Что такое 3д принтер

Как работает 3D-чертеж?

Для того, чтобы напечатать изделие на 3D-принтере необходимо создать чертеж. Для этого существуют специальные программы, а также можно скачать необходимый образец на тематических ресурсах. Формат чертежа называется STL (Stereo Lithography). Изображение в таком формате транспортируется в программу прибора, где пользователь может задать более точные параметры готового продукта, например плотность. После чего ПО трансформирует изображение в руководство для экструдера и передает его на устройство. В целом разработать чертеж самостоятельно не так уж сложно, и для этого существует множество инструкций в интернете.

Типовая конструкция 3d-принтера

Индустрия 3D-печати переживает в настоящий момент этап бурного роста и развития, что привело к тому, что на сегодняшний день на рынке присутствует крайне широкая и весьма пестрая гамма образцов оборудования: от любительских принтеров, собранных своими руками в единичном экземпляре из подсобных деталей и элементов, до промышленных образцов, способных создавать высокоточные копии объектов с весьма сложной геометрией.

В целом, устройство 3D-принтеров на самом деле не очень сложное. Главные проблемы при изготовлении принтеров – обеспечить точность сборки и дальнейшей точности позиционирования по всем осям для экструдера, чтобы обеспечить качество печати.

Для того чтобы представить типовую конструкцию 3д-принтера рассмотрим самую распространенную (в настоящее время) технологию объемной печати – FDM (метод послойного наплавления).

Типовая конструкция 3D-принтера печатающего по методу послойного наплавления (FDM). (Визуализация: 3D Today)

3d-принтер состоит из:

1. Корпус, играющий роль скелета для монтажа конструкционных элементов;
2. Направляющие, осуществляющие сравнительно свободное перемещение печатающей головки в заданном пространстве;
3. Печатающая головка (экструдер) – группа частей, которая выполняет подачу, нагрев и вытеснение (экструзию) расходного материала через сопло на рабочую поверхность;
4. Шаговые двигатели – элементы конструкции 3д-принтера, отвечающие за равномерное перемещение печатающей головки в заданном пространстве;
5. Рабочий стол – строительная платформа 3D-принтера, на которой и осуществляется непосредственное создание трёхмерного объекта;
6. Электроника – набор элементов, отвечающий за управление и координацию действий принтера в процессе печати.

Подробнее остановимся на некоторых (наиболее важных) элементах базовой конструкции 3д-принтера.

Экструдер (печатающая головка) 3d-принтера

Наиболее важный элемент конструкции данного вида оборудования. Экструдер 3д-принтера – это узел, который обеспечивает подачу расплавленного пластика в рабочую зону аппарата. На сегодняшний день уже имеется огромное количество различных конструкторских решений.

В частности, имеются образцы оборудования оснащенные сменными соплами различного диаметра. Также есть варианты принтеров с двумя экструдерами в конструкции. Такие образцы способные печатать двумя цветами или осуществлять печать поддержек растворяемым пластиком PVA или HIPS.

Обслуживание экструдера 3д-принтера состоит в его очистке снаружи от налипших в процессе печати кусочков пластика. Иногда, обычно при работе с некачественными расходными материалами, сопло экструдера может довольно сильно засоряться – в этом случае приходится проводить его чистку.

Рабочий стол 3д-принтера

Стол может быть как нагреваемым, так и без такового. Для калибровки стола применяются либо автоматические приводы (автоматическая калибровка) или подпружиненные болты (ручная регулировка). Покрыт обычно стеклом, хотя есть варианты 3д-принтеров и с перфорированной платформой. Для нагреваемого стола еще добавляется и нагреваемый элемент.

Обслуживание данного элемента конструкции заключается в его калибровке и регулярной чистке поверхности.

Электроника и управление

Плата управления может находиться в корпусе. Большинство 3d-принтеров имеют плату на основе RAMPS. Но есть и варианты со своими решениями. Обычно достаточно проверять работает ли кулер охлаждения (если он необходим в данной конструкции).

Что касается экрана управления 3д-принтером, то он, следует отметить, присутствует отнюдь не на всех моделях данной категории оборудования. Обычно он есть там, где есть возможность печатать с SD карты.

Виды 3d-принтеров

Классификация 3д-принтеров ведется по нескольким ключевым параметрам, основными из которых являются: применяемая технология 3d-печати; материал печати; уровень качества и стабильности размеров получаемых изделий.

В последнем случае различают домашний (настольный) 3d-принтер и 3d-принтер профессионального класса, демонстрирующий более стабильные размеры напечатанных объектов, повышенную производительность (скорость печати) и качество прототипирования. Оборудование профессионального класса активно применяется в различных конструкторских бюро (с целью создания моделей и прототипов разрабатываемой продукции или конструкций), а также для целей мелкосерийного производства широкой гаммы изделий (сувенирная продукция, индивидуализированные корпуса электроники и тому подобное).

Рынок: надежда на детей и Сколково

С момента старта сервиса прошло всего полтора года, но рынок за это время успел поменяться

– Когда мы выходили на рынок, 3D-печать была совсем диковинкой. Сейчас стало больше профессиональных участников. Есть крупные компании, которые закупили большое количество оборудования, есть маленькие фирмы, которые хорошо печатают что-то из одного материала на одном принтере… Но все равно об этом знают немногие, и предстоит еще большой просветительский процесс

Мне кажется, это тоже очень важно: когда появляется больше информации, люди начинают думать, где это применить, – уверена Тамара

Ваза на магнитах напечатана на «домашнем» принтере. Заметно, что ее структура довольно слоистая, зато, в отличие от полиамида, пластик для домашних принтеров — водонепроницаемый, так что в вазу можно наливать воду и ставить цветы. Как бы то ни было, 3D-печатники уверены, что все дело сейчас в том, что бизнес находится на ранней стадии, которую скоро сменит новая.

Впрочем, главная проблема для бизнеса сейчас — не отсутствие информации, а в курсе рубля. Практически все промышленные принтеры, как и расходные материалы для печати, производятся в Европе и США.

– Конечно, всем пришлось поднять цены — признается Тамара. – Мы подняли цену на полиамид, потому что порошок везем из Германии. Гипс – американский. Цены на сталь подняли относительно несильно: хотели, чтобы это оставалось доступным, и в пользу наших заказчиков наценку сделали меньше. Ну а на печать на домашнем принтере мы цену даже опустили.

– Мы все равно будем зависеть от курсов, но интерес к 3D-печати может повлиять на то, что среди игроков будет более жесткая ценовая конкуренция. От зависимости от импортных материалов никуда не деться, просто бизнес будет менее выгодным, с меньшей маржой.

Сейчас в отрасли надеются, что федеральное правительство будет вкладывать в производство не только домашних, но и промышленных принтеров. Последние новости обнадеживают: буквально накануне в Сколково объявили о создании прототипа первого отечественного композитного принтера.

– Я думаю, следующая стадия — это дети, — улыбается Тамара. – Они вырастут и обязательно подхватят технологию. Уже сейчас в школах устанавливают 3D-принтеры, ведут факультативные занятия. Тут проблема в том, что мало профессиональных участников, которые обладают опытом и могут что-то рассказать. Когда мы знакомимся с учителями и завучами, они просят нас принести принтеры, провести занятие с ребятами. Если при этом цены станут более демократичными, то, думаю, это еще подогреет интерес.

– У нас был случай на выставке, – рассказывает Татьяна, – подходит мальчик, ему может быть, лет десять. На компьютере – модель, которая передается в принтер. Профессиональный архитектор начинает ему объяснять что-то, а он говорит: да я знаю, у меня мама архитектор, у нее компьютер открыт, я иногда подхожу, что-то нажимаю, и вот уже научился. Так что если у мам будут компьютеры, дети начнут учиться сами.

Эти изящные вазочки из полиамида – весьма твердые. Они были напечатаны для фестиваля журнала Seasons, а теперь их можно заказать. В вазочки можно высадить или поставить цветы. Есть вазочки, которые можно цеплять на руль велосипеда, а есть миниатюрные брошки.

Как выбрать

Перед покупкой прибора нужно учитывать, что предназначен он для творчества, а не для создания правильных чертежей. Ассортимент 3D ручек достаточно широк, но по долговечности, техническим параметрам и цене выделяют несколько признанных лидеров. Популярные модели:

Создавай что угодно и когда угодно!

“Недетская” игрушка – скоростные машинки на пульте управления на бензине.

MyRiwell RP100C

Выполнена в сдержанном дизайне без излишеств.

Корпус выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава и имеет облегчённую конструкцию. Органы управления расположены в верхней части (в отличие от ранних моделей, где они располагались сбоку). К упущениям можно отнести отсутствие адаптера питания (не входит в комплект). К достоинствам причисляют:

• функцию автоподачи пластика Double-Click;
• функцию подтягивания излишка пластика обратно в сопло Retract;
• возможность функционирования от портативного аккумулятора без привязки к электросети;
• наличие специального колпака, защищающего пальцы от ожогов.

MyRiwell RP100C<

Уход за младенцем – дело, в котором нет мелочей! Как выбрать подушку для кормления грудного ребенка читайте тут.

3Doodler 2.0

В отличие от аналогов, данное устройство выдаёт более толстую нить пластика – диаметром 3 мм вместо 1,75 мм. Также отличается принцип подачи пластика.

За счёт большего диаметра пользователь может выбирать сырьё, в т.ч. более податливое по теплоплавким свойствам, но с учитывая при этом температуру плавления пластика. Это необходимо, т.к. на переключателе 3Doodler 2.0 есть только 2 варианта, а ручная регулировка не отличается удобством.

3Doodler 2.0

Безопасность превыше всего или как подобрать детский велосипед для девочки с 3 лет.

Redwood Вертикаль PRO

Для моделирования объёмных картинок применяется отвердевающий полимер (светоотражающая паста), не требующий разогрева. Вместо разогревания используется встроенная в корпус лампа. В комплект входят 3 насадки, при помощи которых регулируется толщина выдавливаемых нитей. Картриджи сменные. Работает от батарейки типа АА.

Redwood Вертикаль PRO и съёмный картридж

Cactus CS-3D-LTP2 – ручка с LCD-дисплеем

Лёгкая и компактная модель «горячего» принципа работы. Толщина нити стандартная – 1,75 мм при диаметре сопла 0,6 мм. Разогревается до 200 градусов. Несомненный «плюс» – наличие LCD-дисплея с диагональю 0.4”, а вот отсутствие его подсветки, скорее, относится к «минусам» устройства. Работает от сетевого адаптера. Адаптер и кабель питания входят в комплект.

Cactus CS-3D-LTP2

Хороший способ сэкономить пространство в детской комнате или небезопасная мебель? – Как подобрать 2-х ярусную металлическую кровать.

MyRiwell 3D Pen с LCD-дисплеем

Работает с ABS и PLA пластиками без замены сопла. Для функционирования требуется источник электропитания. Модель оснащена LCD-дисплеем, позволяющим держать под контролем температуру нагрева аппарата. Блок питания входит в комплектацию.

MyRiwell 3D Pen

MyRiwell RP100B

Модель идеально подходит для новичков. Конструкция простая и удобная в применении.  Температура регулируется кнопками и выводится на жидкокристаллический дисплей. Работает с разными видами пластика. Степень нагрева и скорость подачи настраивается. Поддерживает функцию автоматического отключения, которая включается, если ручку не использовать более 2 минут.

MyRiwell RP100B

MyRiwell RP400A

Неравномерная подача при малой скорости работы характерна и для этой бюджетной модели, однако ей присущи и свои достоинства:

• наличие дисплея;
• доступность расходников;
• простота настройки температуры;
• эргономичный дизайн.

MyRiwell RP400A

Spider Pen Pro 3D

Российский аналог MyRiwell, изготовляемый из пластика и облегчённого металла. Инструменты управления расположены по одной стороне изделия. В верхней его части находится разъём для подключения в сеть, но может работать и от портативных источников энергии. Есть функция автоотключения.

Spider Pen Pro 3D

Управление процессом печати

Как правило, пользователю нужно произвести ряд настроек непосредственно перед началом печати.

1. Подключение оборудования к ПК осуществляется через USB-кабель.
2. Калибровка перемещения сопла относительно платформы.
3. Настройка и управление нагревом платформы и сопла-дозатора.
4. Мониторинг соотношения температур.
5. 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.

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.

Как подготовить 3D-принтер к печати

3D-принтер нельзя просто включить и начать печатать, по крайней мере в первый раз.

Обработка столика. Сначала нужно обработать стеклянный стол, находящийся внутри принтера: нанести фиксирующий слой, который не дает предмету отклеиваться от столика. Дело в том, что в процессе печати горячий пластик постепенно остывает. И если ваша фигурка, коробка или модель самолета начнет отставать от поверхности, печатающая головка может испортить объект: напечатать криво или неправильно.

Чтобы этого не произошло, рекомендуется протереть столик спиртом и нанести на него тонкий слой клея PVP с помощью клея-карандаша. Этого хватит на пару недель, после чего обработку нужно провести заново. В интернете есть и другие способы обработки, например 3D-клеем, каптоновым скотчем и даже лаком для волос. У каждого способа свои приверженцы, можно изучить вопрос и выбрать подходящий вариант именно для вашего принтера.

Управление принтером. Дальнейшая подготовка к печати проводится при включенном принтере. Вставьте штекер питания в розетку и нажмите кнопку питания на задней панели принтера. На экране появится меню, частично переведенное на русский язык.

Установка пластика. Перед началом печати установите сзади принтера катушку с пластиком и заправьте пластик в подающую трубку, затем нажмите стрелку вниз в меню «Замена». Если катушка уже стоит и пластик в трубке, ничего делать не нужно.

Настройка температуры. В разделе «Нагрев» обязательно установите значения температуры стола и пластика — без этого печать не начнется. Есть примерные значения для разных типов пластика:

• ABS: столик — 80 °C, пластик — 250—260 °C;
• PET-G: столик — 70—75 °C, пластик — 235—240 °C;
• PLA: столик — 60—65 °C, пластик — 205—210 °C.

Настройки толщины слоя и скорости печати. Эти параметры нельзя настроить в принтере — их вписывают в файл для печати.

Передача файла на принтер. Чтобы переслать на принтер файл для печати:

1. Запишите его на карту MicroSD и вставьте в слот принтера.
2. Подключите принтер к компьютеру, и тогда принтер будет читать файл из памяти ПК. Этим способом мало кто пользуется — велика вероятность сбоев.
3. Отправьте его по вайфаю, и принтер сам запишет файл на карту MicroSD. Для этого в разделе «Инструмент» в меню откройте вкладку WiFi, найдите домашнюю сеть и введите пароль. Этот способ в случае с моим принтером самый популярный.

Работа принтера с ABS-пластиком

Полноценная трёхмерная печать пластиком данного типа возможна только при наличии у принтера следующих характеристик:

• нагревания работающего экструдера до минимальной температуры в 60 градусов (идеально – 280 градусов);
• нагревания платформы до минимума в 80 градусов Цельсия (идеально – 110 градусов);
• наличие закрытого корпуса.

Только при наличии этих характеристик будет производиться гарантированная профессиональная ABS-печать вне зависимости от заявленных производителем характеристик.

Конкретнее, при отсутствии у принтера задней крышки, проблематичной будет печать изделий больших и средних габаритов. Если всё же необходимо провести изготовление изделия, принтер необходимо чем-нибудь накрыть и огородить помещение от сквозняков. Даже если заполнение материала будет средним, печать объекта размером 10 см на 10 см займёт порядка 4х часов, а минимальная деформация на ранней стадии печати испортит всё изделие.

При отсутствии нагрева платформы, пластик теряет способность крепиться. Эта проблема относительно легко решается с помощью специального клея.

Пластик ABS плавится при температуре и в 240 градусов, однако качество изделия при этом будет страдать. Сейчас на рынке представлены легкоплавные ABS-нити для трёхмерной печати, требующие менее низких температур, но содержащие в своём составе полиэтилен, при нагревании распространяющий неприятный запах.

Также следует помнить о том, что 3D принтер имеет в структуре экструдера плотный зажим для затягивания нити, который может быть как ориентирован исключительно на один вид пластика, так и быть универсальным, регулирующимся в зависимости от типа материала.

Критика и проблемы

Медленно и без гарантий: печать довольно медленная, недостаточно точная. Огромная проблема в любительских принтерах — брак. Например, деталь может отклеиться от подложки прямо во время печати, и произойдёт ад. Или моторы раскалибруются, и сопло начнёт промазывать мимо нужных мест.

Низкая эффективность: чтобы напечатать деталь 10 × 10 см, нужен принтер размером как минимум 50 × 50 см, который будет стоить несколько сотен долларов.

Не самые прочные материалы: 3D-печать пока что ограничена пластиками и смолами. Есть отдельные технологии печати на базе металлического порошка, но если вам нужна стальная деталь — вам нужен не 3D-принтер, а нормальный токарь и станок. Но на станке можно сделать не всякую деталь. 

Не всегда понятно зачем. В промышленности 3D-принтеры используют для прототипирования, но в массовом производстве эти технологии не используются. Для домашнего применения тоже неясно: на 3D-принтерах печатают маленькие пластиковые штучки для любительских проектов… и всё. Очень мало случаев, когда обычный человек мог бы захотеть напечатать у себя дома что-то применимое в хозяйстве.

Настоящее: сферы применения 3D-печати

Медицина

Одно из самых быстроразвивающихся направлений 3D-печати – медицина. В 2011 году произошел триумф в регенеративной медицине: принтер, заправленный биогелем со стволовыми клетками, «напечатал» за 3 часа человеческую почку. Хотя до трансплантации органов ещё далеко, ученые уже сейчас разрабатывают технологии для пересадки выращенных с помощью 3D-печати кровеносных сосудов, органов брюшной полости, кожи.

Сегодня во всём мире, в том числе и в  России, успешно имплантируются напечатанные на 3D-принтере элементы человеческого скелета – кости, суставы, зубы. В НИИ травматологии и ортопедии Санкт-Петербурга благополучно применяют эндопротезирование утраченных конечностей и суставов, а в Новосибирском НИИ им. Н.Я. Цивьяна проводят  операции по замещению черепных костей с помощью аддитивных технологий, возвращая к полноценной жизни детей и взрослых.

Строительство

Строительство с помощью 3D-печати составляет серьёзную конкуренцию традиционным подходам. Объединенные Арабские Эмираты, Тайланд, Китай и Россия уже сегодня используют современные мобильные принтеры для печати домов прямо на месте их расположения.

Метод печати тот же, что и в других сферах применения, – послойное экструдирование (производство путем продавливания вязкого материала через формующие отверстия). В качестве материала используются цемент, строительный мусор, бывшие в употреблении стройматериалы, стекловолокно и др. Технология работает по принципу строительного крана, возводящего стены из смеси бетона и связующих материалов.

Если говорить о рациональности данного метода строительства, то стоимость материалов и время работы в разы ниже, а отсутствие прорабов и бригад сокращает финансовые затраты на человеческий труд. Более того, данная технология обеспечивает жильем людей с крайне низким уровнем дохода.

Трудно переоценить перспективы быстрого возведения экономичного жилья оригинальных архитектурных форм как в перенаселенных городах, так и в труднодоступных уголках планеты.

Быт

Принтеры с технологией 3D-печати постепенно осваивают сферы производства продуктов питания, одежды, обуви, уникальных сувениров, игрушек, мебели – всего того, что используют люди в повседневной жизни.

Для печати бытовой продукции широкого спектра человеку понадобится лишь принтер и различные материалы к нему.

Пищевой 3D-принтер заправляется картриджами с ингредиентами и готовит самые изысканные многокомпонентные блюда по рецептам, хранящимся на карте памяти.

Одежда и обувь, напечатанные на 3D-принтере, уже демонстрировались на показах мод. Совсем скоро можно будет покупать выкройки и печатать себе платья и джинсы, не выходя из дома. К готовому изделию можно напечатать уникальные декоративные дополнения, чтобы придать индивидуальность фабричному продукту.

Как работает и печатает

Создание модели

После сборки и настройки (калибровки) необходимо создать печатаемую трехмерную модель в 3D-редакторе.

• 3D-моделирование. В программе для трехмерного моделирования создается модель. Крупные прототипы, которые не поместятся в камеру принтера, делятся на несколько помельче. Трехмерная модель отправляется в программу-слайсер для формирования G-кода.
• G код. Слайсер – приложение для автоматической подготовки цифровой модели в формате STL к печати на 3D-принтере – генерирования G-кода. Слайсер нарезает модель на слои и описывает движения печатающей головки и ее действия, необходимые для формирования прототипа. На основе G-кода печатающая каретка передвигается по заданной траектории, а сопло наносит материал в указанные моменты.

Что можно напечатать на 3D-принтере

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

Как работает 3D-принтер

Создание трехмерного объекта осуществляется по аддитивной технологии. При изготовлении модели слои материала наносятся снизу вверх, пока не образуется точный образ цифрового изображения. После формирования первого уровня поверхность стола сдвигается вниз на толщину слоя, и печатающая головка распределяет очередной слой. Процесс включает несколько непрерывных циклов, повторяющихся, пока на рабочей платформе не образуется задуманный предмет.

Построение 3D-объекта осуществляется в несколько этапов:
1.    В CAD-программе формируется цифровая модель изделия.
2.    Файл, сохраненный в специальном формате, нарезается на слои.
3.    Каждая часть переносится в двоичный код, отправляемый на прибор, изготавливающий объемный принт по заданным координатам.
4.    Послойное выращивание образца.

Чтобы обеспечить взаимодействие всех систем, важно грамотно устанавливать параметры печати и настройки оборудования. Для управления 3D-принтером разработаны специальные программы и приложения

Встроенное ПО позволяет регулировать основные показатели:

•    температура сопла, подающего филамент для выстраивания объекта;
•    уровень разогрева рабочей поверхности для лучшего сцепления расходного вещества с платформой;
•    скорость и дозировку подачи сырья.

Методы функционирования 3D-устройств

Несмотря на то, что у всех 3D-принтеров принцип работы одинаков, технологии и материалы они используют разные.

Стереолитография (SLA)

В 3D- принтере, использующем SLA-методы, на фотополимеры воздействует лазер. После облучения смола затвердевает и выстраивает слои согласно цифровой модели. Данный способ гарантирует точность построения экземпляра, но не поддерживает цветную печать. Также нельзя комбинировать ресурсы в одном цикле.

Технология SLS

Этот метод тоже основан на использовании лазера для послойного возведения образца. На платформу подается специальный полимер для построения основы. После распределения тончайшего слоя сырья лазерный луч равномерно скрепляет участки материала, формируя уровень. Данный вариант сложен в реализации, но не уступает в точности.

DLP-печать

Этот способ относительно нов, но базируется на тех же принципах. Взамен лазерной установки используется полоса светодиодов, направляемая проектором. Методика позволяет ускорить печать и добиться достойного качества готового продукта.

EBM-технология

Разработка предполагает целенаправленное воздействие на филамент специальными излучателями. Поток лучей расплавляет сырье, что позволяет формировать изделия любой конфигурации или размера. Методика дает возможность работать даже с некоторыми сплавами.

Метод послойного наплавления

FDM (FFF) -оборудование, работающее с пластиковыми филаментами. Полимерная нить проталкивается через разогретое сопло, плавится и укладывается слоями на рабочем столе. Процесс повторяется, пока не сформируется готовая 3D-модель.
Каждый 3D-принтер совместим с определенным ресурсом. Однако существует Polyjet-оборудование, способное печатать различными составами одновременно. Мультиматериальная технология позволяет создавать объекты, состоящие из элементов с разнообразными свойствами.

Заключение

Сегодня 3D-печать – не фантастическая разработка, а тщательно исследованная реальность. Технология востребована в промышленности, строительной и архитектурной сферах, медицине и дизайнерском секторе. В интернете можно найти массу чертежей 3D-моделей, готовых к печати, и прототипов различной сложности.

Технологии 3D-печати

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Заключение

Перед покупкой 3D принтера и зачислением в секту аддитивных технологий необходимо будет, прежде всего, разобраться в существующих технологиях печати, понять что, из чего и в каких количествах вы планируете печатать и подобрать принтер с оптимальным балансом цены и качества для ваших конкретных целей

Параметры, на которые однозначно стоит обратить внимание при покупке настольного принтера — это описанные в данной статье разрешение печати, размер и тип рабочей камеры, печатная поверхность, количество экструдеров, доступные для печати на данном принтере материалы, способ подключения принтера к компьютеру и совместимость софта принтера с вашей операционной системой

Крупнейшее онлайн сообщество лабораторий 3D печати 3D Hubs ежегодно составляет рейтинг самых лучших принтеров для различных целей. В 2018 году принтеры оценивались на основе более чем 10 тысяч отзывов и по качеству почти 1,5 млн распечатков. В рейтинг входят лучшие настольные принтеры в 4-х категориях — PROSUMER (настольные принтеры для профи с лучшим качеством), WORKHORSE (самые надежные принтеры для печати нон-стоп), BUDGET (бюджетный вариант), PLUG’N’PLAY (самые легкие в обращении принтеры); также выбирается лучший SLS принтер. Все принтеры оцениваются по пяти параметрам: качество печати, надежность, простота использования, соотношение цены и качества, уровень техподдержки. Причем для каждой категории значимость отдельных параметров меняется. В этом рейтинге вы можете подобрать топовые принтеры для ваших конкретных целей.

Так же у 3D Hubs есть индекс различных принтеров, где можно выставлять фильтры по интересующим вас параметрам, например, выбрать метод печати и обозначить ценовой диапазон, выбрать способ подключения и указать минимальные значения рабочей камеры, и выбрать подходящий принтер.

Надеюсь, статья была вам полезна! Keep calm and 3D print!

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).