической пудрой печатающая головка распыляет связующее вещество.
2.1. Как работает 3D принтер по пластику
Принцип работы такого принтера заключается в том, что печатающая головка (так называемый экструдер) сильно нагревается и плавит пластик, который подается в виде литой трубки. Далее расплавленный материал подается с нижней части печатающей головки и помещается в нужных местах.
Для правильно работы принтера необходим специальный файл, который содержит всю информацию о создаваемой модели. В зависимости от модели принтер может быть подключен к ПК или работать автономно.
2.1.1. Работа 3D принтера по металлу
Как и любой другой 3Д принтер, устройства, печатающие металлом, также управляются при помощи компьютера. Кроме этого используется такой же принцип послойного создания модели. Однако в отличие от принтера, печатающего пластиком, 3D принтер по металлу не плавит расходный материал.
Принцип работы заключается в следующем. Печатающая головка наносит специальное связующее вещество (клей) в местах, указанных компьютером. После этого вал наносит тончайший слой металлической пудры на всю рабочую площадь. В местах, где нанесен «клей» металлическая пудра склеивается и затвердевает. Далее печатающая головка снова наносит «клей», после чего вал насыпает еще один тончайший слой металлического порошка и так далее.
3. Как работает 3D принтер: Видео
По окончанию работы принтера получается необходимый физический объект. Лишняя пудра просто сдувается с модели. Однако изделие все еще не готово. На данной стадии деталь очень пористая и хрупкая. Для придания ей жесткости и прочности изделие помещается в специальный контейнер, который засыпается бронзовой пудрой, и все это помещается в специальную печь, для сплавления молекул металла между собой и насыщения изделия бронзой.
Конечно, весь этот процесс занимает достаточно много времени, однако все равно изготовление детали происходит существенно быстрее, чем традиционным способом. Кроме этого такое производство существенно дешевле. Такой же принцип работы имеют и принтеры, печатающие стеклом.
4. Устройство 3D принтера
По своему устройству 3D принтер схож с обычным принтером для печати 2Д изображений. Отличие заключается только в том, что 3Д принтер печатает в трех плоскостях. То есть помимо ширины и высоты появляется еще и глубина. Не зависимо от модели, все 3D принтеры имеют практически одинаковое строение. Они состоят из одинаковых элементов. Итак, устройство 3Д принтера включает в себя:
- Экструдер, который разогревает и выдавливает полужидкий пластик;
- Рабочая поверхность – платформа, на которой выполняется печать;
- Линейный мотор, который приводит в движение подвижные органы;
- Фиксаторы – датчики, ограничивающие движения подвижных органов, к примеру, когда они подходят к краю рабочей поверхности;
- Рама;
- Картезианский робот – машина, которая способна двигаться в трех направлениях по осям координат X, Y и Z.
Все это управляется при помощи компьютера, который задает величины движений каждого из компонентов. Теперь вы знаете, как устроен 3D принтер, что позволяет лучше узнать современную технику и понять принцип ее работы. Конечно, этот пример описывает простейшую конструкцию 3D принтера. Сегодня существуют более сложные устройства, которые имеют дополнительные возможности и более сложные схемы. Однако устройства новых моделей компании изготовители, по определенным причинам, держат в строгом секрете.
Поступили вопросы как его правильно купить. Делюсь опытом.
И выбирать первый 3D принтер так же бессмысленно, как выбирать первую женщину, если только не собираетесь умереть с ним в один день. Всякие модные фишки типа автовыравнивания и двойного экструдера гарантируют ощущения зеленого школяра на свидании с сильно образованной барышней: можно долго ходить кругами и так и не получить главного.Первый принтер, как первая женщина: должен быть у каждого реального пацана, но с какой стороны к нему подходить в школе не сказали. Я вам тут скажу по-секрету, только никому не рассказывайте!
Речь идет о принтерах начального уровня за $150 - $300. Для реальных мажоров, покупающих в комплекте с принтером технолога, программиста, схемотехника и массажиста, действуют совсем другие правила.
Правило №1 Брать надо китай в России
Потому что европейские комплектующие, они могут быть качественнее, но разницу новичок скорее всего не поймет. И сломать по неопытности можно все что угодно. Ну, а российское производство при кратно большей цене .
Но, главное "но" в том, что наше российское таможенное законодательство считает принтер за $200 промышленным оборудованием и облагает его ввозной экспортной пошлиной 30%. Это же не игрушка и не управляемая модель. Имеет право, но не всегда им пользуется.
Я лично купил принтер для ребенка в образовательных целях. И вы берете его для ознакомления с аддитивными технологиями, а не для импортозамещения. Но таможня против. Хотя последнее время не лютует.
Поэтому умные китайцы отправляют нам принтеры из России, так что нам не надо общаться с таможней (это ваще отдельный экстрим). Главное найти на aliexpress.com именно умного китайского продавца, предлагающего отправку именно из России, а не из Китая. Не важно как они это делают, важно что это у них получается - проверено.
Ежели вы таки возьмете из-за границы, имейте в виду - все что относится к 3D печати будет облагаться пошлиной 30%. Некоторые попали, но большинство пронесло.
Правило №2 Какую модель 3D принтера лучше брать
Явного лидера в начально-образовательном уровне, как например Лего в начальной робототехнике, еще нет. Поэтому успешно применяется техника выбора "я б вдул": если глядя на фото принтера на страничке продавца в голову приходит такая мысль, то можно брать. Разница между разными моделями не принципиальна: все они печатают, и качество печати достаточно для новичка и недостаточно для промышленного производства. Все остальное на вкус и цвет, и не поймешь пока не попробуешь. Именно на пробу и берется первый принтер.
Правило №3 Как выбрать продавца
Как уже было указано в первом правиле, продавец должен быть умным. И, в-общем-то, это все. Это все, что можно достоверно установить. Все остальное недостоверно.
Одним посылка идет долго, другим быстро. В основном, это наша таможня и почта. Приходят все посылки в Москву, а на растаможку их могут отправить в Брянск или куда подальше. Конечно, потом снова через Москву. Если брать с доставкой из России, задержка по причине таможни исключается.
Продавцы обычно отправляют в течение недели, а если опоздают, то деньги вам вернут автоматом. Одним принтер приходит в целости и сохранности, а другим с поломками и некомплектом. Китайцы тоже халтурят, и у них также может закончиться правильная упаковка. Этого не предугадать. Снимайте на видео весь процесс от получения посылки до проведения инвентаризации ее содержимого, это реально поможет получить компенсацию, если что.
Одним продавец дает ценные советы по сборке и настройке, другим ваще не отвечает. Не рассчитывайте на техподдержку, это же DIY, что переводится на русский "сделай это сам".
Ни отзывы, ни количество заказов, ни обещания продавца не являются решающим фактором выбора продавца. Продавец может поменяться незаметно. Отзывы могут относиться к другому товару. Мухлевать они умеют.
Это лотерея, примите это и не страдайте, если что-то пошло не как хотелось.
Правило №4 Что брать в комплекте
Нет особого смысла выбирать вариант "+ три упаковки пластика в подарок". Это не подарок, это включено в цену. В России пластик стоит не дороже, ищите российские специальные интернет-магазины и берите дешевле, если вам это нужно. Китайский пластик может быть как хорошим, так и плохим.
Набирать разных запчастей особого смысла нет, но если прям очень хочется, то можно и взять. Сопла забиваются, их можно чистить и менять. Нагревательные элементы перегорают. Концевые ограничители барахлят. И т.п., примерно так можно ориентироваться, на свой вкус. Что реально потребуется не угадать, поэтому в идеале удобно брать на запчасти второй такой же принтер, ага.
Точно надо брать прошивку. Это бесплатно, надо просто попросить продавца, чтобы он выслал вам драйвера, firmware и bootloader, а также Arduino IDE пригодную для них. Весит это все в пределах 10Мб, так что емайл подходит.
Точно надо брать программатор. Встречаются посты типа "два дня принтер работал и перестал". Это слетела прошивка. Или слетел загрузчик. Скорее то и другое. Загрузчик это первая часть прошивки, которая запускает основную часть. Для записи на плату принтера загрузчика нужен программатор. Основная прошивка записывается на плату без программатора.
Программаторов разных много. Рекомендую Arduino NANO. Стоит в пределах $3. Вместе с программатором надо брать проводки для подключения его к плате: 4 штуки с разъемом "мама" на обоих концах, чем короче тем лучше.
Правило №5 Забудьте про техподдержку
Продавцы не делают 3D принтеры, они их продают. Если в штате продавца случайно окажется кто-то понимающий и у него будет время, вам что-нибудь подскажут. Но 3D это целая наука, миллион нюансов и миллиард вариантов, так что курс лекций вам точно не дадут. Читайте интернет и не расстраивайтесь на китайцев. Все решаемо, нужно просто найти. Если у вас нет времени, не стоит за это браться совсем.
Правило №6 Спорьте
Не надо подтверждать получение на Али при получении посылки. Вы подтверждаете не факт получения, а комплектность и работоспособность. Так что проверяйте. С чувством, с толком, не спеша.
Да, вам напишут и попросят поторопиться. Ответ прост: надо больше времени на проверку.
Если закончилось время, надо открыть спор. Основание спора: возможные дефекты. "Может их и нету, надо разобраться."
Если что-то не получается включить/запустить и китаец не помогает, надо вызывать арбитров Али. Для этого нужно очень подробно изложить что вы ожидали получить (как оно на ваш взгляд должно работать), что вы для этого сделали и что не получилось. Также нужно качественно подготовить фото и видео. На фото надо сделать пометки для пояснений. Видео нужно сделать достаточного качества для спокойного разглядывания.
Залить видео на 500 Мб через великий китайский фаервол непросто, практически невозможно. Поэтому его надо ужать. Это можно сделать на ютубе, там хороший ужимальщик.
От качества подготовки доказательной базы зависит возврат денег. Поэтому надо взять за правило снимать на видео каждый значимый шаг. Получили на почте лепешку из картона - виноват китаец, плохо упаковал. Перепутали провода и все сгорело? Виноват китаец - нет инструкции, провода не помечены. Главное чтобы с той стороны фаервола можно было понять, что вы приложили максимум усилий. Для этого снимать процесс получения на почте, процесс вскрытия, и т.д. и т.п. И чтобы очень было похоже на правду.
И в завершение дам свой кейс по спору.
На второй день принтер не включился.
Как потом выяснилось, если таскать оси руками туда-сюда, моторы работают в режиме генератора и плата от этого не защищена. Не надо двигать моторы руками (быстро).
Открыл диспут.
Китаец предложил попробовать перепрошиться.
Прошивки у китайца не было. Предложил поискать в нете.
Отправил видео процесса неудачной прошивки. Точнее, первая найденная прошивка даже не компилировалась. Китаец в этом ничего не понимал, так что этого оказалось достаточно.
Написал в спор что плата не работает, прошивка не заливается.
Китаец предложил отправить плату на замену.
Я указал, что принтер на ДР ребенка и за две недели плата не дойдет.
Китаец предложил экспресс-отправку. Я согласился.
После получения и проверки трека я закрыл спор.
С пятого - десятого раза нашлась прошивка, для которой удалось подобрать версию IDE для компиляции.
Прошить не получилось. Оставалась возможность слетевшего загрузчика.
Для платы Мелзи есть несколько вариантов загрузчика. С 10 - 20 раза нашелся подходящий загрузчик, он и в норме может шиться не с первого раза.
После прошивки загрузчика основная прошивка заливается без проблем.
Подправил в прошивке настройки под свой принтер и все работает с тех пор без проблем. Вообще без проблем.
Через три недели пришла вторая плата.
Ребенок в восторге. Печатает с удовольствием. Вот вчера напечатал.
3D-принтер - это устройство, которое позволяет создавать самые настоящие объекты, причем из самых разных материалов. Крючок для полотенца, компрессор для газовой турбины, чехол для смартфона – все это можно напечатать.В данной статье мы рассмотрим самый распространённый тип 3D-принтеров, который работает по технологии FDM (метод послойного наплавления)
Из чего состоит 3D-принтер
3D-принтер состоит из корпуса (1) , закрепленных на нем направляющих (2) , по которым перемещается печатающая головка (3) с помощью шаговых двигателей (4) , рабочего стола (5) , на котором выращивается изделие; и всё это управляется электроникой (6) .
Чем печатает 3D-принтер
Расходные материалы (филаменты) для 3D-принтеров представляют из себя пластиковые нити, намотанные на катушки. Расходные материалы бывают различных типов и свойств. О всех типах материалов можно почитать в энциклопедии 3Dtoday.Килограмм самого дешевого пластика можно купить за какие-то 500 руб., хотя более интересные варианты (например, имитаторы древесины или песчаника с наполнителями из настоящей древесины или камня) уже могут обойтись в несколько раз дороже.
Как работает 3D-принтер
Нить (филамент) (1) поступает в печатающую головку (Экструдер) (2) , в которой разогревается до жидкого состояния и выдавливается через сопло экструдера. Шаговые двигатели с помощью зубчатых ремней приводят в движение Экструдер (2) , который перемещается по направляющим (3) и наносит пластик на платформу (4) слой за слоем. Снизу в вверх. В итоге ваше изделие (5) растёт слой за слоем.
Как запрограммировать 3D-принтер на печать
Для начала работы (печати) на 3D-принтере, будущий предмет необходимо нарисовать, причем во всех трех измерениях. Делается это с помощью специальных программ, называемых CAD-редакторами или САПР («Системами автоматизированного проектирования»). При этом рисовать модели самому совершенно необязательно – готовые варианты всевозможных крючков, чехлов или даже квадрокоптеров можно просто скачать с различных интернет-сайтов. В крайнем случае, если душа к проектированию не лежит, а необходимой модели в интернете нет, всегда можно заказать ее у профессионалов.
Когда дело доходит до 3D-печати, такие модели подвергаются «слайсингу», то есть разбиваются на отдельные слои с помощью специальных программ, так и называемых – слайсеры. Представьте, что вы хотите напечатать вазу: первым делом вазу необходимо условно нарезать на тонкие-тонкие слои, а каждый из них опять-таки условно сфотографировать. Стопку полученных снимков можно передать принтеру, и он сделает копию каждой картинки, одну поверх другой, пока слой за слоем не воссоздаст оригинальную вазу. Вот только «рисуют» принтеры по-разному и разными материалами.
Слайсер формирует специальную программу для 3D-принтера. В этой программе принтеру рассказывается, как нужно печатать модель - куда двигаться экструдеру, с какой скоростью выдавливать пластик, какая толщина слоев будет у модели и др параметры. Вся программа для принтера сохраняется в файл под названием g-code. Дальше через флеш карту или USB провод программа загружается в 3D-принтер и запускается печать.
Пруток подается в печатающую головку, где плавится и выдавливается через тонкое сопло. Головка передвигается в двух плоскостях, вырисовывая нитью целый слой – один из срезов того самого «яблока». Закончив один слой, принтер приподнимает головку или опускает платформу, а затем начинает печатать новый слой поверх только что нанесенного. Так, слой за слоем, срез за срезом, выращивается копия оригинального предмета.
Теперь должно быть понятным происхождение термина «аддитивные технологии». Большинство цифровых производственных методов основываются на удалении лишнего материала. Например, то же самое яблоко можно выточить, высверлить и выпилить из болванки. Такие технологии называются субтрактивными (от англ. «subtract» – «отнимать»). В 3D-печати все с точностью до наоборот: объект выстраивается крупинка за крупинкой, слой за слоем, с нуля. Отсюда и термин «аддитивный процесс» (от англ. «add» – «добавлять»).
Как мы уже говорили, 3D-принтеров великое множество и устроены они по-разному. Особо сложные промышленные машины, спекающие слои из мелких металлических порошков с помощью высокоточных лазеров, могут стоить сотни тысяч долларов. А вот настольные варианты, печатающие пластиковой нитью, вполне по карману обычному любителю: приличный конструктор вполне можно найти за 20 000 руб. даже в текущий кризисный период, а полностью собранные, отлаженные машины с массой дополнительных функций вроде подогрева рабочей камеры, сенсорного дисплея и автоматической калибровки редко стоят более 200 000 руб. Такие принтеры используют технологию FDM (Fused Deposition Modeling) или «Моделирование послойным наплавлением»
Насколько функциональны печатаемые изделия?
Скажем так: все зависит от качества процесса и используемого пластика. На домашнем 3D-принтере вполне реально печатать рабочие шестеренки для самодельных роботов или пластиковые корпуса для электронных гаджетов. Матерым инженерам-любителям даже доступны прочные пластиковые композиты с углеволоконными добавками. Само собой, сувениры, игрушки или новая ручка для сковородки не составят никаких проблем. Самое же замечательное то, что у вас появиться возможность создавать уникальные изделия или ремонтировать вещи, давно снятые с производства. Себестоимость одной детали, как правило, будет выше, чем у ширпотреба, но и здесь бывают исключения. Хотя бы те же защитные кожухи для смартфона: 50-граммовый 3D-печатный чехол из ABS-пластика хорошего качества обойдется примерно в 50 рублей, плюс небольшие затраты на электричество, а аналогичный кейс с витрины будет стоить в 5-10 раз дороже.
Производство настольных 3D-принтеров уже вовсю налажено в России, причем отечественные аналоги ничем не хуже западных вариантов, и это не пустые слова. Полного замещения комплектующих пока никому из отечественных производителей добиться не удалось, но готовые продукты дешевле западных конкурентов и не уступают им по характеристикам или качеству печати, а за сервисным обслуживанием не придется далеко бегать. Помимо FDM-принтеров существуют и машины, работающие с жидкими смолами, отверждаемыми светом, пластиковыми и металлическими порошками, спекаемыми лазерами, и даже устройства, изготавливающие высокоточные трехмерные модели из листов обычной бумаги, но это уже отдельная история.
О существовании 3D печати слышал, наверняка, каждый, а в новостях то и дело проскакивают факты о новых возможностях этой технологии. Не так давно трехмерная печать использовалась только в производственных условиях и немногими энтузиастами, сегодня же можно запросто купить 3D принтер для использования в быту. С помощью таких устройств печатают самые разные вещи : от декоративных безделушек для дома до протезов, оружия и даже зданий. Перспективы трехмерной печати настолько фантастические, что мало кто сегодня может в полной мере их себе представить. А пока наблюдаем за тем, как будущее наступает , изучаем принципы работы 3D принтера, его возможности и преимущества, а также разбираемся, какой 3D принтер выбрать для использования в быту.
Несмотря на то, что технология трехмерной печати находится у всех на слуху только последние несколько лет, ее появление стоит искать еще в прошлом веке. Пионером в данной области стала компания Charles Hull, которая в 1984 году разработала технологию трехмерной печати, а чуть позже запатентовала технику стереолитографии, которая сегодня используется повсеместно. Тогда же компания разработала и создала первый промышленный трехмерный принтер, который фактически стал началом новой эпохи.
90-е годы стали временем появления новых разработок в сфере трехмерной печати, благодаря которым 3D принтеры нашли применение в производственных условиях и стали использоваться для прототипирования. Пик развития технологии приходится на XXI век, и мы сами становимся очевидцами того, как семимильными шагами трехмерная печать покоряет новые вершины. Сегодня печать может осуществляться разными материалами, причем не только пластиками и металлом , но и тканью, бумагой, керамикой, пищевыми продуктами и даже живыми клетками.
В 2005 году появилась возможность печатать в цвете, а в 2006 году был создан принтер, который может распечатать около половины всех собственных комплектующих. В 2014 году появились первые принтеры с областью печати, практически неограниченной в размере. С помощью этого устройства уже попытались создать полноценный дом, используя в качестве основного материала бетон. На возведение такого сооружения было потрачено не более суток. Уже в 2016 году было представлено первое здание, построенное с помощью трехмерной печати в Дубае. В феврале 2017 года Россия также представила дом, целиком напечатанный на стройплощадке. В этом году также был разработан принтер с шестью осями, с помощью которого сложные элементы будет печатать намного проще, без необходимости использовать поддерживающие конструкции. На данный момент вовсю ведутся разработки принтеров, которые смогут печатать органы человека, протезы, имплантаты, корпусы автомобилей и даже еду.
Как работает 3D принтер? Просто о сложном
Если коротко, то 3D принтер – это устройство для создания трехмерных объектов методом послойной печати. Спектр используемых для печати материалов постоянно расширяется и можно смело предполагать, что в будущем он будет включать большинство известных нам веществ. Пока самыми популярными материалами для печати остаются термопластики и фотополимерные смолы.
Общий принцип работы 3 D принтера можно представить следующим образом:
Особенности печати зависят той технологии, которую использует принтер, поэтому имеет смысл разобраться с самыми распространенными на данный момент.
Типы 3D-принтеров и особенности печати каждого
Чаще всего сегодня используют технологию FDM -печати, а также SLA -печати. Что стоит за этими непонятными аббревиатурами, и какими еще разработки существуют в данной сфере?
Метод FDM-печати
FDM -технология (Fused Deposition Modeling) – это технология послойного наплавления нити. Сегодня этот способ 3D-печати считается самым распространенным, одновременно он относится и к одним из самых старых методов. Принцип заключается в послойном наплавлении нити пластика по контуру модели.
Для печати используются термопластики, которые поставляются в виде катушек или прутков.
Чаще всего печатают PLA
и
ABS
пластиками
, в числе которых нейлон, полиамид, поликарбонат, PET (он же полиэтилентерефталат, который используется для создания пластиковых бутылок) и некоторые другие вещества.
Принцип работы заключаются в следующем:
- нить материала помещается в экструдер, где она плавится под воздействием нагревательного элемента, а потом выдавливается через сопло на рабочую поверхность;
- экструдер двигается по траектории, заданной ей программным обеспечением, и слой за слоем строит объект;
- если необходимо напечатать сложный предмет, то могут использоваться два типа материала: один – для модели, второй – для создания опор (он, как правило, растворимый, или же просто очень легко отламывается от объекта). Опоры необходимо печатать , если объект имеет повисшие в воздухе элементы, которые без поддерживающих элементов создать невозможно – принтеру будет просто не на чем печатать. Наглядно все представлено на рисунках ниже;
- после формирования первого слоя платформа опускается вниз на толщину одного слоя, а экструдер выдавливает новую порцию материала, процесс повторяется много раз;
- по окончанию печати остается отделить вспомогательные элементы.
Модель и поддерживающие элементы
FDM-технология позволяет использовать термопластики производственного класса, поэтому распечатанные объекты получают отличную механическую, химическую и термическую прочность. Технология простая, чистая и пригодна для использования в условиях офиса или дома.
По такому же принципу работают 3
D
-ручки.
Это фактически миниатюрные принтеры. Такие ручки предназначены для рисования трехмерных рисунков. Пользователь может выдавливать из нее мгновенно застывающий пластик, придавая ему любую форму и получая забавные изделия. Устройство больше предназначено для баловства, но идея интересная, а дизайнеры смогут сделать много интересных предметов декора для дома.
Метод SLA-печати, или стереолитография
SLA-технология (laser stereolithography) предполагает использование для печати жидких фотополимерных смол, которые имеют свойство застывать под воздействием лазера или подобного источника энергии. Метод позволяет получать предметы с очень точной геометрией , ведь толщина слоя может достигать рекордных 15 микрон, поэтому уже широко применяется в стоматологии при изготовлении имплантатов и в ювелирном деле для создания заготовок с обилием сложных деталей.
Принцип работы 3 D -принтеров , использующих метод лазерной стереолитографии, коротко можно описать так:
- рабочая платформа погружается в ванну с жидким фотополимером на толщину одного слоя (15-150 микрон);
- воздействие лазера на стенки будущего объекта. Лазерный луч в буквальном смысле вычерчивает на фотополимере форму объекта, которая, в свою очередь, задается программным обеспечением. Облучение лазера вызывают полимеризацию материала в точках соприкосновения с лучом и его затвердевание;
- платформа погружается еще чуть глубже в ванну с жидким фотополимером, причем глубина погружения соответствует величине слоя. Лазер снова воздействует на зоны материала, которые должны быть частями печатаемого объекта;
- процесс повторяется слой за слоем, пока не будет распечатан смоделируемый объект;
- технология также требует печати поддерживающих элементов. Они выполняются из того же фотополимера;
- после завершения печати объект погружают в ванну в специальные растворы для удаления излишков и очистки модели;
- финал – облучение ультрафиолетом для окончательного застывания фотополимера.
Технология прогрессивная, но требует покупки дорогих расходных материалов.
Другие типы печати
Менее распространенными, но не менее интересными и перспективными являются следующие способы трехмерной печати:
Какой 3D-принтер лучше выбрать для бытового использования?
Забегая наперед, отметим, что пока стоимость бытовых 3D-принтеров остается относительно высокой, но в дальнейшем имеем все шансы наблюдать удешевление технологии. Вспомните, когда появились мобильные телефоны, они также были доступны только очень богатым людям.
Цели использования домашнего 3Д-принтера могут быть совершенно любыми: от простого баловства и знакомства с новой технологии до печати полезных в хозяйстве мелочей и моделей-прототипов для бизнеса. В любом случае, при выборе обращайте внимание на такие ключевые характеристики устройства:
- разрешение печати (точность печати)
– это минимально возможная высота слоя, которую может напечатать принтер. Обозначают разрешение в микрометрах (тысячная доля миллиметра). Чем меньше высота слоя, тем менее заметным будет переход между ними, и тем более гладкой будет поверхность печатаемого объекта. С другой стороны, чем меньше слой, тем больше времени принтеру понадобится на печать и тем выше нагрузка на все его элементы. Разрешение зависит от технологии (SLA позволяет печатать точнее, чем FDM), точности работы печатающих головок, настроек программного обеспечения и выбранного материала для печати;
Образцы с разной толщиной слоя
- скорость печати напрямую зависит от точности: чем выше точность, тем меньше скорость выращивания модели.
- область печати
говорит о том, какого размера объект можно напечатать на принтере. Другими словами, это зона возможной досягаемости печатающей головки по горизонтальным осям X и Y, а также по вертикальной оси Z. Обычно область печати выражают тремя цифрами – это высота, длина и ширина условного параллелепипеда (например, 20*30*30 мм). У дельта-принтеров область печати имеет форму цилиндра, поэтому указывается его высота и диаметр;
- тип используемых для печати пластиков. В бытовых условиях используются именно пластики, и это могут быть ABS и PLA пластики, некоторые модели могут печатать обоими видами материалов. Возможность печати тем или иным типом пластиков объясняется наличием или отсутствием подогрева платформы. Если вы пока не решили, чем будете печатать, то лучше выбрать модель, которая поддерживает максимальное количество материалов;
- страна-производитель
. Европейские страны и США производят качественные, но дорогие устройства, завозятся в небольших количествах, сервисное обслуживание затруднено. Китайские устройства стоят недорого, качество часто оставляет желать лучшего, но для того, чтобы побаловаться, такие принтеры пойдут. Есть еще принтеры российского производства: при неплохом качестве они радуют возможностью сервисного обслуживания.
Интересные варианты бытовых 3D-принтеров
MakerBot Replicator 2
Качественный принтер американского производства, печатает по FDM-технологии, минимальная толщина слоя – 100 микрон (0,1 мм). Область печати – 285*153*155 мм, для печати используются PLA и ABS пластики. Максимальная скорость печати – 40 мм в секунду, или 24 см 3 /час. Корпус выполнен из стали, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Модель хоть и выпущена в 2013 году, до сих пор активно используется для бытовой печати. Стоимость 3100$.
PrintBox3D One
Принтер отечественного производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя – 50 мкм, размеры рабочей платформы – 185*160*150 мм. Устройство печатает ABS и PLA пластиками, оснащено подогреваемой платформой. Цена около 1700$, разработано для использования в сфере образования и дизайна.
Wanhao Duplicator i3 v2
Бюджетный вариант для тех, кто хочет освоить технологию и побаловаться. Стоит около 500$, печатает разными видами пластика с точностью до 100 мкм, область печати 200*200*180 мм. Качество сборки отличное.
PICASO 3D Designer
Печатает по FDM-технологии, как и все бытовые 3D-принтеры на сегодняшний день, использует для печати ABS и PLA пластики, в т.ч. нейлон. Точность печати – 50 мкм, рабочая платформа размерами 200*200*210 мм, максимальная скорость – 30 см 3 /час. Устройство оснащено подогреваемой платформой, стоимость 1700$.
3D принтер Hercules
Неплохое устройство от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати – 50 мкм. Платформа подогреваемая, максимальная температура – 120 0 С. Скорость печати – 40 см 3 /час. Цена 1150$.
В качестве итога об основных плюсах и минусах трехмерной печати
3D-печать – направление перспективное и с большим потенциалом. Чтобы расставить все точки над «i» в изучении вопроса трехмерной печати, приведем основные ее преимущества:
Существующие минусы :
Трехмерная печать – это будущее медицины и промышленности, а также возможность быстрого создания прототипов и моделей, а это бесценно для инженерии. Кто знает, может, через 5-10 лет мы так же просто будем скачивать модели чашек или обуви и печатать их на собственном домашнем принтере, как сегодня скачиваем и просматриваем фильмы.
Принтеры для трехмерной печати или 3D-принтеры – это устройства для изготовления объемных моделей. Аппараты узкой специализации обладают безграничными возможностями и сегодня используются в каждой сфере жизни современного человека. Несколько лет назад 3D-принтеры стали доступны и для домашнего использования, попутно охватив часть малого бизнеса.
История создания подобной техники зародилась еще в середине 80-х годов прошлого столетия, но слабое развитие компьютерных технологий «заморозило» активное внедрение трехмерной печати в быт и производство.
Ощутимый старт 3Д-принтеры получили только в 2005 году, наряду с совершенствованием компьютерных возможностей. Тогда публике был представлен первый трехмерный принтер, который печатал в цвете . Впоследствии техника претерпела немало изменений, было разработано современное программное обеспечение для управления процессом печати. В результате пользователям стал доступен функциональный агрегат, способный «печатать» чехлы для телефонов или новые 3D-принтеры.
Первый 3D принтер
Как это работает
Общий принцип работы трехмерного принтера в теории прост и понятен. В программе для 3D-моделирования создается объект или его часть (крупные модели делят на несколько элементов). Затем файл отправляется для обработки специализированной программой (для формирования G-кода), после чего в дело вступает техника. G-код делит цифровую модель на сотни горизонтальных дорожек, задавая траекторию печатающей каретке. На основание слой за слоем наносится расплавленный материал, создавая вполне осязаемый объект.
Схематическое изображение 3D-принтера
Всего существует семь основных технологий, используемых для трехмерной печати, но большая их часть нашла применение только в промышленных целях. Для любительской «пластиковой печати» и малого бизнеса разработаны относительно компактные и недорогие аппараты.
- Технология Fused Deposition Modeling (иначе FDM-принтеры) получила самое массовое распространение для трехмерного моделирования и кулинарии. Материал разогревается и подается на платформу через сопло печатающей головки. Объект «вырастает» на плоскости, а его размеры ограничены параметрами платформы.
- Технология Polyjet разработана в 2000 году и сегодня принадлежит компании Stratasys. Создание трехмерных объектов производится посредством полимеризации фотополимера под действием УФ излучения. Фотополимер – дорогой и хрупкий пластик, потому в быту такие принтеры практически не используют, но благодаря точной детализации моделирования аппараты применяют в медицине и промышленности (для создания прототипов).
Все о том, как работают современные принтеры для трехмерной «пластиковой печати» можно узнать из тематического видео, например, этого . Также в них часто демонстрируют, как аппарат работает с различными материалами для изготовления объекта.
Управление процессом печати
Как правило, пользователю нужно произвести ряд настроек непосредственно перед началом печати.
- Подключение оборудования к ПК осуществляется через USB-кабель.
- Калибровка перемещения сопла относительно платформы.
- Настройка и управление нагревом платформы и сопла-дозатора.
- Мониторинг соотношения температур.
- Управление процессом печати (экструдером) – настройка скорости подачи материала, замена бобин пластика.
Контроль над печатью осуществляется через ПК. Для создания объекта от идеи до результата пользователю необходимы специальные программы для трехмерного моделирования и управления аппаратом.
Современные технологии пока не позволяют создать принтер, где все операции проводятся путем нажатия пары клавиш, потому необходимо освоить немало специфических программ и основы моделирования.
Перед запуском печати оператор калибрует принтер, настраивая его относительно стола-платформы. Базовая прошивка принтера представляет собой ряд настроек по умолчанию, а пользователь производит более точные настройки, в зависимости от используемого материала. Так, для создания объемных элементов на основе ABS или PLA задается разная температура плавления. В процессе печати, оператор через ПО следит за работой. Весь процесс создания модели может занимать от нескольких часов до суток, здесь ключевым фактором является точность исполнения: точные объекты с детальной прорисовкой производятся дольше, чем более грубые.
Где можно применить 3D-принтер
Область применения 3D-принтеров довольно широка: от любительских поделок до бизнеса. Предприниматели наряду со студентами архитектурных отделений первыми заметили огромный потенциал «пластиковой печати».
Также объемное моделирование используют в ювелирной промышленности и всех сферах дизайна и проектирования.
Если ранее печать осуществлялась пластиком, то сегодня разнообразие материалов впечатляет. Производители изготавливают различные основания, например, имитирующие натуральное дерево. Кроме того, в качестве материала для печати можно выбрать не только полимеры, но и нейлон. Эту идею очень быстро подхватили дизайнеры и создали целые коллекции одежды .
Азартные коллекционеры сполна оценят потенциал «пластиковой печати», ведь теперь есть возможность воссоздать любой объект: модели самолетов, знаменитых персонажей, предметов искусства. Редкие коллекционные экземпляры могут стоить довольно дорого, как очень хороший принтер для дома, и здесь выбор очевиден.
Брать или не брать: достоинства и недостатки оборудования
Использование объемной печати предоставляет пользователям обширные возможности. Ключевое преимущество техники – воспроизведение любого трехмерного объекта, и исключений здесь практически нет. Все, что может быть изготовлено из пластика, можно «напечатать», будь то дорогой в оригинале бампер от иномарки или проект будущего торгового центра на выставке архитекторов. Решающим фактором станет размер оборудования, а выражаясь точнее – размер его рабочего стола.
Потенциал «пластиковой печати» усложнен трудоемким процессом подготовки и управления, требующим узкоспециализированных знаний. Неопытный пользователь не всегда сможет спроектировать в 3D-MAX даже простую геометрическую фигуру, не говоря о собственном портрете. Чтобы пользоваться техникой, ее необходимо освоить, а этой займет некоторое время.
Второй недостаток 3D-принтера – его габариты . В продаже доступны и компактные модели, но их предельные размеры печати слишком скромны, хотя вполне подойдут для поэтапного изготовления инсталляций или архитектурных проектов.
Конечно, в качестве игрушки приобретать 3D-принтер нерационально, средняя стоимость моделей дешевого сегмента превышает 30 000 рублей. Покупка будет выгодна, если оборудование будет выполнять определенную задачу: приносить прибыль, развивать навыки, получать образование, заниматься творчеством, помогать в работе.
В ближайшем будущем можно ожидать новых разработок в этой области. Сегодня уже можно напечатать настоящий жилой дом из обычной строительной смеси. Естественно, такое оборудование недоступно для бытового использования, но сам факт применения новых материалов для печати обещает методичное расширение возможностей объемной печати в домашних условиях.
