3D-принтер: виды, характеристики, технологии и схемы печати

3D-принтер – внешнее устройство компьютера, которое является нечем иным, как станком с числовым программным управлением (ЧПУ) предназначенным для быстрого получения прототипов изделий, спроектированных на ПК, методом послойной печати.

 

Основные характеристики 3D-принтера

Назначение

3D-принтеры выпускаются под конкретные задачи: архитектура, дизайн, медицина, образование, производство, протезирование, прототипирование.

Технология печати

Производители 3D-принтеров используют различные технологии печати. Чтобы у вас не возникло проблем, при выборе конкретной модели, рассмотрим основные виды 3D-печати. Именно от технологии печати зависят такие важные параметры, как минимальная и максимальная толщина слоя и скорость построения изделия. А также цена, как самого 3D-устройства, так и расходных материалов.

В зависимости от принципа создания заготовок, выделяют следующие виды 3D-печати:

• SLA — лазерная стереолитография,
• SLS (EBM, SLM) — селективное лазерное спекание,
• FDM — метод последовательного наплавления,
• DLP — технология цифрового проецирования,
• MJM — многоструйная укладка полимера.

 

Лазерная стереолитография

Суть SLA-технологии заключается в использовании жидкого фотополимера и специального реагента, который позволяет исходному материалу застывать под воздействием ультрафиолетового лазера.

Фотополимер заливается в ванну и нагревается до рабочей температуры. Затем в смесь погружается подвижная платформа, которая постепенно перемещается вверх. В этот момент ультрафиолетовый лазер производит засветку платформы снизу по заданным координатам, в следствие чего затвердевший полимер вначале прилипает к платформе, а последующие слои к ранее застывшему полимеру. Платформа многократно поднимается и опускается с предварительным перемешиванием фотополимера.  Процесс повторяется слоем за слоем, а изделие печатается снизу-вверх.

Большинство 3D-принтеров данного вида печатают тонкими слоями, у них небольшая погрешность.

Лазерная стереолитография

 

Селективное лазерное спекание

Метод SLS основан на равномерном распределении специального порошка с последующим его плавлением под воздействием лазера, в соответствии с геометрией сечения каждого слоя изделия. По завершении печати, необходимо удалить порошок, снять изделие со вспомогательных подпорок и выполнить минимальные доработки по доведению детали до кондиции.

SLS 3D-принтеры также, как и SLA-модели, обладают высокой точностью печати и приемлемым качеством изделий.

Селективное лазерное спекание

 

Метод последовательного наплавления

Технология FDM наиболее распространена благодаря своей простоте. В печатающую головку (экструдер) 3D-принтера, подается полимер в виде нити, который подвергается плавлению при воздействии температуры, после чего он наносится на рабочую поверхность в заданную точку координат через специальное сопло. Готовые изделия необходимо подвергать постобработке, чтобы сгладить структуру слоёв.

3D-принтеры, использующие FDM-технологию, позволяют печатать изделия различных цветов.

Метод последовательного наплавления

 

Технология цифрового проецирования

DLP метод аналогичен лазерной стереолитографии. Отличие заключает в том, что засветка платформы осуществляется проекциями слоев 3D-модели, в следствие чего смола застывает в нужных областях.

Несмотря на продвинутый подход DLP-технологии, в сравнении с SLA-технологией, есть существенный минус — изделие должно остыть после печати, что может привести к возникновению деформаций.

Технология цифрового проецирования

 

Многоструйная укладка полимера

Принцип MJM-печати заключается в послойном нанесении расплавленного материала через несколько сопел одновременно. При печати модели необходимо использовать поддерживающие элементы (подпорки).

Технология MJM позволяет печатать высокоточные изделия.

Многоструйная укладка полимера

 

Интерфейс подключения

3D-принтеры оснащаются одним или несколькими интерфейсами подключения:

• LAN – устройство соединяется с компьютером посредствам сетевого протокола и может входить в состав проводной локальной сети,
• USB – 3D-принтер подключается к компьютеру напрямую через usb-кабель,
• Wi-Fi – ЧПУ использует беспроводной протокол передачи данных по локальной сети,
• SD – устройство имеет картридер, что позволяет осуществлять печать изделий c SD-карт.

 

Программные требования

Обязательно учитывайте такие параметры 3D-принтеров, как:

 

Конструктивные особенности 3D-принтеров

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

Существует четыре основные схемы печати:

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

I схема

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

Плюсы: высокая скорость печати, хорошая точность.

Дельта

 

II схема — экструдер движется по осям Х и Y

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

Экструдер движется по осям Х и Y

 

III схема — экструдер перемещается по осям X и Z

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

Экструдер перемещается по осям X и Z

 

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

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

 

Как выбрать 3D-принтер?

Рынок переполнен дешёвыми моделями 3D-принтеров потребительского уровня с ограниченным функционалом, которые, несомненно, подойдут для печати малогабаритных изделий. Данные 3D-принтеры имеют большую погрешность в точности и низкую скорость печати. Несмотря на это, открывается возможность ознакомиться с технологией 3D-печати и сделать простые детали.

3D-принтеры начального уровня

Установки данного плана годятся для моделирования, способны печатать методом FDM, в редких случаях поддерживают технологии SLA и SLS. В комплектации предоставляется одно сопло, используются недорогие полимерные материалы. У моделей низкая скорость печати, а также отсутствуют дополнительные функции.

Плюсы:

• подходит для знакомства с оборудованием,
• простая установка,
• возможность быстрой настройки.

Недостатки:

• открытая камера,
• поддерживает не все виды пластика.

Профессиональные 3D-принтеры

К особенностям профессиональных 3D-принтеров приписывают огромный функционал, плюс высокую скорость печати. Установки способны работать с широким спектром расходных материалов. При печати используются тонкие слои, поэтому изделия получаются гладкими.

Плюсы:

• возможность печати больших объектов,
• в комплекте несколько экструдеров,
• поддержка пластика от различных производителей.

Минусы:

• дорогая стоимость,
• сложность проведения ремонта.

Как работает 3D-принтер? Просто о сложном

Наверх

• Рейтинги
• Обзоры
  • Смартфоны и планшеты
  • Компьютеры и ноутбуки
  • Комплектующие
  • Периферия
  • Фото и видео
  • Аксессуары
  • ТВ и аудио
  • Техника для дома
  • Программы и приложения
• Новости
• Советы
  • Покупка
  • Эксплуатация
  • Ремонт
• Подборки
  • Смартфоны и планшеты
  • Компьютеры
  • Аксессуары
  • ТВ и аудио
  • Фото и видео
  • Программы и приложения
  • Техника для дома
• Гейминг
  • Игры
  • Железо
• Еще
  • Важное
  • Технологии
  • Тест скорости

3D-принтер для чайников: как перестать бояться и начать печатать

Технологии 3D-печати, еще несколько лет назад казавшиеся дорогими и недоступными, с каждым днем становятся все ближе к нам. Сейчас на рынке представлено большое количество моделей 3D-принтеров, простых в управлении и доступных по цене. Выбрать 3D-принтер для начинающих теперь стало гораздо проще.

Источник: https://www.brooklinelibrary.org

Присутствуют даже модели, которыми могут пользоваться дети. Как начать печатать 3D-модели с нуля? Мы расскажем об этом подробно.

Суть технологии 3D-печати

3D-печать – это технология, при которой 3D-принтер создает материальный трехмерный объект по компьютерной модели, разработанной в программе 3D-моделирования или на основе 3D-скана. 3D-принтер – это устройство с программным управлением, которое использует данные компьютерной трехмерной модели для послойного создания физического объекта.

Источник: https://www.solvay.com

Существует много распространенных и хорошо себя зарекомендовавших технологий 3D-печати, и специалисты продолжают работать над их усовершенствованием. Однако лидерство прочно удерживают несколько наиболее удобных в применении технологий – это FDM (fused deposition modeling – моделирование методом наплавления) и стереолитография — SLA (laser stereolithography – лазерная стереолитография) и ее аналог DLP.

Как начать печатать в 3D быстро и легко

Итак, вы решили приобрести 3D-принтер – с чего начать? Прежде всего нужно  разобраться в их видах. Принтеры различаются технологиями, по которым они работают – FDM, SLA или DLP, и техническими параметрами. Разберем, какие характеристики имеют эти устройства и на что нужно ориентироваться, выбирая принтер для начала печати.

Источник: https://www.digitaltrends.com

Характеристики 3D-принтера

Присматриваясь к FDM-моделям принтеров, кроме цены, обращайте внимание на такие параметры:

• Область печати – это габариты или объем той фигуры, которую можно напечатать на данном устройстве. Указывается в см3 или соотношении длины, ширины и высоты готового изделия. Рекомендуемые габариты для начинающих печатников – от 200 х 200 х 200 мм.
• Доступная скорость печати (от 40 до 150 мм/сек и даже выше).
• Разрешение печати или толщина слоя. Они напрямую связаны с внешним видом готового изделия. Начинающему пользователю стоит выбирать принтер с разрешением 50-100 мкм. Чем ниже разрешение, тем грубее выглядит готовая деталь.
• Экструдер – деталь принтера, через которую подается расплавленный материал для печати. Существуют экструдеры для печати несколькими материалами и принтеры с несколькими экструдерами, это позволяет использовать разные материалы и цвета.

Источник: https://all3dp.com

Перед началом печати на 3D-принтере следует определиться с целями, для которых будет использоваться принтер — от них будут зависеть конструктивные особенности аппарата; определитесь с размерами изделий – от них будет зависеть рабочий объем будущего принтера; всё это повлияет на цену.

Материалы

Два наиболее популярных материала для 3D-печати по технологии FDM, с которыми начинают работать новички – это пластики ABS и PLA. ABS – прочный и долговечный материал, широко распространенный и популярный, устойчив к ударам. Из ABS делаются, например, детали интерьера в авто и конструкторы LEGO, как и многое другое. PLA – биоразлагаемый нетоксичный полимер на основе молочной кислоты, получаемой из кукурузы и сахарного тростника — экологичная замена ABS. Материал хорошо держит форму, выдерживает трение, подходит для создания подвижных деталей.

Большинство принтеров поддерживают работу с несколькими видами пластика.

Источник: filamentguide.net

Если вы планируете начать работу с SLA или DLP-принтером, то важными параметрами будут рабочий объем, точность печати, которая в случае с SLA-технологией намного выше, чем у FDM-моделей, цена расходных материалов и самого устройства.

Источник: all3dp.com

Подготовка к 3D-печати

Разработка модели

Начинать печатать в 3D лучше с простых моделей — геометрических фигур несложной конструкции. Модели можно разработать самостоятельно, с помощью специальных компьютерных программ. Наиболее легкие и часто используемые:

• OpenSCAD;
• AutoCad;
• FreeCad;
• GoogleSketchUp;
• Blender.

Программы из этого списка бесплатные, их легко скачать и установить себе на компьютер. Кроме них, можно использовать SolidWorks, 3DS Max, Sculptris и другие.

Источник: github.com

В качестве альтернативы, можно скачать уже разработанные модели на различных интернет-ресурсах. Например, tinkercad.com, Thingiverse и другие. Главное условие – программа должна сохранять файлы в формате STL. В противном случае придется воспользоваться еще и программой-конвертером для перевода в этот формат. Подробные рекомендации по выбору ПО для моделирования, редактирования и слайсинга 3D-моделей можно найти в этой статье.

Слайсинг и G-Code

Созданную в программе модель необходимо подготовить к печати с помощью еще одного вида ПО. Специальные программы обрабатывают модель, нарезая ее на тонкие слои, в соответствии с которыми затем будет выкладываться пластик. Эта обработка называется слайсингом. Комплект инструкций, который создается в программе-слайсере, называется G-Code.

Источник: github.com

3D-принтер может иметь комплектное ПО для нарезки STL-файла, либо вам придется установить его дополнительно. Среди рекомендуемых программ – Cura, Slic3r, Repetier и другие. Подробный обзор программ для слайсинга читайте здесь.

Процесс печати

Подготовленную модель можно отправить на принтер через USB-носитель, с помощью SD-карты либо через Wi-Fi. Интерфейс большинства принтеров предназначенных для домашнего использования прост и понятен, не вызывает сложностей с запуском процесса.

Источник: www.videoblocks.com

На скорость печати влияют настройки принтера, такие как толщина слоя и заполнение, размер и сложность модели. Обычно перед тем, чтобы подержать в руках первую самостоятельно отпечатанную фигурку или деталь, проходит несколько часов.

Источник: blog.zmorph4d.com

Обеспечьте хорошую вентиляцию в помещении, где находится принтер, поскольку при его работе от нагревания пластика появляется характерный запах.

Возможные «подводные камни»

Печать первых нескольких моделей – это процесс волнующий, непредсказуемый и захватывающе-интересный. На ваших глазах будет постепенно создаваться новая вещь. Но нужно подготовиться к тому, что не сразу все пойдет гладко. Нежелательно выставлять для печати моделей высокую или максимальную скорость, желая побыстрее получить готовое изделие – спешка скажется на качестве и поверхность изделия может оказаться неровной, а контуры – неаккуратными.

Источник: www.simplify3d.com

У вас может не сразу получиться подобрать правильную температуру для материала, который планируется использовать. В принтерах используются терморезисторы с разной чувствительностью, что повлияет на температуру с которой будет плавиться пластик.

Даже материалы от одного производителя, но из разных серий или разных цветов, могут слегка отличаться по температуре плавления. Естественно, перегретый пластик может дать неровные, расплывшиеся контуры изделия. Если такое произошло, запаситесь терпением и попробуйте еще раз с другими настройками.

Еще одной возможной проблемой может стать неправильный нагрев платформы. Если платформа имеет слишком низкую температуру, это может привести к отставанию изделия и его деформации.

Источник: ultimaker.com

Обработка готового изделия

Распечатанные на FDM 3D-принтере изделия имеют неровную фактурную поверхность, что обусловлено послойной технологией их создания. На фотополимерных принтерах (SLA и DLP) модели получаются более гладкими, т.к. слои там тоньше, но и они несовершенны и требуют постобработки.

Источник: www.3dhubs.com

Есть несколько способов, с помощью которых можно сделать поверхность моделей как можно более ровной и гладкой, чтобы придать им более привлекательный вид. В домашних условиях доступно несколько видов постобработки 3D-моделей:

• Механический. Ошкуривание поверхности наждачной бумагой или шлифовальной губкой.
• Химический. Обработка растворителями — с помощью кисти или парами растворителя, для этого используются дихлорэтан, ацетон и другие вещества.
• Смешанный. Полировка модели вручную с применением растворителей.

Источник: pinshape.com

Ошкуривание

Использовать наждачную бумагу или шлифовальную губку можно для моделей не имеющих мелких деталей. Это трудоемкий способ, и он не позволяет добиться глянцевой поверхности, но исключает работу с токсичными растворителями и убирает слоистость с поверхности. После ошкуривания 3D-модель можно загрунтовать

Как работает 3D принтер и что такое 3D печать

В наш век, век развития технологий, практически все знают или хотя бы слышали о 3D. В основном, люди связывают данную технологию с кинематографом, мультипликацией или фото, однако, все чаще в различных новостях появляется информация о 3D печати.

Что из себя представляют 3D принтеры, как они осуществляют печать и какие возможности в различных сферах науки и творчества сулят нам в будущем, об этом и поведает данная статья.

История появления 3D печати

Хотя 3D печать и начала распространяться относительно недавно, сама технология была зарождена относительно давно. В середине восьмидесятых годов прошлого века, а если быть более точным, то в 1984 году, корпорация «Charles Hull» создала методику трёхмерной печати для воссоздания объектов с применением цифровых данных, а уже в 1986 году, назвала и запатентовала свое изобретение. Техника получила название – стерео литография.

В том же году был сделан первый индустриальный 3D принтер. Спустя время, разрабатывать данную технологию продолжила уже «3D Systems», создавшая в 1988 году принтер для печатания в 3D формате, уже в бытовых условиях. Данная разработка получила название – SLA – 250.



В 1988 году, корпорация «Scott Grump» создала технологию моделировки плавлеными осадкообразованиями, после чего в развитии данной сферы наступил незначительный спад. Однако, спустя три года, а именно в 1991 году, корпорация «Helisys» создает и запускает в широкое производство технологию, способную производить многослойные объекты, а уже спустя год, в 1992 году, корпорация «DTM» демонстрирует миру первую на планете методику избирательной лазерной спайки.

Еще через год, на рынке появляется компания, под названием «Solidscape», начавшая серийный выпуск струйных принтеров, способных создавать детали небольшого размера с четкой поверхностью, при достаточно незначительных затратах.

В тоже время Massachusetts Institute of Technology оформляет патент на трехмерную печать, напоминающую струйную методику, стандартных 2D принтеров. Однако, безусловно, прорыв в развитии данного направления произошел уже в начале нашего века.

В 2005 году миру был представлен первый в истории 3D принтер, который мог создавать цветные объекты. Им оказался принтер Spectrum Z510, от компании «Z Corp». Уже в 2007 году был создан принтер, который мог печатать половину собственных деталей.



Из года в год, возможности и сферы использования 3D принтеров и 3D печати, начали увеличиваться в разы. На сегодняшний день на подобном оборудовании можно воссоздать практически все, от игрушек и мебели, до внутренних органов человека.

Так что же это — печать на 3D принтере?

Конечно же, принцип работы столь высокотехнологичного изобретения достаточно сложен, однако, мы попытаемся объяснить, чтобы это было понятно обывателю. И так, 3D печать – это создание настоящего объекта, по разработанному на компьютере 3D образцу. После того, как объект воссоздан на компьютере, его трехмерная модель сохраняется в STL файле, а затем, 3D принтер, на который вывели файл, необходимый для распечатки, создает натуральный объект.

Процесс печати представляет из себя череду воспроизводящихся действий, связанных с построением 3D моделей, при помощи нанесения на рабочий стол (элеватор) устройства, прослойки материалов, передвижением рабочего стола ниже, к уровню уде созданного слоя и снятием с рабочей поверхности остатков сырья.

Циклы постоянно повторяются: материал накладывается слоем на слой, элеватор опускается каждый раз до того времени, пока на рабочей поверхности не появится изделие в своем окончательном виде.

Принцип работы 3D принтера?

Использование 3D печати – значительная альтернатива классическим методикам создания прототипов и производству, осуществляющему выпуск небольшими партиями. 3D-принтер, отличается от обычного тем, что он создает физические трехмерные объекты.



На сегодняшний день, подобное оборудование способно применять в качестве рабочего материала, фотополимерные смолы, разнообразные виды пластиковых нитей, порошки из керамики и глинометалл.

Что это — 3d принтер?

В работу трехмерного принтера вложен принцип послойного формирования твердого объекта, который «выводится» из конкретного материала (об этом вы узнаете в дальнейшем). Привилегиями данного метода, в сравнении с вариантом создания объекта в ручную, является внушительная скорость, легкость и незначительная стоимость.

К примеру, для формирования трехмерного объекта вручную, придется затратить внушительное количество времени, дни, а возможно и месяцы. Ведь в перечень работ входит не только создание, а и чертежи и схематическое построение планируемого объекта, которые, в конечном итоге, так и не дают полной картины и визуального восприятия объекта в окончательном виде.

По этой причине затраты на разработку увеличиваются, возрастает длительность времени от исполнения до серийного выпуска.

Технология печати трехмерного объекта, в свою очередь, дает возможность отказаться от ручного труда в полной мере. В результате применения 3D технологии, нет нужды в чертежах и расчетах на бумаге. Благодаря программе, модель можно будет увидеть на мониторе со всех сторон и убрать погрешности и недочеты не во время финальной стадии, как это происходит при ручном варианте, а прямо при производстве. А на всю работу будет затрачено несколько часов, что во временном эквиваленте будет быстрее в n-ое количество раз.

Также, стоит добавить, что ошибки, допускающиеся при ручной работе, исключены при применении 3D технологии.



Стоит также отметить, что имеются разнообразные технологии данной печати. Они разнятся между собой способом накладки наслоений изготавливаемого объекта. Перейдем к рассмотрению наиболее популярных из них.

Наиболее популярными являются SLS (селекционное лазерное сплетение), НРМ (накладка наслоений расплавленных материалов) и SLA (стерео литография).

Максимально используемой, в основном из-за своей внушительной скорости при создании объектов, является SLA (стерео литография).

SLA Technology

Принцип работы данной технологии таков – луч лазера посылается на фото полимер, после этого материал приобретает твердую форму.



В качестве фото-полимера применяют незамутненный материал, изменяющий форму под действием влаги.

После того, как материал стал твердым, он может быть подвержен покраске, оклейке, механизированной обработке и так далее. Элеватор размещается в сосуде с фото-полимером. После того, как сквозь полимер прошел лазер и наслоение затвердело, рабочая поверхность опускается ниже.

SLS Technology

Соединение порошковых исходных веществ, при помощи лазерного луча или SLS — единственная в своем роде 3D технология, применяющаяся при создании форм из металлического и пластмассового литья.



Пластиковые объекты имеют великолепные механические качества, из-за чего способны применятся в создании полностью работоспособных изделий. В SLS применяются вещества, очень схожие по свойствам к произведенному конечному продукту: керамика, порошковая пластмасса, сталь.

Порошковые материалы размещаются на рабочей поверхности элеватора и соединяются под действием луча лазера в затвердевший слой, подходящий габаритам модели и обуславливающий её форму.

DLP Technology

DLP – одна из новых технологий 3D печати. Стерео литографические устройства, в настоящее время, обозначаются, как противовес FDM устройствам. Устройства этого типа применяют технологию нумерационного возделывания светом. Возникает логичный вопрос, чем тогда печатают данные принтеры? Ответ прост, для создания трехмерных объектов, данная разновидность принтера применяет фотополимерные смолы и проектор DLP.

Несмотря на оригинальное название, данные аппарат практически ничем не разнится от прочих 3D принтеров. Стоит отметить, что создатели данного устройства, а именно
«QSQM Technology Corporation», уже начали серийно производить свое оборудование. Разницу в работе SLA и DLP вы можете увидеть на изображении ниже.



EBM Technology

Хотелось бы добавить, что SLS/DMLS не единственные варианты, способные создавать металлические трехмерные модели. На сегодняшний день, для воссоздания трехмерных объектов из металла, очень часто применяется электронно-лучевое плавление. Длительные испытания подтвердили, что применение проволоки из металла для плавления слоями, при создании максимально точных деталей, не слишком эффективно. В связи с этим, специалистами был создан специализированный материал, который называется металлоглина.

Глина металл, применяющаяся в виде основы, при электронно-лучевом плавлении, создается из смеси органичного клея, стружки металла и некоторого количества воды. Для преобразования данного материала в твердое состояние, необходимо нагреть его до такой температуры, при которой жидкость и клей испарятся, а стружка переплавится в монолитный объект.

Как функционирует EBM 3D принтер

Очевидно, такая же технология использовалась при работе с SLS принтерами. Однако, есть в ней существенные отличия, EBM преобразовывает для плавления металлической глины сконцентрированные электронные импульсы, а не лазер, как в случае с SLS. Стоит отметить, что преимущество данного метода заключается в том, что печать оказывается более качественная, а детали маленького размера получаются более четкими.

В настоящее время реализуются только EBM принтеры промышленных масштабов, для собственного пользования приобрести их не представляется возможным.

НРМ (FDM) HPM Technology

НРМ позволяет производить, как модели, так и законченные части из классических, конструкторских и значительно эффективных термических пластиков. Единственная в свое роде технология, применяющая термические пластики высочайшего класса, гарантирующие вне аналоговую механическую, температурную и составную крепость деталей.

Печать по данной технологии характеризуется аккуратностью, легкостью в применении и возможностью использования в офисных помещениях. Изделия из термического пластика отлично переносят внушительные температуры, механические нагрузки, попадания разного рода химических элементов, а также чрезмерно сухой или влажной внешней среде.
Растворяющиеся добавочные материалы, дают возможность изготавливать замысловатые несколько уровневые объекты, углубления и просветы, которые было затруднительно получить при помощи стандартных методик. Аппараты, работающие по НРМ, изготавливают детали послойно, разогревая материал до тягучего состояния и вытесняя его, согласно рассчитанным на компьютере порядком.

Для НРМ печати применяются два разных материала — основной, из которого состоит готовый объект и дополнительный, применяющийся для поддержки. Нити каждого материала, выдавливаются из отверстий 3D-принтера в воспроизводящую головку, которая двигается согласно заданным X и Y координатам, и наслаивает плавильный материал, образовывая текущее наслоение, до тех пор, пока фундамент объекта не опустится ниже и не начнется создание последующего слоя.

После завершения создания объекта, необходимо механически убрать дополнительный материал или растворить его при помощи моющего средства. Это финальная фаза, после данных действий изделие готово к последующей эксплуатации.

Стоит отметить, что в наше время, достаточно распространены не только настольные HPM принтеры, но и устройства позволяющие осуществлять ручную печать. Данную разновидность устройств можно назвать «ручкой» для создания 3D объектов.



«Ручки» созданы по такое же технологии, что и принтеры. Они применяют технику плавления слоями. Нить плавится внутри «ручки» до необходимого состояния и выдавливается через незначительных размеров насадку. При внушительной квалификации, можно создавать фигурки вот такого плана.

Безусловно, учитывая то, что все технологии разнятся между собой, принтеры отличаются друг от друга тоже. Принтер рассчитанный на SLA не сможет применить SLS, то есть отдельный принтер заточен под конкретную печатную технику.

3D-печать в цвете

Уникальнейшая технология, дающая возможность создавать объекты любых оттенков и цветов. Знаменательно, что придание цвета изделию, осуществляется во время его создания. Благодаря этому, получаются невероятно реалистичные конструкции. Из-за чего данная технология невероятно популярна среди дизайнеров.

Очень часто, в виде рабочего материала используется порошок, разработанный на гипсовой основе. Специальные ролики и щеточки создают незначительный по толщине расходный слой. После этого, при помощи двигающейся головки, на нужные части переносятся микроскопические капельки материала, напоминающего клей (перед началом работы, ему предают необходимый цвет). По составу, он напоминает цианокрилатный клей. Слоями формируется конечный объект необходимых цветов. Финишная отделка объекта цианокрилатом, гарантирует его блеск и крепость.

Производственные и подручные 3D-принтеры, печатающие в цвете

В наше время существуют самые разные 3D-принтеры со множеством цветов. Благодаря им, в домашних условиях, изготавливаются изделия различных цветов. Однако, основная масса подобных аппаратов предназначается для высокопрофессионального применения.

Высокопрофессиональная 3D печать в цвете производится благодаря:

1. Линейке «Zрrintеr» выпускаемой «3D Sуstems». Данный агрегат способен изготавливать внушительные по размерам изделия, различных цветов и оттенков. Оборудован он пятью картриджами и возможностью загружать рабочий материал в автоматическом режиме. Технология практически полностью автоматизирована, так что настраивание или контролирование этапов создания не обязательны. Масса подобного устройства составляет около трехсот сорока килограмм, а стоимость в пределе 89-129 тысяч долларов.





2. Мсor Iris в полном цвете. Изделия различных цветов изготавливаются методом склейки клочков бумаги. Устройство от фирмы «Мсоr Тесhnologies Ltd.» изготавливает внушительные объекты различных цветов с хорошими прочностными показателями. Количество генерируемых цветов, составляет, не много, ни мало, один миллион, цена в районе пятнадцати тысяч долларов.

Модели для домашнего применения:

1. 3D Тоuch. Устройство функционирующее по технологии FDМ. Устройство может быть оборудовано от одной до трех экструзионных головок. Использует АВS или РLА пластик. Масса около тридцати восьми килограмм, стоимость до четырех тысяч долларов.
2. ВFB 3000 РАNTHER – первый реализуемый на рынке цветной принтер. Цена на данный агрегат составляет почти две с половиной тысячи долларов. В его работе используется классическая пластиковая нить. Для использования необходима нить трех различных оттенков.
3. Наиболее бюджетная модель – РroDеsk3D. Для изготовления объектов, применяется пяти картриджная система. В качестве рабочего материала допускается РLA или АВS пластик. Устройство оборудовано автоматической настройкой. Цена две тысячи долларов. Показатели разрешения печати невнушительны, и это один из главных минусов данного бюджетного устройства.

Где применяется 3D печать

3D печать дала возможность расширять возможность различных сфер деятельности, таких как: строительство, медицина, образование, дизайн и многое другое.

В архитектурном плане, данное направление дает возможность изготавливать макеты строений в объеме, да и не только отдельные строения, но и целые районы с указанием инфраструктуры (парки, тротуары, остановки, дороги, фонари и так далее).

Плюс ко всему, из-за дешевизны применяемых материалов, себестоимость данных проектов становится гораздо ниже, чем была ранее. А почти четыреста тысяч различных оттенков и цветов, дают возможность воплощать в жизнь все имеющиеся в голове архитектора фантазии.

Благодаря развитию подобных технологий, можно смело сказать, что в ближайшем будущем постройка зданий станет куда проще. Инженерами из Соединенных Штатов Америки уже разработана новая система создания 3D объектов внушительных размеров. Она функционирует, как строительный кран, создающий стены из наслоения бетона.
Подобное устройство, может соорудить каркас двухэтажного жилого дома, менее чем за сутки.

В основном данные технологии применяются для создания элитарных изделий, предметов искусства, различных прототипов или высокоточных деталей.

В медицинской отрасли, с помощью 3D принтера, врачи уже научились создавать точную копию скелета человека и человеческую кожу, благодаря чему они смогут более тщательно усовершенствовать свое мастерство. Не так давно, ученные сделали прорыв в попытках создания внутренних органов человека. Шесть лет назад на 3D принтере удалось создать живую почку.

Популярными 3D принтеры становятся у дантистов и стоматологов. Ведь при использовании новейших технологий, процесс создания протезов ускоряется в разы, в сравнении с нынешним их изготовлением.

Невероятно, но факт, возможности, открывающиеся перед 3D печатью, не имеют границ. Они способствуют упрощению жизнедеятельности человека во всех сферах.

Устройства, которые создают пищу, протезы конечностей, внутренние органы человека, обувь – это не история из фантастической книжки, это сегодняшние реалии.

Надеемся, данная статья заинтересовала вас и стала для вас полезной. Учитесь, совершайте каждый день новые открытия и стремитесь к познаниям, ведь учение – это свет!

3D-принтер — технологии, применение, как работает

Содержание статьи

 

Что такое 3D-принтер

3D-принтер — это устройство, работающее по принципу послойного формирования физического объекта из цифровой 3D-модели.

Процесс трехмерной печати еще называется быстрым прототипированием или аддитивным производством.

Настольный 3D-принтер

Технологии послойного формирования объектов называются аддитивные технологии от английского слова additive – добавлять. В отличии от традиционных способов получения деталей (фрезеровка, точение, распил и т.п.), на 3D-принтере детали получаются методом добавления материала (слоев), что позволяет добиться высокой экономии материалов. 3D-печать может осуществляться разнообразными материалами (от пластика до металла), а также несколькими технологиями, подробнее о которых мы расскажем ниже.

Управление 3D-принтером осуществляется программным способом. Для того, чтобы принтер воспроизводил физический объект, просчет задания на печать должен происходить в специализированном программном обеспечении, в которое загружается цифровая модель в формате для 3D-печати (STL). Специальная программа слайсер разбивает цифровую 3D-модель на слои и выдает сформированный бинарный код понятный для 3D-принтера. Далее полученный код может быть запущен на печать в программном обеспечении для принтера или записан на карту памяти для непосредственной печати без ПК.

 

Способы позиционирования печатающей головки 3D-принтера

FDM экструдер

В зависимости от расположения и механики работы (кинематической модели) печатающего механизма, они подразделяются на следующие основные способы:

• Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.
• Дельта-робот: 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 двигателя, приводящего шасси в движение.

 

Сферы применения 3D-принтеров

• быстрое прототипирование
• мелкосерийное производство
• изготовление мастер-моделей и форм для литейного производства
• изготовление бытовых предметов
• производство готовых изделий со сложной геометрией и внутренней структурой
• макетирование
• реклама
• в медицине для изготовления протезов и имплантатов, также ведутся исследования по 3D-печати внутренних органов человека
• строительство зданий и сооружений
• производства корпусов экспериментальной техники (от телефонов до оружия)
• пищевое производство
• другое

 

Основные технологии 3D-печати

 

Лазерная стереолитография (англ. laser stereolithography, SLA) — 3D-печать, с помощью которой объект формируется из жидкого фотополимера, затвердевающего под воздействием лазерного или ультрафиолетового излучения. Процесс формирования объекта происходит в ванне с жидким фотополимером. На платформе, погруженной в фотополимер путем засветки формируется изображение первого слоя объекта и происходит кристаллизация фотополимера. Затем платформа перемещается на толщину одного слоя (6-100 мкм) вверх и происходит формирование следующего слоя. Процесс формирования слоев продолжается до полного построения объекта, при этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.

Схема 3D-печати SLA

Этот метод 3D-печати немного отличается от других, так как в качестве «строительного материала» используются не порошки, а фотополимеры в жидком состоянии. SLA технология применяется в промышленных 3D-принтерах. С помощью лазерной стереолитографии получаются объекты с высокой (до 6 микрон) точностью и гладкой, почти глянцевой, поверхностью не требующей постобработки.

Фотополимерный 3D-принтер и модель из фотополимера

Полимеризация фотополимерного пластика ультрафиолетовой лампой (англ. Digital Light Processing, DLP) — технология похожа на предыдущую (SLA), но пластик твердеет под действием ультрафиолета. DLP технология может использоваться как в промышленных, так и бытовых 3D-принтерах.

Выборочное лазерное спекание (англ. selective laser sintering, SLS) — 3D-печать, с помощью которой объект формируется из порошкового материала (пластик, металл) в следствие его расплавления лазерным лучом. При SLS печати, материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (специальным выравнивающим скребком), после чего на поверхности платформы лазерным излучением формируется первый слой объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя (16-80 мкм) и на неё вновь наносится порошковый материал. Температура в рабочей камере в процессе 3D-печати поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, что позволяет уменьшить необходимую для сплавления мощность лазера. Для предотвращения окисления материала процесс проходит в бескислородной среде.

Схема 3D-печати SLS

Метод SLS-печати позволяет получать, в том числе, прочные металлические изделия, не уступающие аналогам произведенным традиционными способами, но в отличии от последних, имеющие сложную внутреннюю структуру. SLS применяется только в промышленных 3D-принтерах.

Изделие из металла полученное на 3D-принтере

Выборочное лазерное сплавление (англ. Selective laser melting, SLM) — технология лазерного плавления металлического порошка по математическим CAD-моделям. С помощью SLM-печати создаются сложные металлические детали узлов и агрегатов, а также неразборные конструкции с изменяемой геометрией.

Технология селективного лазерного плавления SLM очень похожа на SLS, однако в отличии от последней, материалы (порошки) подвергаются не спеканию, а плавлению до образования гомогенной (густой, пастообразной) массы, как это происходит в EBM-печати. В отличии от EBM, в SLM используется лазер. Данный процесс успешно заменяет традиционные методы производства, так как физико-механические свойства изделий, построенных по технологии SLM, зачастую превосходят свойства изделий, изготовленных традиционным способом. По принципу SLM построены только промышленные 3D-принтеры.

 

Технология 3D-печати FDM

Моделирование методом послойного наплавления (англ. Fused deposition modeling, FDM) — технология послойного создания трехмерных объектов за счет укладки расплавленной нити из плавкого материала (пластика, металла, воска). В качестве материалов для FDM-печати в большинстве случаев используются термопластики (ABS, PLA и др.), выпускаемые в виде катушек нитей или прутков.

FDM-печать была разработана в конце 1980-х годов С. Скоттом Крампом. Ее коммерческое распространение началось в 1990 году. На сегодняшний день FDM является самой распространенной технологией 3D-печати из-за простоты конструкции и низкой стоимости подобных устройств.

Термин «Fused Deposition Modeling» и аббревиатура FDM являются торговыми марками компании Stratasys. Участники проекта RepRap, придумали аналогичный термин «Fused Filament Fabrication» или FFF (Производство способом наплавления нитей) для использования в обход юридических ограничений. Термины FDM и FFF равнозначны по смыслу и назначению.

Принцип печати по FDM/FFF технологии заключается в нанесении расплавленного материала на рабочую платформу. Нанесенный материал быстро остывает и переходит из вязкого состояния в твердое. Следующий слой наносится на предыдущий и тем самым спаивается с ним. В процессе печати пластиковая нить или пруток под воздействием высокой температуры в экструдере размягчается и выдавливается на платформу. Часто в данном способе печати используют две рабочие головки (экструдера) — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — растворимый материал поддержки. Материал поддержки позволяет строить сложные объекты без провисания слоев.

FDM-печать применяется как в промышленных, так и в подавляющем большинстве современных бытовых 3D-принтерах. Технология на сегодняшний день настолько распространена, что понятия «бытовой принтер» и «FDM принтер» многие пользователи считают синонимами.

Электронно-лучевая плавка (англ. Electron Beam Melting, EBM) — аналогична SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме.

Электронно-лучевая плавка — метод плавки металла путем применения электронного пучка. Используется при плавке особо чистых материалов, например, сталей и титана, и материалов, стойких к высокой температуре и химическим воздействиям. При EBM-печати практически отсутствует загрязнение материала посторонними примесями, так как процесс проходит в вакууме. Промышленные электронные плавильные печи позволяют производить изделия длиной в несколько метров и весом несколько тонн.

Технология многоструйного моделирования (англ. Multi Jet Modeling, MJM) — основана на многоструйном моделировании с помощью фотополимерного или воскового материала. Используется в 3D-принтерах компании 3D Systems серии ProJet. Аналогичной технологией является PolyJet от компании Stratasys, которая сопоставима по качеству, но использует более дешевые материалы.

Схема 3D-печати MJM

Принцип MJM-печати заключается в следующем. Печатающая головка со множеством мельчайших сопел, расположенных линейно в несколько рядов наносит материал на рабочую поверхность по принципу струйной печати. Количество сопел начинается от 96 для младших моделей 3D-принтеров и достигает 448 для продвинутых моделей. Блок сопел движется вдоль рабочей поверхности и наносит слой жидкого фотополимера. Затем, УФ-лампа засвечивает только что нанесенные частицы материала, в результате чего тот затвердевает, формируя прочный слой. Операции нанесения и засвечивания материала повторяются до полного построения объекта.

 

Технология цветной струйной печати (англ. Color Jet Printing, CJP) — построена на принципе послойного склеивания и окрашивания композитного порошка на основе гипса или пластика. CJP применяется в 3D-принтерах компании 3D Systems серии ProJet. До этого данный принцип печати назывался 3D Printing (3DP) и был разработан в Массачусетском технологическом институте (MIT) в 1993 году. CJP (3DP) позволяет быстро создавать как одноцветные, так и полноцветные прототипы из композитного порошка.

Изделие полученное на CJP 3D-принтере

Принцип CJP-печати основан на склеивании основного материала (композитного порошка) связующим. Связующий материал — склеивает и окрашивает вместе частицы в нужных местах, формируя изделие. Построение объекта происходит послойно. Сначала материал модели равномерно тонким слоем распределяется по всей поверхности платформы камеры построения. Потом на этот слой наносится связующий материал, склеивая и окрашивая частицы между собой согласно цифровой 3D-модели. Затем платформа смещается вниз на толщину слоя (100 мкм). Операции нанесения материалов повторяются слой за слоем до полного построения модели.

Ламинирование (англ. laminated object manufacturing, LOM) — способ формирования объектов послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких листов рабочего материала с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое.

Объекты, напечатанные техникой LOM, могут быть дополнительно модифицированы путем механической обработки или сверления после печати. Толщина слоя при печати таким способом зависит от используемого материала, как правило, равна толщине обычной бумаги для копирования.

Схема 3D-печати LOM

Ламинирование не совсем относится к традиционным технологиям 3D-печати, поэтому не очень распространено. 3D-печатm таким способом требует использования материала поддержки, который затем очень затруднительно удалять, особенно на объектах с высокой детализацией.

Биопринтеры — 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.

Понравилось? Покажи друзьям!

Классификация 3D принтеров (7 технологий 3D печати) / Habr

На хабре уже были статьи о технологиях печати, которые используют 3D принтеры, однако в данной статье я постарался подойти к вопросу системно, чтобы в голове у читателя сложилась четкая картина о том, какие принципы заложены в технологии 3D печати, какие материалы используются и в конечном итоге какую технологию лучше использовать для получения определенного результата, будь то деталь из титана, или мастер-модель для последующего тиражирования.
Статья основана на книге Fabricated: The New World of 3D printing

I. Те которые что-то выдавливают или выливают или распыляют

1) FDM (fused deposition modeling) принтеры которые выдавливают какой-то материал слой за слоем через сопло-дозатор, не буду расписывать подробно, мы про них все знаем. Все мэйкерботоподобные принтеры + принтеры Stratasys + различные кулинарные принтеры (используют глазурь, сыр, тесто) + медицинские которые печатают “живыми чернилами” (когда какой-либо набор живых клеток помещается в специальный медицинский гель которые используется далее в биомедицине)

2) Технология Polyjet , была изобретена израильской компанией Objet в 2000 г. в 2012 их купили Stratasys. Суть технологии: фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемого девайса под воздействием УФ излучения. Важная особенность, отличающая PolyJet от стереолитографии, является возможность печати различными материалами.
Преимущества технологии: а) толщина слоя до 16 микрон (клетка крови 10 микрон) б) быстро печатает, так как жидкость можно наносить очень быстро. Недостатки технологии: а) печатает только с использованием фотополимера — узко-специализированный, дорогой пластик, как правило, чувствительный к УФ и достаточно хрупкий.
Применение: промышленное прототипирование и медицина

3) LENS (LASER ENGINEERED NET SHAPING)
Материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера мгновенно спекается и слой за слоем формирует трехмерную деталь. Именно по такой технологии печатают стальные и титановые объекты.
Поскольку до появления этой технологии печатать можно было только объекты из пластика, к 3D печати особенно серьезно никто не относился, а эта технология, открыла двери для 3D печати в “большую” промышленность. Порошки различных материалов можно смешивать и получать таким образом сплавы, на лету.
Применение: например, титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения. Производитель оборудования: Optomec

4) LOM (laminated object manufacturing)
Тонкие ламинированные листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются в трехмерный объект. Т.е. укладывается тонкий лист материала, который вырезается по контуру объекта, таким образом получается один слой, на него укладывается следующий лист и так далее. После этого все листы прессуются или спекаются.
Таким образом печатают 3D модели из бумаги, пластика или из алюминия. Для печати моделей из алюминия используется тонкая алюминиевая фольга, которая вырезается по контуру слой за слоем и затем спекается с помощью ультразвуковой вибрации.

II. Те которые что-то спекают или склеивают

1) SL (Stereolithography) Стереолитография.
Есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется. После того как один слой готов платформа с деталью опускается, жидкий полимер заполняет пустоту далее запекается следующий слой и так далее. Иногда происходит наоборот: платформа с деталью поднимается вверх, лазер соответственно расположен снизу…
После печати таким методом, требуется постобработка объекта — удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют. В зависимости от необходимых свойств конечного объекта модель запекают в т.н. ультрафиолетовых духовках.
Фотополимер зачастую бывает токсичным поэтому при работе с ним нужно пользоваться средствами защиты и респираторами. Содержать и обслуживать такой принтер дома — сложно и дорого
Преимущества: быстро и точно, точность до 10 микрон. Для спекания фотополимера достаточно лазера от Blu-ray проигрывателя, благодаря чему на рынке появляются дешевые при этом точные принтеры работающие по такой технологии (e.g. Form1).

2) LS (laser sintering)
Лазерное спекание. Похоже на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером.
Преимущества: а) менее вероятно, что деталь сломается в процессе печати, так как сам порошок выступает надежной поддержкой б) материалы в порошковой форме довольно легко найти в продаже в том числе это могут быть: бронза, сталь, нейлон, титан
Недостатки: а) поверхность получается пористая б) некоторые порошки взрывоопасны, поэтому должны храниться в камерах, заполненных азотом в) спекание происходит при высоких температурах, поэтому готовые детали долго остывают, в зависимости от размера и толщины слоев, некоторые предметы могут остывать до одного дня.

3) 3DP (three dimensional printing)
Технология изобретена в 1980 году в MIT студентом Paul Williams, технология была продана в несколько коммерческих организаций, одна из которых — zCorp, в настоящее время поглощена 3D Systems.
На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс)
Преимущества: а) так как используется клей, в него можно добавить краску и таким образом печатать цветные объекты б) технология относительна дешевая и энергоэффективная в) можно использовать в условиях дома или офиса в) можно печатать использовать порошок стекла, костный порошок, переработанную резину, бронзу и даже древесные опилки. Используя похожу технологию можно печатать съедобные объекты например из сахара или шоколадного порошка. Порошок склеивается специальным пищевым клеем, в клей может добавляться краситель и ароматизатор. Как пример, новые 3D принтеры от компании 3D systems, которые были продемонстрированы на CES 2014 — ChefJet и ChefJet Pro
Недостатки: а) на выходе получается достаточно грубая поверхность, с невысоким разрешение ~ 100 микрон б) материал нужно подвергать постобработке (запекать), чтобы придать ему необходимые свойства.

Надеюсь материал будет для вас полезен.
Дополнения принимаются.

3d-принтер (конструкция, виды, производители) | Wiki 3DP

3D-принтер — это периферийное устройство, осуществляющее 3D-печать методом послойного формирования физического объекта по заданной цифровой 3D-модели.

Благодаря определенной простоте базовой конструкции оборудования, позволяющего осуществлять объемную печать, разработки в данной области ведутся как простыми людьми – энтузиастами 3d-печати (фактически каждый может собрать свой собственный 3d-принтер своими руками), так и крупными отраслевыми компаниями и центрами разработки.

Современные 3d-принтеры могут печатать как различными полимерными материалами (основная доля расходных материалов), так и металлом, специализированными строительными составами, продуктами питания и био-материалами.

3д-принтеры уже сегодня применяются как для бытового так и для профессионального прототипирования объектов. На сегодняшний день помимо условно “стандартных” образцов оборудования, имеются разработки и конструкции, осуществляющие печать еды, принтеры применяемые в медицине и принтеры способные печатать малоэтажные дома и небольшие конструкции.

Также отметим, что 3д-принтеры в частности и 3д-печать в целом активно используются в образовании, робототехнике и ряде других социально-значимых и инновационно-перспективных направлений.

Следует отметить, что 3d-принтеры – это одна из немногих категорий оборудования имеющих реальную возможность к самовоспроизведению (в частности, проект RepRap).^[1]

---

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).

---

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^[2].

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.

---

Принцип работы 3д-принтера

Как уже было замечено, на сегодняшний день в индустрии насчитывается уже несколько подвидов методов 3д-печати, а также весьма обширный набор соответствующего оборудования и конструкций.

Для того, чтобы рассмотреть принцип работы 3d-принтера обратимся к его ключевому элементу (головке экструдера) и методу объемной печати, использующей пластиковую нить.

Процесс 3д-печати:

Нить (филамент) поступает в печатающую головку (экструдер), после чего осуществляется разогрев нити до ее жидкого состояния. Далее полученная масса выдавливается через сопло экструдера. При этом шаговые двигатели с помощью зубчатых ремней приводят в движение Экструдер, который перемещается по направляющим в заданном направлении и наносит пластик на платформу слой за слоем согласно заданной модели.^[3]

---

3d-принтер – производители

Технология 3d-печати с одной стороны еще находится на этапе своего зарождения и становления, с другой стороны базируется на весьма проработанных технологических решениях из ряда других областей (в частности, экструзии полимеров). Данные обстоятельства в совокупности с развитием интернета, значительно ускорившего и упростившего обмен информацией в мировых масштабах, привели к тому, что теми или иными успехами в области разработки, конструирования и производства оборудования для 3d-печати могут похвастаться очень многие компании по всему миру.

Подавляющее большинство таких компаний (на сегодняшний день) занимается сборкой оборудования из готовых конструкционных элементов по находящимся в свободном доступе конструкторским схемам с минимальными изменениями и новациями. Однако на рынке уже есть и свое лидеры, – относительно крупные компании, сравнительно (учитывая возраст самого рынка 3д-печати) давно работающие в данной области. Список наиболее заметных из них представлен ниже.

Ведущие производители:

• 3D Systems (США);
• EnvisionTEC (Германия);
• Stratasys (США);
• MX3D (Нидерланды);
• Rapid Shape (Германия);
• DWS s.r.l. (Италия);
• Wuhan Binhu Mechanical & Electrical (Китай);
• MakerBot Industries (США);
• RepRapPro (Великобритания);
• Magnum (Россия);
• Ultimaker (Нидерланды);
• PICASO 3D (Россия).

В общем и целом свое разработчики и (или) производители 3д-принтеров имеются практически в каждой цивилизованной стране мира. По различным оценкам экспертов и аналитиков, на сегодняшний день в мире можно купить 3d-принтер по меньшей мере от 300 компаний.

В Европе (как можно заметить из приведенного выше списка) центральное место занимают немецкие, голландские и итальянские компании, что вполне коррелирует с тем какое место на международном рынке занимают местные компании-производители оборудования для переработки полимеров. Также заметное место на мировом рынке аддитивных технологий занимает и Великобритания, где по разным оценкам насчитывается как минимум 15 компаний, разрабатывающих и изготавливающих оборудование для объемной печати.

В Азии безусловным лидером рынка выступают китайские компании. Однако и кроме них здесь есть заметные игроки и из других стран региона: Индия, Япония, Южная Корея, Тайвань и даже Таиланд и Гонконг.

На постсоветском пространстве безусловным лидером по количеству отраслевых компаний, работающих в области разработки и изготовления 3d-принтеров и вспомогательного оборудования, выступает Российская Федерация, на территории которой (по различным оценкам) уместилось по меньшей мере 36 предприятий, главные из которых представлены выше. Также следует отметить, что свое отраслевые фирмы имеются в Украине, Беларуси, Литве и Латвии.

В Северной Америке, помимо мирового лидера – США, свое функционеры в области разработки, производства и внедрения оборудования для печати 3dp присутствуют и в Канаде.

В заключении отметим, что есть свое компании-производители и в таких странах, как Израиль; Бразилия, Новая Зеландия и Австралия, хотя их можно в прямом смысле слова “пересчитать по пальцам” и заметного влияния на мировой рынок они (на данный момент) не оказывают.

---

Узнать больше про 3d-принтер:

Также, для получения более полной картины по тематике 3д-печати в целом и 3д-принтеров в частности рекомендуем воспользоваться поиском по сайту (вверху страницы).

---