Принцип работы 3d принтера

1. Лазерная стереолитография:

Стереолитография (SLA). В данной технологии лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает фотополимерную смолу, в который добавлен специальный реагент-отвердитель, при этом жидкость превращается в твердый пластик.

Цифровая светодиодная проекция (DLP). Технология DLP, как и технология SLA, основа на работе с фотополимерной смолой. В качестве источника света в технологии DLP может использоваться дуговая лампа с жидкокристаллической дисплейной панелью или деформируемое зеркальное устройство, которое освещает всю поверхность ванны с фотополимерной смолой за один проход.

Масочная стереолитография (SGC). Технология SGC схожая с технологией печати методом цифровой светодиодной проекции (DLP). Технология основана на нанесении тонких слоев фотополимерной смолы на поверхность с последующим облучением материала ультрафиолетовым светом. Облучение происходит с помощью масок или шаблонов соответствующего контура. Облучение приводит к полимеризации (затвердеванию) материала, после чего лишний материал удаляется, а полости заполняются легкоплавким воском.

2. Лазерное спекание:

Селективное лазерное спекание (SLS). Технология основана на последовательном спекании слоев порошкового материала с помощью лазера высокой мощности.

Выборочная лазерная плавка (SLM). Технология основана на плавке металлического порошка с помощью лазерного луча, направляемого по осям X и Y двумя зеркалами с высокой скоростью отклонения, при этом лазер расплавляет и сваривает порошок между собой, повторяя контуры слоев цифровой модели.

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS). Технология основана на спекании металлического порошка с помощью оптоволоконного лазера относительно высокой мощности.

Электронно-лучевая плавка (EBM). В технологии EBM вместо лазера используют электронно-лучевую пушку, которая бомбардирует электронами поверхность порошка. При этом генерируется достаточное количество тепла, позволяющее плавить порошок в местах соприкосновения. При этом часть металлического порошка остается нетронутой.

Выборочное тепловое спекание (SHS). Отличие технологии SLS и EBM заключается в использовании тепловой печатающей головки вместо лазерной. Технология основана на плавке слоев термопластического или металлического порошка с помощью теплового излучателя.

3. Ламинирование:

Послойное ламинирование (LOM) - деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контуре сечения будущей детали.

Ламинирование методом селективного осаждения (SDL). Технология основана на постепенном накладывании друг на друга слоев рабочего материала с последующим склеиванием только тех частей модели, которые необходимо. После склеивания нового слоя специальные лезвия вырезают контур сечения будущей детали.

Струйная:

1. Застывание материала при охлаждении

Моделирование методом послойного наплавления (FDM). Технология основана на выдавливании (экструзии) и нанесением микрокапель расплавленного термопластика с формированием последовательных слоев, застывающих сразу после нанесения.

2. Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы

Технология многоструйного моделирования (MJM). Технология основана на нанесении термопластиков, воска и фотополимерных смол с помощью специальной печатающей головки, оснащенной массивом сопел. В первых двух случаях материалы затвердевают естественным образом, поскольку температура в рабочей камере намного ниже, чем в системе подачи исходного материала. В случае печати фотополимерами, слой жидкого полимера, нанесенного на специальную платформу, обрабатывается ультрафиолетовой лампой или ультрафиолетовым излучением для полимеризации (затвердевания) полученного слоя.

3. Склеивание или спекание порошкообразного материала

Струйная трехмерная печать (3DP). Технология основана на нанесении тонкого слоя порошкообразного материала (гипс, полимеры, песок, металл) на который с помощью печатающей головки, имеющей множество сопел, наносится в нужных местах связующее вещество (клей, вода, специальная смесь) по координатам границ слоя. Данная технология позволяет получить определенную окраску детали путем использования клеящего вещества заданного цвета.

Цветная струйная печать (CJP). Разновидность струйной трехмерной печати 3DP. Технология CJP, аналогично трехмерной струйной печати 3DP, наносит тонкие слои порошкообразных расходных материалов, с последующим выборочным нанесением связующего вещества. Отличительной особенностью технологии является использование разноцветных связующих веществ, что позволяет создавать сложные цветные 3D-модели.4. Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей.

Биопечать - экспериментальные установки, в которых печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта

Принцип работы такого принтера заключается в том, что печатающая головка (экструдер) сильно нагревается и плавит пластик, который подается в виде литой нити. Далее расплавленный материал подается с нижней части печатающей головки (сопло) и помещается в нужных местах, а затем достаточно быстро застывает при комнатной температуре. Для правильной работы принтера необходим специальный файл, который содержит всю информацию о создаваемой модели. В зависимости от модели принтер может быть подключен к ПК или работать автономно.

3D-принтеры по печати металлом

Как и любой другой 3D-принтер, устройства, печатающие металлом, также управляются при помощи компьютера. 3D-принтеры по металлу используют тот же принцип послойного создания модели, что и 3D-принтеры по пластику, с той разницей, что они не плавят расходный материал.

Принцип работы заключается в следующем. Печатающая головка наносит специальное связующее вещество (клей) в местах, указанных компьютером. После этого вал наносит тончайший слой металлического порошка на всю рабочую площадь. В местах, где нанесен "клей" металлический порошок склеивается и затвердевает. Далее печатающая головка снова наносит "клей", после чего вал насыпает еще один тончайший слой металлического порошка и так далее.

По окончанию работы принтера получается необходимый физический объект. Лишний порошок просто сдувается с модели. Однако изделие все еще не готово. На данной стадии деталь очень пористая и хрупкая. Для придания ей жесткости и прочности изделие помещается в специальный контейнер, который засыпается бронзовой пудрой, и все это помещается в специальную печь, для сплавления молекул металла между собой и насыщения изделия бронзой.

Конечно, весь этот процесс занимает достаточно много времени, однако все равно изготовление детали происходит существенно быстрее, чем традиционным способом. Кроме этого такое производство существенно дешевле. Такой же принцип работы имеют и принтеры, печатающие стеклом.

Многие из 3D-принтеров используют "поддержки" или "опоры" во время печати. Опоры необходимы для построения фрагментов модели, не соприкасающихся с нижележащими слоями или рабочей платформой. Сами опоры не являются частью заданной модели, и по завершении печати либо отламываются (в случае использования того же материала, что и для печати самой модели), либо растворяются (как правило, в воде или ацетоне - в зависимости от материала, используемого для создания опор).

Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки:

Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.
При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке.
Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счёт какого-либо движителя, приводящего шасси в движение.
Ручная, когда печатающая головка выполнена в виде ручки/карандаша, и пользователь сам подносит её в то место пространства, куда считает нужным добавить выделяемый из наконечника быстро затвердевающий материал. Назван такой прибор "3D-ручка", и к 3D-принтерам может быть отнесён с известной натяжкой.

К статье пока никто не оставил комментариев.

Вы можете стать первым

Эксперты считают, что 3D-принтеры уже в ближайшие 10 лет кардинально изменят жизнь общества. Революция ожидается во всех сферах: от промышленности до быта. В тренде рассмотрим, кто и как применяет 3д принтеры, сколько стоит рынок 3D-печати, а также — самые перспективные компании, в которые можно выгодно инвестировать прямо сейчас.

Что такое 3д-принтер

3D-принтер — это устройство, которое создает объемный объект. Вот некоторая история в датах.

Впервые прибор изобрели в 1984 году. Тогда он назывался аппаратом стереолитографии. С тех пор началось его совершенствование и видоизменение.
В 2000-х машины для печати “объемных приборов” стали относительно доступны для покупателя.
В 2009-м сняли патент на технологию FDM. И в продаже появились дешевые настольные принтеры. Многие из них сделали в Китае.
С 2010 года начался бум новостей о невероятных возможностях 3D-печати и ее применении в разных отраслях промышленности.

Сейчас “инфошум” немного стих. Но бизнес-тренеры все еще предлагают построить дело «на миллион» с использованием 3д-принтеров. Стартапы то и дело радуют изобретениями в этой сфере. А ученые с лабораторными опытами 3д-печати будоражат ленты мировых СМИ.

Вместе с тем, эксперты единодушны: однажды наступит день, когда 3D-принтер станет привычной бытовой техникой, как холодильник, к примеру.

Как работает 3D-принтер

Не будем вдаваться в технодетали. Но среди множества способов самые распространенные — охлаждение, склеивание, фотополимеры, плавление.

Печатают объекты специальными чернилами. Их состав зависит от способа печати и конечного продукта. Поэтому в чернилах может быть и металл, и полимер, и жидкость с живыми клетками для печати органов.

Ученые постоянно экспериментируют с материалами. А весной 2018 года научились даже “чеканить” обычной водой.

Где применяют 3D-печать

3д-принтеры применяют в разных отраслях. Рассмотрим основные из них.

#1 Пища

Еда — один из самых спорных и долгожданных продуктов, которые когда-либо печатали на 3D-принтере. Дело в том, что если ученым удастся создать искусственную еду, но из натуральных ингредиентов, то это, возможно, решит проблему голода.

А ведь одна ужасающая. Мы уже писали, как .

Подробно часть сегмента искусственной пищи мы рассмотрели в

Компания BeeHex уже создала принтер, который готовит пиццу. А ученые из Южной Кореи придумали устройство для печати разных блюд. Причем человек может заранее задать их вкус и калорийность. Разработчики обещают, что в чернилах нет ничего искусственного.

#2 Медицина

К 2020 году 3д-печать в медицине будет стоить 2,3 млрд долларов.

Выращивание донорских органов, которые состоят из клеток самого пациента, — это шанс для миллионов людей, которые ждут своей очереди на операцию.

Кроме того, на биопринтере печатают части бионических протезов, макеты органов, которые изучают при подготовке к операции, кости, зубы, уши…

Эксперты сходятся во мнении: 3d-принтеры — это одно из ключевых направлений медицины.

А из свежих новостей 3d-печати в медицине — клей для быстрого заживления ран. Пока устройство протестировали на животных. Остался еще один этап — испытание на людях. И после этого пистолет-принтер поступит на вооружение медицинских учреждений.

#3 Строительство

3д-принтер печатает бетоном.

Дома и даже целые поселения, распечатанные на 3D-принтере, — это уже не фантастика. Ученые в лабораториях, стартапы из глубинок — кажется, нет преград для работы в этом направлении. Футурологи обещают, что в будущем на 3d-принтерах будут создавать целые мегаполисы с инфраструктурными элементами.

В Нидерландах уже напечатали 8 м пешеходный мост. Материал — прессованный бетон. Его понадобилось 800 слоев.

Тот самый мост в Нидердандах, который напечатали на 3д-принтере.

Разработчики создают не просто здания, а “умные” сооружения. С автономным интеллектуальным отоплением, техникой и другими составляющими смарт-жилищ. Их цена пока в пределах 6-10 тысяч долларов. Но в будущем стоимость должна снижаться.

#4 Автомобилестроение

В отрасли автомобилестроения 3d-принтер — тоже полезная штука. Такой мини-электрокар уже напечатали итальянцы. В продажу он должен поступить в 2019 году. Стоить будет около 10 тысяч долларов.

#5 Одежда на 3д-принтере

3д-принтеры не оставили и рынок моды. Он быстро реагирует на нововведения. Мы уже писали о том, как искусственный интеллект применяют в сегменте fashion и что это значит для индустрии.

Компания Adidas создала подошву из пластикового мусора, напечатав ее на 3d-принтере. Такое решение одобрили покупатели.

На тему переработки мусора у нас есть отдельный тренд. В нем рассмотрена .

“Напечатанная” одежда пока встречается только в кутюрных коллекциях. В повседневной жизни модели не нашли широкого применения. Однако, когда создадут “натуральные чернила”, а изделия не будут такими “дубовыми”, 3д-печать может вполне заменить дизайнеров в привычном понимании профессии.

#6 Быт

Теоретически, все, что нас окружает, может быть напечатано на 3d-принтере. Начиная от посуды и заканчивая бытовой техникой. Есть и более “необычные” варианты. На выставке в Амстердаме ученые представили “капсулу для красивого самоубийства”.

Ее макет выложат в сеть для свободного пользования, чтобы каждый мог решить, сколько ему осталось жить. Но разработчик пообещал, что перед скачиванием макета нужно пройти тест на “ясность ума”.

Как заработать на 3D-принтерах

Самый простой способ “прикоснуться” к тренду — это вложить в акции компании, которая разрабатывает технологии, производит сами 3д-принтеры или продает результаты их печати.

Издание Investing News Network создало рейтинг компаний на основе их новостей и финансовых показателей. Так что берите на заметку.

Дальше — больше: 4D

Технология 3D-печати уже популярна, но пока не нашла массового применения и работает не на полную мощность. Однако ученые уже “трудятся” над четырехмерной печатью. Как минимум, уже есть две технологии 4D. Под четвертым пространством понимают время. То есть, способность объекта видоизменяться под воздействием определенных явлений — влага, тепло и так далее, либо же с течением времени.

Зачем это нужно? Самосборная мебель, одежда, которая “подтягивается” по фигуре — , не полный перечень возможного применения.

Резюме. 3D-принтеры — это однозначно перспективное направление. Их применение — самое разнообразное: медицина, промышленность, космос, пища, мода… Популярность устройств будет расти как среди бизнесменов, так и обычных людей.

3д-принтеры через 10-15 лет могут стать обычным бытовым прибором. Что на нем распечатать? Завтрак, костюм на встречу, подарок, запчасти для авто и еще много-много всего.

Как попасть на прибыльную волну тренда 3D-принтер?

Открыть бизнес на 3д-печати. Фигурки, сувениры, очки, обувь или даже дома — печатать можно практически все. Главное — занять уникальную нишу. Ведь вещи, напечатанные на 3D-принтере, выглядят футуристически и привлекают внимание. Цена бытовых приборов — от 300 долларов. В youtube много роликов на тему идей для бизнеса и обзоры 3D-принтеров.
Купить акции компании. Выше мы рассмотрели несколько лидеров отрасли. Обращайте внимание на финансовые показатели, разработки и стратегию фирмы.
Инвестировать в разработчиков чернил и биопринтеры — очень перспективная ниша. Дело в том, что результаты их печати могут спасти миллионы жизней. Или существенно упростить ее. Однако, здесь нужен капитал, так как вход в сферу достаточно высок.
Разработать уникальное устройство, прибор или любую вещь, которую можно напечатать на 3д-принтере.

Сейчас — расцвет разработок в сфере 3д-печати. Поэтому есть выбор и для инвестиций, и для бизнеса. Главное — начать.

Видео: youtube Удивительные Факты, Harvard University. Подготовила Наталья Най

Объемная печать активно вошла в жизнь обывателей в 2005 году. Именно тогда появились первые устройства, которые обладали полным функционалом для создания трехмерного образа. Но и на настоящий день не многие пользователи знают, в чем особенность этого прибора. В этой статье мы расскажем, что печатает 3Д (3D) принтер, как с ним работать и что можно распечатать на нем.

История возникновения технологии

Идея создавать объекты в пространстве появилась еще в далеком 1953, когда появились первые обыкновенные плоскостные АЦПУ. Тогда они были еще черно-белыми, но уже тогда разработчики задумывались о моделировании в объеме.

Над созданием проекта и его воплощением в жизнь работали ученые из разных стран на протяжении полувека. Первый прорыв принадлежит Чаку Халлу, который сделал машину, основанную на лазерной стереолитографии. Суть проекта в использовании лазера и жидких фотополимеров. Перемещающаяся платформа основания помогает по заданным вычислениям направлять луч и выстраивать осевые вертикальные полосы. После этого накладываются горизонтальные пластины, образуя фактуру.

Полимер затвердевает под воздействием высоких температур в слои не шире 0,2 мм. Для ровного застывания вещества на постоянной основе работают механические щеточки, обеспечивая высыхание поверхности. Уже объемный объект погружают в специальный раствор для сглаживания шероховатостей и устранения излишков. На финальной стадии образец повторно облучают. Минусом технологии был несбалансированный состав смолы – фотополимер застывал недостаточно крепко или, наоборот, моментально. Преимущество SLA-принтеров – их скорость работы, но само оборудование и расходный материал имеет высокую цену.

Скотт Крамп в конце 80-х создал абсолютно новый метод, который заключался в послойном наплавлении – FDM. Именно он лежит в основе современных приборов. Вещество, задействованное в работе, – термопластинки. Они выглядят как моток твердых нитей. Именно они наносятся слоями, повторяя контур цифровой модели.

Первый вошедший в продажу принтер появился в 1995 году. Его анонсировала компания «3D Systems». Но изделие «Actua 2100» работало медленно, в чем был его основной недостаток. И только спустя 10 лет была разработана модель «Reprap», в которой были устранены распространенные ошибки предыдущей партии. С этого момента в мире науки и производства начался этап трехмерного моделирования.

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

Объемная печать, в зависимости от сфер применения, может использовать различные принципы работы и состав полимеров, но основной технологией остается послойное наращивание пластов на объект.

Этапы проектирования:

Разновидности технологий 3Д принтеров

На данный момент соревнуются три вида аппаратов:

FDM (fused deposition modeling);
LOM (laminated object manufacturing);
SLA и STL (Stereolithography).

Также есть такие варианты, как:

Polyjet;
LENS;
LS (laser sintering);
3DP (three dimensional printing).

Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Стереолитографические установки – что это такое для 3D печати

SLA или просто SL – это усовершенствованная система-прародитель. Ее истоки были положены Чаком Халлом, но на настоящий момент многие компании производят технику, основанную на принципе стереолитографии. В основу положены все те же материалы – жидкий фотополимер, запекающийся в пластик, и лазер. Луч как бы фиксирует определенные точки в емкости с жидкостью, постепенно поднимаясь снизу вверх слой за слоем. Оставшийся раствор стекает, оставляя необходимость шлифовки объекта.

Это очень эффективный, с точки зрения точности, метод. Он позволяет быстро достигнуть результата с погрешностью всего в 10 микрон. Но оборудование редко устанавливают дома, так как работа с едким веществом без соблюдения должных норм и предосторожностей чревато ожогами и токсическим отравлением организма.

Лазерное спекание – LS (laser sintering)

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

В растворе нередки случаи поломки объекта еще в процессе построения, так как еще неокрепшую, но уже тяжелую конструкцию ничего не поддерживает. В порошке все иначе – деталь не может сломаться, так как она опирается на твердое вещество.
Помимо полимера можно использовать измельченные частицы бронзы, стали, нейлона, титана.

Недостатки:

Температура плавления очень высока, поэтому предмет долго будет остывать.
Поверхность получается менее монолитная, в ней больше воздуха.
Некоторые смеси опасно хранить вне камеры с азотом.

Что такое 3Д печать методом послойного наплавления термопласта

Технология LOM предусматривает наложение вырезанных по лекалу пластов из бумаги, пластмассы или алюминия и их последующее склеивание. Точные очертания рассчитываются в специализированных САПРах, которые работают с 3D моделями. Функция структурирования простых и сложных объектов в софте от компании «ЗВСОФТ» позволяет создавать органичные формы за счет нанесения эскиза на простую сетку и последующего детального сглаживания линий, проработки деталей вручную или автоматически.

С использованием специализированных платформ моделирование по системе LOM становится легким и удобным.

С термопластом работает также технология FDM. Ее структура заключается в подаче материала (нить из пластика) через экструдер – печатающую головку механизма. Направленный слой запекается за счет специального сопла. Так послойно происходит создание объекта снизу вверх.

Из чего создаются изделия

Вещество-основа может различаться. Самый популярный и начальный элемент – это фотополимер. Он легок в обращении, имеет низкую температуру плавления и удобен на стадии последующей обработки – шлифовки. На его замену пришел термопластик (видов ABS и PLA) – усовершенствованный материал с рядом преимуществ, в частности, он более безопасный и экологически чистый.

Также могут использоваться:

нейлон – высокая прочность и износостойкость;
поликарбонат – широкий спектр комфортных для изделия температур от -100 до +115 градусов;
полиэтилен;
поливиниловый спирт – быстро схватывается, но растворяется при соприкосновении с водой;
целлюлоза;
полипропилен – нетоксичный и недорогой;
флекс – очень гибкий и эластичный;
HIPS – удобен при необходимости многоуровневых конструкций со сложными спайками и поддержками;
glassfil – прозрачный и невосприимчивый к ультрафиолету, механическим воздействиям и бактерицидной атаке, поэтому часто применяется в медицине;
керамический состав – содержит только частицы керамики, но при печати создает эффект камня;

PVA – быстрорастворяемый полимер, который подходит для временного склеивания элементов конструкции;
PVD – тонкий пластик, который подходит для упаковочной вентилируемой продукции;
PETG – полупрозрачный материал, образующий красивую глянцевую поверхность, подходит для элементов декора;
полиоксиметилен – прочный как металл, но удобный в обращении и легкий;
WOOD – достоверная имитация дерева с сохранением свойств материала-оригинала, то есть с сильными влаговпитывающими характеристиками;
ABS Antistatic – обычный полимер с эффектом антистатика для изоляции от электричества;
GLOW – люминесцентное вещество, способное впитывать и отдавать свет;
металл – состав содержит в себе элементы бронзы, алюминия и других веществ, на выходе предмет, напоминающий настоящее металлическое изделие.

Области применения 3D печати

Сфер, где реализуется новая технология очень много, самые популярные из них:

Медицина. Давно началось производство протезов по индивидуальным параметрам. Такие искусственные части тела по виду и ощущениям практически идентичны натуральным.
Лекарственные препараты. За материал берется биологически активная добавка. Таким образом восполняется в точном количестве необходимый элемент.
Машиностроение и техника. Запасные части и сложные в производстве узлы стало легче сделать с помощью печати, чем задействовать несколько цехов.
Элементы одежды и обуви. Ранее было налажено производство застежек и декоративных частей, но с появлением тончайшего полимера начали выпускать целые модели.
Предметы искусства.
Биопечать – новое веяние в медицине. Работы проводятся с использованием аналогичных живым тканей.

Все о программном обеспечении для 3Д принтера

Моделирование и печать невозможны без специализированного САПРа. Компания «ЗВСОФТ» предлагает несколько программ для эффективной работы с 3D моделями:

– базовый CAD с широкими возможностями для расчета и проектирования объемных чертежей. Среди возможностей:

Создание и редактирование моделей привычными инструментами.
Взгляд на объект в перспективе – функция DVIEW.
Рендеринг части сцены.
Визуализация.
Интеграция большого количества форматов.
Удобный интерфейс.
Работа с динамическими блоками.
Возможность установки дополнительных надстроек.
Экспорт в форматы, поддерживаемые 3д принтерами (через дополнительные приложения).

– специализированный САПР для трехмерного конструирования. Достоинства:

Выгрузка объемных чертежей с трудной геометрией.
Реверсивный инжиниринг.
Принцип гибридного моделирования.
Расположение слоев на различных уровнях в одном файле.
Совместимость с большинством форматов.
Библиотека готовых и пополняемых деталей.
Поддержка всех форматов файлов 3d принтеров.

– приложение, которое идет к базовой платформе. Оно предназначено для проектирования объемных объектов и создания дизайна, поэтому большое внимание уделено проработке деталей. Преимущества:

Интуитивно понятный интерфейс.
Структурирование.
Работа с рельефами поверхности в RenderZone.
Округление линий.
Визуализация с поддержкой освещения.
Инструмент анализа NURBZ.
Прямой экспорт в STL.

В статье мы рассказали вам о принтере 3Д – как он выглядит, что из себя представляет и для чего нужен. Начиная работу в трехмерном пространстве, выбирайте удобное и многофункциональное программное обеспечение.

Технологии 3D-печати или аддитивного производства обрели популярность совсем недавно, хотя первые методы появились на свет еще в середине 80-х годов прошлого века. Назначение 3D-принтеров для многих людей до сих пор остается загадкой, хотя ничего сложного на самом деле нет: это самые настоящие автоматизированные фабрики, способные самостоятельно производить изделия практически любой формы.

3D-принтеры применяются для самых разных задач. Изначально технологии 3D-печати получили название «быстрое прототипирование» и использовались, как можно догадаться, для изготовления прототипов и макетов. Нынешние, усовершенствованные технологии и материалы позволяют печатать уже не просто макеты, а вполне функциональные изделия, пригодные для повседневной эксплуатации: титановые имплантаты и лопатки газовых турбин, пластиковые игрушки, сувениры и корпуса бытовых приборов и гаджетов, керамическую посуду и даже бетонные строительные конструкции. Главным преимуществом 3D-печати над традиционными производственными технологиями считается принцип «прямого производства»: готовые изделия печатаются напрямую с цифровых моделей, в то время как для того же литья под давлением необходимо сначала изготовить дорогостоящую оснастку.

Принцип работы

Методов 3D-печати великое множество, но всех их объединяет общий принцип обработки цифровых моделей: для того чтобы 3D-принтер мог разобраться со сложной трехмерной структурой, цифровая модель разделяется на поперечные срезы, толщина каждого из которых соответствует толщине одного слоя. Представьте себе стопку бумаги, где каждый лист выполняет роль печатного слоя: если каждый лист вырезать по индивидуальному шаблону и вновь сложить в стопку, то получится трехмерный объект заданной формы. Собственно, именно так, вырезая и склеивая листы бумаги, работают 3D-принтеры по технологии LOM , выпускаемые компанией Mcor.

Разница же заключается в методах изготовления слоев и используемых материалах. Так, в стереолитографии (SLA) применяются жидкие фотополимерные смолы, отверждаемые лазером, а в селективном лазерном спекании ( SLS) те же лазеры используются для спекания частиц различных порошков – металлических, полимерных или керамических. Самое же широкое распространение получила технология «моделирования методом послойного наплавления», известная под аббревиатурами «FD» и « FFF». Популярность этого метода объясняется простотой и дешевизной как самих печатающих устройств, так и расходных материалов. В качестве сырья используются всевозможные пластики и композиты на полимерной основе, а FDM-принтеры представляют собой максимально упрощенные станки с числовым программным управлением.

В качестве материала используется тонкая пластиковая нить или «филамент», а роль печатающей головки играет «экструдер», состоящий из простого зубчатого механизма, проталкивающего пластиковый пруток в разогретую трубку («хотэнд») и выдавливающего расплавленный пластик через сопло. Расплавленной нитью можно вычерчивать один слой за другим, пока не образуется трехмерная физическая модель. Необходимо лишь устройство, которое будет приводить головку в движение по заданному алгоритму.

Это устройство и называется 3D-принтером. Простейшие настольные 3D-принтеры состоят из шасси, служащего основой для направляющих, по которым передвигается печатающая головка и/или платформа, на которой выполняется построение. В обычном офисном принтере, печатающем на листе бумаги, необходима возможность позиционирования в двух измерениях: как правило, головка движется из стороны в сторону, а сам лист бумаги постепенно протягивается, строка за строкой. Если же мы строим трехмерную модель, то необходимо добавить и третье измерение в механизм позиционирования – так, чтобы можно было ориентироваться не только по ширине и длине, но и по высоте.

Головка и платформа устанавливаются на направляющие и приводятся в движение электромоторами. Порядок работы электромоторов, определяющий движение головки и подачу материала, закладывается в специальный программный код (т.н. G-код). Код вырабатывается автоматически с помощью специальных программ, называемых «слайсерами»: такие приложения берут нарисованные в графических редакторах трехмерные виртуальные модели, а затем разделяют их на слои и конвертируют каждый слой в серию команд, необходимых для построения физического аналога. Головка постепенно вычерчивает каждый слой, выдавливая расплавленный пластик на платформу или нанесенные ранее слои. После окончания слоя головка поднимается (или, наоборот, платформа опускается) на высоту одного слоя, и процесс начинается заново, только с использованием очередного шаблона.

Как правило, толщина нити и самих слоев составляет доли миллиметра: типичный диаметр сопла варьируется от 0,3 до 0,8 мм, тогда как толщина слоя составляет от 50 до 300 микрон. Для сравнения, толщина человеческого волоса колеблется в пределах 80-100 микрон. Очевидно, что печать тонкой нитью занимает достаточно долгое время. Действительно, типичный производственный цикл с легкостью может измеряться часами, а то и превышать сутки: здесь все зависит от выбранного диаметра сопла, толщины индивидуальных слоев и габаритов самого изделия. Чем выше толщина нити и слоев, тем меньше времени уйдет на печать, но и качество поверхностей будет ниже.

Расходные материалы

Одним из самых привлекательных факторов FDM-печати остается огромное разнообразие относительно недорогих расходных материалов. Два наиболее популярных пластика АБС(акрилонитрилбутадиенстирол) и ПЛА (полилактид). С первым вариантом знакомы абсолютно все из нас – это наиболее широко используемый промышленный пластик, из которого изготовлена ваша любимая кофемолка, шариковая ручка, защитный кожух смартфона и множество других бытовых вещей. Второй же представляет собой экологичную альтернативу, будучи органическим, биоразлагаемым полимером, изготавливаемым из кукурузы или сахарного тростника. Пусть ПЛА и не так долговечен, его можно смело выбрасывать в мусор, так как под воздействием среды через несколько месяцев полилактид превратится в безвредный компост.

Но при желании можно печатать и другими материалами: такими популярными термопластами, как поликарбонаты и нейлон. Филамент можно даже изготавливать в домашних условиях, используя в качестве сырья пустые контейнеры из ПЭТФ: из этого материала изготавливаются бутылки для газированной воды и пива.

Существуют и эластичные варианты, имитирующие резину – такие, как NinjaFlex . А если «пластиковый» образ вам не по душе, то можно попробовать композиты на основе ПЛА с добавлением различных наполнителей: песчаника, металлической пыли и даже древесины. Конечно же, физические и механические характеристики таких композитов несравнимы с настоящим камнем или сталью, но если вместо внешнего сходства вам необходима именно прочность и износоустойчивость, то всегда можно попробовать специальные композиты, армированные углеволокном.

Остается лишь выбрать 3D-принтер по душе, что может быть нелегким делом ввиду растущего разнообразия: серьезные дизайнеры могут выбрать относительно большие устройства с двумя-тремя печатающими головками, в то время как для начинающих пользователей доступно множество простых в эксплуатации моделей с относительно скоромными характеристиками, но высоким уровнем автоматизации и вполне доступными ценами. Некоторые наиболее бюджетные устройства можно приобрести всего за 200-300$, а цены на филаменты начинаются от 10$ за килограмм.

Для тех, кто хочет знать больше

Почему 3D-принтеры придут в каждый дом или как я впервые пользовался 3D-принтером - первый опыт работы с 3D-принтером: подводные камни и первые навыки
12 полезных вещей, которые можно напечатать на 3D принтере - с чего стоит начать, если у вас появился 3D-принтер
Как 3D-принтеры меняют нашу жизнь - что мы станем печатать на 3D-принтерах в ближайшем будущем
7 гаджетов, которые должен попробовать каждый - что еще стоит попробовать лично помимо 3D-принтеров
10 роботов на солнечных батареях, которые можно собрать вместе с детьми - простые и доступные конструкторы, позволяющие приобщить детей к современным технологиям

3Д-технологии открывают перед человечеством просто невероятные возможности. Об этом знают многие. Принцип работы , тем не менее, известен далеко не всем. И почти все уверены, что это что-то немыслимо сложное. Безусловно, технологии и возможности оборудования сильно отличаются. При этом спектр расходных материалов также велик. Но, есть нечто общее, определяющее единый принцип работы, не углубляясь в вопросы технологии. Но сначала нужно определиться, что такое 3Д-принтер.

Это устройство, которое позволяет из расходного материала создавать объёмные предметы разной степени сложности. Эти объекты должны быть смоделированы в специальной CAD-программе и переданы на печать в виде файла определённого формата.

Основный принцип работы

Если кратко, принтер для объёмной печати, независимо от типа используемого материала и применяемой технологии, работает по следующему принципу:

на компьютере в специальной CAD-программе моделируется объект;
готовый объект, сохраненный в специальном формате, нарезается программой — слайсером, которая идет в комплекте с устройством, причём толщина каждого слоя определяется возможностями 3д-принтера и выбранными настройками;
каждый слой переводится в двоичный командный код, который получает устройство, и в соответствии с которым, согласно координатам, наносится слой материала;
слой за слоем формируется объект.

Именно таким образом осуществляется 3D-печать и видео это иллюстрирует прекрасно. Детальный принцип работы оборудования будет определяться используемой технологией.

Технологии трёхмерной печати

Существует довольно большое число технологий, применяемых в 3D-печати. От технологии и технология зависят от используемого для печати материала. В настоящее время для этого можно использовать: пластиковые нити, фотополимерные смолы, металлические порошковые сплавы;

гипсовый композитный порошок, воск, а также разные строительные и кулинарные смеси.

Наиболее известны следующие технологии 3D-печати:

SLS и SLM;
ламинирование;
фотополимерная печать;
печать гипсом;
строительная печать бетонной смесью и другие.

Каждая отдельно взятая технология имеет свои характерные особенности, сферу применения и сложности. На некоторых стоит остановиться более подробно.

Послойное наплавление

Наиболее простая и популярная технология печати – это FDM или технология послойного наплавления. Она подразумевает подачу пластиковой нити к специальному нагревательному элементу. Посредством экструдера расплавленный пластик наносится в заданной печатной области. Экструдер закреплён на печатной головке, которая перемещается по рабочей зоне печати в горизонтальной плоскости. Как только слой будет напечатан, рабочая платформа опустится на величину слоя и работа продолжится снова.

Этот тип печати является наиболее доступным. И устройства, основанные на нём стоят дешевле всего. Именно поэтому такие 3D-принтеры являются самыми востребованными для домашне-бытовых целей, то есть персонального использования.

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.

Взгляд в будущее

Возможно, в будущем технологии существенно изменятся, и принцип работы тоже будет иным. Но пока что, независимо от технологии и материала, сферы применения и сложности оборудования основополагающий принцип остаётся неизменным. При работе с гипсом послойно наносится клеевой слой и порошок. А с кулинарными дело обстоит аналогично строительным устройствам – слой за слоем формируется объект. При помощи экструдера, смесь послойно наносится, а застывание происходит естественным путем. И даже в медицине биосовместимые элементы и органы формируются послойно, согласно запрограммированной слайсером информации.