Что может 3д принтер. Как это сделано, как это работает, как это устроено. Технология быстрого прототипирования

В самом начале нынешнего века 3D стало неотъемлемой частью нашей жизни. Первоначально оно вызывало ассоциации с миром кино, мультфильмов или фотографий. Но сомневаемся, что в наше время есть хоть один человек, который не слышал что такое 3D-печать.

Что же это за новый термин, как он способен повлиять на Буденную жизнь, производство и науку, мы с вами увидим в данной статье.

В самом начале предлагаем вам небольшой экскурс в историю. Хотя о 3Д печати начали массово упоминать лишь на протяжении недавних лет, в действительности она действует уже довольно давно. Еще в 1984 году компания Charles Hull разработала 3Д печать, источником для которой были бинарные данные, и уже 2 года спустя получила патент на изобретение по имени стерео литография. В том же году инженерам удалось изготовить первый в мире промышленное 3Д печатающее устройство. Некоторое время спустя за разработку перспективного направления взялась и компания 3D Systems, она еще в 1988 г. создала образец принтера для 3Д печати в домашних условиях, а именно SLA – 250.

Через короткий промежуток времени, торговая марка Scott Grump смогла реализовать моделирование плавлеными осаждениями. После пары лет затишья, в 1991 году компания Helisys изобретает и выдает на общий суд новейшую методику многослойного оттиска, а уже через год, в 1992, в компании DTM видит свет одна из первых систем селективного сваривания лазером. После чего, в 1993 году создается организация Solidscape, и занимается массовым производством принтеров струйного типа, которые имеют возможность воссоздавать разные объекты, имеющие практически идеальную поверхность, и при этом обладая сравнительно не большими затратами. В это же время Массачусетский институт показал свою технологию 3Д печати, чем то похожую на ту, которая используется в стандартных струйных печатающих устройствах. Но все же наибольший пик развития 3Д печати попадает на 21 век.

В 2005 году увидел свет 3D принтер, который не просто создавал детали, а делал их цветными. Продукт компании Z Corp имел имя Spectrum Z510, а практически уже через пару лет появился принтер, который мог воссоздавать до 50% всех элементов, из которых был сделан. Сегодня среда использования 3Д печати неуклонно ширится, ведь с ее помощью, как оказалось, можно создать практически все, начиная от внутренних органов живых существ и заканчивая банальной мебелью. Но о сферах использования 3D принтеров мы упомянем чуть ниже.

3D печать, как это действует

По сути, 3D печать это точное воссоздание смоделированной на компьютере детали, при помощи специального печатающего устройства. Изначально цифровая модель это STL-документ, а уже потом 3Д принтер, из такого файла делает реальный объект. Сам же процесс печати это периодически повторяющееся нанесение слоев, на рабочий стол (элеватор), с постепенным его движением вниз, а впоследствии уборка излишков печатающей смеси. Циклы печати монотонно сменяют друг друга, и с каждым из них элеватор опускается вниз на заданную высоту, таким путем и создается сама деталь.

Как работает 3D принтер

Как оказалось 3D печать способна отлично заменить мелкое прототипирование деталей. В отличии от обычного принтера, способного воссоздавать только фотографии, 3D машина делает настоящие объекты. Сегодня такие аппараты способны работать с фотополимерными смолами, пластиковыми проволоками разной толщины, порошком из керамики и металл глиной.

Что же такое 3d принтер?

В основе такого устройства лежит постепенное воссоздание объекта из файла, с послойным нанесением вещества. По сути, деталь как бы растет и, в конце концов, заканчивая свой рост, превращается в готовое изделие. К достоинствам именно 3D печати следует отнести простоту процесса, ее невысокую стоимость и главное высокую скорость работы. Например, для того чтобы создать какую ни будь сложную деталь вручную, может понадобиться очень много усилий и времени - вплоть до месяцев. К тому же при традиционном способе предварительно необходимо создать чертежи и проверить их. Как результат производитель имеет более высокие затраты на разработку и долгое время на нее же.

3D технология напрочь лишена вышеописанных недостатков, тем более при ее применении различные моменты и неполадки, которые могут возникнуть, устраняются еще в процессе разработки, а не изготовления, как при ручном проектировании. Так же при компьютерном моделировании детали, инженер еще на первых стадия может протестировать ее и рассмотреть со всех ракурсов, а в случае обнаружения недостатков, сразу устранить их. Именно поэтому наличие ошибок в напечатанных деталях полностью исключено.

На сегодня есть сразу несколько разных методик 3Д печати, и отличаются они именно способом нанесения слоев. Давайте поговорим о главных из них. Основными технологиями 3D печати являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев плавлением материалов) и SLA (стереолитиография). Наиболее востребованной, благодаря своей высокой скорости, выступает именно технология SLA.

Лазерный луч направляется на фото полимер, и тем самым дает нанесенному материалу отвердеть. В роли фото полимера применяется полупрозрачное вещество, которое способно деформироваться под воздействием атмосферной влаги. После своего затвердевания такой материал можно легко склеивать, обрабатывать и окрашивать. Сам рабочий стол (элеватор) прибывает в ёмкости наполненной фото полимером. После нанесения очередного слоя, лазерный луч проходит по нему, делая твердым, и рабочий стол смещается вниз.

Это так называемое спекание или сплавление составов порошкового типа, SLS - одна из немногих методик, способная изготовить формы, как для пластикового литья, так и металлического. Пластиковые объекты имеют превосходные механические качества, в силу чего их спокойно можно использовать для создания полноценных деталей механизмов. В SLS берутся материалы, которые по своим параметрам близки к законченным продуктам, таким как керамика, пластик либо металл.

Сам принтер построен следующим образом – порошок наносится на поверхность элеватора и под действием лазера спекается в твердый слой, соответствующий необходимым требованиям.

Технология DLP – присутствует на рынке трех мерной печати сравнительно недавно. Стереолитографические печатающие устройства в наши дни позиционируются в качестве альтернативы FDM моделям. Такие устройства используют методику обработки световым излучением. В отличии от аналогов где для печати применяются пластиковые проволоки и элементы нагрева, тут используются фотополимерные смолы в совокупности с DLP-проектором. Несмотря на замысловатое название DLP 3D принтер, практически не отличается от любых других серийных собратьев. Нужно так же заметить что разработчики из компании QSQM Technology Corporation, уже начали создавать первые устройства данной серии.

Нужно заметить, что методики SLS/DMLS – не единственные, способные осуществлять печать металлом. Сегодня для таких целей применяется и электронно-лучевая плавка. Как показали тесты в лаборатории, нанесение слоев металла, посредством плавки проволоки, малоэффективны, именно поэтому и был разработан особый материал – металлоглина.

Металлическая глина, выступает как бы чернилами при электронно-лучевой наплавке, она делается из совокупности клея, стружки металла и воды. Чтоб преобразовать чернило в твердое вещество, его необходимо разогреть до температуры, при которой вода и клеящая смесь испарятся, а металлическая стружка сплавится воедино.

Как работает EBM 3d принтер

Точно такой же вариант применен и при работе с SLS принтерами, с той лишь разницей, что EBM-модели создают для плавки металла глины, упорядоченные электрические импульсы, а не лазерный луч. Такой подход позволяет достигнуть отличного качества изготавливаемых объектов и превосходной детализации. Сегодня в продаже существуют только промышленные устройства, с задействованием EBM технологии.

Технология НРМ (FDM) HPM

Эта технология может изготавливать не просто модели, а полностью готовые детали из различных видов пластика. К ее достоинствам следует отнести возможность использования промышленного сырья, в то время как на других устройствах это невозможно. Детали, созданные по технологии НРМ (FDM) HPM обладают отличной стойкостью к любым видам воздействий, а так же высокой прочностью.

Печать с применением технологии НРМ отличается хорошей гладкостью поверхности, легкостью в эксплуатации и способностью работать в офисе. Объекты, изготовленные из термопластика, обладают хорошей стойкостью к повышенным температурам, механическим воздействиям, разным химическим реагентам, а также влажной и сухой среде.

Растворимые сопутствующие материалы дают возможность изготавливать довольно сложные многоуровневые формы, а также полости и отверстия, которые получить обычными средствами очень сложно. Принтеры, работающие НРМ, изготавливают детали путем нанесения серии слоев, один на другой, при этом металл разогревается до полужидкого состояния и выдавливается через сопло, на определенные места, запрограммированные на ПК.

Чтобы производить печать с применением методики НРМ используют сразу два разных материала, основной нужен для создания самой детали, а дополнительный для поддержки. Нити и того и другого металла подводятся в головку устройства, которая движется и налаживает металл, образовывая слой. После завершения очередного слоя, платформа опускается, и головка принимается за следующий слой. Когда 3D-принтер уже закончит производство детали, нужно отделить вспомогательный металл, либо растворить его моющим средством. Изделие готово к работе.

Сегодня большой популярностью пользуются не только автоматические устройства HPM, но и ручные их версии. Такие аппараты, по сути, являются ручками для изготовления 3D объектов. Такие ручки сделаны, как и автоматические принтеры, с той лишь разницей, что их головку человек держит в руке и дозирует наплавляемый материал.

Естественно что, как и технологии, сами аппараты тоже отличаются друг от друга. Если у вас модель типа SLA, то работать по методу SLS он не сможет, т. е. любой из принтеров способен обрабатывать детали только по своей индивидуальной технологии.

Области применения 3D печати

3D печать открыла новые горизонты в таких отраслях как, строительство, медицина, образование, создание одежды, производство, ювелирное искусство, и даже в пищевой индустрии.

К примеру, в архитектурном деле, 3Д печать способна создать модели домов, или полностью целых микрорайонов, со всеми их особенностями. При таких работах применяется дешевая гипсовая смесь, которая делает себестоимость моделей очень низкой. Широчайшая цветовая гамма 390 тысяч оттенков CMYK дает возможность легко реализовать абсолютно любую, даже самую необычную идею архитектора.

3d принтер в области архитектуры

Сегодня можно смело предположить, что в сфере строительства скоро произойдет гигантский прорыв. Инженерам из Калифорнии удалось создать уникальную систему 3Д печати объектов в натуральную величину. Она действует подобно крану, который возводит стены домов. К примеру для того чтобы напечатать полно объемный двух этажный дом, принтеру нужно всего 20 часов. После чего строителям необходимо будет всего лишь отделать стены. 3D House становится все более и более популярным.

Остальные отрасли применения

Уже сегодня ведущие работники медицины способны с помощью 3D принтера воссоздать отдельные участки человеческого скелета, благодаря которым проводить операции стало намного легче, а сами имплантаты лучше приживаются. Также широкой популярностью печатающие технологии пользуются и в стоматологической сфере, изготовленные таким образом имплантаты более качественные.

Сравнительно недавно ученым из Германии удалось напечатать человеческую кожу. Сырьем для ее создания служит гель, изготовленный из кожи донора. Еще в 2011 г. специалистам посчастливилось изготовить с помощью 3D принтера живую почку человека.

Как видно из выше сказанного, возможности 3D принтеров имеют огромный потенциал. Устройства, готовящие вкуснейшие блюда, делающие протезы и внутренние органы людей, игрушки и инструкции к эксплуатации, туфли и куртки - это уже не фантастика - а наше настоящее. А что ждет нас в скором будущем, на этот вопрос наверняка сможет ответить только фантаст с хорошим воображением.

Наша цель - свой ФабЛаб в Санкт-Петербурге!
Следите за новостями!

Wrote in April 25th, 2016

Никого уже сегодня не удивить технологиями, шагнувшими из книг фантастов. Мы уже настолько привыкли к ним, что мало задумываемся о том, как раньше жили без них. Сейчас мы активно пользуемся ими, учимся, общаемся, зарабатываем с их помощью, развлекаемся, в общем много чего делаем, но осталась одна сфера, которая до сих пор удивляет своими возможностями.

Сегодня в репортаж о том, как устроены и работают 3D-принтеры.

Немного расскажу об истории возникновения этих удивительных станков будущего. Первый 3D-принтер появился на свет более 30 лет назад, в 1984 году. Его изобрел Чак Халл, основатель крупнейшей в мире компании "3D Systems" - лидера в области производства 3D-принтеров. С тех пор технологии в этой сфере шагнули далеко вперед и возможности таких аппаратов значительно расширились. Сейчас 3D-принтеры могут напечатать практически что угодно из чего угодно. Размер создаваемой вещи ограничен лишь рабочей площадью принтеров, однако и эта проблема решаема - есть специальный суперклей, которым склеиваются детали будущего изделия.

Но обо всем по порядку. Принтер подключен к компьютеру, который задает ему задачу распечатать с подготовленной в специальной программе 3D модели будущее изделие. Этот 3D-принтер использует для печати композитный материал на основе гипса, который позволяет печатать с высоким разрешением, воспроизводя до 6 млн. оттенков.

Принцип работы таков - в принтере есть емкость, в которую тонким слоем насыпается мелкодисперсный порошок, выравнивается, над ним проезжает каретка с картриджем и распыляет отвердитель разного цвета на нужные участки. Опять засыпается слой порошка, выравнивается, наносится связующее вещество с краской, и так много раз. Слои настолько тонкие, что под ним видны предыдущие.

Слой за слоем повторяется операция, и дно камеры постепенно уходит вниз. Чтобы напечатать 3D модель требуется до нескольких часов, в зависимости от сложности изделия.

Сегодня мы будем печатать персонифицированный 3D-чехол для 4G модема Yota, сделанный из гипсового композита с частицами метеорита. Да, теперь можно печатать и такие интересные вещи.

Здесь видно, сколько слоев на данный момент напечатано.

Это видео показывает наглядно, как происходит процесс печати.

Но пока идет процесс (он будет длиться около часа) мы посмотрим какие вещи можно напечатать на подобном принтере, расскажу какие принтеры существуют и какие технологии используются на данный момент.

Одна из технологий позволяет сделать 3D модель человека и напечатать вот такие фигурки. Хороший подарок на юбилей, товарищ Сталин одобряет.

Головы одного политика. Думаю вы сами догадались кто это.

И другие интересные фигурки.

Скульптура сделанная руками человека и скульптура напечатанная 3D-принтером.

Любое предприятие теперь может создать прототип какой-то детали на 3D-принтере, и это будет гораздо быстрее и дешевле, чем производить образец традиционными способами. Вот это, например, напечатанный прототип детали двигателя.

Но свое развитие станки будущего начинали с принтеров, о которых мы расскажем ниже. Этот принтер для печати использует пластик. Технология FDM (Fused Deposition Modeling) - послойное нанесение расплавленной пластиковой нити.

Пластик может быть самых разных цветов.

Принтер работает не от картриджа, а от обычных катушек пластика, подсоединённых к нему в том виде, в котором они и продаются. Пластиковая нить заправляется в экструдер, там нагревается и печатающая головка наносит материал на движущуюся платформу.

Это более современный аналог, который можно купить домой. Если цены на домашние 3D-принтеры начинаются от 35 тыс. то этот стоит 165тыс.

Принтер чуть дороже. Виды пластика у них примерно одни и те же. Этот принтер отличается большой областью построения среди домашних 3D-принтеров.

На подобном принтере можно напечатать меч джедая. Причем он складывается.

Или обычный меч. Так как размеры принтера не позволяют напечатать длинные или крупные изделия, то они печатаются частями и затем склеиваются.

Эти маски тоже напечатаны на таком принтере.

Не узнаю вас в гриме, Иннокентий Смоктуновский? Кто узнал персонажа?

Далее наш рассказ будет о принтерах другого типа. Принтер ProJet 6000 работает по технологии SLA (стереолитография) Кстати, эту технологию изобрел Чак Халл. В нем затвердевание фотополимера происходит за счет ультрафиолетовой вспышки лазера.

При печати практически любых моделей существует необходимость поддерживать выступающие, нависающие части выращиваемой модели и для этих целей используется сам материал из которого идет печать.

А здесь уже происходит очистка изделия, промывание, удаление поддержек.

Как мне рассказали, технология 3D-печати настолько продвинулась в последнее время, что существуют принтеры, которые могут печатать чем угодно, начиная от шоколада, заканчивая металлом и песком!

На этом видео к примеру, видно, что принтер печатает как пластик, так и резину.

На этом видео показан уникальный принтер работающий автономно от солнечных батарей. Автор проекта в качестве материала использовал песок, который набирал тут же в пустыне. Вместо лазерных лучей он использовал большую линзу Френеля, которая концентрировала солнце в точку и плавила песок. В качестве насыпающего и выравнивающего устройства выступал сам автор проекта. Координатная система принтера и компьютер, как я сказал ранее, работали от солнечных батарей. В течении нескольких часов нахождения в пустыне он сделал непонятную хреновину и чашу.

Этот принтер печатает из металлической крошки. Частицы порошка спекаются между собой лазером, после чего еще в течении суток лоток остывает. Однако изделие хрупкое, спекание металлических частиц не дает прочность изделию, оно достаточно пористое и может поломаться в руках, потому его еще раз обрабатывают в специальной печи, уложив в другой лоток с другим металлическим порошком, который заполняет поры и делает его достаточно прочным.

В Шанхае при помощи 3D-принтера печатают дома!

В этом видео можно увидеть другие возможности 3D-печати, от печати пирожных, до оружия и протезов. Сейчас активно исследуется возможность печати отдельных органов для человека.

Пока мы ждем окончания печати чехла для модема Yota, нам показали другие вещицы, которые выставляются на различных выставках.

Вот такую удивительную штуку напечатали из полиамида. Ее особенность в том, что все детали в ней движущиеся. Причем ее не склеивали из различных частей, она была напечатана за один раз.

Сделал гифку, чтобы показать ее в работе.

Изделия из других материалов.

Но мы возвращаемся к своему принтеру, который заканчивает печать чехла для модема.

Осталось допечатать всего 43 слоя.

После того, как все закончено, специальным пылесосом, который подключен с самому станку собирается весь порошок. Он опять пойдет в дело при очередной печати, так что можно сказать, что производство безотходное.

В соседней кабинке сжатым воздухом и мягкой щеточкой чехол очищается от порошка.

Почти готово.

Осталось только пропитать его специальным клеем, который заполнит все поры и сделает его прочнее.

А это порошок из метеорита, который добавляется при печати этих чехлов.

Вот и все, чехол для модема готов.

12 апреля, в День Космонавтики, мобильный оператор Yota запустил эксперимент с 3D-печатью и предложил своим клиентам возможность заказать вместе с модемом персонифицированный чехол, сделанный из высокотехнологичного композита с частицами метеорита.

Сделать заказ можно можно на странице 3d.yota.ru при покупке 4G-модема. Пользователь сам может создать дизайн чехла на сайте, отсекая виртуальные грани композита с помощью кликов и вписывая в образец надпись. Доставка чехлов вместе с модемами производится в Москве в пределах МКАД.

По словам представителей Yota, метеорит, используемый в эксперименте, был найден в 2005 году в Магаданской области. Осколок относится к типу железокаменный метеоритов и предположительно является фрагментом метеорита Сеймчан.

Теперь и вы знаете, как устроены и работают 3D принтеры.

Спасибо мобильному оператору Yota и их партнеру, центру 3D-технологий 3D.ru за организацию экскурсии!

Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!

Принтеры для трехмерной печати или 3D-принтеры – это устройства для изготовления объемных моделей. Аппараты узкой специализации обладают безграничными возможностями и сегодня используются в каждой сфере жизни современного человека. Несколько лет назад 3D-принтеры стали доступны и для домашнего использования, попутно охватив часть малого бизнеса.

История создания подобной техники зародилась еще в середине 80-х годов прошлого столетия, но слабое развитие компьютерных технологий «заморозило» активное внедрение трехмерной печати в быт и производство.

Ощутимый старт 3Д-принтеры получили только в 2005 году, наряду с совершенствованием компьютерных возможностей. Тогда публике был представлен первый трехмерный принтер, который печатал в цвете . Впоследствии техника претерпела немало изменений, было разработано современное программное обеспечение для управления процессом печати. В результате пользователям стал доступен функциональный агрегат, способный «печатать» чехлы для телефонов или новые 3D-принтеры.

Первый 3D принтер

Как это работает

Общий принцип работы трехмерного принтера в теории прост и понятен. В программе для 3D-моделирования создается объект или его часть (крупные модели делят на несколько элементов). Затем файл отправляется для обработки специализированной программой (для формирования G-кода), после чего в дело вступает техника. G-код делит цифровую модель на сотни горизонтальных дорожек, задавая траекторию печатающей каретке. На основание слой за слоем наносится расплавленный материал, создавая вполне осязаемый объект.

Схематическое изображение 3D-принтера

Всего существует семь основных технологий, используемых для трехмерной печати, но большая их часть нашла применение только в промышленных целях. Для любительской «пластиковой печати» и малого бизнеса разработаны относительно компактные и недорогие аппараты.

Технология Fused Deposition Modeling (иначе FDM-принтеры) получила самое массовое распространение для трехмерного моделирования и кулинарии. Материал разогревается и подается на платформу через сопло печатающей головки. Объект «вырастает» на плоскости, а его размеры ограничены параметрами платформы.

Технология Polyjet разработана в 2000 году и сегодня принадлежит компании Stratasys. Создание трехмерных объектов производится посредством полимеризации фотополимера под действием УФ излучения. Фотополимер – дорогой и хрупкий пластик, потому в быту такие принтеры практически не используют, но благодаря точной детализации моделирования аппараты применяют в медицине и промышленности (для создания прототипов).

Все о том, как работают современные принтеры для трехмерной «пластиковой печати» можно узнать из тематического видео, например, этого . Также в них часто демонстрируют, как аппарат работает с различными материалами для изготовления объекта.

Управление процессом печати

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

Подключение оборудования к ПК осуществляется через USB-кабель.
Калибровка перемещения сопла относительно платформы.
Настройка и управление нагревом платформы и сопла-дозатора.
Мониторинг соотношения температур.
Управление процессом печати (экструдером) – настройка скорости подачи материала, замена бобин пластика.

Контроль над печатью осуществляется через ПК. Для создания объекта от идеи до результата пользователю необходимы специальные программы для трехмерного моделирования и управления аппаратом.

Современные технологии пока не позволяют создать принтер, где все операции проводятся путем нажатия пары клавиш, потому необходимо освоить немало специфических программ и основы моделирования.

Перед запуском печати оператор калибрует принтер, настраивая его относительно стола-платформы. Базовая прошивка принтера представляет собой ряд настроек по умолчанию, а пользователь производит более точные настройки, в зависимости от используемого материала. Так, для создания объемных элементов на основе ABS или PLA задается разная температура плавления. В процессе печати, оператор через ПО следит за работой. Весь процесс создания модели может занимать от нескольких часов до суток, здесь ключевым фактором является точность исполнения: точные объекты с детальной прорисовкой производятся дольше, чем более грубые.

Где можно применить 3D-принтер

Область применения 3D-принтеров довольно широка: от любительских поделок до бизнеса. Предприниматели наряду со студентами архитектурных отделений первыми заметили огромный потенциал «пластиковой печати».

Также объемное моделирование используют в ювелирной промышленности и всех сферах дизайна и проектирования.

Если ранее печать осуществлялась пластиком, то сегодня разнообразие материалов впечатляет. Производители изготавливают различные основания, например, имитирующие натуральное дерево. Кроме того, в качестве материала для печати можно выбрать не только полимеры, но и нейлон. Эту идею очень быстро подхватили дизайнеры и создали целые коллекции одежды .

Азартные коллекционеры сполна оценят потенциал «пластиковой печати», ведь теперь есть возможность воссоздать любой объект: модели самолетов, знаменитых персонажей, предметов искусства. Редкие коллекционные экземпляры могут стоить довольно дорого, как очень хороший принтер для дома, и здесь выбор очевиден.

Брать или не брать: достоинства и недостатки оборудования

Использование объемной печати предоставляет пользователям обширные возможности. Ключевое преимущество техники – воспроизведение любого трехмерного объекта, и исключений здесь практически нет. Все, что может быть изготовлено из пластика, можно «напечатать», будь то дорогой в оригинале бампер от иномарки или проект будущего торгового центра на выставке архитекторов. Решающим фактором станет размер оборудования, а выражаясь точнее – размер его рабочего стола.

Потенциал «пластиковой печати» усложнен трудоемким процессом подготовки и управления, требующим узкоспециализированных знаний. Неопытный пользователь не всегда сможет спроектировать в 3D-MAX даже простую геометрическую фигуру, не говоря о собственном портрете. Чтобы пользоваться техникой, ее необходимо освоить, а этой займет некоторое время.

Второй недостаток 3D-принтера – его габариты . В продаже доступны и компактные модели, но их предельные размеры печати слишком скромны, хотя вполне подойдут для поэтапного изготовления инсталляций или архитектурных проектов.

Конечно, в качестве игрушки приобретать 3D-принтер нерационально, средняя стоимость моделей дешевого сегмента превышает 30 000 рублей. Покупка будет выгодна, если оборудование будет выполнять определенную задачу: приносить прибыль, развивать навыки, получать образование, заниматься творчеством, помогать в работе.

В ближайшем будущем можно ожидать новых разработок в этой области. Сегодня уже можно напечатать настоящий жилой дом из обычной строительной смеси. Естественно, такое оборудование недоступно для бытового использования, но сам факт применения новых материалов для печати обещает методичное расширение возможностей объемной печати в домашних условиях.

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,

Мы затронули основные принципы послойного создания объектов. В этом материале мы рассмотрим процесс 3D-печати более подробно.

Подготовка к печати

Как уже говорилось, 3D-принтеры создают реальные, осязаемые вещи из виртуальных моделей. Поэтому, в первую очередь, в создается цифровая версия будущего объекта.

Осьминог на фото - это не реальный предмет, а цифровая модель в среде 3D-редактора.

Затем модель обрабатывается специальной программой («слайсер» или «генератор G-кода»). Исходный объект “разрезается” на тонкие горизонтальные слои и преобразуется в цифровой код, понятный 3D-принтеру. Иными словами, слайсер создает набор команд, которые указывают 3D-принтеру, как и куда нужно наносить материал при 3D-печати данного объекта.

На рисунке выше - пример обработки модели осьминога «слайсером». Хорошо видны слои - именно так будет укладываться материал при 3D-печати.

Итак, модель обработана, G-код сгенерирован, объект отправляется на печать.

Устройство 3D-принтера и печать объектов

Существует множество типов 3D-принтеров, различающихся по устройству и принципам работы. Однако, все эти приборы используют один и тот же базовый принцип 3D-печати - построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.

На рисунке выше показано схематическое устройство механизмов. Это очень упрощенная модель - она служит только для наглядной демонстрации базовых принципов работы 3D-принтера.

Печатающая головка , как ясно из названия, формирует слои материала, постепенно выращивая из них объект. Она движется только в горизонтальной плоскости (вдоль осей X и Y).

Рабочая платформа служит для размещения объекта при печати, она двигается сверху-вниз (по оси Z).

Сам по себе, процесс 3D-печати очень прост.

В начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на нее нижний слой объекта. После того как первый слой сформирован, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет построен целый объект. На фотографиях выше хорошо видно тонкие горизонтальные слои материала, из которых состоит фигурка.

Конечно, у каждой модели и, тем более, у разных типов 3D-принтеров, есть свои особенности функционирования. Но базовый принцип работы и детали устройства (координатные оси X, Y, Z, рабочая платформа и т.д.) один.

Теперь, разобравшись с основами, рассмотрим некоторые важные термины, касающиеся 3D-принтеров. Это нужно для того, чтобы, в дальнейшем, вам было проще понять, о чем идет речь.

Разрешение печати

Ключевая характеристика любого 3D-принтера - «разрешение печати». Под этим параметром понимают минимально допустимую высоту слоя материала, с которой может печатать данный 3D-принтер.

Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон), т.е. тысячной доле миллиметра.

Очевидно, что чем тоньше слои, тем менее заметен переход между ними, соответственно, поверхность объекта более гладкая, а его детали - более выразительные.

На фото выше показана одна и та же модель, напечатанная с разным разрешением. Хорошо видно, что объект номер 1 - самый детализированный. Далее, с увеличением толщины слоя, заметно падает качество модели, вплоть до появления раковин и дыр.

С другой стороны, чем тоньше слои, тем больше времени 3D-принтеру нужно затратить на создание объекта, тем больше нагрузка на печатающие механизмы, быстрее происходит их износ.

Разрешение печати зависит от многих факторов:

от технологии работы 3D-принтера (например, лазерные принтеры печатают самые детализированные модели);
от точности работы печатающих механизмов конкретной модели;
от выбранного материала для 3D-печати;
и, наконец, от настроек программного обеспечения.

Область печати

Еще одной важной технической характеристикой любого 3D-принтера является его рабочий объем («область печати», «зона печати» и т.д.). Именно он показывает, какого размера объекты может печатать конкретная модель 3D-принтера.

На рисунке выше зеленым обозначена область печати нашего схематического 3D-принтера.

По сути, этот параметр отображает зону досягаемости (охвата) печатающей головки принтера - в горизонтальной плоскости (по осям X и Y) и по высоте (ось Z). Т.е. объекты, умещающиеся в эту зону, принтер сможет напечатать, если их размеры больше области печати - нет.

Размер области печати принято выражать тремя цифрами: длина, ширина и высота воображаемого параллелепипеда (пример - 20 х 20 х 20 мм). Иногда, для некоторых принтеров со специфической схемой работы механики (например, дельта-принтеров), область печати представляют в виде цилиндра и указывают его диаметр и высоту. В качестве единиц измерения, как правило, используют миллиметры.

Поддерживающие конструкции

Еще один термин, который довольно часто встречается в описаниях 3D-принтеров, это «структуры поддержки» («поддерживающие конструкции», «конструкции поддержки» и т.д.).

Чтобы понять, что это такое, взгляните на картинку ниже.

Это цифровая модель лошади. 3D-принтер будет начинать печать снизу - с задних копыт. Их он напечатает без проблем, так как они касаются рабочей платформы. А вот как быть с остальными деталями, висящими в воздухе? Принтеру для наложения слоев материала нужна какая-то основа - поверхность рабочей платформы или предыдущие слои материала. Он не может печатать в пустоте.

В таких случаях, создаются поддерживающие конструкции.

Вот эта же модель лошади, но теперь, за счет добавленных прутьев, ее детали не висят в воздухе, а касаются рабочей платформы, что дает возможность 3D-принтеру их напечатать. По завершении печати объекта, поддерживающие конструкции удаляются, и лошадь остается в своем первозданном виде.

Итак, теперь мы с Вами знаем, как работает 3D-принтер. В нашей следующей статье мы детально рассмотрим виды 3D-принтеров и принципы их работы, достоинства и недостатки.