3д принтер как работает. Как это сделано, как это работает, как это устроено. Подготовка к печати

Современный производственный процесс или бизнес-процессы сложно представить без трехмерных технологий. Печать на 3d принтере применяется сегодня практически во всех отраслях человеческой деятельности.

Ежедневно появляются новые материалы для 3д печати и раскрываются новые возможности 3d-принтера. Но, что мы знаем об этом устройстве? Что такое 3d принтер? Давайте разбираться вместе.

Что такое 3D принтер

3Д-принтер - это специальное устройство, предназначенное для создания трехмерных объектов путем послойного наращивания исходного материала, слой за слоем, на базе построенной цифровой 3д-модели этого объекта.

В качестве исходных материалов могут применяться различные пластики, металл, фотополимеры, акрил, нейлон и т.д. Используются 3d принтеры, как правило, для и деталей, которые сложно получить традиционными способами.

Как работает 3D принтер. Принцип работы 3d принтера

Как работает 3d принтер? Рассмотрим принцип работы 3d принтера. Как правило, основана на технологиях послойного наращивания объекта, но это еще не все методы 3д-печати, существуют и другие ее виды.

Способы 3D-печати

Лазерное спекание порошков . Специальный порошок подается в 3д-принтер при помощи вращающегося вала, далее равномерно распределяется на горизонтальной поверхности. Оставшийся по окончанию печати материал удаляется, но затем снова применяется при нанесении последующего слоя. Данный метод отличается высокой точностью готовой модели изделия, благодаря неподвижности детали. Главный недостаток лазерного спекания порошков - шероховатость поверхности готового изделия, требующая дальнейшей постобработки.

Стереолитография - один из самых популярных методов 3д-печати, основанный на действии луча лазера на фотополимерную смолу. На месте контакта происходит затвердевание материала, после чего наносится следующий слой фотополимера. После чего процесс повторяется. Лишний материал удаляется, затем используется повторно.

Максимально простой способ печати на 3д принтере. Крахмально-целлюлозный порошок и клей, изготовленный на водной основе, подаются на печатающую головку. Порошок связывается клеем, и так формируются контуры будущей модели. Имеющиеся пустоты в материале заливают жидким воском для придания изделию прочности.

При данном способе печати используется моделирующий и поддерживающий материалы. Как поддерживающий материал часто применяют воск, в качестве моделирующего - может быть использован целый перечень различных материалов. Чаще всего это материалы по свойствам похожие на конструкционные термопласты. В процессе печчати одновременно наносится и моделирующий и поддерживающий материал после чего следует полимеризация и механическое выравнивание. Струйное моделирование позволяет создавать как твердые, так и мягкие изделия.

Основные характеристики 3D принтера

Разделить 3d-принтеры на различные вида можно на основе таких основных характеристик:

• стоимость (цена на 3д-принтер может варьироваться в рамках 500 долл. - 1 млн. долл.);
• технология печати (послойное наращивание, лазерное спекание порошков или же склеивание порошков);
• материалы для печати (пластики - нейлон, PLA, ABS; металлический порошок, фотополимеры, гипс, акрил и т.д.).

Применение 3D принтера

При помощи современного 3д-принтера можно изготовить любую вещь, начиная от шахматной фигурки, и заканчивая медицинскими протезами или автомобилями.

Печать на 3d принтере применяется сегодня в следующих областях:

• медицина . Создание зубных протезов, деталей для медицинского оборудования, синтезирование отдельных клеток человеческого организма, создание искусственной почки, клеток кожи, печени, сосудов и тканей;
• киноиндустрия . Элементы декора и создание декораций - автомобили, антиквариат, драгоценные камни, ювелирные изделия и т.д.;
• архитектура и строительства . Создание архитектурных макетов и демонстрационных макетов для презентации заказчику. Построение миниатюр известных памятников культуры, с целью проведения реставрации оригинала;
• образование . Создание учебно-презентационных макетов как наглядного пособия для учеников;
• прототипирование . Изготовление прототипа нового изделия, производство которого находится на стадии запуска;
• серийное и мелкосерийное производство : печать деталей, механизмов, запчастей, корпусов приборов и т.д.;
• дизайн интерьера . Производство элементов оформления интерьера, декора. Предметов быта, ваз и т.д.;
• ювелирное искусство и производство бижутерии .

Если вы ищете 3d принтер в Украине, компании KLONA к вашим услугам. 3д моделирование,

2 Создаем собственный объект

3 Уточняем форму

4 От SketchUp - к программе принтера

5 Обклеиваем печатную платформу

6 Готовимся и начинаем

7 Устраняем ошибки

8 Окончательная обработка предмета

Объёмная 3D печать материального объекта по его трёхмерной компьютерной модели - это уникальная технология современности, которую ожидают большие перспективы в будущем. Ещё недавно устройства, использующие её, казались фантастикой, а сегодня они превратились в реальность, и стали уже доступными даже для домашнего пользования. Хотя стоимость 3D-принтеров ещё высока, и превышает цену других, компьютерных девайсов, они находят всё большее практическое применение не только для прикладного творчества, но и для различных сфер бизнеса. Постоянное развитие и совершенствование этой технологии уже привело к созданию промышленных устройств. Какой из них выбрать?

Что собой представляет 3D-принтер, его назначение

Периферийное компьютерное устройство, которое по цифровой объёмной модели создаёт материальный объект путём послойного нанесения быстро затвердевающего материала, называется 3D-принтером. Для работы такого устройства требуется компьютерная трёхмерная модель, выполненная в любом из 3D-редакторов либо полученная на 3D-сканере. Сегодня существует несколько разновидностей, в зависимости от используемой технологии:

• FDM и DIW 3D-принтеры, применяющие метод экструзии, основанный на продавливании расплавленного материала через тонкое отверстие в специальном устройстве, называемом экструдер (в принтерах первого типа на охлаждаемую поверхность платформы послойно наносится разогретый до предела плавления термопластик, а во втором - керамический шлам, который называют чернилами, в крупных архитектурных моделях может применяться густой керамический шлам);

  Принтеры для 3D-печати, работающие по экструзионной технологии (FDM) изготавливают макет путём послойной укладки расплавленного пластика, выдавливаемого через экструдер. Печатающая головка движется по осям X и Y, а печатная платформа - вниз по оси Z

• принтеры типа SLA-DLP, использующие метод фотополимеризации, при котором применяется жидкий фотополимер, а затвердение каждого его слоя производится путём засвечивания ультрафиолетовым лазером;

  В 3D-принтерах, построенных на технологии SLA, изделиеие формируется в ванночке, заполненной фотополимерной смолой. Под действие УФ излучения лазера, действующего на тонкий слой смолы, она затвердевает и основание опускается вниз на толщину следующего слоя

• принтеры, в которых для создания трёхмерного материального объекта используется выровненный слой порошка, скрепляющийся послойно различными методами, путём нанесения клея способом струйной печати (3DP-принтеры) или его плавления электронным лучом в вакууме (EBM), лазерным излучением (SLS или DMLS, в зависимости от типа порошка) и нагревательной головкой (SHS);
• EBF 3D-принтеры, в которых для получения материальной модели применяется проволока, расплавляющаяся под действием электронного излучения;
• принтеры, построенные на принципе ламинирования, или послойного нанесения плёнки, в каждом слое которой, вырезается контур детали специальным резаком или лазером;
• принтеры с точечной подачей порошка, расплавляемого лазерным или электронным излучением;
• устройства, работающие с использованием метода многоструйного моделирования (MJM), когда способом струйной печати наносится быстро застывающий материал;
• биопринтеры - инновационные периферийные компьютерные устройства, которые только начинают внедряться, они используют клетки живого организма для формирования внутренних органов, и в будущем будут способны создавать полноценный материал для трансплантологии (уже имеются случаи успешного изготовления и пересадки челюсти для человека и щитовидной железы для лабораторной мыши).

Видео: как работает механизм

Возможности у такого уникального периферийного компьютерного устройства практически неограничены. Сегодня он уже применяется для следующих целей:

• быстрого создания точных макетов в архитектурном проектировании, конструировании различных механизмов и машин, а также в дизайне интерьеров и ландшафта с целью доработки проекта и презентации его заказчику;
• изготовления любых деталей сложной формы для единичного или мелкосерийного производства, а также запчастей для ремонта различных устройств;
• изготовления моделей и форм для литья, в том числе и при создании ювелирных изделий;
• строительства зданий и сооружений любой сложности, для чего используют специальные устройства, напоминающие башенный кран, вместо тросов у которого имеются магистрали для подачи жидкого бетона (такое устройство позволяет возводить 1 этаж за 10 часов, что значительно сокращает сроки строительства);
• создания протезов и внутренних органов для трансплантации в медицине;
• изготовления макетов сложных устройств для наглядных пособий учебных заведений;
• создания геоинформационных систем, представляющих собой объёмную карту местности в цвете, с точным отображением рельефа;
• производства предметов домашнего обихода, различных аксессуаров и предметов для украшения интерьера;
• разработки макетов упаковок и ёмкостей для маркетинговых целей;
• изготовление корпусов экспериментальной техники - автомобилей, систем автоматизации и различных электронных устройств;
• изготовления рекламной и сувенирной продукции;
• производства эксклюзивной одежды и обуви по фигуре и размерам конкретного клиента, полученным путём 3D сканирования.

Этот перечень наглядно демонстрирует перспективы применения 3D-принтеров и их востребованность в самых разных сферах человеческой деятельности.

Как выбрать: параметры, на которые нужно обращать внимание

Покупая любое сложное устройство, нужно чётко определить для себя цели, для которых вы собираетесь его использовать. От этого будет зависеть какие рабочие параметры его вам лучше подойдут. Учитывая, что такое периферийное устройство стоит недёшево, следует наиболее тщательно подбирать его, учитывая все рабочие параметры, чтобы потом не пожалеть о покупке.

Прежде всего, нужно определиться с типом принтера по применяемой технологии 3D печати. Самые популярные и доступные модели сегодня для домашнего пользования или занятий малым бизнесом - это:

• FDM принтеры, в качестве материала использующие полимерную нить из пластика различных видов, и имеющие довольно хорошее качество печати и наиболее низкую цену;
• SLA устройства на фотополимерах, имеющие более высокое качество печати и цену, идеально подходящие для производства ювелирных изделий;
• наиболее дорогие из периферийных устройств этой группы - приборы SLS типа, которые расплавляют порошок лазером, покупать их для дома нецелесообразно, и они могут подойти лишь для бизнеса, из-за высокой стоимости (до 30 тысяч долларов).

Среди основных критериев выбора можно отметить следующие:

1. Тип применяемого для печати материала. Выбирая 3D-принтер, нужно учитывать, что расходный материал для устройств типа FMD будет стоить дешевле, чем для SLA-принтеров. Для тех, кто решил приобрести FDM-принтер, существует большой выбор пластиков разных расцветок и видов (PLA, ABS, HIPS, PVA и другие), но идеальным для новичков будет полимерная нить из PLA пластика, поскольку этот материал более лёгкий в пользовании, и изделия из него получаются идеально ровными и гладкими. Для выбравших же 3D-принтер SLA придётся приобретать более дорогой материал в виде фотополимерных смол. К непрофессиональным моделям принтеров лучше всего покупать фотополимер серий Vera, Somos или Tanga, отличающиеся прозрачностью, высокой прочностью, термостойкостью и стабильностью пластика.
2. Точность печати. Она более высокая у принтеров SLA. Точность же воспроизведения модели в устройствах экструзионного типа во многом зависит от толщины слоя, который укладывается принтером при печати. А значит, чем тоньше отверстие сопла экструдера, тем выше и чёткость воспроизведения цифровой модели в материальном объекте. Сегодня выпускаются модели принтеров с разным диаметром отверстия сопла от 0,1 до 0,4 мм. При этом нужно понимать, что чем меньше отверстие сопла экструдера, тем больше времени уйдёт на изготовление модели. Здесь каждый должен выбирать сам, что для него важнее - точность отображения 3D-модели или скорость печатания.
3. Область печати, определяющая какого максимального размера объект можно распечатать данным принтером. Имеется, конечно, возможность изготавливать и объекты большего размера, но только по частям, склеивая их специальным клеем. Для этого с помощью программы 123D Make цифровая модель разбивается на отдельные части. Но, если вы не хотите заниматься склеиванием, то при выборе принтера сопоставляйте желаемые размеры изготавливаемых макетов с областью печати конкретной модели.
4. Особенности конструкции. Здесь имеет значение открытая она или закрытая, и из каких материалов изготовлен корпус и несущие элементы. Эти факторы больше всего влияют на жёсткость всей конструкции, от которой зависит скорость передвижения печатающей головки, а также способность несущих частей устройства гасить колебания и вибрацию от нескольких электродвигателей, отвечающих за перемещение головки принтера по всем трём осям (X, Y и Z) и его стола по оси Z. Изготовленный из дерева корпус хоть и покажется кому-то слишком бюджетным вариантом, но зато он отлично поглощает колебания. Изготовленные же из алюминия или стали несущие конструкции будут более прочными и долговечными. Принтеры типа SLA лучше покупать с хорошо проветриваемой рабочей камерой, что будет способствовать более быстрому отвердеванию фотополимера. А для устройств FDM типа, особенно при работе с ABS пластиком или нейлоном, имеющими высокую степень усадки при быстром остывании, лучше приобрести 3D-принтер с закрытым корпусом и облицовкой рабочей зоны.
5. Наличие вспомогательного софта. Принтеры для объёмной печати - это высокотехнологичные компьютерные устройства, для работы которых требуются специальные программы. Прежде всего, 3D-принтер должен распознавать и уметь читать все 3D-редакторы и различные форматы ввода данных. К последним относятся языки STL и X3D, а также стандарт VRML. Существует множество вспомогательных программ, позволяющих производить самые разнообразные действия по подготовке к печати и созданию материальной модели. Такими являются, например, программы слайсеры, позволяющие разрезать объект на части для вывода его на печать частями (Kissslicer или Cura) или программа 123D Catch, предназначенная для работы с облачным сервисом, и позволяющая получить трёхмерную цифровую модель объекта по его фотографиям, сделанным с разных ракурсов. Наличие вспомогательных программ, поставляемых изготовителем принтеров, значительно облегчает работу с такими технически сложными устройствами. И на этот факт тоже следует обращать внимание при их выборе.

Наиболее подходящие 3D-принтеры для малого бизнеса

Объёмная печать с использованием 3D-принтеров, является сегодня наиболее перспективным направлением для малого бизнеса. С помощью этих компьютерных устройств, не требующих слишком больших финансовых вложений, как для промышленных принтеров, можно наладить мелкосерийное производство различных товаров.

Из большого многообразия, представленных на рынке принтеров для этих целей больше всего, подойдут модели, удовлетворяющие следующим критериям:

• качество печати должно быть довольно высоким, чтобы создавать уникальные и реалистичные модели, интересные для продажи, что сразу исключает из выбора относительно дешёвые принтеры, стоимостью до 1000 долларов;
• желательно, чтобы принтер был приспособлен для цветной печати (принтеры FDM, DIW, 3DP или EBF), что позволит сэкономить время на раскрашивание товара при мелкосерийном производстве;
• устройство должно поддерживать работу хотя бы с двумя основными видами пластиков (ПЛА И АБС), что расширит возможности его использования, и позволит производить продукцию для детей (ПЛА пластик предназначен именно для детских товаров);
• цена расходных материалов, используемых 3D-принтером, должна обеспечивать приемлемую себестоимость готовых изделий, достаточную для нормального уровня рентабельности бизнеса;
• размер рабочей камеры должен соответствовать габаритам предусмотренных для производства моделей, при этом следует учитывать, что принтеры с большей областью печати и стоить будут дороже.

В любом случае выбор принтера будет зависеть от того, каким видом бизнеса вы предполагаете заниматься. Для производства мелких поделок подойдут устройства экструзионного типа, а для изготовления ювелирных изделий или зубных протезов - более дорогие принтеры на фотополимерах. Из наиболее подходящих для малого бизнеса можно назвать следующие модели:

• Flashforge Creator Dual , с объёмом рабочей камеры 5,2 литра и двумя экструдерами, принтер поддерживает работу с тремя видами пластиков - ABS, PLA, PVA и имеет точность печати 0,1 мм;
• 3Dison pro AER от корейской компании Rokit, с объёмом рабочего пространства 15,3 литра способный работать с 50 материалами, имеющий высокую скорость печати (до 1000 мм/сек) и толщину слоя от 0,025 мм;
• стереолитографический 3D-принтер типа SLA модели

  Pico 2 от компании Asiga, идеальный выбор для тех, кто решил заняться ювелирным делом или оказанием стоматологической помощи, устройство работает от твердотельного LED источника ультрафиолетового излучения.

Какое устройство выбрать для дома

Учитывая пока ещё высокую стоимость периферийных компьютерных устройств для трёхмерной печати, вряд ли будет целесообразным покупать для домашнего пользования слишком дорогой и навороченный 3D-принтер стоимостью в 5 - 10 тыс. долларов и выше. Вполне достаточно будет устройства по цене от 500 долларов до 3 тысяч. Здесь всё зависит от требовательности покупателя к качеству печати и его финансовых возможностей.

Лучше всего, если 3D-принтер для дома будет иметь простое и понятное управление, удобный интерфейс и идеальное соотношение цены и качества. Все востребованные сегодня для домашнего пользования принтеры можно разделить на следующие группы по ценовым категориям:

• бюджетные модели, наиболее доступные из этого вида устройств по цене от 300 до 1 тысячи долларов;
• принтеры среднего класса (1–1,5 тыс. долларов);
• довольно высокого класса устройства по демократичной цене от 1,5 до 3 тысяч долларов.

Среди наиболее популярных принтеров для 3D-печати, можно отметить следующие модели:

• Printrbot Simple , стоимостью 300$, который относится к принтерам экструзионным (FMD), и продаётся в разобранном виде - самостоятельная сборка устройства поможет лучше разобраться с его конструкцией и понять принцип работы этого оборудования;
• Kino XYZ printing da Vinci 1.0 - это новый принтер тайваньской компании XYZ printing, имеющий высокое разрешение печати сопоставимое с более дорогими устройствами - 0,1 мм, стоимость его около 500$ (в работе используется технология послойного наложения расплавленного пластика - FDM);
• Cubify CubeX , относящийся к среднему ценовому сегменту, со стоимостью 1300$, и отличающийся высоким качеством печатания и скоростью создания модели с большими её размерами, этот принтер выпускается в трёх вариантах конструкции - с 1, 2 и 3 экструдерами, что позволяет получать цветные макеты компьютерных моделей, может подключаться к компьютеру через USB соединение или Wi-Fi модуль.
• Afinia H-Series H479 , имеющий высокую точность печати (0,15 - 0,4 мм), удобное программное обеспечение, который работает с недорогой нитью из ABS пластика приличного качества, стоит такое устройство 1,5 тысячи долларов.

Рейтинг лучших 3D-принтеров

Самым известным в мире экспертом в области объёмной печати является зарубежный портал 3D Hubs, который регулярно составляет рейтинг лучших моделей печатающих периферийных устройств в различных номинациях. По версии этого интернет-ресурса, лучшими в 2017 году были названы следующие модели 3D-принтеров:

1. Original Prusa i3 MK2 производства чешской компании Prusa Research. Этот принтер предназначен для любителей электроники, являющихся новичками в вопросах 3D-печати, которые смогут самостоятельно собрать его из комплектующих, поскольку он продаётся в разобранном виде. Устройство относится к экструзионным моделям типа FDM, и поддерживает работу с 15 видами пластика, включая ABS и PLA, Carbon и Nylon, HIPS и FilaFlex, Bamboofill, Laybrick и другие. Эта модель в работе может использовать одновременно до 4 различных материалов. Она имеет интегрированную ось Z и нагревательный стол с печатной поверхностью из пластика типа PEI. Принтер такой модели имеет достаточно большую область печати размерами 250 x 210 x 200 мм, минимальную толщину укладываемого слоя пластика 0,05 мм и скорость печатания 40 - 60 мм в секунду.
2. BCN3D Sigma R17 (Release 2017) . Эта модель 3D-принтера, выпущенная компанией из Испании BCN3D Technologies, является продолжением популярной во всём мире линейки устройств для трёхмерной печати Sigma. В новой модели применён независимый двойной экструдер, позволяющий избежать деформаций при смене цвета изделий, а также одновременно выполнять печать двух идентичных макетов. В модернизированном устройстве применена новая система охлаждения и обновлена технология микрочипов, управляющих мощностью. Всё это позволило сделать работу принтера более бесшумной. Sigma R17 имеет высокую точность печати от 0,125 мм и область построения макета размерами 297 х 210 х 210 мм. В работе применяется пластиковая нить из следующих полимеров ABS, PLA, HIPS, PET и Exotics, которые экструдер выдавливает с минимальной толщиной слоя 0,05 мм.
3. Formlabs Form 2 - стереолитографический (SLA) 3D-принтер, выпускаемый американской компанией Formlabs, оснащённый мощным лазером, сенсорным дисплеем и Wi-Fi модулем. Устройство имеет область печати размером 145 x 145 x 175 мм и толщину слоя 0,025 - 0,1 мм. Этот принтер работает на жидких фотополимерах и допускает использование смол других производителей. Он оснащён платформой с подогревом и встроенной панелью управления.
4. PowerSpec 3D Pro. Данная модель производится в Китае и относится к ценовой категории бюджетных 3D-принтеров. Его отличительными чертами являются прочность, высокая скорость печати и наличие в конструкции двойного экструдера, что является редкостью для недорогих моделей. 3D Pro поддерживает работу с тремя видами пластиков (PLA, ABS и PVA) и имеет высокую точность печати. Толщина укладываемого слоя 0,1 - 0,3 мм.
5. OrdBot Hadron. Этот принтер выпускает компания ORD Solutions из Канады. Модель представляет собой механическую платформу для 3D-печати, изготовленную из алюминия. Она имеет высокую жёсткость, надёжность и скорость печати (400 мм/с). Принцип её работы построен на технологии FDM. Устройство поддерживает работу с двумя видами пластиков - ABS и PLA, и имеет область печати размером 190 х 190 х 150 мм. В конструкции этого принтера предусмотрена возможность подключения второго экструдера, сервопривода, жидкокристаллического экрана и другого оборудования, что сможет существенно модернизировать устройство уже после его покупки.

Технологии трёхмерной 3D печати ещё только начинают завоёвывать компьютерный рынок, и стоимость принтеров для воплощения цифровой модели в материальный объект пока довольно высокая. Но за этими технологиями будущее, и наверняка 3D-принтеры в скором времени появятся в каждом доме, превратившись в обыденное дополнение к компьютеру. Уже сегодня многие модели стали доступными для людей со средним уровнем достатка, и широко используются не только в малом бизнесе, но и в быту. Пользуясь изложенными рекомендациями можно легко подобрать подходящий принтер для домашнего пользования или небольшого собственного бизнеса.

Инновационные технологии 3D в недавнем прошлом ставшие сенсацией, в настоящее время прочно вошли в нашу повседневную жизнь. 3D-фильмы, специальные очки и все прочее уже не считается чем-то этаким и диковинным. Объемное изображение захватывает внимание, обволакивает и заставляет почувствовать зрителя как-бы внутри него - это, безусловно, более интересно, чем привычный формат. Не стоят на месте и производители современных печатных устройств. Яркий тому пример – 3D-принтеры. Что это такое и как работает 3D-принтер, расскажем в этой статье.

Главная задача эти устройств – печать трехмерных моделей из различных материалов: бумаги, пластика или даже легких металлических сплавов, слои которых накладываются один на другой и склеиваются. Толщина одного слоя около 0,1 мм. По техническим характеристикам печати 3D-принтеры можно разделить на лазерные и струйные, как обычные принтеры.

Лазерная 3D-печать

Лазерная технология основана на стереолитографии (SLA), которая позволяет печатать трехмерные модели на основе CAD-чертежей. Принцип следующий – водянистый фотополимер просвечивается ультрафиолетовым лучом, тончайший слой практически мгновенно застывает. Специальная компьютерная программа разделяет трехмерную модель объекта на сотни тысяч таких слоев, и они ложатся один на другой, склеиваются особым клеем, застывают, и снова следующий слой по заданным параметрам. Так слой за слоем и вырастает готовая модель, в конце процесса она очищается от лишнего полимера, промывается и высушивается. Лазерная технология 3D-печати позволяет воспроизводить трехмерные модели высотой до 75 см.

Струйная 3D-печать

Струйная технология 3D-печати аналогична принципу работы обычного струйного принтера. Вместо краски используют специальный пластик, который сначала нагревается и плавится, затем наносится на основу микроскопическим слоем, и очень быстро застывает. Этот метод печати обычно называется методом лазерного спекания (SLS), и наряду с более выгодной по стоимости по сравнению с SLA-технологией, плюсом является возможность делать трехмерные модели из металла. Принцип работы 3D-принтера на основе технологии спекания дает возможность использовать для основы в качестве порошка различные полимерные материалы, а также керамику или стекло. Еще одно преимущество такого метода – некоторые модели принтеров позволяют в используемый клей добавлять краску, что позволяет создавать разноцветные модели.

Инновации и постоянное развитие 3D-печати создает дополнительные возможности не только для дизайнеров, но и для различных областей медицины, промышленного производства и многих других. Ведь с помощью такого устройства любую идею можно воплотить в реальную модель или прототип.

О существовании 3D печати слышал, наверняка, каждый, а в новостях то и дело проскакивают факты о новых возможностях этой технологии. Не так давно трехмерная печать использовалась только в производственных условиях и немногими энтузиастами, сегодня же можно запросто купить 3D принтер для использования в быту. С помощью таких устройств печатают самые разные вещи : от декоративных безделушек для дома до протезов, оружия и даже зданий. Перспективы трехмерной печати настолько фантастические, что мало кто сегодня может в полной мере их себе представить. А пока наблюдаем за тем, как будущее наступает , изучаем принципы работы 3D принтера, его возможности и преимущества, а также разбираемся, какой 3D принтер выбрать для использования в быту.

Несмотря на то, что технология трехмерной печати находится у всех на слуху только последние несколько лет, ее появление стоит искать еще в прошлом веке. Пионером в данной области стала компания Charles Hull, которая в 1984 году разработала технологию трехмерной печати, а чуть позже запатентовала технику стереолитографии, которая сегодня используется повсеместно. Тогда же компания разработала и создала первый промышленный трехмерный принтер, который фактически стал началом новой эпохи.

90-е годы стали временем появления новых разработок в сфере трехмерной печати, благодаря которым 3D принтеры нашли применение в производственных условиях и стали использоваться для прототипирования. Пик развития технологии приходится на XXI век, и мы сами становимся очевидцами того, как семимильными шагами трехмерная печать покоряет новые вершины. Сегодня печать может осуществляться разными материалами, причем не только пластиками и металлом , но и тканью, бумагой, керамикой, пищевыми продуктами и даже живыми клетками.

В 2005 году появилась возможность печатать в цвете, а в 2006 году был создан принтер, который может распечатать около половины всех собственных комплектующих. В 2014 году появились первые принтеры с областью печати, практически неограниченной в размере. С помощью этого устройства уже попытались создать полноценный дом, используя в качестве основного материала бетон. На возведение такого сооружения было потрачено не более суток. Уже в 2016 году было представлено первое здание, построенное с помощью трехмерной печати в Дубае. В феврале 2017 года Россия также представила дом, целиком напечатанный на стройплощадке. В этом году также был разработан принтер с шестью осями, с помощью которого сложные элементы будет печатать намного проще, без необходимости использовать поддерживающие конструкции. На данный момент вовсю ведутся разработки принтеров, которые смогут печатать органы человека, протезы, имплантаты, корпусы автомобилей и даже еду.

Как работает 3D принтер? Просто о сложном

Если коротко, то 3D принтер – это устройство для создания трехмерных объектов методом послойной печати. Спектр используемых для печати материалов постоянно расширяется и можно смело предполагать, что в будущем он будет включать большинство известных нам веществ. Пока самыми популярными материалами для печати остаются термопластики и фотополимерные смолы.

Общий принцип работы 3 D принтера можно представить следующим образом:

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

Типы 3D-принтеров и особенности печати каждого

Чаще всего сегодня используют технологию FDM -печати, а также SLA -печати. Что стоит за этими непонятными аббревиатурами, и какими еще разработки существуют в данной сфере?

Метод FDM-печати

FDM -технология (Fused Deposition Modeling) – это технология послойного наплавления нити. Сегодня этот способ 3D-печати считается самым распространенным, одновременно он относится и к одним из самых старых методов. Принцип заключается в послойном наплавлении нити пластика по контуру модели.

Для печати используются термопластики, которые поставляются в виде катушек или прутков. Чаще всего печатают PLA и ABS пластиками , в числе которых нейлон, полиамид, поликарбонат, PET (он же полиэтилентерефталат, который используется для создания пластиковых бутылок) и некоторые другие вещества.

Принцип работы заключаются в следующем:

• нить материала помещается в экструдер, где она плавится под воздействием нагревательного элемента, а потом выдавливается через сопло на рабочую поверхность;
• экструдер двигается по траектории, заданной ей программным обеспечением, и слой за слоем строит объект;
• если необходимо напечатать сложный предмет, то могут использоваться два типа материала: один – для модели, второй – для создания опор (он, как правило, растворимый, или же просто очень легко отламывается от объекта). Опоры необходимо печатать , если объект имеет повисшие в воздухе элементы, которые без поддерживающих элементов создать невозможно – принтеру будет просто не на чем печатать. Наглядно все представлено на рисунках ниже;
• после формирования первого слоя платформа опускается вниз на толщину одного слоя, а экструдер выдавливает новую порцию материала, процесс повторяется много раз;
• по окончанию печати остается отделить вспомогательные элементы.

Модель и поддерживающие элементы

FDM-технология позволяет использовать термопластики производственного класса, поэтому распечатанные объекты получают отличную механическую, химическую и термическую прочность. Технология простая, чистая и пригодна для использования в условиях офиса или дома.

По такому же принципу работают 3 D -ручки. Это фактически миниатюрные принтеры. Такие ручки предназначены для рисования трехмерных рисунков. Пользователь может выдавливать из нее мгновенно застывающий пластик, придавая ему любую форму и получая забавные изделия. Устройство больше предназначено для баловства, но идея интересная, а дизайнеры смогут сделать много интересных предметов декора для дома.

Метод SLA-печати, или стереолитография

SLA-технология (laser stereolithography) предполагает использование для печати жидких фотополимерных смол, которые имеют свойство застывать под воздействием лазера или подобного источника энергии. Метод позволяет получать предметы с очень точной геометрией , ведь толщина слоя может достигать рекордных 15 микрон, поэтому уже широко применяется в стоматологии при изготовлении имплантатов и в ювелирном деле для создания заготовок с обилием сложных деталей.

Принцип работы 3 D -принтеров , использующих метод лазерной стереолитографии, коротко можно описать так:

• рабочая платформа погружается в ванну с жидким фотополимером на толщину одного слоя (15-150 микрон);
• воздействие лазера на стенки будущего объекта. Лазерный луч в буквальном смысле вычерчивает на фотополимере форму объекта, которая, в свою очередь, задается программным обеспечением. Облучение лазера вызывают полимеризацию материала в точках соприкосновения с лучом и его затвердевание;
• платформа погружается еще чуть глубже в ванну с жидким фотополимером, причем глубина погружения соответствует величине слоя. Лазер снова воздействует на зоны материала, которые должны быть частями печатаемого объекта;
• процесс повторяется слой за слоем, пока не будет распечатан смоделируемый объект;
• технология также требует печати поддерживающих элементов. Они выполняются из того же фотополимера;
• после завершения печати объект погружают в ванну в специальные растворы для удаления излишков и очистки модели;
• финал – облучение ультрафиолетом для окончательного застывания фотополимера.

Технология прогрессивная, но требует покупки дорогих расходных материалов.

Другие типы печати

Менее распространенными, но не менее интересными и перспективными являются следующие способы трехмерной печати:

Какой 3D-принтер лучше выбрать для бытового использования?

Забегая наперед, отметим, что пока стоимость бытовых 3D-принтеров остается относительно высокой, но в дальнейшем имеем все шансы наблюдать удешевление технологии. Вспомните, когда появились мобильные телефоны, они также были доступны только очень богатым людям.

Цели использования домашнего 3Д-принтера могут быть совершенно любыми: от простого баловства и знакомства с новой технологии до печати полезных в хозяйстве мелочей и моделей-прототипов для бизнеса. В любом случае, при выборе обращайте внимание на такие ключевые характеристики устройства:

• разрешение печати (точность печати) – это минимально возможная высота слоя, которую может напечатать принтер. Обозначают разрешение в микрометрах (тысячная доля миллиметра). Чем меньше высота слоя, тем менее заметным будет переход между ними, и тем более гладкой будет поверхность печатаемого объекта. С другой стороны, чем меньше слой, тем больше времени принтеру понадобится на печать и тем выше нагрузка на все его элементы. Разрешение зависит от технологии (SLA позволяет печатать точнее, чем FDM), точности работы печатающих головок, настроек программного обеспечения и выбранного материала для печати;

  Образцы с разной толщиной слоя

• скорость печати напрямую зависит от точности: чем выше точность, тем меньше скорость выращивания модели.
• область печати говорит о том, какого размера объект можно напечатать на принтере. Другими словами, это зона возможной досягаемости печатающей головки по горизонтальным осям X и Y, а также по вертикальной оси Z. Обычно область печати выражают тремя цифрами – это высота, длина и ширина условного параллелепипеда (например, 20*30*30 мм). У дельта-принтеров область печати имеет форму цилиндра, поэтому указывается его высота и диаметр;
  
• тип используемых для печати пластиков. В бытовых условиях используются именно пластики, и это могут быть ABS и PLA пластики, некоторые модели могут печатать обоими видами материалов. Возможность печати тем или иным типом пластиков объясняется наличием или отсутствием подогрева платформы. Если вы пока не решили, чем будете печатать, то лучше выбрать модель, которая поддерживает максимальное количество материалов;
• страна-производитель . Европейские страны и США производят качественные, но дорогие устройства, завозятся в небольших количествах, сервисное обслуживание затруднено. Китайские устройства стоят недорого, качество часто оставляет желать лучшего, но для того, чтобы побаловаться, такие принтеры пойдут. Есть еще принтеры российского производства: при неплохом качестве они радуют возможностью сервисного обслуживания.
  

Интересные варианты бытовых 3D-принтеров

MakerBot Replicator 2

Качественный принтер американского производства, печатает по FDM-технологии, минимальная толщина слоя – 100 микрон (0,1 мм). Область печати – 285*153*155 мм, для печати используются PLA и ABS пластики. Максимальная скорость печати – 40 мм в секунду, или 24 см 3 /час. Корпус выполнен из стали, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Модель хоть и выпущена в 2013 году, до сих пор активно используется для бытовой печати. Стоимость 3100$.

PrintBox3D One

Принтер отечественного производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя – 50 мкм, размеры рабочей платформы – 185*160*150 мм. Устройство печатает ABS и PLA пластиками, оснащено подогреваемой платформой. Цена около 1700$, разработано для использования в сфере образования и дизайна.

Wanhao Duplicator i3 v2

Бюджетный вариант для тех, кто хочет освоить технологию и побаловаться. Стоит около 500$, печатает разными видами пластика с точностью до 100 мкм, область печати 200*200*180 мм. Качество сборки отличное.

PICASO 3D Designer

Печатает по FDM-технологии, как и все бытовые 3D-принтеры на сегодняшний день, использует для печати ABS и PLA пластики, в т.ч. нейлон. Точность печати – 50 мкм, рабочая платформа размерами 200*200*210 мм, максимальная скорость – 30 см 3 /час. Устройство оснащено подогреваемой платформой, стоимость 1700$.

3D принтер Hercules

Неплохое устройство от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати – 50 мкм. Платформа подогреваемая, максимальная температура – 120 0 С. Скорость печати – 40 см 3 /час. Цена 1150$.

В качестве итога об основных плюсах и минусах трехмерной печати

3D-печать – направление перспективное и с большим потенциалом. Чтобы расставить все точки над «i» в изучении вопроса трехмерной печати, приведем основные ее преимущества:

Существующие минусы :

Трехмерная печать – это будущее медицины и промышленности, а также возможность быстрого создания прототипов и моделей, а это бесценно для инженерии. Кто знает, может, через 5-10 лет мы так же просто будем скачивать модели чашек или обуви и печатать их на собственном домашнем принтере, как сегодня скачиваем и просматриваем фильмы.