Как работает 3D-принтер: от напечатанного текста до печати домов

По страницам истории

По мнению многих компьютерных экспертов, родоначальником 3D-печати и разработчиком первого еще обычного принтера стал англичанин Бэббидж. В 1822 году он приступил к созданию так называемой «большой разностной машины», предназначенной для производства расчетов и их распечатки. Как все великое, идеи Бэббиджа намного опередили свое время и, спустя 20 лет, так и не реализованный, проект был закрыт.

Большая разностная машина Бэббиджа

Прошло более 100 лет, прежде чем была предпринята вторая на сей раз более удачная попытка создания принтера. Первый черно-белый принтер увидел свет в 1953 году. Минуло еще 23 года и компания IBM создает первый струйный цветной принтер. Сегодня количество принтеров в офисах и других организациях уступает разве что числу компьютеров.

Во второй половине 80-х годов происходит очередной технологический прорыв. В 1986 году американец Чек Халл сформулировал концепцию трехмерной печати, а через два года его соотечественник Скот Крамп на ее основе разработал технологию FDM — формования через декомпозицию плавящегося материала. Все ныне действующие трехмерные принтеры своим появлением обязаны именно ей.

Устройство 3Д-принтера

В нашем рейтинге 10 технологий, которые изменят мир в будущем 3D-принтер занимает почетное 4 место, однако большинство видов оборудования схоже с обычными офисными машинами для документов. Основное отличие – печать в трех плоскостях вместо двух, таким образом к ширине и высоте добавляется еще и объем. Если не брать в расчет сам корпус, который производитель может сделать каким угодно, в комплектацию большинства доступных на широком рынке агрегатов входит:

• печатающая головка. Отвечает за подачу разогретого материала. Она снабжается системой захвата, которая позволяет в нужном количестве отмерять сырье;
• рабочая платформа. На этой части формируется готовый объект;
• линейный и шаговый двигатели. Эти элементы механизма задействуют остальные элементы, а также отвечают за скорость и точность выполнения операций;
• фиксирующие контроллеры. Необходимы для более аккуратной работы. При помощи этих элементов аппарат может оставаться на своем положенном месте, они определяют координаты;
• обрешетка, соединяющая воедино все компоненты печатающего устройства.

Управление происходит за счет программного обеспечения, установленного на ПК.

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.

Преимущества

Необходимо учесть, что с помощью 3д принтеров можно напечатать детали из металла, имеющие меньшую массу (примерно на 60 %), нежели изделия, изготовленные обычным способом.

Кроме того, печать в 3d-формате позволяет значительно уменьшить количество отходов, остающихся после традиционного производства (к примеру, в авиационной промышленности). А это в свою очередь способствует существенной экономии средств компании.

Еще один плюс таких принтеров заключается в низком потреблении электроэнергии. Эти преимущества наглядно показывают, как работает 3 д принтер, доказывают эффективность использования оборудования и современных технологий печати.

Метод послойного наплавления термопласта

Большинство 3Д принтеров работает с термопластиком, в том числе с полилактидом. Он отличается природным происхождением и неспособностью выделять вредные вещества. Работа заключается в подаче тонкой нити вязкого пластика в трубу сопла. Она и формирует необходимый элемент.

Метод послойного наплавления термопласта

Как работает 3D-принтер

По сравнению с печатным принтером, переносящим электронный текст на плоскую бумагу, 3D-принтер имеет дело с трехмерной информацией. Одним словом, он воссоздает объект таким, какой он есть.

Как же печатает 3D-принтер? Вначале создается цифровая модель объекта на компьютере с помощью специальной программы. Она как бы «расчленяет» модель на слои, после чего в действие вступает принтер. Как и у его печатающего «собрата», у 3D-принтера есть свои чернила, правда, состоящие из композитного порошка.

Около 10 лет назад использовался всего лишь один вид «чернил» — пластик АВС. Сегодня их уже более сотни – полипропилен, бетон, целлюлоза, нейлон, металлические порошки, гипс, шоколад и множество других.

В процессе работы исходный материал превращается в массу, которая наносится слой за слоем на рабочую поверхность через специальное сопло. После нанесения очередного слоя поверх него может накладываться клеевое покрытие, затем снова слой «чернил». И так до полного воспроизводства объекта. 

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.
  

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 3D принтера можно представить следующим образом:

1. создание модели желаемого объекта в специальной программе для 3D-моделирования;
   
2. обработка созданной модели программными средствами («генератор G-кода»), в ходе чего она делится на множество горизонтальных слоев и преобразуется в цифровой код, который становится командой для принтера, как и куда наносить материал;
   
3. печать, которая представляет собой формирование объекта методом послойного нанесения материала. В зависимости от типа принтера особенности печати могут отличаться, но общий принцип заключается именно в послойном нанесении. Печатающая головка двигается только в горизонтальной плоскости (по осям X и Y), она подает материал и наносит его так, как это задано программой. Когда один слой полностью нанесен, рабочая платформа сдвигается вниз (по оси Z) ровно на толщину одного слоя, и печатающая головка наносит следующий слой, и так до тех пор, пока не будет полностью сформирован объект.

Особенности печати зависят той технологии, которую использует принтер, поэтому имеет смысл разобраться с самыми распространенными на данный момент.

Конструктивные особенности 3D-принтеров

Принцип работы 3D-принтера основан на законах кинематики. Выделяют несколько схем 3D-печати, исходя из перемещений платформы и печатающей головки, которые могут двигаться относительно друг друга в различных плоскостях.

Существует четыре основные схемы печати:

• дельта,
• экструдер перемещается по осям Х и Y,
• экструдер меняет положение в пространстве по осям X и Z,
• экструдер движется по осям X, Y и Z.

I схема

Платформа находится в неподвижном состоянии, положение по осям x, y, z меняет только экструдер. Особенность модели — наличие высокого каркаса. Печатающая головка размещена на трёх стержнях, каждый из которых закреплен на подвижном блоке, размещённом на опоре, с возможностью вертикального перемещения.

Плюсы: высокая скорость печати, хорошая точность.

ЗагрузкаДельта

II схема — экструдер движется по осям Х и Y

Печатающая головка находится над платформой и способна двигаться влево-вправо или вперед-назад, а платформа вверх-вниз.

ЗагрузкаЭкструдер движется по осям Х и Y

III схема — экструдер перемещается по осям X и Z

Экструдер, как в предыдущем типе, способен передвигаться влево или вправо, а также менять своё положение в пространстве по высоте. Платформа, в свою очередь, способна двигаться вперед или назад не меняя высоты.

ЗагрузкаЭкструдер перемещается по осям X и Z

IV схема – экструдер движется по осям X, Y и Z

Последняя схема предполагает использование неподвижной платформы. Как в случае со схемой «Дельта», экструдер способен перемещаться по трём осям [x, y, z], однако в данном случае нет сложного механизма фиксации печатающей головки.

Управление работой принтера и ПО

Основные процессы регулируются с помощью ПК:

• температура сопла;
• скорость подачи пластиковой нити;
• работа мотора.

Базовой системой 3Д принтеров сегодня считается Arduino с открытой архитектурой. А программа должна выбираться в зависимости от конкретной модели машины. Чаще всего, изготовители рекомендуют использовать только фирменное программное обеспечение.

Сегодня 3Д принтер можно рассматривать как специализированное оснащение для специалистов, которые смогут решить массу задач с помощью этого устройства.

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.

Применение

На первый взгляд 3D-принтеры являются чем-то революционным, способным заменить все существующие способы производства. Теоретически так оно и есть, технологии объемной печати позволяют воссоздавать практически любые предметы с нужными нам функциями без применения сложного производственного оборудования. 

Совсем недавно миру стал известен вдохновляющий пример. 25-летний анархист, студент юридического факультета Техасского университета Коди Уилсон смог напечатать пистолет. Разработанный им Liberator почти целиком сделан из пластиковых деталей, напечатанных на принтере Stratasys. Лишь боек в нем сделан из обычного гвоздя из хозяйственного магазина. Пистолет использует обычные пистолетные патроны калибра .38. 

Но все ли так радужно на практике? Ведь случай Уилсона нельзя считать доказательством всесильности данной технологии. Он лишь показал, что с помощью принтера можно сделать многое, а целесообразно ли печатать – другой вопрос. Пока что 3D-печать остается слишком дорогой. Дело тут не только в дорогостоящем оборудовании. Применяемые технологии пока еще довольно сырые, а расходные материалы зачастую очень дороги и не всегда доступны.

Наиболее перспективная область использования 3D-принтеров – быстрое прототипирование. В условиях жесткой конкуренции и очень сжатых сроков разработки раннее создание качественных прототипов может помочь оказаться на шаг впереди конкурентов. С появлением бюджетных потребительских моделей объемная печать стала все чаще использоваться дизайн-мастерскими, конструкторскими бюро и другими организациями, занимающимися разработками.

Компания Best Innovations наиболее известна благодаря созданию персонализированных, эстетических и стильных 3D-напечатанных протезов конечностей. Протезы выглядят довольно реалистично, и клиенты чувствуют, что окружающие перестают смотреть на них, как на людей с ампутированными конечностями. Для одного из клиентов Bespoke изготовила протез с такой же татуировкой, какая была на ампутированной ноге. Другая клиентка выбирает и покупает одежду, подходящую под дизайн одеваемого протеза от компании Bespoke. Новая нога теперь воспринимается ею как красивый модный аксессуар. Также благодаря тому, что 3D-напечатанный протез имеет форму и очертания настоящей ноги, одежда и обувь смотрятся естественно.

Еще одна перспективная область – формы для литейного производства. Сегодня изготовление форм традиционными методами – дорогостоящая и кропотливая процедура. Объемная печать позволяет ускорить и удешевить этот процесс. 

Использование материалов со свойствами проводников, диэлектриков и полупроводников позволяет печатать электронные приборы. При этом отпадает необходимость в сборке, так как корпус печатается вместе с электрическими компонентами в одном цикле. 

Как видим, горизонты у 3D- печати широки уже сейчас. То ли еще будет. 

Стереолитография (SLA)

Одна из первых технологий 3D-печати. В качестве строительного материала используется смесь жидкого полимера с реагентом-отвердителем, чем-то похожая на эпоксидную смолу. Полимеризация и последующее отвердение смеси происходит под действием ультрафиолетового лазера.

Модель формируется тонкими слоями на подвижной подложке с отверстиями, прикрепленной к микролифту-элеватору, который перемещается вверх или вниз на глубину одного слоя. Во время погружения в жидкий полимер луч лазера фиксируется на местах, подлежащих отвердению. Как только один слой сформирован, заготовка поднимется (опускается).

Многоструйное моделирование

Данная технология разработана в компании 3D Systems. Она имеет очень много общего с технологией струйной печати. Особенность устройства и принцип работы этого 3D-принтера состоит в том, что здесь задействовано несколько (до нескольких сот) сопел, расположенных рядами на печатающей головке.

Чернила становятся жидкими посредством нагревания и после послойного нанесения на рабочую поверхность при комнатной температуре застывают. Головка перемещается в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение по мере формирования каждого нового слоя осуществляется за счет опускания рабочего стола.

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.

Все это управляется компьютером.

Выборочное лазерное спекание (SLS)

Настоящим прорывом стало внедрение технологий 3D-печати в металлообработку. Как же работает 3D-принтер по металлу? Особенностью этой технологии является то, что функцию рабочей жидкости выполняет композитный порошок, состоящий из частиц диаметром от 50 до 100 мкм. Порошок наносится горизонтально равномерными тонкими слоями, а на завершающем этапе определенные участки спекаются лазерным лучом.

Одно из главных достоинств лазерного спекания – уникальная экономичность и практически полная безотходность по сравнению с традиционными механическими методами обработки металла – сверлением, фрезеровкой, резанием, литьем и другими, а также минимальная финишная обработка.

Необходимое условие лазерного спекания – азотная среда с минимальным содержанием кислорода, поскольку процесс протекает в условиях высоких температур.

Этим перечень технологий 3D-печати далеко не ограничивается. Его дополняют послойное склеивание пленок, послойное наплавление, послойная печать расплавленной полимерной нитью, ультрафиолетовое облучение через фотомаску.

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 см3/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.

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. Разработано для использования в сфере образования и дизайна.

Wanhao Duplicator i3 v2

Бюджетный вариант для тех, кто хочет освоить технологию и побаловаться. 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 см3/час. Устройство оснащено подогреваемой платформой.

3D принтер Hercules

Неплохое устройство от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати – 50 мкм. Платформа подогреваемая, максимальная температура – 1200С. Скорость печати – 40 см3/час.

 

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

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 3D-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 3D-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:

• SLS– технология селективного лазерного спекания. Предполагает подачу на рабочую поверхность тонкого слоя плавкого порошкового материала (пластик, керамика, стекло или металл), который под точечным воздействием лазерного луча спекается. После формирования первого слоя рабочая платформа опускается и идет создание следующего слоя. Технология не требует создания поддерживающих конструкций, но очень дорогая, требует дополнительной термической обработки, для бытового использования не подходит;
• EBM– технология электронно-лучевого плавления. Чем-то похожа на предыдущий метод, но тут слои объекта формируются путем плавления порошка металла в вакууме электронным лучом. Термическая обработка после печати не требуется;
  
• SLM– технология селективного лазерного плавления, напоминает SLS-технологию, но тут используются только порошки металлов, а лазеры применяются более мощные, термическая обработка после печати не требуется;
• LOM– технология печати путем ламинирования. Под действием давления или нагрева тонкие пленки рабочего материала (полимерная пленка, ламинированная бумага) склеиваются в одно целое, а с помощью лазера или режущих элементов вырезаются необходимые контуры объекта. Более того, вырезать можно и части внутри объекта, правда, не всегда это сделать легко. Технология позволяет отказаться от печати поддерживающих конструкций;
• 3DP, или 3D Printing – это аналогичная SLS технология, но здесь не используется плавление – объект формируется из порошкового материала за счет нанесения клея путем струйной печати. Так как в клей можно добавлять красители, открывается возможность для цветной трехмерной печати.
  

Слой за слоем: как работает 3D-принтер

Самый доступный и потому самый распространённый способ 3D-печати, при котором готовый предмет создаётся из жидкого пластика или композитных материалов, которые проходят через печатающую головку-экструдер и послойно отверждаются лазером. Готовый слой смещается вниз, и печатается новый, и так до тех пор, пока не будет готов весь элемент. FDM-принтеры являются одним из самых простых способов 3D-печати, подобные устройства можно даже собрать самостоятельно. Ну, или купить готовые решения, которых на рынке присутствует множество.

Стереолитография (SL или SLA)

По своему принципу действия этот вид 3D-печати похож на предыдущий, только в нём исходным материалом выступает жидкая смола (акриловая, эпоксидная, виниловая) или пластмасса. Луч лазера послойно «запекает» исходный материал, формируя готовый предмет. Затем он промывается от остатков смолы или пластмассы и подвергается окончательному отверждению с помощью ультрафиолетового света. Стереолитография позволяет печатать элементы с тонкой деталировкой и после завершения всех процедур готовая деталь получается прочной и химически стойкой, но обратной стороной медали является очень высокая стоимость таких 3D-принтеров.

Cелективное лазерное спекание (SLS)

Ещё один способ послойной печати предметов, в котором лазер спекает порошок — металлический, пластиковый или керамический — слой за слоем, формируя готовый объект. Существует методика плавки (SLM), которая отличается более мощными лазерами и возможностью работать с чисто металлическим порошком без всяких добавок — так формируются монолитные элементы, лишённые пористости, характерной для обычного спекания. 

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.

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.

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.

Работа по металлу

Если вы выбираете 3д принтер по металлу, как работает данное оборудование важно знать перед покупкой. Для этого можно посмотреть краткий обучающий видеоролик на ютубе или тематическом ресурсе.

В процессе печати клей (связующее средство) распыляется через головку принтера в зоны, отмеченные компьютером. После с помощью вала на поверхность наносят пудру из металла. Она становится твердой при соприкосновении с клеевым веществом. Таким образом наносится слой за слоем: поочередно пудра-клей. Так происходит изготовление металлического изделия на 3d принтере, видео работы для более детального рассмотрение этого процесса можно найти на специализированном сайте.

Многие модели 3д принтеров по металлу имеют внушительные габариты и весят более тонны. Стоимость подобного оборудования также достаточно высока. Такие принтеры широко используются для создания объектов, имеющих сложную конструкцию. Производство, в том числе литье, и обработка таких изделий осуществляется в несколько этапов, а значит, влечет за собой как существенные трудозатраты, так и дополнительные финансовые расходы.

Работа по пластику

Теперь рассмотрим, как работает 3d принтер с пластиком. В результате появления на мировом рынке принтеров, поддерживающих технологию 3D-печати, появилась новая эпоха производства вещей. Трехмерное создание деталей лишь недавно распространилось в быту, поскольку производственные и промышленные предприятия давно пользуются ею. Предлагаем узнать, как работает 3d принтер по пластику, что являет собой это оборудование и какие расходные материалы применяются.

Работа начинается с проектирования виртуального шаблона благодаря специальной компьютерной программе. Далее модель обрабатывается программным методом, чтобы разделить ее на слои. Затем выполняются следующие этапы:

• Послойное формирование массы, сформированной с применением композитных порошков.
• Распределение массы по рабочей поверхности по мере заполнения камеры.
• Накладывание клеевой основы после создания каждого слоя.

После можно вытащить из рабочей камеры готовый объект. Важно понимать, что оборудование, используемое для печати, отличается по принципу работы. Сегодня применяются следующие технологии:

• быстрое прототипирование;
• послойное наплавление термопласта;
• лазерная стереолитография;
• лазерное спекание.

Какой пластик используются для печати на 3д принтере? Выбор в пользу того или иного материала, с помощью которого можно печатать модели, зависит от специфики технологии. Самые популярные материалы – пластик типа FDM и PLA. Возможно применение поликарбоната, нейлона, полиэтилена и других разновидностей сырья, используемого в промышленности. В некоторых установках допускается смешивание материалов, применение дополнительных веществ, способствующих улучшению качественных характеристик готовой продукции. Качественная пластмасса не просто обеспечивает отличный результат – она гарантирует надежность эксплуатации изделия в целом. Самый экзотический вид материалов – металл. Здесь приходится использовать специальную металлическую пудру. В результате получается не наплавленное, а послойно склеенное изделие.

Из чего состоит 3Д принтер

Устройства включают следующие элементы:

• печатающую головку (экструдер);
• линейный мотор, который обеспечивает движение деталей устройства;
• рабочую поверхность для печати;
• раму;
• фиксаторы, которые отвечают за правильное движение подвижных элементов;
• робота, перемещающегося по трем осям координат.

Это стандартный «набор» деталей, на котором основывается принцип работы 3д принтера. Новые модели устройств оснащаются более современными элементами, созданными в рамках последних разработок.

Фотополимерная печать

Фотополимерная печать осуществляется несколько иначе. Материал также наносится послойно, но он изначально находится в жидком состоянии в специальной ванне. Слой за слоем на материал воздействует лазерный или ультрафиолетовый луч, и платформа поднимается вверх. То есть объект как бы выращивается. Под действием излучения материал полимеризуется и твердеет.

Так как такая технология позволяет получать изделия с высочайшей точностью, в том числе и тонкостенные, то она является более перспективной и обладает более широкими возможностями. Именно она используется на сложных производствах и предприятиях.

Востребованы подобные устройства и в медицинской сфере, открывая широчайшие возможности изготовления высокоточных хирургических шаблонов и даже протезов.