3D-принтер: как работает и для чего он нужен, принципы работы, виды принтеров и технологии печати

Что такое 3D-принтер

Это специальная техника для печати объемных физических объектов на основе цифровых компьютерных моделей.

Основные части конструкции 3D-принтера:

• открытый или закрытый корпус (камера сборки);
• рама – объединяет все детали и механизмы оборудования;
• шаговый, линейный двигатели – приводят в движение механизм, отвечают за скорость и точность печатного процесса;
• рабочая платформа (стол, печатная платформа) – поверхность, на которой формируются трехмерные детали;
• печатающая головка (экструдер) – система захвата отмеряет нужное количество материала, подает его через разогретое сопло, полужидкий пластик выдавливается в виде нитей;
• фиксаторы – датчики для определения координат печати, ограничения подвижных элементов (обеспечивают работу в пределах рабочей платформы, следят за аккуратностью печати).

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.

Области применения 3D печати

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

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

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 3D принтера можно представить следующим образом:

1. создание модели желаемого объекта в специальной программе для 3D-моделирования;
2. обработка созданной модели программными средствами («генератор G-кода»), в ходе чего она делится на множество горизонтальных слоев и преобразуется в цифровой код, который становится командой для принтера, как и куда наносить материал;
3. печать, которая представляет собой формирование объекта методом послойного нанесения материала. В зависимости от типа принтера особенности печати могут отличаться, но общий принцип заключается именно в послойном нанесении. Печатающая головка двигается только в горизонтальной плоскости (по осям X и Y), она подает материал и наносит его так, как это задано программой. Когда один слой полностью нанесен, рабочая платформа сдвигается вниз (по оси Z) ровно на толщину одного слоя, и печатающая головка наносит следующий слой, и так до тех пор, пока не будет полностью сформирован объект.

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

Как создаются модели для печати?

Сначала создается 3D-модель объекта при помощи программы CAD и сохраняется в специальном формате STL. Затем файл STL загружается в программу резки для принтера, например, Cura или Slic3r. Программа резки позволяет задавать физические свойства модели, такие как плотность заполнения или использование опорных конструкций.

Программа преобразует 3D-модель в G-код. Он содержит инструкции для экструдера, по которым тот должен придавать форму каждому слою модели. Код загружается в принтер, устройство запускается, и начинается печать.

Разновидности технологий 3Д принтеров

На данный момент соревнуются три вида аппаратов:

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

Также есть такие варианты, как:

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

Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Стереолитографические установки – что это такое для 3D печати

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

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

Лазерное спекание – LS (laser sintering)

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

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

Недостатки:

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

Что такое 3Д печать методом послойного наплавления термопласта

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

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

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

Управление процессом печати

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

1. Подключение оборудования к ПК осуществляется через USB-кабель.
2. Калибровка перемещения сопла относительно платформы.
3. Настройка и управление нагревом платформы и сопла-дозатора.
4. Мониторинг соотношения температур.
5. 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.

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 см3/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$.

Читайте также нашу статью ТОП 5 дешевых 3D принтеров для дома

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 см3/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 – 1200С. Скорость печати – 40 см3/час. Цена 1150$.

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

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

Этапы проектирования:

• Создание макета на компьютере в программе автоматического проектирования, поддерживающей объемное моделирование. Софты позволяют делать расчеты на всех уровнях детали, проводить построение слоями, а также осуществлять итоговое тестирование продукта и смотреть на него со всех сторон в режиме визуализации. Такими возможностями обладают платформы от компании «ЗВСОФТ». Программное обеспечение ZW3D – это универсальная CAD/CAM система с полным функционалом для работы с 3D моделями. Есть три пакета с разным количеством инструментов: Lite, Standard и Professional. Все они идеально совместимы с принтером за счет экспорта чертежей в формате STL. Подробнее об этом можно прочитать ЗДЕСЬ.

  

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.

Как работают 3D-принтеры

Процессом печати управляют при помощи компьютерной программы, в которую предварительно загружают объемную цифровую модель будущего предмета, моделируют ее, задают форму, размеры, технические параметры. Задачей принтера является преобразование цифрового эскиза в осязаемый материальный объект.

Есть много вариантов 3D-принтеров, которые различаются по конструкции и используемой технологии печати. Но все они имеют общий принцип работы: послойное построение 3Д-модели на основе заданного образца печати каждого слоя. Печать происходит в автоматическом режиме, обеспечивая максимально точное воспроизведение 3D-модели.

Способ построения объектов с помощью 3Д-принтера зависит от особенностей применения расходного материала: металла или пластика.

Печать по металлу

В процессе построения печатная головка распыляет клей (связующее вещество) на определенные места в соответствии с заданной программой. Затем на платформу наносится металлический порошок, который затвердевает при контакте с клеем. Процедура повторяется до завершения нанесения последнего слоя.

Как правило, объемные 3D-принтеры для работы с металлами представляют собой дорогое, массивное промышленное оборудование. Устройства используются в первую очередь для создания объектов со сложной геометрией, литье и механическая обработка которых являются в крайней степени трудоемкими, а также значительно удорожают производство.

Принтеры по металлу востребованы в производстве:

• зубных коронок, стоматологических мостов;
• индивидуальных медицинских имплантатов;
• ювелирных изделий;
• прототипов серийных деталей, применяемых для испытаний, тестирований в авиационной или автомобильной промышленности.

В сравнении с классическими производственными методами, объемные принтеры позволяют изготавливать предметы из металла с массой на 60% меньше. Трехмерная печать значительно сокращает показатель отходов и помогает экономить большие объемы средств. Особенно это актуально для авиационной промышленности, где процент отходов при традиционном производстве может достигать 90%. Еще один плюс аддитивной техники – намного более экономное энергопотребление.

Печать по пластику

Создание изделий из пластика (ABS, PLA и др.) с помощью аддитивных технологий базируется на расплавлении расходника до жидкой консистенции. Пластиковый филамент подается в виде литой нити (трубки), разогревается, плавится при прохождении через сопло экструдера, затем выдавливается в нужные места на рабочем столе.

Техника для печати по термопластику используется преимущественно на дому или на предприятиях малого бизнеса. На ней изготавливают сувениры, различные макеты, элементы интерьера, прототипы обуви или одежды и др. Метод ценят за высокое качество печати изделий и большие возможности их кастомизации. Другие преимущества печати пластиком — малое количество отходов, экологичность процесса, разнообразие расходных материалов и кратчайшие сроки прототипирования.

Особенности печати изделий на принтере

Процесс построения трехмерных физических объектов с помощью 3D-печатного оборудования состоит из нескольких этапов:

1. Разработка электронной модели. Можно использовать готовую модель, взятую из общедоступных источников (CG Trader, Thingiverse и т.п.) или загрузить модель, созданную с помощью 3D-сканера. Также можно разработать эскиз в специальном программном обеспечении (Blender, AutoCAD, AutoDesk, Fusion360 и др.). Готовую цифровую модель сохраняют в одном из общепринятых форматов (.3DS, .FBX, .OBJ, .STL и др.) и экспортируют на компьютер.
2. Подготовка файла к печати. Для этого используют специальные программы-слайсеры (к примеру, Cura, AstroPrint, Simplify3D и др.). Предварительно настроенная программа «нарезает» модель на тонкие слои и задает координаты передвижения для экструдера на каждом слое. Готовый файл с данными объекта экспортируется на компьютер в формате .gcode и загружается в принтер.
3. Подготовка печатного устройства. Проверяется исправность отдельных компонентов конструкции, калибруются узлы, прогревается сопло, подготавливается расходный материал (устанавливается филамент или заливается фотополимерная смола) и т.д.
4. Печать. На панели управления выбирается нужный файл и отправляется на печать.
5. Постобработка. На готовой модели могут остаться неровности или остатки поддерживающих элементов, которые нужно удалить с помощью наждачной бумаги, надфиля, канцелярского ножа или других инструментов. Если для печати используются отверждаемые фотополимеры, то постобработка моделей заключается в их промывке в спирте и дополнительной засветке в УФ-камере до полного отверждения.

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».

1. Проектирование и создание трехмерных моделей различных сооружений.
2. Изготовление пластиковых элементов для техники: крышки, шестерни, рукоятки. Отдельным направлением стало изготовление деталей автомобилей иностранного производства, что совершенно естественно, если оценить их стоимость.
   

   Диски для автомобилей

3. Создание уникальных эксклюзивных сувениров, аксессуаров или копий предметов искусства. Гипсовая Фемида в 30 см из магазина обойдется дороже, если не учитывать затраты на покупку самого принтера.
   

   Копия скульптуры Микеланджело

4. Трехмерное сканирование и изготовление объемных дубликатов любых объектов.
5. Новейшие разработки – сюда можно включить проектирование любой новой техники, аппаратуры, мебели и так далее.
6. Изготовление полноценных инсталляций для выставок или иных мероприятий.

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.

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?

Читайте также нашу статью Как выбрать принтер для печати фото? ТОП 5 лучших принтеров для печати фото

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
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 3D-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 3D-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:

• SLS– технология селективного лазерного спекания. Предполагает подачу на рабочую поверхность тонкого слоя плавкого порошкового материала (пластик, керамика, стекло или металл), который под точечным воздействием лазерного луча спекается. После формирования первого слоя рабочая платформа опускается и идет создание следующего слоя. Технология не требует создания поддерживающих конструкций, но очень дорогая, требует дополнительной термической обработки, для бытового использования не подходит;
• EBM– технология электронно-лучевого плавления. Чем-то похожа на предыдущий метод, но тут слои объекта формируются путем плавления порошка металла в вакууме электронным лучом. Термическая обработка после печати не требуется;
• SLM– технология селективного лазерного плавления, напоминает SLS-технологию, но тут используются только порошки металлов, а лазеры применяются более мощные, термическая обработка после печати не требуется;
• LOM– технология печати путем ламинирования. Под действием давления или нагрева тонкие пленки рабочего материала (полимерная пленка, ламинированная бумага) склеиваются в одно целое, а с помощью лазера или режущих элементов вырезаются необходимые контуры объекта. Более того, вырезать можно и части внутри объекта, правда, не всегда это сделать легко. Технология позволяет отказаться от печати поддерживающих конструкций;
• 3DP, или 3D Printing – это аналогичная SLS технология, но здесь не используется плавление – объект формируется из порошкового материала за счет нанесения клея путем струйной печати. Так как в клей можно добавлять красители, открывается возможность для цветной трехмерной печати.

Зачем нужен 3D-чертеж и как он работает

Трехмерные объекты распечатываются по 3D-чертежу, который создается в специальной программе, затем сохраняется в формате STL или другом общепринятом формате. Файл с чертежом загружают в слайсер и обрабатывают (нарезают на слои определенной толщины, задают плотность и другие физические свойства). В результате создается инструкция для печатающей головки, которую отправляют на принтер. 3D-чертежи можно делать самостоятельно в программе-конструкторе.

Методы 3D-печати

На данный момент существует более 10 актуальных технологий объемной печати. Рассмотрим самые популярные из них.

Стереолитография

Стереолитография (SLA – «stereolithography apparatus», «стереолитографический аппарат», или SL – «stereolithography») основана на послойном отверждении жидких расходных материалов под воздействием лучей лазера. В качестве расходников применяются различные фотополимеры, т.е. вещества, меняющие свои свойства и приобретающие твердость под воздействием ультрафиолетовых лучей. Свойства веществ зависят от продолжительности воздействия и длины УФ-волны.

Особенности технологии:

1. Внутрь ванночки с жидкой фотополимерной смолой помещают сетчатую платформу для построения объекта.
2. Рабочая платформа располагает на глубине, равной одному слою фотополимера.
3. Лазерный луч воздействует на определенные участки смолы, обеспечивая их затвердевание.
4. Платформа опускается на толщину одного слоя, процесс повторяется.

Напечатанный предмет подвергают постобработке: опускают в ванну со специальным составом для удаления лишних элементов, затем извлекают и облучают светом для полного отверждения.

Стереолитография востребована в научных изысканиях (например, для визуализации газо- и гидродинамических потоков внутри прозрачных моделей). Ее применяют в стоматологии (изготовление моделей костей, зубов пациентов), ювелирном деле и т.д.

FDM

Технология FDM (Fused Deposition Modeling) основана на моделировании деталей методом наплавления. Другое ее название – FFF (Fused Filament Fabrication – «производство методом наплавления нитей»).

Объекты создаются послойно из предварительно расплавленной нити пластика. Экструдер подает материал и укладывает его в положение, заданное программой. Готовые изделия, как правило, нуждаются в дополнительной обработке для выравнивания поверхности.

При помощи FDM-принтеров можно производить различные изделия. Это могут быть товары народного потребления (детали для бытовой техники, игрушки, мебель и т.п.). Компоненты для высокоточного оборудования, прототипы изделий для малого, среднего серийного производства, а также многое другое. Метод FDM оптимально подходит для изготовления крупногабаритных предметов с экономической и практической точки зрения.

SLS

SLS (Selective Laser Sintering) – это технология селективного (выборочного) лазерного спекания. Метод печати базируется на использовании углекислотного лазера и таких расходных материалов, как порошки из металлов, стекла, полимеров или керамики. В том числе, могут использоваться порошки в виде гранул, состоящих из металлического ядра и оболочки из легкоплавкого материала. Лазерный луч выборочно разогревает порошок почти до температуры плавления, и отдельные гранулы спекаются воедино, образуя прочную, твердую структуру. Чем выше температура спекания, тем выше должна быть мощность лазера. Наличие нескольких лазеров увеличивает скорость работы SLS-принтера.

Стоит отметить, что при печати методом SLS происходит только частичное плавление поверхности гранул порошка.

Данная технология оптимально подходит для изготовления предметов со сложной геометрией, например, высокоточных промышленных деталей для функционального тестирования или компонентов механизмов и двигателей.

DLP

DLP (Digital Light Processing) – это цифровая обработка светом. Световой поток воздействует на фотополимерную смолу, в результате материал затвердевает. Для печати используется светодиодная матрица с пикселями в виде микроскопических зеркал. Главное отличие технологии – засвечивается сразу вся поверхность, то есть каждый слой создается одномоментно, что значительно ускоряет печать без ущерба ее качеству.

DLP – одна из наиболее точных, скоростных печатных технологий. Области ее применения – медицина (стоматология), ювелирное дело, искусство, научные исследования и др. Готовые модели нужно беречь от света, иначе они могут покрыться трещинами и стать хрупкими.

Polyjet

Метод состоит в послойном отверждении (полимеризации) распыленного жидкого полимера под воздействием ультрафиолетовых лучей. Готовые модели не требуют дополнительной обработки. Можно работать с неоднородными материалами, включая композиты. Также доступно создание разноцветных объектов (использование сложной цветопередачи с палитрой более 1000 оттенков).

Polyjet-принтеры обычно имеют несколько печатных головок, что дает возможность создавать сразу несколько предметов одновременно или ускорить печать одного объекта.

Готовые детали имеют стабильные геометрические формы и идеально гладкую поверхность. Они легко поддаются обработке (окрашиванию, склейке, шлифовке, распиливанию, сверлению и т.п.) и полностью готовы к эксплуатации.

Метод Polyjet оптимален для изготовления тестовых моделей, прототипов, образцов для литья в силикон и других продуктов.

Для всех существующих 3D-печатных технологий характерны следующие общие тенденции:

• постепенно методы 3D-печати будут становиться все более дешевыми и доступными для всех категорий пользователей;
• в будущем домашние 3Д-принтеры будут распространены наравне с промышленными (индустриальными) печатными аппаратами.

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.

Что можно печатать на 3D-принтерах

Методы аддитивного производства задействованы во многих производственных, промышленных областях. На 3D-принтерах можно печатать почти все что угодно, главное, иметь достаточно производительное оборудование, цифровую модель и подходящий расходный материал.

Рассмотрим несколько перспективных отраслей, в которых применяется 3Д-печать.

Создание моделей по собственным эскизам

Используя специализированные сервисы, например, Jweel или Thinker Thing, можно легко разрабатывать персонализированные модели разных предметов (ювелирных украшений, роботов, обуви и т.д.) для их дальнейшей печати на 3D-принтере.

Изготовление прототипов

Быстрое прототипирование – популярное направление объемной печати. На 3Д-принтерах печатают прототипы олимпийского снаряжения, барельефов, лечебных корсетов, тестовые модели протезов и многое другое. Эта область 3D-печати позволяет эффективно тестировать и дорабатывать образцы продуктов перед их запуском в серийное производство.

Медицина

Устройства для трехмерной печати применяют для протезирования, создания искусственных органов, тканей и суставов, производства стоматологических продуктов, хирургических инструментов. В качестве расходников используют «живые» растворы и другие биосовместимые материалы.

Запчасти и детали

Иногда невозможно или очень сложно найти деталь для какого-либо механизма из-за того, что производитель снял ее с производства. В таком случае можно сделать эскиз нужной запчасти в редакторе или найти ее цифровую модель в интернете, а затем просто напечатать на принтере.

Моделирование и хобби

3Д-печать существенно облегчает производство коллекционных моделей, фигурок и разных миниатюр.

Строительство домов

Строительные принтеры возводят стены зданий и другие элементы сооружений. Оборудование состоит из рельсовых направляющих (с контроллерами и моторами) и подвижного сопла, через которое на рабочую площадку подается строительная смесь (бетон или полимерный состав).

Промышленный дизайн и архитектура

При помощи аддитивных технологий изготавливают макеты поселков, микрорайонов, домов и городской инфраструктуры (дорог, магазинов, транспорта, освещения и т.д.).

Образование

3D-печать применяется для создания макетов и наглядных пособий для детсадов, школ, вузов. На специальных принтерах печатают, например, увеличенные модели молекул, пробирки, токопроводящие стенды, ручки и т.д.

• http://3dtool.ru/stati/kak-rabotaet-3d-printer/
• http://gb.ru/posts/how_3d_printing_works
• http://sapr-soft.ru/stati/3d-printer-chto-eto-takoe-i-kak-rabotaet
• http://www.tehnoprosto.ru/vse-o-3d-pechati-kak-rabotaet-3d-printer-kakoj-3d-printer-vybrat/
• http://ichip.ru/sovety/kak-rabotaet-3d-printer-prosto-o-slozhnom-311572
• http://tehnika.expert/cifrovaya/printer/chto-takoe-3d.html
• http://thecode.media/3d-print/