3D-принтер: как работает и для чего он нужен, принципы работы, виды принтеров и технологии печати

Что такое 3D-принтер

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

Основные части конструкции 3D-принтера:

  • открытый или закрытый корпус (сборочная камера);
  • рама – объединяет все части и механизмы техники;
  • шаговые, линейные двигатели – запускают механизм, отвечают за скорость и точность процесса печати;
  • рабочая площадка (стол, печатная площадка) — поверхность, на которой формируются объемные детали;
  • печатающая головка (экструдер) – система захвата отмеряет нужное количество материала, подает его через нагретое сопло, выдавливается полужидкий пластик в виде нитей;
  • прижимы — датчики для определения координат печати, ограничения подвижных элементов (обеспечивают работу в пределах рабочей платформы, следят за точностью печати).

Критика и проблемы

❌ Медленно и без гарантий: Печать довольно медленная, недостаточно точная. Большой проблемой писателей-любителей является брак. Например, часть подложки может отклеиться прямо во время печати, и будет вообще хрен. Или моторы сбиваются, и сопло начинает промахиваться в нужных точках.

❌ Низкая производительность: Для печати детали размером 10 х 10 см вам нужен принтер размером не менее 50 х 50 см, который будет стоить несколько сотен долларов.

❌ Не самые прочные материалы: 3D-печать до сих пор ограничивалась пластиком и смолой. Есть отдельные технологии печати на основе металлического порошка, но если вам нужна стальная деталь, вам нужен не 3D-принтер, а обычный токарный станок и станки. Но не все детали можно сделать на станке. 

❌ Не всегда понятно почему. В промышленности для прототипирования используются 3D-принтеры, но в массовом производстве эти технологии не используются. Для домашнего использования тоже непонятно: 3D принтеры печатают мелкие пластмассовые штучки для любительских проектов. и всё. Случаев, когда обычный человек хочет напечатать что-то актуальное в хозяйстве дома, очень мало.

Что такое 3d принтер: видео

Существуют различные технологии 3D-печати. Разница между ними заключается в способе нанесения слоев продукта. Рассмотрим самые важные из них. Наиболее распространенными являются SLS (селективное лазерное сплетение), HPM (плавленое наложение) и SLA (стереолитография). Из-за высокой скорости построения объектов наиболее используемой технологией является стереолитография или SLA.

Как работают 3D-принтеры

Процесс печати контролируется компьютерной программой, где предварительно загружается, моделируется трехмерная цифровая модель будущего объекта, задаются форма, размеры и технические параметры. Задача принтера — превратить цифровой эскиз в осязаемый материальный объект.

Существует множество разновидностей 3D-принтеров, которые различаются по конструкции и используемой технологии печати. Но у всех у них общий принцип работы: послойное построение 3D-модели на основе заданного образца печати каждого слоя. Печать происходит в автоматическом режиме и обеспечивает максимально точное воспроизведение 3D-модели.

Способ построения объектов с помощью 3D-принтера зависит от характеристик используемого расходного материала: металла или пластика.

Печать по металлу

В процессе строительства печатающая головка распыляет клей (завивку) в определенных местах по заданной программе. Затем на платформу наносится металлический порошок, который затвердевает при контакте с клеем. Процедура повторяется до тех пор, пока не будет нанесен последний слой.

Как правило, объемные 3D-принтеры для работы с металлами — дорогое, массивное промышленное оборудование. Устройства в первую очередь используются для создания объектов сложной геометрии, отливка и механическая обработка которых чрезвычайно трудоемки, а также значительно удорожают производство.

Принтеры по металлу востребованы в производстве:

  • зубные коронки; зубные мосты;
  • индивидуальные медицинские имплантаты;
  • ювелирные украшения;
  • прототипы серийных деталей, используемых для испытаний, испытаний в аэрокосмической или автомобильной промышленности.

По сравнению с классическими методами производства, 3D-принтеры могут производить металлические предметы с меньшим весом на 60%. 3D-печать значительно сокращает количество отходов и экономит много денег. В особенности это касается авиационной промышленности, где доля отходов в традиционном производстве может достигать 90%. Еще один плюс аддитивной технологии – гораздо более экономичное энергопотребление.

Печать по пластику

Создание пластиковых изделий (ABS, PLA и др.) с использованием аддитивных технологий основано на плавлении расходного материала до жидкой консистенции. Пластиковая нить подается в виде формованной проволоки (трубки), нагревается, расплавляется при прохождении через головку экструдера, а затем выдавливается в нужные места на рабочем столе.

Методы печати термопластом в основном используются в домах и на малых предприятиях. Изготавливаются сувениры, различные макеты, элементы интерьера, прототипы обуви или одежды и т д. Метод ценится за высокое качество полиграфической продукции и большие возможности ее кастомизации. Другими преимуществами пластиковой печати являются малоотходность, экологичность процесса, ассортимент расходных материалов и кратчайшие сроки изготовления прототипа.

Типы 3D-принтеров и особенности печати каждого

Чаще всего сегодня используется технология печати FDM, а также SLA-печать. Что скрывается за этими непонятными аббревиатурами, и какие еще разработки существуют в этой области?

Метод FDM-печати

Технология FDM (Fused Deposition Modeling) представляет собой технологию послойного осаждения нити. На сегодняшний день этот метод 3D-печати считается самым распространенным, и в то же время одним из самых старых. Принцип заключается в послойном сплавлении пластиковой нити по контуру модели.

Для печати используется термопласт, который поставляется в виде рулонов или стержней. Чаще всего печатают PLA и ABS-пластики, в том числе нейлон, полиамид, поликарбонат, PET (он же полиэтилентерефталат, из которого делают пластиковые бутылки) и некоторые другие материалы.

Принцип работы следующий:

  • нить материала помещается в экструдер, где плавится под воздействием нагревательного элемента, а затем выталкивается через сопло на рабочую поверхность;
  • экструдер движется по заданному ему программным обеспечением пути, слой за слоем выстраивая объект;
  • если вам нужно напечатать сложный объект, можно использовать два типа материала: один для модели, другой для изготовления подставок (он обычно растворимый, либо просто очень легко отрывается от объекта). Опоры необходимо печатать, если у объекта есть висящие в воздухе элементы, которые невозможно создать без опорных элементов — принтеру просто не на чем будет печатать. Все наглядно показано на рисунках ниже;
  • после формирования первого слоя платформа опускается на толщину одного слоя, и экструдер выдавливает новую часть материала, процесс многократно повторяется;
  • в конце печати осталось отделить вспомогательные элементы.

как работает 3д принтер
Моделькак работает 3д принтер
Модель и опорные элементы

Технология FDM позволяет использовать термопласты промышленного класса, поэтому печатные объекты обладают отличной механической, химической и термической стойкостью. Технология проста, чиста и подходит для офисного или домашнего использования.

3D-ручки работают так же. На самом деле это миниатюрные принтеры. Такие ручки предназначены для рисования объемных рисунков. Пользователь может выдавливать из него мгновенно твердеющий пластик, придавать ему любую форму и получать забавные изделия. Устройство больше предназначено для самочувствия, но идея интересная, и дизайнеры смогут создать много интересных предметов интерьера.

Метод SLA-печати, или стереолитография

Технология SLA (лазерная стереолитография) предполагает использование для печати жидких фотополимерных смол, которые имеют свойство затвердевать под воздействием лазера или подобного источника энергии. Метод позволяет получать объекты с очень точной геометрией, ведь толщина слоя может достигать рекордных 15 мкм, поэтому он уже широко применяется в стоматологии при изготовлении имплантов и в ювелирном деле для создания изделий с обилием сложных деталей.

Принцип работы 3D-принтеров методом лазерной стереолитографии можно кратко описать так:

  • рабочая платформа погружается в ванну с жидким фотополимером на толщину одного слоя (15-150 мкм);
  • лазерное воздействие на стены будущего объекта. Лазерный луч буквально прослеживает форму объекта на фотополимере, который, в свою очередь, задается программным обеспечением. Лазерное облучение вызывает полимеризацию материала в местах контакта с лучом и его отверждение;
  • платформа немного глубже погружается в ванну с жидким фотополимером, а глубина погружения соответствует размеру слоя. Лазер, в свою очередь, воздействует на области материала, которые будут частью печатного объекта;
  • процесс повторяется слой за слоем, пока имитируемый объект не будет напечатан;
  • технология также требует печати опорных элементов. Они изготовлены из того же фотополимера;
  • после завершения печати объект погружается в ванну со специальными растворами для удаления излишков и очистки модели;
  • финал — ультрафиолетовое облучение для окончательного отверждения фотополимера.

Технология прогрессивная, но требует покупки дорогостоящих расходных материалов.

Другие типы печати

Менее распространенными, но не менее интересными и перспективными являются следующие методы 3D-печати:

  • SLS — технология селективного лазерного спекания. Он заключается в подаче на рабочую поверхность тонкого слоя легкоплавкого порошкового материала (пластика, керамики, стекла или металла), который спекается под точечным воздействием лазерного луча. После формирования первого слоя рабочую площадку опускают и укладывают следующий слой. Технология не требует создания опорных конструкций, но очень дорога, требует дополнительной термической обработки и не подходит для бытового использования;
  • ЭЛП — технология электронно-лучевой плавки. Чем-то похож на предыдущий метод, но здесь слой объекта формируется путем расплавления металлического порошка в вакууме электронным лучом. Термическая обработка после печати не требуется;
  • SLM — технология селективного лазерного плавления, аналогична технологии SLS, но здесь используется только металлический порошок, а лазеры более мощные, термообработка после печати не требуется;
  • LOM — это технология печати методом ламинирования. Под воздействием давления или нагрева тонкие пленки рабочего материала (полимерная пленка, ламинированная бумага) склеиваются, и с помощью лазера или режущих элементов вырезаются необходимые контуры объекта. Также есть возможность вырезать детали внутри объекта, хотя это не всегда просто сделать. Технология позволяет отказаться от печати опорных конструкций;
  • 3DP, или 3D-печать, — технология, похожая на SLS, но здесь не используется плавление — объект формируется из порошкового материала путем нанесения клея во время печати чернилами. Поскольку в клей можно добавлять красители, это открывает возможность цветной 3D-печати.

Технология НРМ (FDM) HPM

HPM

Он позволяет создавать не только модели, но и готовые детали из стандартных, конструкционных и высокоэффективных термопластов. Это единственная технология, в которой используются термопласты промышленного класса для придания деталям исключительной механической, термической и химической прочности. Печать HPM выделяется своей чистотой, простотой использования и пригодностью для использования в офисе. Детали из термопласта устойчивы к высоким температурам, механическим воздействиям, различным химическим веществам, влажной или сухой среде. Растворимые вспомогательные вещества позволяют создавать сложные формы, полости и многоуровневые отверстия, которые было бы проблематично достичь обычными методами. 3D-принтеры HPM создают детали слой за слоем, нагревая материал до полужидкого состояния и экструдируя его в соответствии с траекториями, сгенерированными компьютером. Для печати по технологии HPM используются два разных материала — готовая деталь будет состоять из (основного) и дополнительного, который используется для поддержки. Нити обоих материалов подаются из лунок 3D-принтера в печатающую головку, которая перемещается в зависимости от изменений координат X и Y и сплавляет материал, создавая текущий слой, пока основание не опустится и не начнется следующий слой. Когда 3D-принтер завершает создание детали, остается механически отделить вспомогательный материал, либо растворить его моющим средством, после чего изделие готово к использованию. Интересно, что сегодня популярны не только автоматические настольные принтеры HPM, но и устройства для ручной печати. Причем правильнее было бы называть их не печатающими устройствами, а ручками для рисования объемных объектов.

топ_лучших_подарков_9

Ручки изготавливаются так же, как и принтеры по технологии фьюзинг. Пластиковая нить подается в ручку, где расплавляется до нужной консистенции и тут же выдавливается через миниатюрную насадку! При должной сноровке получаются вот такие оригинальные декоративные фигурки:

765276d1d3f5c2e30d34892c9ba08ea9

9c3cb892265f7da20c37d02ecf66149f

И конечно же, как и технологии, принтеры отличаются друг от друга. Если у вас есть принтер, работающий по SLA, на нем нельзя будет использовать технологию SLS, то есть каждый принтер делался только под определенную технологию печати.

Интересные варианты бытовых 3D-принтеров

MakerBot Replicator 2

Качественный принтер американского производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя 100 микрон (0,1 мм). Область печати — 285*153*155 мм, для печати используется пластик PLA и ABS. Максимальная скорость печати составляет 40 мм в секунду или 24 см3/час. Корпус стальной, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Хотя модель была выпущена в 2013 году, она до сих пор активно используется для бытовой полиграфии. Цена 3100$.

PrintBox3D One

Самодельный принтер, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя 50 микрон, размеры рабочей площадки 185*160*150 мм. Устройство печатает пластиками ABS и PLA, оснащено подогреваемой платформой. Цена около 1700 долларов, предназначен для использования в образовании и дизайне.

Wanhao Duplicator i3 v2

Бюджетный вариант для тех, кто хочет освоить технику и побаловаться. Стоит около 500 долларов, печатает различные виды пластика с точностью до 100 микрон, площадь печати 200*200*180 мм. Качество сборки отличное.

PICASO 3D Designer

Печатает по технологии FDM, как и все бытовые 3D принтеры сегодня, для печати использует пластики ABS и PLA, в том числе нейлон. Точность печати — 50 мкм, размеры рабочей площадки 200*200*210 мм, максимальная скорость — 30 см3/час. Аппарат оснащен подогреваемой платформой, цена .

3D принтер Hercules

Хороший аппарат от российской фирмы ИМПРИНТА, печатает разными видами пластика, точность печати 50 микрон. Платформа отапливается, максимальная температура 1200С. Скорость печати — 40 см3/час. 

3D принтер: что это такое и как работает чертеж 3Д

Объемная печать, в зависимости от области применения, может использовать разные принципы работы и состав полимеров, но основной технологией остается послойное наращивание слоев на объекте.

Этапы проектирования:

  • Создайте макет на компьютере в программе автоматического проектирования, поддерживающей трехмерное моделирование. Программное обеспечение позволяет производить расчеты на всех уровнях детали, наращивать слои, а также выполнять финальное тестирование изделия и рассматривать его со всех сторон в режиме визуализации. Такие возможности есть у платформ от компании ZVSOFT. Программное обеспечение ZW3D представляет собой универсальную CAD/CAM-систему с полным функционалом для работы с 3D-моделями. Есть три пакета с разным количеством инструментов: Lite, Standard и Professional. Все они прекрасно совместимы с принтером благодаря экспорту чертежей в формат STL. Вы можете прочитать больше об этом здесь. zd принтеры что это такое

Особенности печати изделий на принтере

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

  1. Разработка электронной модели. Вы можете использовать готовую модель, полученную из общедоступных источников (CG Trader, Thingiverse и др.) или скачать модель, созданную с помощью 3D-сканера. Также можно разработать эскиз в специальных программах (Blender, AutoCAD, AutoDesk, Fusion360 и др.). Готовая цифровая модель сохраняется в одном из общепринятых форматов (.3DS, .FBX, .OBJ, .STL и др.) и экспортируется на компьютер.
  2. Подготовьте файл к печати. Для этого используются специальные программы-слайсеры (например, Cura, AstroPrint, Simplify3D и др.). Предварительно настроенная программа «разрезает» модель на тонкие слои и задает координаты движения экструдера на каждом слое. Готовый файл данных объекта экспортируется на компьютер в формате .gcode и загружается в принтер.
  3. Подготовка печатающего устройства. Проверяется исправность отдельных компонентов конструкции, калибруются узлы, прогревается сопло, готовятся расходники (устанавливается нить накаливания или заливается фотополимерная смола) и т д
  4. Герметизация. Нужный файл выбирается на панели управления и отправляется на печать.
  5. Отделка. На готовой модели могут остаться неровности или остатки опорных элементов, которые необходимо удалить наждачной бумагой, надфилем, канцелярским ножом или другим инструментом. Если для печати используются отверждаемые фотополимеры, то последующая обработка моделей заключается в промывке их в спирте и дополнительном освещении в УФ-камере для полного отверждения.

Слой за слоем: как работает 3D-принтер

3D печать несущих конструкций и отделка объекта - Фото 33

Самый доступный и потому самый распространенный метод 3D-печати, когда готовый объект изготавливается из жидкого пластика или композитных материалов, которые проходят через печатающую головку экструдера и послойно затвердевают лазером. Готовый слой перемещается вниз, и печатается новый, и так до тех пор, пока весь элемент не будет готов. Принтеры FDM — один из самых простых способов 3D-печати, и вы даже можете собрать их самостоятельно. Ну или купить готовые решения, которых на рынке много.

Связанное видео - изображение 34

Стереолитография (SL или SLA)

По принципу работы этот вид 3D-печати аналогичен предыдущему, только исходным материалом служит жидкая смола (акриловая, эпоксидная, виниловая) или пластик. Лазерный луч «запекает» исходный материал слоями, формируя готовый объект. Затем его промывают от остатков смолы или пластика и подвергают окончательному отверждению ультрафиолетовым светом. Стереолитография позволяет печатать элементы с мелкими деталями, и после выполнения всех процедур готовая деталь получается прочной и химически стойкой, но обратной стороной медали является очень высокая стоимость таких 3D-принтеров.

Cелективное лазерное спекание (SLS)

Другой метод послойной печати объектов, при котором лазер спекает порошок – металлический, пластиковый или керамический – слой за слоем, формируя готовый объект. Это технология плавки (SLM), которая отличается более мощными лазерами и возможностью работать с чистым металлическим порошком без добавок — так формируются монолитные элементы, лишенные пористости, характерной для обычного спекания. 

Источники - картинка 35

Принцип работы 3D принтера — картинка 67

Принцип работы 3D принтера — картинка 68

Принцип работы 3D принтера — картинка 69

Принцип работы 3D принтера — картинка 88

Принцип работы 3D принтера — картинка 92

Как правило, толщина проволоки и самих слоев составляют доли миллиметра: типичный диаметр сопла колеблется от 0,3 до 0,8 мм, а толщина слоя составляет от 50 до 300 мкм. Для сравнения, толщина человеческого волоса колеблется в пределах 80-100 микрон. Очевидно, что печать тонкой нитью занимает довольно много времени. На самом деле типовой производственный цикл легко измеряется часами или даже больше суток: все зависит от выбранного диаметра сопла, толщины отдельных слоев и габаритов самого изделия. Чем выше толщина нити и слоев, тем меньше времени потребуется на печать, но качество поверхностей будет ниже.

Как создаются модели для печати?

Сначала создается 3D-модель объекта с помощью программы САПР и сохраняется в специальном формате STL. Затем файл STL загружается в программное обеспечение для печати, такое как Cura или Slic3r. Программа резки позволяет задавать физические свойства модели, такие как плотность заполнения или использование опорных конструкций.

Программа конвертирует 3D-модель в G-код. Он содержит инструкции для экструдера по формированию каждого слоя модели. Код загружается в принтер, устройство загружается и начинается печать.

Области применения 3D-печати

Технология нашла применение практически во всех сферах человеческой деятельности:

  • образование;
  • архитектура;
  • наука;
  • машиностроение;
  • лекарственное средство;
  • приготовление еды;
  • приборостроение;
  • производство одежды и обуви.

Управление процессом 3D-печати — Фото 18

Где можно использовать 3D-принтер — картинка 19

Шоколадный 3д принтер

брать или не брать - вот в чем вопрос - фото 20

напечатанная на 3D-принтере пицца

Как работают 3D-принтеры — картинка 21

3D печатная модель дома

Что такое 3D-печать и как работает 3D-принтер — картинка 22

3д печатная машина

Зачем нужен 3D-чертеж и как он работает

Трехмерные объекты печатаются по 3D-чертежу, который создается в специальной программе, затем сохраняется в формате STL или другом общепринятом формате. Файл с рисунком загружается в слайсер и обрабатывается (разрезается на слои с заданной толщиной, плотностью и другими физическими свойствами). Результатом является инструкция печатающей головки, которая отправляется на принтер. 3D-чертежи можно создавать самостоятельно в программе-конструкторе.

Методы 3D-печати

В настоящее время существует более 10 актуальных технологий 3D-печати. Рассмотрим самые популярные из них.

Стереолитография

Стереолитография (СЛА — «аппарат стереолитографии», «аппарат стереолитографии» или СЛ — «стереолитография») основана на послойном отверждении жидких расходных материалов под воздействием лазерных лучей. В качестве расходных материалов используются различные фотополимеры, т.е вещества, которые изменяют свои свойства и становятся твердыми под воздействием ультрафиолетовых лучей. Свойства веществ зависят от продолжительности воздействия и длины УФ-волны.

Особенности технологии:

  1. В ванну с жидкой фотополимерной смолой помещается сетчатая платформа для создания объекта.
  2. Рабочая платформа размещается на глубине, соответствующей одному слою фотополимера.
  3. Лазерный луч воздействует на определенные участки смолы, заставляя их затвердевать.
  4. Платформа опускается на толщину одного слоя, процесс повторяется.

Напечатанный объект проходит постобработку: погружается в ванну со специальным составом для удаления лишних элементов, затем вынимается и облучается светом для полного отверждения.

Стереолитография востребована в научных исследованиях (например, для визуализации газовых и гидродинамических течений в прозрачных моделях). Применяется в стоматологии (изготовление моделей костей, зубов для пациентов), ювелирных изделий и так далее

FDM

Технология FDM (Fused Deposition Modeling) основана на моделировании деталей в процессе сварки. Другое название FFF (Fused Filament Fabrication»).

Объекты изготавливаются слоями из предварительно расплавленной пластиковой нити. Экструдер подает материал и размещает его в заданном программой положении. Готовые изделия обычно требуют дополнительной обработки для выравнивания поверхности.

С помощью FDM-принтеров можно производить различную продукцию. Это могут быть товары народного потребления (детали к бытовой технике, игрушки, мебель и т.д.). Комплектующие для высокоточного оборудования, прототипы изделий для мелко- и среднесерийного производства и многое другое. Метод FDM оптимально подходит для производства крупных объектов с экономической и практической точки зрения.

SLS

SLS (Selective Laser Sintering) — технология избирательного (избирательного) лазерного спекания. Метод печати основан на использовании углекислотного лазера и расходных материалов, таких как порошки из металлов, стекла, полимеров или керамики. В частности, могут быть использованы порошки в виде гранул, состоящих из металлического ядра и оболочки из легкоплавкого материала. Лазерный луч избирательно нагревает порошок почти до температуры плавления, а отдельные гранулы спекаются вместе, образуя прочную твердую структуру. Чем выше температура спекания, тем выше должна быть мощность лазера. Наличие нескольких лазеров увеличивает скорость SLS-принтера.

Следует отметить, что при печати методом SLS происходит лишь частичное оплавление поверхности гранул порошка.

Эта технология лучше всего подходит для производства объектов сложной геометрии, таких как высокоточные промышленные детали для проверки работоспособности или компоненты механизмов и двигателей.

DLP

DLP (Digital Light Processing) — это цифровая обработка света. Световой поток воздействует на фотополимерную смолу, в результате материал затвердевает. Для печати используется светодиодная матрица с пикселями в виде микроскопических зеркал. Основное отличие технологий в том, что освещается сразу вся поверхность, то есть создается сразу каждый слой, что значительно увеличивает скорость печати без ущерба для качества.

DLP — одна из самых точных и высокоскоростных технологий печати. Область применения: медицина (стоматология), ювелирное дело, искусство, научные исследования и т д. Готовые модели необходимо оберегать от света, иначе они могут растрескаться и стать ломкими.

Polyjet

Метод заключается в послойном отверждении (полимеризации) распыленного жидкого полимера под действием ультрафиолетовых лучей. Готовые модели не требуют дальнейшей обработки. Возможна работа с разнородными материалами, в том числе с композитами. Также возможно создание разноцветных объектов (используя сложную цветопередачу с палитрой более 1000 оттенков).

Принтеры Polyjet обычно имеют несколько печатающих головок, что позволяет одновременно создавать несколько объектов или ускорять печать одного объекта.

Готовые детали имеют стабильные геометрические формы и идеально гладкую поверхность. Они легко поддаются обработке (окрашивание, склеивание, шлифование, распиловка, сверление и т д.) и полностью готовы к использованию.

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

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

  • постепенно методы 3D-печати станут дешевле и доступнее для всех категорий пользователей;
  • в будущем домашние 3D-принтеры будут распространяться наравне с промышленными (промышленными) печатными машинами.

Разновидности технологий 3Д принтеров

В настоящее время конкурируют три типа устройств:

  • FDM (моделирование методом плавления);
  • ЛОМ (производство ламинированных предметов);
  • SLA и STL (стереолитография).

Также есть такие варианты, как:

  • Полиджет;
  • ОБЪЕКТИВ;
  • ЛС (лазерное спекание);
  • 3DP (трехмерная печать).

Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Стереолитографические установки – что это такое для 3D печати

3д принтер что это такое

SLA или просто SL — это расширенная общая система. Истоки были заложены Чаком Халлом, но на данный момент многие компании производят оборудование, основанное на принципе стереолитографии. В его основе все те же материалы — жидкий фотополимер, запеченный в пластике, и лазер. Струя как бы фиксирует определенные точки в сосуде с жидкостью, постепенно поднимаясь снизу вверх слой за слоем. Оставшийся раствор стекает, оставляя объект, подлежащий шлифованию.

Это очень эффективный метод с точки зрения точности. Он позволяет быстро добиться результатов с погрешностью всего в 10 микрон. А вот оборудование дома устанавливают редко, так как работа с едким веществом без соблюдения должных норм и мер предосторожности чревата ожогами и токсическим отравлением организма.

Лазерное спекание – LS (laser sintering)

как работать с 3д принтером

Метод аналогичен предыдущему, но улучшен за счет использования не жидкого полимера, а его сыпучего варианта. Преимущества инноваций:

  • В растворе нередки случаи поломки объекта еще в процессе строительства, так как ничто не поддерживает еще хрупкую, но уже тяжелую конструкцию. В порошке все иначе — деталь не может сломаться, так как опирается на твердое вещество.
  • Помимо полимера могут использоваться измельченные частицы бронзы, стали, нейлона и титана.

Недостатки:

  • Температура плавления очень высокая, поэтому остывать предмет придется долго.
  • Поверхность менее монолитна, в ней больше воздуха.
  • Некоторые смеси опасно хранить вне азотной камеры.

Что такое 3Д печать методом послойного наплавления термопласта

Технология ЛОМ предусматривает нанесение вырезанных по шаблону слоев бумаги, пластика или алюминия и их последующую склейку. Точные контуры рассчитываются в специализированных CAD-системах, работающих с 3D-моделями. Функция структурирования простых и сложных объектов в программе shape•Z jr от ZVSOFT позволяет создавать органичные формы, рисуя эскиз на простой сетке и затем детализируя линии, прорабатывая детали вручную или автоматически.

Благодаря использованию специализированных платформ LOM-моделирование становится простым и практичным.

как выглядит 3д принтер

Технология FDM также работает с термопластами. Его конструкция заключается в подаче материала (филамента из пластика) через экструдер — печатающую головку механизма. Направленный слой запекается с помощью специальной насадки. Так создается объект слой за слоем снизу вверх.

Управление процессом объемной печати

Процесс получения готового изделия на устройстве 3D-печати — это физическая материализация компьютерной модели, созданной специальным программным обеспечением. Управление процессом 3D-печати делится на несколько этапов.

Создание цифровой модели и введение данных в печатное устройство

Для цифровой обработки объекта требуется специальное программное обеспечение («3D Studio Max», «AutoCAD» и др.). Если у вас нет навыков работы с программами, лучше обратиться к специалисту. Процесс создания модели медленный и может занять несколько дней.

Можно использовать специальный 3D-сканер, но качество виртуальной модели снизится.

Если производимый предмет является типовой вещью, можно поискать информацию в Интернете, на специализированных сайтах. Цифровая модель сохраняется в формате STL.
Затем с помощью специализированной программы-слайсера генерируется G-код — система команд, управляющая перемещением печатных элементов на устройстве. Интерфейс программы прост и удобен в использовании.

Подготовка к работе

Шаг зависит от типа печатающего устройства. Например, перед запуском системы FDM на рабочий стол прибора наклеивается специальная пленка и загружается катушка с пластиковой проволокой. Тип и цвет пластика выбирают в зависимости от свойств готового изделия. Проверяется наличие грязи и механических повреждений резьбы – это влияет на качество получаемого изделия.

Этап печатания

Производится самостоятельно. Необходимо следить за тем, чтобы слои наносились на объект равномерно, чтобы не было затвердевания полимерной нити или ее чрезмерной пластичности. При необходимости вносятся коррективы в настройки устройства.

.Дополнительная обработка объекта

При необходимости проводится дальнейшая обработка: шелушение и полировка готового изделия. Если при печати объекта сложной формы были созданы опорные конструкции (необходимые во избежание разрушения моделируемого объекта), необходимо их удалить и отшлифовать стыки.

Как работает 3D принтер? Просто о сложном

Короче говоря, 3D-принтер — это устройство для создания трехмерных объектов методом послойной печати. Ассортимент материалов, используемых для печати, постоянно расширяется и можно смело предположить, что в будущем он будет включать в себя большинство известных нам веществ. До сих пор термопласты и фотополимерные смолы остаются самыми популярными материалами для печати.

Общий принцип работы 3D-принтера можно представить следующим образом:

  1. создать модель нужного объекта в специальной программе для 3D-моделирования;
  2. обработать созданную модель программным обеспечением («генератором G-кода»), где она разбивается на множество горизонтальных слоев и преобразуется в цифровой код, который становится командой для принтера, как и куда наносить материал; как работает 3д принтер
  3. печать, представляющая собой формирование объекта методом послойного нанесения материала. В зависимости от типа принтера функции печати могут различаться, но общий принцип — послойное нанесение. Печатающая головка перемещается только в горизонтальной плоскости (по осям X и Y), она подает материал и наносит его так, как задано программой. Когда один слой нанесен полностью, платформа сборки перемещается вниз (по оси Z) ровно на одну толщину слоя, а печатающая головка наносит следующий слой, и так далее, пока объект полностью не сформируется.

Функции печати зависят от технологии, которую использует принтер, поэтому имеет смысл разобраться с наиболее распространенными на данный момент. как работает 3д принтер

Итак, что же представляет из себя печать на 3d принтере?

Если кратко, то это построение реального объекта по созданной на компьютере 3D-модели. Затем цифровая трехмерная модель сохраняется в формате файла STL, после чего 3D-принтер, на который отправляется файл для печати, формирует реальный продукт. Сам процесс печати представляет собой ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трехмерных моделей, нанесением слоя расходных материалов на рабочий стол (подъемник) принтера, перемещением рабочего стола вниз до уровня готового слоя и снятием отходы с поверхности стола. Циклы непрерывно следуют друг за другом: на первый слой наносится следующий слой материала, снова опускается подъемник и так до тех пор, пока готовое изделие не окажется на столе.

Что можно печатать на 3D-принтерах

Аддитивные методы производства задействованы во многих производственных, промышленных областях. На 3D-принтерах можно распечатать практически все, главное, чтобы было достаточно производительного оборудования, цифровая модель и подходящие расходные материалы.

Давайте рассмотрим несколько перспективных отраслей, где используется 3D-печать.

Создание моделей по собственным эскизам

С помощью специализированных сервисов, таких как Jweel или Thinker Thing, можно легко разработать персональные модели различных предметов (украшений, роботов, обуви и так далее) для дальнейшей печати на 3D-принтере.

Изготовление прототипов

Быстрое прототипирование — популярная область 3D-печати. На 3D-принтерах печатают прототипы олимпийской экипировки, барельефы, лечебные корсеты, тестовые модели протезов и многое другое. Это направление 3D-печати позволяет эффективно тестировать и дорабатывать образцы продукции перед их запуском в серийное производство.

Медицина

Устройства для трехмерной печати используются для протезирования, формирования искусственных органов, тканей и суставов, производства стоматологических изделий, хирургических инструментов. В качестве расходных материалов используются «живые» растворы и другие биосовместимые материалы.

Запчасти и детали

Иногда невозможно или очень трудно найти деталь для механизма, потому что производитель снял его с производства. В этом случае можно сделать эскиз нужной запчасти в редакторе или найти цифровую модель в интернете, а потом просто распечатать на принтере.

Моделирование и хобби

3D-печать значительно облегчает изготовление коллекционных моделей, статуэток и различных миниатюр.

Строительство домов

Строительные чертежники возводят стены зданий и другие элементы сооружений. Оборудование состоит из рельсовых направляющих (с регуляторами и двигателями) и подвижной насадки, через которую на рабочее место подается строительная смесь (бетон или полимерный состав).

Промышленный дизайн и архитектура

С помощью аддитивных технологий создаются модели поселков, микрорайонов, домов и городской инфраструктуры (дороги, магазины, транспорт, освещение и так далее).

Образование

3D-печать используется для создания макетов и наглядных пособий для детских садов, школ, вузов. Специальные принтеры печатают, например, увеличенные модели молекул, пробирки, проводящие штативы, ручки и т д

Источники

  • https://3dtool.ru/stati/kak-rabotaet-3d-printer/
  • https://thecode.media/3d-print/
  • https://make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/
  • https://www.tehnoprosto.ru/vse-o-3d-pechati-kak-rabotaet-3d-printer-kakoj-3d-printer-vybrat/
  • https://www.zwsoft.ru/stati/3d-printer-chto-eto-takoe-i-kak-rabotaet
  • https://principraboty.ru/princip-raboty-3d-printera/
  • https://ichip.ru/sovety/kak-rabotaet-3d-printer-prosto-o-slozhnom-311572
  • https://tehnofaq.ru/chto-takoe-3d-printer-printsip-ego-raboty-i-oblasti-primeneniy/

[свернуть]