Как работает 3д принтер

Как работает 3D-принтер

За последние пару лет появилось много новостей о том, что кто-то что-то распечатал на 3D-принтере:

• слуховой аппарат,
• продукты из молока,
• жилой дом,
• робопалец,
• мозговые импланты,
• статую Давида высотой 1 миллиметр,
• готовые электронные устройства.

Давайте разберёмся, как работает эта технология, какие у неё ограничения и за ней ли будущее.

Для чего нужен 3D-принтер

3D-принтеры печатают объёмные вещи из пластика или других материалов. Их можно использовать в быту или производстве. Например, вот что можно напечатать на 3D-принтере:

Как это работает

Обычно для печати 3D-принтер использует специальный пластик. Он бывает в виде порошка, жидкой смолы или пластиковой проволоки в катушках. Именно из этого материала и будет состоять напечатанная деталь.

Дальше, если говорить грубо, процесс выглядит так:

• этот пластик либо наносят с помощью подвижного сопла;
• либо «запекают» с помощью лазера;
• либо из массива готового материала вырезается лишнее с помощью подвижного резака (но это уже больше похоже на токарное дело и к 3D-печати часто не относят).

Материал принимает нужную вам форму слой за слоем. Когда все слои пройдены, получается деталь.

Ускоренная съемка 3D-печати с помощью подвижного сопла:

Технологии печати

3D-печать очень нужна в промышленности и промдизайне, поэтому существует целый зоопарк технологий печати, у каждой свои преимущества и недостатки.

Стереолитография. Вместо пластика здесь используется специальная смола, которая застывает на свету. Деталь тоже формируется слоями, но сами слои почти незаметны — смола заполняет рельеф и деталь кажется единым целым даже с очень близкого расстояния.

Синтез полимеров (SLS). При такой печати используется порошок, который потом запекается лазерным лучом. Так как лазерный луч можно сфокусировать в любом месте с нужной точностью, то таким способом печати можно получить очень сложные модели с высокой детализацией:

Polyjet. Особенность этой технологии в том, что в ней можно печатать объекты одновременно из разных материалов. Это позволяет создавать практически любые вещи самой сложной формы, которые сразу обладают нужными свойствами. На таком принтере можно напечатать даже кроссовки, которые можно носить:

Что можно напечатать

На 3D-принтере можно напечатать всё что угодно, если у вас есть подходящий материал для печати, готовая модель и достаточно большой принтер.

Прототипы. Часто перед началом производства компании нужно понять, насколько удобной получится вещь в использовании. Чтобы не запускать линию ради одного изделия, его печатают на 3D-принтере и смотрят, что нужно изменить или доработать. На таких прототипах можно заметить, например, что кнопки получились слишком маленькими и их будет неудобно нажимать или что кнопки оказались очень далеко от пальцев и до них нужно будет специально тянуться.

Запчасти и детали. Иногда найти запчасть от какого-то инструмента сложно или почти невозможно: производитель их не выпускает или модель давно снята с производства. В этом случае можно найти в интернете трёхмерную модель нужной детали или нарисовать её самому в редакторе, чтобы потом отправить это на печать.

Медицина. Трёхмерная печать активно используется в медицине для создания новых суставов, тканей и лечения пациентов. Отличие от традиционной печати в том, что вместо пластика там печатают специальными «живыми» растворами, которые взаимодействуют друг с другом и ведут себя как настоящие органы и ткани. Благодаря такой технологии сейчас легко напечатать сустав, который хирург может поставить человеку вместо повреждённого.

Хобби и моделирование. На 3D-принтере легко печатать разные миниатюры, коллекционные фигурки и модели.

Производство других роботов. 3D-принтеры пока не умеют производить сервоприводы и микропроцессоры, но уже умеют печатать корпуса и каркасы роботов.

Дома и здания. Берём здоровенные рельсы с моторами и контроллерами. Устанавливаем подвижное сопло, на которое можно подавать строительную смесь (бетон или полимеры). Можно печатать стены зданий. В отличие от традиционных технологий строительства из кирпича, панелей и блоков, форма стен и здания в целом может быть любой. Фундамент, перекрытия и крыша пока что не печатаются, но это пока.

Представьте: отправляем на Марс полсотни 3D-принтеров на подвижной основе. За год каждый из них печатает ещё по 100 принтеров. Далее все эти 5 000 принтеров разъезжаются по Марсу и начинают строить первую колонию. Пока они строят, мы заказываем в Икее мебель, оформляем доставку, и как раз к моменту доставки наши роботы всё допечатают. Яблони на Марсе вряд ли зацветут, а вот пятиэтажки — могут.

Критика и проблемы

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

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

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

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

Что дальше

Дальше технология победит все проблемы младенчества и будет печатать вам еду, мебель и внутренние органы. Необязательно при нашей жизни, но наши дети и внуки наверняка застанут.

Как работает 3D-принтер: обзор 5 материалов и технологий

Все поправимо. В этой статье подробно о том, как работает 3D-принтер и какие при этом используются материалы. А также рассматриваются возможности промышленного и домашнего типа устройств.

Что такое 3D-печать и где ее применяют

Понятие «3D-печать» означает создание моделей посредством наслоения специального пластичного материала. Эту технологию также именуют наращиванием. В ходе работы устройство постепенно выстраивает заданную объемную фигуру: будь-то игрушка, украшение или макет здания.

Основные сферы, в которых используют 3D-печать, отображены в таблице:

Архитектура и строительство

Все, что можно напечатать на 3D-принтере, будет довольно качественным и прочным. Главное — правильно подобрать материал и грамотно составить задачу для устройства.

Как устроен 3D-принтер

Аппарат для объемного моделирования выглядит как станок с программным управлением. Он выполняет аддитивные (наслаивающие) операции согласно заданному эскизу. Аппарат может иметь разные размеры и технологии печати.

Рассмотрим, как устроен 3D-принтер на примере самого распространенного оборудования — экструзионного. Оно создает модели из пластиковой нити. Материал выходит из экструдера в расплавленном виде и распределяется согласно заданной схеме.

Устройство состоит из следующих элементов:

• печатной платформы из алюминия или стекла;
• механизмов, перемещающихся по трем осям (X, Y и Z);
• экструдера, из которого выходит расплавленный материал;
• двигателей (шагового и линейного), отвечающих за точность, скорость и режимы печати;
• концевых фиксаторов, оснащенных датчиками, необходимых для контроля движения печатающей головки;
• рамы — конструкции для крепления перечисленных элементов.

Строение 3D-принтеров может отличаться в зависимости от технологий, по которым он работает.

Основные принципы работы 3D-принтера

Прежде чем приступить к работе с аппаратом, нужно создать эскиз предмета на компьютере. При этом задаются все технические параметры, формы и габариты. После того как эскиз будет готов, можно приступать к печати.

Принцип действия 3D-принтера зависит от используемой технологии. Их существует более 10 видов. Рассмотрим самые популярные.

SLA

Stereolithography Apparatus — стереолитография, основана на использовании фотополимеров, которые затвердевают под влиянием ультрафиолета. Готовое изделие помещают в жидкость для устранения лишних элементов с поверхности. Затем повторно облучают ультрафиолетом для окончательного затвердевания.

Методом стереолитографии создают протезы костей и зубов, модели для научных исследований, украшения и скульптуры.

SLS

Лазерная технология селективного спекания. Она основана на работе углекислотного лазера. В качестве сырья для изготовления моделей используют порошок из полимера, стекла, керамики или легкоплавких металлов. Во время нагрева гранулы спекаются, но полностью не плавятся.

Метод SLS позволяет печатать объекты сложных форм, механизмы и элементы двигателей, точные прототипы конструкций для тестирования.

EBM

Плавление электронно-лучевым методом. Данная технология является самой совершенной среди существующих. Она предназначалась для аэрокосмической отрасли, но со временем также перешла в другие сферы.

Методом EBM создают очень прочные изделия. Они имеют небольшой вес и необычайную стойкость к высокой температуре. В качестве сырья используют порошок из металлов со специфическими свойствами, например, титановые сплавы.

DLP

Цифровая обработка материала светом. В процессе создания изделий используют фотополимеры, которые обретают твердость под воздействием светового луча. Он генерируется благодаря светодиодной матрице, которая оснащена микроскопическими зеркальными пикселями.

Технология DLP отличается тем, что слой материала распределяется по типу штампа, сразу на всю площадь изделия. В то время как другие методы наслаивают материал небольшими фрагментами. Следовательно, цифровая обработка материала позволяет создавать объекты гораздо быстрее. Но их необходимо беречь от прямых солнечных лучей, иначе полимер потеряет прочность, и на его поверхности образуются трещины.

FDM

Метод моделирования объектов посредством наплавления материала. Эту технологию еще известна как FFF. Она представляет собой наращивание моделей расплавленными нитями из пластика. Готовые изделия шлифуют, чтобы сделать их поверхность гладкой.

Технология FDM подходит для печати предметов ежедневной эксплуатации — от игрушек до бытовой техники. Также с ее помощью разрабатывают детали оборудования высокой точности.

Какие материалы нужны для печати 3D

Для аппарата трехмерного наращивания объектов используют разнообразные материалы. Но основным является пластмасса следующих видов:

1. ABS — вещество, состоящее из акрилонитрила, стирола и бутадиена.
2. PLA — биоразлагаемый пластик, представляющий собой сочетание мономера с алифатическим полиэфиром. Для его изготовления используют целлюлозу или крахмал.
3. PVA — состав материала аналогичен клею ПВА. Может иметь вид гранул или нитей.

Кроме пластика, для трехмерной печати часто применяют:

• Полистирол и полиамид — вещества в порошковом виде, который может иметь пластиковые, металлические и стеклянные компоненты.
• Фотополимеры — эластичный и прочный материал, из которого можно создавать изделия разной сложности, с детализацией и идеально гладкой поверхностью.
• Металлические сплавы — порошкообразные вещества, состоящие из мелкодисперсных гранул разных металлов.
• Воск — идеально подходит для создания изделий путем наращивания. Применяется в литейном производстве и ювелирной сфере.
• Гипс — материал в виде порошка, из которого изготавливают сувениры, арт-объекты, модели для презентаций и многое другое. Гипс универсален и прост в использовании.

Кроме перечисленных материалов, для 3D-печати используют нестандартные вещества и субстанции. Это могут быть нити из дерева, бумаги, резины, стекла, шоколада и т. д. Сфера их применения ограничена. Из них делают сувениры, аксессуары и коллекционные модели.

Что можно напечатать на 3D-принтере

Объемная печать позволяет воссоздавать практически любые объекты с высокой точностью. Если изначально на 3D-принтере печатали маленькие статуэтки, детали и сувениры, с развитием методик возможности аддитивного аппарата значительно расширились. На нем можно печатать:
одежду и обувь;

• предметы интерьера и декора;
• запчасти и детали механизмов;
• искусственные органы и ткани;
• технику и музыкальные инструменты;
• оружие, игрушки, украшения и даже сладости.

3D-принтер внес свою лепту в развитие ряда отраслей и сфер деятельности. Это устройство облегчило и ускорило выполнение сложных задач, которые требуют сверхвысокой точности. Это может быть изготовление деталей со сложной конструкцией для механизмов, или протезов для людей.

За печатью в 3D-формате — будущее. Ведь с ее помощью можно решить большинство проблем, которые совсем недавно казались критическими. Ежегодно эта технология совершенствуется и обретает все большую доступность.

Устройство 3D-принтера, его разновидности и принцип работы. Создание 3D-модели и ее печать

Как вы уже наверняка поняли, речь пойдёт о 3D-принтере. Возможно, до этого момента и вы не особо понимали, каким образом функционирует это чудо-устройство. Ничего страшного, вы пришли по адресу — в этой статье мы разберёмся, как же работает этот самый принтер.
Типовой представитель бюджетных принтеров — Creality Ender 3 V2

Как работает 3D-принтер

На данный момент есть достаточное количество разнообразных 3D-принтеров, различающихся как по способам печати, так и по конструкциям самих принтеров. И если пути к созданию физической модели в каждом принтере кардинально разнятся, то сам принцип создания везде используется один: послойное создание 3D-модели под «руководством» специального файла, задающего образец печати для каждого слоя модели.
Принцип печати в общем виде

Виды 3D-принтеров. Технологии печати

Прежде чем перейти к рассмотрению устройства принтера и процесса печати ближе, разделим принтеры на категории. Это действие выполняем скорее для общего развития, поэтому если интересуют только сами принципы работы, можно смело переходить к пункту 3. Итак, 3D-принтеры делятся:

По области использования

• Домашние – самый бюджетный тип. Часто собираются самостоятельно, как конструктор. Хорошо подходят для изготовления отдельных небольших предметов поштучно. В среднем нуждаются в хорошей настройке, без чего вряд ли смогут дать качественный результат.

Типичный домашний принтер. Судя по всему, был собран владельцем собственноручно из различных компонентов.

• Профессиональные – принтеры для высококлассной печати, на порядок дороже домашней. Зачастую используются на предприятиях для изготовления качественных моделей. Однако из-за более совершенных технологий в сравнении с домашними принтерами требуют меньшей квалификации мастера для настройки.

Один из возможных вариантов профессионального 3D-принтера – Raise3D Pro2 Plus. Уже намного больше похож на производственный станок, чем домашний принтер.

• Промышленные – профессиональные принтеры , заточенные под определённые задачи производства и работающие в промышленных масштабах. В основном используются на крупных предприятиях. Из-за почти уникальной конструкции каждого из типов таких принтеров для них требуются особые условия использования и профессионализм персонала.

Промышленный 3D-принтер. Зачастую промышленные принтеры проектируются и создаются индивидуально, заточенные под нужды определённого производства, поэтому и размером они могут быть как с легковой автомобиль, так и с целый автобус.

• Специфические – Принтеры в этой категории можно определить и как промышленные, и как профессиональные, но из-за их особенности нельзя их не выделить в отдельную категорию. К специфическим можно отнести принтеры, «печатающие» дома, органы и т.д., о которых многие слышали, как о каких-то легендарных артефактах. На самом деле процессы и/или нюансы создания каких-либо объектов в таких принтерах слишком сильно отличаются от классических примеров, поэтому в этой статье нецелесообразно уходить так далеко в сторону. Однако, справедливости ради стоит отметить, что с конструкционной стороны те же принтеры-строители отличаются от настольных принтеров лишь тем, что они в сотни раз больше, разбираются и собираются на месте (как подъёмные краны) и «печатают» бетоном вместо пластика.

Строительный принтер

Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Нет в наличии

Производитель

Creality

Бесплатная доставка
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Снят с производства

Производитель

PICASO 3D

Бесплатная доставка
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Снят с производства

Производитель

Anycubic

Бесплатная доставка
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Производитель

Raise3D

По принципу работы (технологии печати)

Филаментные принтеры

• FDM \ FFF – Fusing Deposition Modeling, что в переводе означает «технология послойного наплавления пластиком (полимером)».

Фотополимерные принтеры

• Polyjet (MJM) — фотополимер наносится микрокаплями через дюзы печатной головки на стол, как при струйной печати, и отверждается на рабочей поверхности под воздействием УФ-излучения.
• SLA – лазерная стереолитография, основанная на послойном отверждении жидкого фотополимера под действием лазера.
• DLP — Direct Light Processing, аналог SLA. Вместо лазеров DLP-принтеры оснащены УФ-проекторами (LED), которые засвечивают модели весь слой за один раз. В целом качество хуже, чем в SLA, однако скорость печати на порядок выше.
• LCD (DUP, Direct UV Printing – прямая УФ засветка) — ещё один аналог SLA. В качестве УФ-диода используется LCD-панель.

Порошковые принтеры

• SLS — Selective Laser Sintering (букв. Выборочное Лазерное Спекание). Суть данной технологии в том, что лазер формирует модель, послойно точечно спекая порошковые материалы из пластика.
• MJF — Multi Jet Fusion. Отличие от SLS в том, что в MJF на порошок наносится связующее вещество, после чего спекается инфракрасным светом.
• SLM — Selective Laser Melting (Выборочное Лазерное Плавление). Металлический порошок послойно расплавляется мощным лазером, формируя 3D-модель.
• EBM — Electron Beam Melting. Похоже на SLM, однако здесь вместо лазера используются мощные электронные пучки.
• 3DP — Three Dimensional Printing. 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).

Другие

• LOM — Laminated Object Manufacturing. Тонкие листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются (ламинируются) в трехмерный объект.
• CLIP — Continuous Liquid Interface Production. Новая перспективная технология скоростной печати, предлагающая “наращивание”, а не создание модели по слоям, как во всех предыдущих примерах.

Читая названия технологий можно легко запутаться в них, но не стоит напрягаться. Наибольшее распространение получили принтеры с технологиями печати FDM и SLA, поэтому на их примере мы и рассмотрим, как работает 3D-принтер – этого будет достаточно, чтобы в общих чертах разобраться в теме.

Как устроен 3D-принтер

Теперь рассмотрим конструкцию принтера.

Конструкция FDM

1. Каркас принтера – без него никуда, на нём держатся все узлы. Может быть открытым либо закрытым.
2. Электроника – платы, провода для управления принтером. Чаще всего совмещены с панелью управления (3), однако конкретно на примере закреплены отдельно.
3. Панель управления принтером – плата с дисплеем и кнопками. Составляющая часть электроники принтера.
4. Стол для печати – на нём и создаётся сама модель. Может быть подогреваемым (для лучшего сцепления модели с поверхностью стола)
5. Оси, моторчики, зубчатые ремни – с помощью них происходит перемещение печатающего узла. Конструкции передвижения могут быть разными: неподвижный или подвижный стол, поднимающийся узел печати или статичный с опускающимся столом и т.д.
6. Крепление для катушки с пластиком.
7. Печатающий элемент – экструдер. С помощью шестерёнок внутри он затягивает пластиковую нить с катушки, а с помощью нагревательного элемента, собственно, расплавляет его, после чего жидкий пластик (филамент) выдавливается из отверстия сопла. В некоторых моделях принтеров возможна печать разными цветами/типами пластика одновременно за счёт конструкции печатающего узла, предусматривающей одновременно несколько экструдеров. Однако чаще всего экструдер в принтере только один, поэтому для изменения цвета просто сменяется пластик на тот, который понадобится в следующий момент.

Конструкция SLA

Если FDM создаёт модель послойно путём выдавливания расплавленного пластика и формирования таким образом объекта, то SLA принтер идёт совсем другим путём. Лазер напрямую или через повёрнутое под определённым углом зеркало послойно «засвечивает» на поверхности стола, погружённого в жидкий фотополимер, слои, создавая очертания слоя на каждой ступени.

Из-за этого качество печати почти идеально.

1. Каркас принтера. В отличие от FDM, фотополимерные принтеры используют в работе УФ-излучение, поэтому всегда закрыты защитным кожухом (1.2) из затенённого стекла, оргстекла и т.д., препятствующего прохождению УФ-излучения наружу.
2. Панель управления принтером.
3. Стол для печати – располагается «вверх ногами». В процессе печати опускается и поднимается из ванночки с фотополимером.
4. Ось и направляющая для подъёма/опускания печатного столика. Единственный подвижный элемент в принтере, нужен для поднятия стола по слоям. Работу остальных осей выполняет УФ-лазер.
5. Лазер/проектор/LCD-панель. Этот элемент является источником УФ-излучения, отверждающего фотополимер по слоям согласно образцу печати.
6. Ванночка для фотополимера – содержимое этой ёмкости и является материалом печати.

Итак, основные элементы обоих принтеров нам понятны, теперь давайте мысленно перейдём к самому созданию модели и опишем каждый этап для понимания сути процесса и разберёмся, как всё работает.

Бесплатная доставка
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Снят с производства

Производитель

Anycubic

Бесплатная доставка
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Снят с производства

Производитель

Phrozen

Бесплатная доставка
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Снят с производства

Производитель

Phrozen

Бесплатная доставка
Добавить в сравнение
Товар добавлен в сравнение Перейти

Снят с производства

Производитель

Peopoly

Процесс создания модели с нуля. Как печатать на 3D-принтере

Создание модели в электронном виде

Для этого этапа в целом есть два варианта действий: можно взять готовую модель из общедоступных источников или создать её самостоятельно.

В первом случае источниками могут служить тематические сайты, такие как Thingiverse, MyMinifactory, CG Trader и др., а также файлы игры, проекты других людей и так далее.

Интерфейс сайта Thingiverse

Конечно, не всё так просто – найти то, что нужно, получится далеко не всегда. Зачастую за качественную модель придётся заплатить, причём немало. Аналогично можно заказать модель на фриланс-бирже или по объявлению, однако в этом случае стоимость станет ещё выше, т.к. заказ будет индивидуальным. А бесплатные варианты зачастую нуждаются в объёмной обработке или вовсе переделке, так что иногда целесообразнее будет создать модель самому.

Самостоятельное создание. Для этого в наше время есть множество различных программ: AutoCAD, Fusion360, Tinkercad, Blender, Autodesk 123D и масса других. Все они различаются по функционалу и целям моделирования, поэтому каждый найдёт то, что подойдёт именно для его целей.

Вот так выглядит Autodesk 123D, так сказать, изнутри.

После создания модели её экспортируют на компьютер в одном из общепринятых форматов: .STL, .OBJ, .FBX, .3DS и других. Различные форматы подразумевают немного разное количество информации об объекте, которую они вмещают, однако в целом различия незначительные и в основном диктуются программами, в которых модели разрабатываются.

Подготовка файла для печати

Для следующего этапа используется специальное ПО – слайсер. Самый распространенный слайсер – Cura, однако есть и другие: Simplify3D, Astroprint, 3DPrinterOS и не только.

Такая программа «разрезает» модель в файле на слои и задаёт координаты передвижения для экструдера принтера на каждом слое. Вот такой путеводитель.

Классический вид программы Cura

Здесь же можно настроить толщину слоя, масштаб, положение, плотность заполнения, скорость печати в различных местах модели, создание специальных подставок для нависающих элементов модели, специальные скрипты (подпрограммы поведения) для принтера и многое-многое другое.

После всех действий готовый файл со всей информацией экспортируется на компьютер в формате .gcode, после чего этот файл можно загрузить в принтер через SD-карту или напрямую от компьютера, с помощью провода(последний способ менее надежный, т.к. 3D-печать – долгий процесс, в течение которого ПК может перейти в режим сна или в нём может произойти сбой, из-за чего печать пойдёт насмарку).

Подготовка принтера

Сейчас пора включать принтер. Отдельные пункты подготовки к печати для разных типов принтеров отличаются, однако в общем на этом этапе происходит проверка элементов конструкции на неисправность, калибровка узлов, прогрев сопла и, возможно, стола, нанесение специального состава на стол для лучшего сцепления с моделью и так далее.

В случае с SLA, процесс подготовки немного отличается. Самой калибровки и возни с узлами значительно меньше просто из-за отсутствия множества из них (например, одна ось перемещения у SLA вместо трёх у FDM). Поэтому по большему счёту всё, что нужно сделать – залить фотополимер в ванночку.

Печать 3D-модели

На панели управления принтера выбираем файл для печати и нажимаем кнопку старта. Собственно, с этого момента и начинается магия воплощения электронного прототипа в физическую модель. В процессе печати могут возникнуть ошибки или сбои, так что время от времени стоит наблюдать за положением дел. Почему не в течение всей печати, спросите вы? Дело в том, что завораживает процесс печати только первые несколько слоёв, а вот дальше вряд ли кто-то захочет тратить часы своего времени (а процессы изготовления деталей покрупнее брелока исчисляются именно в часах), сидя у принтера.

Слева процесс на SLA, справа – на FDM принтере

Постобработка

При совокупности хороших факторов , таких как качественный принтер, хорошая настройка и калибровка, дорогой пластик и т.д. модель может получиться действительно практически идеальной и обработка не будет муторной и тяжёлой. Однако зачастую на поверхности могут остаться «сопли», бугорки, неровности и прочие дефекты печати, это нормально. Ну а в случае печати с поддержками без этого этапа не обойтись, ведь эти самые подставки необходимо удалить.

Поэтому вспоминаем уроки труда и берём в руки канцелярский нож, надфили, наждачную бумагу и всё остальное, что может понадобиться. Но главное – не забывать про ТБ!

Но это всё с FDM-принтером. При SLA-печати модели требуют другой пост-обработки, поэтому обязательные этапы после печати – промывка модели в спирте, и, если нужно, её дозасветка в специальной УФ-камере для окончательного отверждения. Вот такие вот СПА-процедуры.

Готово!

Вот мы и можем пощупать модель, которая совсем недавно была только в нашем воображении. Ну чем не чудо, правда?

Заключение

Ну вот мы и разобрались, какие принтеры бывают, что они есть такое и с чем их едят и поэтапно рассмотрели процесс самой печати на примере двух видов принтеров.

Если после прочтения у вас появилось желание узнать об этом побольше, а может быть даже самому приобрести 3D-принтер и на собственном опыте пройти каждый шаг по воплощению идеи предмета в физическую модель – это прекрасно! Конечно, можно подумать, что всё это так далеко от вас и кажется чем-то невероятным – это неправда. В наше время приобрести 3D-принтер и начать печатать намного проще,

Просмотрите видео на эту тему, почитайте статьи. Для начала можно приобрести бюджетный вариант, для обучения и первых шагов в сфере 3D-печати этого будет достаточно.

Загляните на форумы по 3D-печати. Даже профессионалы пользуются таковыми для решения проблем, нахождения новых способов решения задач и просто общения. Возможно вы поймете, что это то самое хобби, которое вам хотелось приобрести в течение жизни!

Ну и помните: нет преград для движущегося вперёд. Успехов в пути!

Эксперт по 3D-оборудованию

Эксперт в области аддитивных и субтрактивных технологий, 3D-оборудования и ЧПУ станков с опытом работы более 10 лет.

3D-принтер: что это и как он работает?

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома.

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно.

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию — предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками.

Первый 3D-принтер. Источник: habr

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать тестового образца почки. Источник: BBC

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина.

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

• экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей;
• рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
• линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
• фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
• рама — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D-принтера. Источник: Lostprinters

Все это управляется компьютером.

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком.

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу: его создают на компьютере в специальной программе, затем сохраняют в формате STL. Этот файл выводят в программу резки для принтера — она помогает задать модели физические свойства изделия, например плотность. Далее программа преобразует модель в инструкцию для экструдера и выгружает ее на принтер, который начинает печатать изделие.

3D-чертеж легко сделать в домашних условиях — почитайте инструкцию на habr.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

1. Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
2. Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать.
3. Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
4. Наблюдать за печатью.

Можно ли применять напечатанные изделия

Зависит от качества материала, принтера и конечного изделия. Часто домашние принтеры неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нужно дополнительно обработать: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами и почти всегда с ребристой поверхностью.

Изделие после и до обработки. Источник: 3D-Today

Для обработки поверхности есть несколько способов — не все подходят для домашнего применения:

• механическая обработка — шлифовка вручную, срезание заусенцев;
• химическая — погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение спецраствора кисточкой.

Что можно напечатать на 3D-принтере

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

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

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

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

Прототипы детских протезов, 3D-печать. Источник: 3D-Pulse

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

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

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

Одно из победивших блюд шеф-повара. Источник: 3D-Pulse

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

Технологии 3D-печати

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

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

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

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

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

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

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

На атлете — кроссовки New Balance, которые изготовили с помощью лазерного спекания. Источник: 3D-Today

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

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

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

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

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

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

Эти конфеты сделали на кондитерском струйном 3D-принтере ChefJet: вместо пластика он использует воду, сахар, шоколад и пищевые красители. Источник: 3Dcream.ru

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

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере.

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет.

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит.

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования».

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.