Неплохое устройство от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати – 50 мкм. Платформа подогреваемая, максимальная температура – 120 0 С. Скорость печати – 40 см 3 /час. Цена 1150$.
3D-принтеры: для чего нужны, как работают, почему за ними будущее
3d-принтеры все шире используются в качестве альтернативы традиционным методам промышленного производства. По своей конструкции такие принтеры напоминают офисные устройства для распечатки бумажных документов, только с добавлением третьего измерения. На них можно распечатать объекты самых разных габаритов, технических характеристик и предназначения. Процесс печати по целому ряду параметров получается намного менее затратным и более эффективным, чем традиционное производство.
В этой статье рассмотрены принципы функционирования 3d-принтеров по металлу и пластику, их сильные и слабые стороны, а также особенности создаваемой с их помощью продукции. Также перечислены наиболее востребованные технологии 3d-печати и приведены их отличительные характеристики.
Как работает?
Управление процессом печати осуществляется через компьютер, в который загружают 3d-модель будущего изделия. Именно на компьютере происходит моделирование изделий, задаются их габариты, формы и технические параметры.
Задача принтера же состоит в том, чтобы превратить эскиз из компьютера в материальный осязаемый объект. Независимо от модели устройства и конкретной технологии печати, создание изделия происходит послойно. Работа осуществляется быстрыми темпами и избавлена от негативного воздействия человеческого фактора — там, где глаз или рука мастера могли бы допустить погрешность, принтер предельно точно воспроизведет полученный от компьютера эскиз.
Принципиальная разница между печатью по металлу и пластику состоит в способе применения расходного материала — сейчас эти нюансы будут рассмотрены более детально.
По пластику
Работа 3d-принтера по пластику основывается на том, что расходные материалы плавятся до жидкой консистенции. Расходный материал, то есть пластик, подается в устройство в формате литой трубки и разогревается с помощью экструдера (этим термином специалисты обозначают печатающую головку принтера). Затем пластик расплавленной консистенции подается в нужные места через нижнюю часть экструдера.
Устройства для печати по пластику гораздо чаще применяются в домашних условиях или на предприятиях малого бизнеса, чем для печати по металлу. С их помощью удобно изготавливать сувенирную продукцию, элементы интерьера, различного рода макеты, прототипы одежды и обуви.
Эта методика ценится за высокое качество готовой продукции и обширные возможности ее кастомизации, экологичность производства и минимальное количество отходов, разнообразие материалов и предельно быстрое прототипирование.
По металлу
Во время печати головка устройства распыляет связующее вещество, то есть клей, на те места, которые указывает компьютер. Затем посредством вала на всю рабочую поверхность наносится металлическая пудра, которая застывает и затвердевает при попадании на клей. За нанесением одного слоя пудры следует нанесение очередного слоя клея и так далее.
Большинство моделей 3d-принтеров по металлу представляют собой промышленное оборудование весом свыше тонны. Их стоимость измеряется сотнями тысяч евро. Они востребованы в первую очередь для выращивания изделий со сложной геометрией, процесс литья или механической обработки которых является крайне трудоемким и ощутимо удорожает производство.
Чаще всего 3d-принтеры по металлу задействуют для создания:
- ювелирных изделий;
- индивидуальных медицинских имплантатов;
- стоматологических мостов и зубных коронок;
- прототипов деталей серийного производства, предназначенных для тестирований и испытаний (в первую очередь в автомобильной и авиационной промышленности).
По сравнению с традиционными методами, 3d-принтеры создают металлические детали с массой на 60% меньше. Также традиционное производство оставляет чрезмерно много отходов: так, для авиационной промышленности доля отходов может доходить до 90%, а 3d-печать поможет существенно сократить этот показатель и позволит предприятию сэкономить миллионы долларов в год. Наконец, по энергопотреблению 3d-принтеры значительно экономнее, чем традиционное заводское оборудование.
Концепция 3D-печати была изложена Дэвидом Джонсом (David E.H. Jones) в 1974 году. Однако методы и материалы для изготовления моделей были разработаны только в начале 1980-х годов.
Как работает 3D-принтер
По сравнению с печатным принтером, переносящим электронный текст на плоскую бумагу, 3D-принтер имеет дело с трехмерной информацией. Одним словом, он воссоздает объект таким, какой он есть.
Как же печатает 3D-принтер? Вначале создается цифровая модель объекта на компьютере с помощью специальной программы. Она как бы «расчленяет» модель на слои, после чего в действие вступает принтер. Как и у его печатающего «собрата», у 3D-принтера есть свои чернила, правда, состоящие из композитного порошка.
Около 10 лет назад использовался всего лишь один вид «чернил» — пластик АВС. Сегодня их уже более сотни – полипропилен, бетон, целлюлоза, нейлон, металлические порошки, гипс, шоколад и множество других.
В процессе работы исходный материал превращается в массу, которая наносится слой за слоем на рабочую поверхность через специальное сопло. После нанесения очередного слоя поверх него может накладываться клеевое покрытие, затем снова слой «чернил». И так до полного воспроизводства объекта. Работу 3D-принтер можно посмотреть на видео.
Но это общий принцип работы 3D-принтера, так называемая технология быстрого прототипирования. На ее основе разработано несколько способов. Вот лишь некоторые из них.
Стереолитография (SLA)
Одна из первых технологий 3D-печати. В качестве строительного материала используется смесь жидкого полимера с реагентом-отвердителем, чем-то похожая на эпоксидную смолу. Полимеризация и последующее отвердение смеси происходит под действием ультрафиолетового лазера.
Модель формируется тонкими слоями на подвижной подложке с отверстиями, прикрепленной к микролифту-элеватору, который перемещается вверх или вниз на глубину одного слоя. Во время погружения в жидкий полимер луч лазера фиксируется на местах, подлежащих отвердению. Как только один слой сформирован, заготовка поднимется (опускается).
DLP расшифровывается как Digital Light Processing и обозначает цифровую обработку светом. Воздействию света подвергают фитополимерные смолы, чтобы они затвердели. Для печати задействуют светодиодную матрицу, каждый пиксель которой является микроскопическим зеркалом.
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:
- создание модели желаемого объекта в специальной программе для 3D-моделирования;
- 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;
- 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.
Типы 3D-принтеров и особенности печати каждого
Чаще всего сегодня используют технологию FDM-печати, а также SLA-печати. Что стоит за этими непонятными аббревиатурами, и какими еще разработки существуют в данной сфере?
Метод FDM-печати
FDM-технология (Fused Deposition Modeling) – это технология послойного наплавления нити. Сегодня этот способ 3D-печати считается самым распространенным, одновременно он относится и к одним из самых старых методов. Принцип заключается в послойном наплавлении нити пластика по контуру модели.
Для печати используются термопластики, которые поставляются в виде катушек или прутков. Чаще всего печатают PLA и ABS пластиками, в числе которых нейлон, полиамид, поликарбонат, PET (он же полиэтилентерефталат, который используется для создания пластиковых бутылок) и некоторые другие вещества.
Принцип работы заключаются в следующем:
- нить материала помещается в экструдер, где она плавится под воздействием нагревательного элемента, а потом выдавливается через сопло на рабочую поверхность;
- экструдер двигается по траектории, заданной ей программным обеспечением, и слой за слоем строит объект;
- если необходимо напечатать сложный предмет, то могут использоваться два типа материала: один – для модели, второй – для создания опор (он, как правило, растворимый, или же просто очень легко отламывается от объекта). Опоры необходимо печатать, если объект имеет повисшие в воздухе элементы, которые без поддерживающих элементов создать невозможно – принтеру будет просто не на чем печатать. Наглядно все представлено на рисунках ниже;
- после формирования первого слоя платформа опускается вниз на толщину одного слоя, а экструдер выдавливает новую порцию материала, процесс повторяется много раз;
- по окончанию печати остается отделить вспомогательные элементы.
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.
Посредством лазера порошок разогревается почти до температуры плавления, и его гранулы спекаются воедино, образуя твердую структуру. Мощность лазера должна быть тем больше, чем выше температура спекания. Если принтер оснащен не одним, а двумя лазерами, скорость печати увеличивается.
Что можно напечатать на 3D-принтере?
Возможности 3D-принтеров безграничны, и теперь они становятся обычным инструментом в таких областях, как инженерия, промышленный дизайн, производство и архитектура. Вот некоторые типичные примеры использования:
Персонализированные (Custom) модели
Создавайте персонализированные продукты, которые полностью соответствуют вашим потребностям с точки зрения размера и формы. Сделайте что-то, что было бы невозможно с помощью любых других технологий.
Быстрое прототипирование
Трехмерная печать позволяет быстро создать модель или прототип, помогая инженерам, дизайнерам и компаниям получить обратную связь по своим проектам за короткое время.
Сложная геометрия
Модели, которые трудно даже представить, могут быть легко созданы на 3D-принтере. Эти модели хороши для обучения других по сложной геометрии интересным и полезным способом.
Снижение затрат
Стоимость деталей и прототипов конечного использования 3D-печати низкая благодаря используемым материалам и технологии. Сокращается время производства и расход материала, так как вы можете многократно печатать модели, используя только необходимый материал.
