3d принтер описание. Российские разработки в области трехмерной печати

Лет двадцать назад, когда в доме появился первый компьютер, я мечтал, чтобы изображение с монитора можно было перенести на бумагу. Помню, как после покупки струйного принтера сутками напролет печатал всевозможные картинки, с восторгом наблюдая за процессом.

Особенно доставляло удовольствие набрать свою фамилию и имя и получить оттиск на бумаге. «Вот, мое имя напечатали», - с восторгом заключал я, будучи подростком.

Кто бы тогда мог подумать, что в совсем недалеком будущем, помимо печати на бумаге, я смогу создавать полноценные 3D-объекты.

В середине 2016 года я заинтересовался так называемой 3D-печатью. За плечами десятки километров отпечатанного пластика, сотни проведенных за калибровкой и настройкой принтера часов и бесценный опыт.

В этом материале я хочу сжато рассказать о 3D-печати и познакомить с этой технологией вас. Цель материала - ответить на самые популярные вопросы, которые мне часто приходилось слышать от знакомых и друзей. Поехали!

P.S. Все фотографии сделаны лично. У каждой модели своя история.

Что за 3D-печать, как это работает?

На фото: приспособа для заточки сверел при помощи Dremel.

Сегодня на рынке особенно распространены две технологии печати: FDM (метод послойного создания модели) и SLA (метод облучения УФ-спектром). Второй вариант позволяет добиться более качественных результатов печати, но высокая стоимость оборудования и расходников делает его малодоступным для среднестатистического пользователя.

Именно поэтому сегодня говорить буду о FDM-печати.

Попробую объяснить принцип работы 3D-принтера и процесс печати, что называется, «на пальцах» и поэтапно.

Шаг 1. Сперва предварительно созданную 3D-модель нужно обработать в программе-слайсере. Слайсер (англ.: "slice" резать), делит модель на сотни слоев, описывая движения механических элементов принтера в виде букв и чисел.

Фрагмент готового кода выглядит примерно так:

G01 X10 Y23 E1.006 F350
G01 X0 Y-23 E1.006 F350

Шаг 2. Вы загружаете на SD-карту или флешку готовую управляющую программу в формате *.gcode после сайсинга и отдаете на съедение принтеру.

Шаг 3 . Прогреваете до нужной температуры столик принтера и экструдер, и приступаете к печати. Основной расходник 3D-принтера - тонкая пластиковая нить (1,75 или 3 миллиметра в диаметре), намотанная на катушку. Называется она филаментом.

Во время печати нить проталкивается в нагревательный блок (экструдер), разогретый до температуры 200 - 250 градусов по Цельсию, после чего выдавливается из тоненького отверстия сопла.

На фото: сетки для укладки мозаики. Размер каждой ячейки 10 х 10 миллиметров.

Так слой за слоем формируется готовая модель, состоящая из сотен мелких слоев. Поскольку пластик плавится, то при печати он крепко слипается с уже остывшим слоем, а готовая деталь получается очень крепкой.

Что можно печатать на 3D-принтере?

На фото: обод для DIY-очистителя воздуха с угольным наполнением.

Вы удивитесь, но напечатать можно практически все. Единственное, чем вы ограничены - площадью печати.

У моих, собранных самостоятельно, 3D-принтеров область печати составляет: 200 мм х 200 мм х 160 мм и 300 мм х 300 мм х 280 мм. В такие размеры можно вписать практически любой предмет. Игрушки, механические части, элементы интерьера, компоненты для сломанных бытовых приборов, всевозможные крючки, подставки - список можно продолжать бесконечно.

А те модели, что не помещаются на столике 3D-принтера, можно разрезать на части и затем склеить. Поверьте опыту, место шва при должной обработке практически невозможно разломать.

Приведу лишь несколько примеров из жизни, когда 3D-печать позволила не только решить бытовые проблемы, но и неплохо сэкономить:

На фото: та самая заглушка от шлема.

распечатал сломанную шестеренку и зажим погружного блендера

спроектировал нестандартный держатель IP-камеры

напечатал с десяток всевозможных декоративных вазочек

спроектировал крепление для стульчака унитаза, найти которое не представлялось возможным (и смех, и грех, но эта конструкция исправно работает уже полтора года:)

напечатал еще один 3D-принтер

напечатал ручки для советских надфилей

печать утерянной заглушки шлема

заменил потрепанное автомобильное крепление

и это лишь малая часть того, что было распечатано.

Чтобы вам было понятнее, на что вообще способна печать, полистайте модели на сайте ThingiVerse . Все, что вы найдете там, уже кто-то печатал.

3D-печать – это дорого?

На фото: самодельный мини-плоттер.

Я бы не сказал. Два года назад, когда я решил, что займусь сборкой 3D-принтера самостоятельно, я составил смету на покупку комплектующих.

Электроника с механикой и одной катушкой пластика приблизительно обошлись мне в 7 500 рублей . Да, пришлось ждать доставки комплектующих с AliExpress, спалить пару плат и драйверов, но этот опыт однозначно того стоит.

На фото: держатель линз для микроскопа.

Скажу сразу, если вы раньше не сталкивались с самостоятельной сборкой электронных устройств, придется потратить несколько недель, а то и месяцев, на изучение темы. Но тут каждый выбирает для себя сам: заказывать принтер в Китае или на доске объявлений в родном городе (простенький вариант в диапазоне от 9 000 до 25 000 рублей) или собрать его самостоятельно.

Отдельно хотел бы предостеречь от покупки готовых брендовых 3D-принтеров. Если вам кажется, что отдав 40 – 50 тысяч рублей вы сразу же станете гуру 3D-печати, вынужден вас разочаровать. При прямых руках принтер за 10 000 рублей может печатать в разы лучше, чем раскрученный брендовый агрегат за 50 тысяч. Проверено лично.

Цена расходников. Средняя стоимость катушки нормального пластика весом 0,75 кг варьируется от 400 до 700 рублей. Чтобы понять, насколько хватит такой катушки, возьмите любую пластиковую игрушку или предмет и взвесьте ее.

Поверьте, с одной катушки филамента можно напечатать ну очень много полезных и крутых вещей.

А на 3D-печати можно заработать?

На фото: именная подставка под карандаши и ручки для ребенка.

Можно. Но не сразу и не баснословные деньги. Здесь все зависит от вашей усидчивости и уровня подготовки. Прежде, чем вы получите печатные модели, качество которых устроит не только вас, но и потенциального заказчика, придется изрядно попотеть.

Помимо десятка настроек в программе-слайсере предстоит освоить 3D-моделирование. Все это возможно, но при наличии достаточного количества времени.

После первых заказов вы упретесь в масштабирование, когда понадобится покупать еще парочку принтеров, то есть, инвестировать снова и снова.

Чтобы понять масштабы заработка, полистайте доски объявлений по запросу «услуги 3D печати». А дальше по старинке: взвесьте любую деталь в вашем доме и оцените стоимость такой же напечатанной. Добавьте к этому потраченные на изучение месяцы и сопоставьте рентабельность.

P.S.

На фото: процесс печати держателя подшипников для еще одного принтера:)

Рассказать о 3D-печати в одном материале невозможно. Это абсолютно новый увлекательный мир для закоренелого гаджетомана. Словами очень сложно передать тот восторг, когда спроектированная лично вам модель из цифровой превращается в физическую. Настоящая магия.

Сегодня речь пойдет о 3D-принтерах – расскажем всё, что вы хотели бы знать: принцип работы, устройство, разновидности, а также затронем тему развития трехмерной печати в России.

Как устроен 3D-принтер

Общая схема, по которой работают все 3D-принтеры, основана на возможности линейно двигаться в трех измерениях. Приборы оснащают высокоточными шаговыми двигателями и контроллером, отвечающим за порядок перемещения этих двигателей. Автоматизированная система передвигает печатающую головку, в нужный момент выдавливая материал (например, расплавленную пластмассу). Слой за слоем создается фигурка, изначально заложенная в программу. В основе лежит принцип работы «картезианского робота» (устройство, способное передвигаться по картезианским координатам, более известным каждому школьнику, как Декартовы координаты – X, Y, Z).

Примерная схема печатающей головки 3d принтера

Несмотря на кажущуюся сложность, все компоненты, используемые в 3D-принтерах, изобретены уже давно и активно используются в других областях. Устройство состоит из таких частей:

Экструдер. Именно эта деталь чаще всего совершенствуется в новых моделях и считается самой сложной и тонкой частью механизма. Состоит из термальной головки и привода, выдавливающего нить пластика. Работает так: в принтер заправляется катушка с нитью, привод разматывает и выталкивает ее, подавая к термальной головке (называемой также камерой). Головка обычно представляет собой нагреваемый алюминиевый элемент, который расплавляет нить. В полужидком состоянии вещество выдавливается через отверстие печатающей головки.
Линейный двигатель. От его разновидности зависит скорость печати 3D-принтера и долговечность устройства. Для каждой оси координат используется отдельный гладкий стержень, работающий вместе с подшипниками. Подшипники бывают пластиковыми, стальными, бронзовыми и т.д. Бронзовые сложнее всего калибровать во время сборки, но зато они менее шумные.
Фиксаторы. Чтобы линейные приводы не выходили за пределы рабочего поля, нужны ограничители – фиксаторы. На функциональность работы они не влияют, но их наличие делает печать значительно более точной и аккуратной. Встречаются модели с оптическими или механическими фиксаторами.
Платформа. Поверхность размером 100-200 кв.мм., на которой будет создаваться готовая фигура. Производители обычно делают платформу подогреваемой – это нужно, чтобы не допустить трещин или разрывов на модели, обеспечить сцепление между отдельными слоями, а также между первым слоем и самой платформой. Площадка изготавливается обычно из алюминия или стекла – вещества с хорошей проводимостью тепла.

А теперь подробнее рассмотрим, как на 3D-принтере создается необходимая фигура.

Как происходит печать

В то время как обычный принтер способен лишь воссоздавать на плоской бумаге электронную картинку, трехмерный работает с более сложной информацией.

Программное Обеспечение для 3d принтера

Сначала с помощью специального программного обеспечения создается модель будущего объекта, затем ее загружают в принтер, который по описанной выше технологии создает физический объект. Такой способ называется прототипированием. Но сейчас есть еще несколько принципов работы 3D-принтеров, разработанных на его основе:

Стереолитография (SLA). В роли основного материала выступает смесь жидкого полимера со специальным реагентом, служащим для отвердевания пластика (напоминает эпоксидку). Ультрафиолетовый лазер отвечает за полимеризацию смеси в нужный момент. Фигура строится на подвижной платформе, соединенной с небольшим «лифтом», перемещающим заготовку вниз или вверх на расстояние одного слоя. Когда лазерный луч погружается в полимер, то останавливается на местах, которые должны затвердеть. После формирования слоя лифт поднимает или опускает заготовку.
Выборочное лазерное спекание (SLS). Не секрет, что технологии 3D-печати внедрены уже почти во все области производства. Не стала исключением и металлообработка, именно здесь применяется метод SLS. В качестве материала выступает композитный порошок, содержащий в составе частицы размером 50-100 мкм. Порошок равномерно наносится слой за слоем, после чего «запекается» лазером. Технология очень экономичная и практически безотходная, если сравнивать с традиционной резкой, литьем, фрезеровкой, сверлением и т.д.
Многоструйное моделирование. Уникальная разработка американской компании 3D Systems, похожая на стандартную струйную печать в обычных принтерах. В процессе задействовано несколько десятков или даже сотен сопел, которые рядами выстроены на печатающей головке. «Чернила» нагреваются, слоями опускаются на рабочую поверхность, затем отвердевают при комнатной температуре.

Это лишь основные и наиболее распространенные методы, на самом деле существует масса более редких, узкоспециализированных вариантов – например, УФ-облучение через фотомаску (SGC), послойное склеивание пленок, склеивание порошков, ламинирование листовых материалов (LOM) и другие.

Области применения 3D-печати

Технология нашла применение практически во всех сферах деятельности человека:

образовании;
архитектуре;
науке;
машиностроении;
медицине;
кулинарии;
приборостроении;
производстве одежды и обуви.

Например, в 2013 году ученые смогли напечатать на принтере ряд синтетических веществ, обладающих свойствами органических клеток и даже элементы живой ткани. Материалом выступали стволовые клетки. Тогда же в 2013 мир услышал об инновационном хирургическом устройстве BioPen, способном непосредственно во время операции наращивать ткани пациента.

А ученые из Великобритании выяснили, что в роли легкоплавкого материала хорошо себя показывает шоколад. В результате появилось устройство для кондитеров, позволяющее создавать необычные шоколадные фигурки для тортов или других блюд. Воплощение идеи заняло немало времени, так как по сравнению с пластмассой шоколад менее склонен держать форму. Но оснащение устройства специальными системами охлаждения и подогрева выровняло ситуацию. Такие приборы сейчас пользуются востребованностью в кофейнях, ресторанах, кондитерских магазинах и фабриках.

Шоколадный 3d принтер

После изобретения шоколадного 3D-принтера начали распространяться технологии и для других продуктов. Посмотрите на пиццу, напечатанную устройством от компании Foodini:

Пицца, распечатанная на 3d принтере

В архитектуре с помощью 3D-печати удобно создавать макеты зданий. Это в несколько раз дешевле и удобнее, чем традиционные методы.

Макет дома, распечатанный на 3d принтере

С развитием технологий трехмерная печать позволила разрабатывать даже очень крупные объекты – вплоть до автомобилей весом в несколько центнеров. Такой автомобиль напечатала компания Urbee, и в планах стоит его внедрение в массовое производство.

Автомобиль, распечатанный на 3d принтере

Российские разработки в области трехмерной печати

В России сфера довольно хорошо развита. Есть несколько крупных и множество мелких производителей, выпускающие 3D-принтеры в разных ценовых категориях. Остановимся подробнее на самых известных из них:

Бренд PICASO 3D изначально завоевал популярность благодаря необычному дизайну своего первого принтера. Сегодня та модель уже не производится, но есть ряд других. не менее интересных. Последняя разработка компании – Designer X. Цена 149 000 рублей, и это оптимальная стоимость для его набора функций. Модель действительно включает в себя все самые современные технологии, при этом обладает надежностью и стабильностью. Позволяет реализовать абсолютно любые идеи, благодаря производительности печати до 100 куб.см в час и разрешению слоя от 0,01 мм.

3d принтер Designer X

Бренд Magnum считается одним из основных конкурентов PICASO и производителем эталонных 3D-принтеров. Недавно у них вышла на рынок модель Magnum Creative 2 SW (127 000 рублей), это принтер с двумя экструдерами для двухцветной печати или смешивания оттенков. Отличие модели от других двухэкструденрных устройств в наличии технологии Switch, которая приподнимает сопло, когда оно неактивно. Это делает печать бесперебойной и облегчает подготовку заготовок для печати. Текучесть пластика улучшена путем внедрения двустороннего обдува высокой мощности.

3d принтер Magnum Creative 2 SW

Компания IMPRINTA работает с 2013 года. На текущий момент продвигает модель Hercules Strong Duo (299 000 рублей), пришедший на смену весьма популярному Hercules Strong. Новое устройство может печатать одновременно двумя разными материалами, автоматически контролируя и калибруя подачу. Смена материала занимает 2,3 секунды. Принтер работает почти бесшумно и очень точно, благодаря обновленным электронным и механическим узлам. Доступна работа с пятнадцатью разными материалами (ABS, PLA, ASA, PP, ETERNAL, HIPS и т.д.).

3d принтер Hercules Strong Duo

PrintBOX 3D относится к компании RGD, которая с 2007 года занимается работой с ЧПУ-станками. Компания предлагает неплохие и относительно дешевые устройства. Например, современный PrintBOX 3D White (139 000 рублей) с полностью закрытой камерой и принудительным обдувом. Благодаря этому соблюдается нужный температурный баланс, а как следствие, повышается качество печати.

3d принтер PrintBOX 3D

EGL3D – производит стереолитографические принтеры на основе технологии DLP SLA. Владелец может без проблем заменить разделительный антиадгезионный материал, благодаря встроенным ваннам особой конструкции. Также отмечается автономность принтера, то есть не обязательно всегда держать его подключенным к компьютеру. Модель EGL2.1 стоит 275 000 рублей.

3d принтер EGL2.1

Помимо изготовления 3D-принтеров, в России активно интересуются печатью с точки зрения создания разного рода объектов. Один из ярких примеров – в 2019 году на Международном военно-техническом форуме будет представлен первый в мире танк, напечатанный на 3D-принтере. Модель называется Т-90МС.

Танк обладает полноценным функционалом – может участвовать в военных действиях. Оборудован динамической защитой третьего поколения, мощным турбодизельным двигателем, компьютеризированным комплексом для контроля работы трансмиссии и двигателя.

Модель танка Т-90МС, напечатанного на 3d принтере

Прогнозы 3D-печати для России и мира

Совершенно очевидно, что популярность потребительской трехмерной печати имеет только одно направление – рост. Ведь новые принтеры печатают всё более качественно, а цены их при этом становятся всё доступнее. В интернете можно найти огромное количество баз с десятками тысяч готовых моделей, которые остается только загрузить в принтер.

Пока индустрии недостает одного – качественного пользовательского сервиса. Производители ориентируются больше на корпорации, чем на частных клиентов. Но эта проблема со временем уйдет, и тогда 3D-принтеры прочно войдут в нашу жизнь.

Данная статья имеет очень большой размер, потому она была разбита на несколько постов по рекомендации администрации для удобства чтения. В первой части речь пойдет о конструкциях принтеров и экструдеров, типах пластиков, принципах печати и непосредственно покупке принтера. Во второй рассмотрим подготовку моделей, работу со слайсерами, разные аспекты печати и борьба с типовыми проблемами. Третья часть будет посвящена постобработке модели, ее склейке и окраске. Статья написана в середине 2015 года мною, Игнатом Погудиным, на основании своего собственного опыта работы с 3D печатью и собранной в этой области информацией, а потому местами довольно субъективна и в некоторых вопросах, например, выбор принтера или подход к выбору слайсера, может не совпадать с мнением большинства. Сайт 3DToday выбран в качестве площадки для выкладывания данной статьи, авторство которой я оставляю за собой. В статье используется некоторое количество графических материалов, автором которых я не являюсь. В большинстве случаев это изображения типовых или отсутствующих у меня изделий и обычно я указываю это непосредственно в тексте. К сожалению, я не нашел метода масштабирования для изображений, потому местами их размер может быть избыточным по отношению к тексту.

Введение

В моей предыдущей статье про создание в подарок архитектурного макета церкви, в комментариях была просьба рассказать про сам принтер. Несмотря на то, что рассказов «я купил себе 3Д принтер» уже довольно много, я подумал: а почему бы и нет. Ведь можно написать этакое эссе на тему «как я купил принтер и какими именно методами уговаривал его печатать». Что-то вроде рассказа про 3д печать вообще и принтер в частности, плавно переходящий в небольшое введение в практику пластиковой печати. Большинство «немного интересующихся» знают в основном только то, что принтер печатает какими-то пластиками, а также смотрели напоминающие скринсейверы видео с принтерами, которые плавно заполняли слои пластика, выводя при печати своеобразные трели, смахивающие на какую-то очень странную электронную музыку. Собственно, на этом все и заканчивалось.

С этим, я приступил к созданию статьи. Но получилось так, что по ходу появилось желание пояснить различные нюансы печати, чтобы любой чайник в данном вопрос мог понять саму тему 3Д печати в той мере, которая потребуется ему, если он все-таки решит купить себе принтер и заняться любительской 3Д печатью. В результате из отзыва о принтере с пояснениями на тему 3Д печати получилась, такое вот странное сочетание слов, «любительская фундаментальная» статья, охватывающая широкий спектр вопросов 3Д печати, с небольшими включениями отзыва о покупке конкретного принтера. Вариант «все в одном», что-то вроде «малая настольная книга начинающего печатника», в которую лишь немного вплетен рассказ о покупке 3Д принтера и работе с ним. Статья для чайников с попыткой объять необъятное.

В статье будет вестись речь не о всех разновидностях 3Д принтеров и печати на них, а только о FDM (Fused Deposition Modelling), т.е. печать путем последовательной укладки слоев нагретым пластиком. Эта технология сейчас наиболее распространена, в отличие от SLS или SLA принтеров, которые, несмотря на схожесть аббревиатур, являются совершенно разными устройствами – селективное лазерное спекание и стереолитографическая печать – данные принтеры пока слишком дорогие и потому малораспространенные в категории условно домашних устройств.

Данная статья может быть интересна как далеким от темы людям, которые хотят в ней немного разобраться, так и уже начинающим и не только, чтобы осмыслить уже знакомые аспекты и узнать что-то новое. Статья написана в плавающем стиле, с переходами от вольного к энциклопедическому и обратно. Небольшой дисклеймер: часть используемых в статье изображений взята с интернета, т.к. у меня нет дельта-принтера для фотосессии, и многочисленные тесты пластиков на одной и той же модели я не проводил, также я использовал фотографии из интернета типовых изделий вроде резиновых шпателей и баночек суперклея. Итак, приступим…

1. Немного нудной теории

Здесь я собрал описание некоторых нюансов технологии печати, по которому можно более менее определиться с «понятиями и определениями» пластиков и кинематик принтеров.

Что вы все знаете, это то, что принтер печатает нагретым до температуры плавления пластиком. Что их, пластиков, есть вроде как несколько разновидностей, а дальше идет магия медленного и постепенного «вырисовывания» результата под печатные трели самого принтера. Потому я приведу общую информацию для понимания процесса.

1.1. Некоторые принципы печати

Кроме очевидного «печать разогретым пластиком через сопло», стоит обратить внимание на несколько фундаментальных для 3Д печати моментов. Например, сильно нависающие или же вообще висящие в воздухе на момент печати нижних слоев элементы печатаются с помощью выстраиваемых поддержек, но они не позволяют сделать нижнюю поверхность печатаемого элемента гладкой. В случае, когда вы печатаете поверхность сложной формы, эту нижнюю поверхность часто вообще невозможно обработать до получения достаточно качественного результата. Здесь требуется выстраивание поддержек другим типом пластика так, чтобы слой поддержки образовывал ровную поверхность со сплошным заполнением перед укладкой уже «конструкционного» слоя.

Не следует рассчитывать на очень высокую скорость печати, т.к. это ощутимо снижает качество конечного отпечатка – на углах появляется «звон» – появление небольших затухающих волн, являющихся следствием инерции печатающей каретки и растяжения управляющих ремней, на прочих участках начинают проступать микролюфты механики.

Качественная печать долгая… Да, «осторожно, кофе горячий», но это банальность, которая становится суровой реальностью после восьмого часа печати сложной модели. И вы понимаете это, когда одну и ту же маленькую фигурку вы отправляете на печать типичным «быдло-слоем» в районе 0.25 мм и когда вы печатаете в два с лишним раза дольше, но слоем 0.1 – разница в качестве таких отпечатков будет видна далекому от 3Д печати человеку.

Кстати о сложных и крупных моделях… Их невозможно напечатать, просто нажав кнопку Печать. Требуется разбиение вручную на множество элементов, учет масштабов так, чтобы элементы не оказались слишком тонкими (когда речь идет о дизайнерской печати, где исходная модель делается без поправки на печать в масштабе 1/50-1/100) и прочие элементы предпечатной подготовки.

Изучение софта и тонких настроек. Когда вы покупаете свой первый автомобиль, зная только, что где-то там у него находится инжектор и стойки, т.е. без опыта эксплуатации и ремонта машин друзей и родственников, но когда при этом год выпуска машины сравним с годом выдачи вашего школьного аттестата, то вы в глубине души надеетесь, что вам не придется в ближайшее время знакомиться с автомехаником и что вы будете лишь заливать в машину бензин. Но как показывает практика, как неизбежно знакомство с механиком с обращением вида в лучшем случае «у меня там немного брякает, гляньте, пожалуйста», в худшем «а почему у меня уже неделю горит вот эта красная лампочка с масленкой», так неизбежно и изучение чисто технических нюансов, касаемых скоростей и толщин слоев. Они будут отвлекать вас от процесса творчества, но на данный момент отрасль 3д печати недостаточно развита, чтобы можно было свести всю технологию печати к нажатию двух кнопок.

Для получения качественного, а часто и вообще хотя бы приемлемого результата придется вникать в различные и при этом многочисленные настройки слайсеров.

1.2. Пластики

Уже сейчас их существует огромное количество, включая резиноподобные, токопроводящие, «стеклянные», «деревянные» и даже гипсоподобные, но «канонично» есть три типа пластика, от которых уже можно плясать дальше в понимании процесса:

1) ABS. Это типовой инженерный «all purpose» пластик. Он прекрасно обрабатывается и клеится, и им напечатана большая часть моделей, которые вы видели вживую или в интернете. Им печатают при средней (плюс-минус в зависимости от конкретного пластика и предпочтений печатающего) температуре 230 градусов. Т.к. у этого материала сравнительно высокий коэффициент термического расширения, он требует наличия у принтера подогреваемой платформы (heatbed), без которой печать им очень усложняется вплоть до полной невозможности. Самая известная проблема с данным пластиком – деламинация – отклеивания краев модели от стола из-за неоднородности остывания модели при печати. Скажу только, что война с деламинацией напоминает вечную борьбу добра и зла.

Как и PLA, ABS пластик выпускается во всем спектре цветов. У разных цветов может отличаться качество печати из-за различия в используемых красителей. Отмечу одну особенность: есть белый и натуральный ABS. Они похожи, но натуральный идет без матирующего красителя. Если вы планируете печатать для показа, не крася при этом модель, то лучше использовать белый, т.к. в отличие от него, натуральный немного прозрачный, потому мелкие детали будут скрадываться.

2) PLA. Тоже очень популярный для печати пластик, производимый на основе продуктов переработки кукурузы или сахарного тростника. Разлагается бактериями со временем, хотя я не видел ни одной разложившейся в обычных условиях модели из него. Имеет очень слабое термическое расширение, в результате чего им можно печатать объекты практически любых размеров. Но он более сложен в последующей обработке и мною не использовался. Скажу, что большинство «деревянных» и прочих подобных пластиков делаются на основе PLA.

3) PVA. Водорастворимый пластик, использующийся для создания поддержек нависающих элементов. Используется вторым экструдером. Довольно дорогой, а потому, а также по причине меньшей распространенности двухэкструдерных принтеров, на текущий момент малопопулярный. На момент написания наши производители (не буду заниматься рекламой) запускают в производство данный пластик по предположительно разумной цене, будем посмотреть. Добавлю, что получить гладкую нижнюю «подвешиваемую» поверхность при использовании суппортов из ABS пластика практически нереально без подъедающей детали химической обработки, потому для некоторых моделей сейчас сам смотрю в направлении этого материала.

1.3. Кинематика

Дабы не расписывать на три страницы, упрощенно скажу, что их две: ортогональная и цилиндрическая. Ортогональные, есть нескольких исполнений, сводящихся к тому, с какой стороны бить яйцо, т.е. подвижна ли платформа, а если подвижна, то по какой оси. Цилиндрическая – так называемая «delta» кинематика – позиционирование печатающей головки производится с помощью трех расположенных по форме трехлучевой звезды тяг. При этом, они позиционируют головку как по X и Y, так и по высоте, а потому подложка может быть жестко закреплена на корпусе. Данная механика более требовательна к качеству исполнения, но обычно (по моему непроверенному мнению) позволяет реализовывать бОльшие скорости перемещения и печати, по причине частого использования bowden экструдеров и контроля положения головки посредством трех тяг (осей), а не двух, как в обычных «ящиках». Забегая вперед, скажу, что мой принтер использует ортогональную кинематику, использующуюся в Makerbot Replicator.

Для примера обычных «кубиков» взят не каноничный Makerbot Replicator, а FlashForge просто по причине того, что новые Мейкерботы идут в темных металлических корпусах и потому их фотографии хуже для понимания, что это вообще такое.

1.4. Экструдеры

Их существует множество конструкций, но, как и принтеры, их можно разделить на два основных типа: wade и bowden. На фото приведен «двухголовый» вариант wade экструдера.

В первом случае мотор подачи пластика находится непосредственно рядом с подающим соплом, во втором закреплен на раме принтера (в редких случаях закреплен висящим в воздухе над печатающей головкой), а пруток подается от мотора до сопла по тефлоновой трубке.

Преимущество wade экструдера: малое расстояние от мотора до сопла, а потому существенно меньше проблемы с «соплями» – остатками вытекающего из сопла пластика при прекращении подачи при переходах между отдельными участками печати, что особо существенно при использовании PLA пластика, т.к. он более текучий.

Преимущество bowden экструдера: значительно меньшая масса печатающей каретки (мотор составляет большую часть веса экструдера), позволяющая увеличить скорость печати в сравнении с wade, которой, скорости, и так постоянно не хватает, без снижения качества.

2. «Муки выбора»

Началось все с процесса изучения темы, переходящего в выбор конкретной модели или группы моделей, из которых уже можно было бы выбирать при заказе. Таким образом, я набрел на некий Робофорум, на тот момент являющийся чуть ли не единственным русскоязычным ресурсом, где был настоящий действующий форумный раздел, посвященный 3Д печати, с множеством активных пользователей, которых можно почитать и/или задать им вопрос.

Несколько дней я просто читал форум, что начало формировать конкретные мысли. Насколько я смог понять, большинство принтеров являются самоделками на основе различных условно серийных (назвать действительно серийными модели, состоящие из кучи тяг и отпечатанных на принтере же шестеренок все же сложно) моделей. Не буду подробно останавливаться на названиях и кинематиках этих принтеров (кратко я их описал выше), т.к. у каждой из них есть свои преимущества применительно к какому-то размеру, точности и качеству исполнения и кошельку. На текущий момент идеальный FDM принтер еще не изобретен.

Ниже больше расскажу про свой собственный выбор принтера, но, говоря о выборе принтера вообще, нельзя не упомянуть наиболее популярный вариант – кит для самостоятельной сборки на основе конструкции Mendel Prusa. Выглядит он приблизительно следующим образом – на паре фотографий из интернета изображен сам принтер и один из вариантов китов:

Данные фотографии взяты с разных сайтов, потому модификации принтеров могут немного отличаться. Киты данного принтера продаются в разных комплектациях: нередко это просто набор пластиковых деталей, а моторы, электронику, подшипники, шпильки и ремни требуется искать отдельно.

Этот принтер очень популярен из-за дешевизны, имеет множество вариантов исполнения, в чем особо преуспели китайцы, может идти как с нагреваемой кроватью, так и без нее (напоминаю, нагреваемая кровать обязательна для печати ABS пластиком). Основными недостатками лично я считаю открытый корпус и, следовательно, подверженность всем сквознякам, невысокая жесткость в большинстве исполнений, не слишком большое поле печати и подвижная по горизонтали платформа, что может сказаться на качестве печати элементов малой жесткости – например, тонких высоких столбиков. Но, повторяю, это один из самых доступных принтеров, позволяющий получить вполне приличное качество печати.

Изучение форума привело меня к одной простой мысли: нет, я не пойду по пути, по которому пошел большой процент пользователей – не буду брать разумно недорогой кит у китайцев для последующей сборки, браться будет готовый собранный принтер. На это есть несколько причин:

1) Мне желательно найти принтер с разумно большим полем печати, тогда как большинство китов на момент покупки ограничивали поле печати в районе 12х12 см;

2) Требуется не открытый «реечный» вариант, а «ящик» – то, что можно содержать в обычной квартире, закрыв кожухом и потому не слишком воняя парами пластика и изолировав область печати от сквозняков;

3) Желательна двухэкструдерная модель для печати поддержек PVA пластиком. Нельзя знать заранее, понадобится это или нет, но пусть будет;

4) Обязательно наличие подогреваемой кровати, т.к. в первую очередь я планировал печатать ABS пластиком;

5) Прочтение множества тем на форуме заронило в меня каверзную мысль, что часто самоделки сводятся к созданию принтера, который продолжительно доводится до ума, а на нем печатаются детали для постройки более совершенного принтера, таким образом замыкая цикл производства. Т.е. постройка принтера для постройки принтера. Я же изначально планировал брать принтер для печати чего-то конкретного, потому постарался от темы замкнутого круга самоделок уйти.

С этими вводными круг потенциальных моделей сузился до одной уже конкретной модели Makerbot Replicator 2, точнее до его китайских клонов, т.к. цена на «оригинал» категорически негуманна, а качество печати китайцев по тестам вызывают в памяти известную фразу «зачем платить больше».

На рынке, а точнее, чего уж, на Aliexpress, на момент покупки было несколько производителей данного клона: уже сделавший себе имя и «забуревший» Wanhao, менее известный CTC и только появившийся там FlashForge. На тот момент я еще сомневался – «а надо ли мне оно», т.е. принтер вообще, но при появлении предложения двухэкструдерного FlashForge Creator с двумя бобинами ABS пластика за 29 тысяч рублей (сентябрь 2014 года) – «они сделали мне предложение, от которого я не смог отказаться».

Здесь заканчивается первая часть Введения в 3D печать. Во второй части мы перейдем к знакомству со слайсерами, подготовкой модели и к самой печати.

Технологии трехмерной печати уже никого не удивляют. Многие пользуются 3Д принтерами в личных целях, и практически не одно предприятие не обходится без промышленного принтера для трехмерной печати. И хоть это уже и не новость, а сама технология была разработана уже достаточно давно, мало кто знает, как работает 3D принтер. Если вас интересует этот вопрос, то данная статья будет вам весьма полезна.

Для начала, чтобы понять принцип работы принтера для трехмерной печати следует понять, что это вообще такое и принцип печати.

1. Что такое 3D принтер

3D принтер – это устройство для создания физических объектов путем последовательного накладывания слоев. Другими словами 3Д принтер способен распечатать любой физический предмет, который смоделирован на ПК.

На сегодняшний день существуют различные модели 3D принтеров, которые способны работать с разными расходными материалами. Это означает, что при помощи трехмерной печати можно изготавливать любые детали для механизмов, которые смогут выдерживать высокие нагрузки, и не уступают деталям, сделанным традиционным способом.

Независимо от модели все современные 3D принтеры имеют одинаковый принцип работы.

2. Принцип работы 3D принтера

Теперь вы знаете определение 3Д принтера, и можно переходить к вопросу, как он работает. Вы уже знаете, что принтер для трехмерной печати способен выводить трехмерную информацию, то есть создавать физические объекты по информации, поступающей с персонального компьютера. Принцип действия 3D принтера заключается в последовательном наложении тончайших слоев расходного материала (пластика, или металлической пудры и так далее).

Слой за слоем создается физический объект. При этом стоит отметить, что такая технология изготовления моделей отличается высокой скоростью. Кроме этого принтер абсолютно лишен так называемого «человеческого фактора». То есть машина не совершает ошибок, благодаря чему изделия получаются абсолютно точными и идентичными оригиналу.

Из-за того, что существуют разные типы устройств для трехмерной печати невозможно однозначно ответить на вопрос, как работает 3Д принтер. К примеру, устройство, печатающее пластиком, имеет один принцип, а принтер, работающий с металлической пудрой совершенно другой. Конечно, все они работают по принципу послойного создания модели, однако в случае с пластиком принтер должен плавить расходный материал до жидкого состояния, а в случае с металлической пудрой печатающая головка распыляет связующее вещество.

2.1. Как работает 3D принтер по пластику

Принцип работы такого принтера заключается в том, что печатающая головка (так называемый экструдер) сильно нагревается и плавит пластик, который подается в виде литой трубки. Далее расплавленный материал подается с нижней части печатающей головки и помещается в нужных местах.

Для правильно работы принтера необходим специальный файл, который содержит всю информацию о создаваемой модели. В зависимости от модели принтер может быть подключен к ПК или работать автономно.

2.1.1. Работа 3D принтера по металлу

Как и любой другой 3Д принтер, устройства, печатающие металлом, также управляются при помощи компьютера. Кроме этого используется такой же принцип послойного создания модели. Однако в отличие от принтера, печатающего пластиком, 3D принтер по металлу не плавит расходный материал.

Принцип работы заключается в следующем. Печатающая головка наносит специальное связующее вещество (клей) в местах, указанных компьютером. После этого вал наносит тончайший слой металлической пудры на всю рабочую площадь. В местах, где нанесен «клей» металлическая пудра склеивается и затвердевает. Далее печатающая головка снова наносит «клей», после чего вал насыпает еще один тончайший слой металлического порошка и так далее.

3. Как работает 3D принтер: Видео

По окончанию работы принтера получается необходимый физический объект. Лишняя пудра просто сдувается с модели. Однако изделие все еще не готово. На данной стадии деталь очень пористая и хрупкая. Для придания ей жесткости и прочности изделие помещается в специальный контейнер, который засыпается бронзовой пудрой, и все это помещается в специальную печь, для сплавления молекул металла между собой и насыщения изделия бронзой.

Конечно, весь этот процесс занимает достаточно много времени, однако все равно изготовление детали происходит существенно быстрее, чем традиционным способом. Кроме этого такое производство существенно дешевле. Такой же принцип работы имеют и принтеры, печатающие стеклом.

4. Устройство 3D принтера

По своему устройству 3D принтер схож с обычным принтером для печати 2Д изображений. Отличие заключается только в том, что 3Д принтер печатает в трех плоскостях. То есть помимо ширины и высоты появляется еще и глубина. Не зависимо от модели, все 3D принтеры имеют практически одинаковое строение. Они состоят из одинаковых элементов. Итак, устройство 3Д принтера включает в себя:

Экструдер, который разогревает и выдавливает полужидкий пластик;
Рабочая поверхность – платформа, на которой выполняется печать;
Линейный мотор, который приводит в движение подвижные органы;
Фиксаторы – датчики, ограничивающие движения подвижных органов, к примеру, когда они подходят к краю рабочей поверхности;
Рама;
Картезианский робот – машина, которая способна двигаться в трех направлениях по осям координат X, Y и Z.

Все это управляется при помощи компьютера, который задает величины движений каждого из компонентов. Теперь вы знаете, как устроен 3D принтер, что позволяет лучше узнать современную технику и понять принцип ее работы. Конечно, этот пример описывает простейшую конструкцию 3D принтера. Сегодня существуют более сложные устройства, которые имеют дополнительные возможности и более сложные схемы. Однако устройства новых моделей компании изготовители, по определенным причинам, держат в строгом секрете.

Сегодня трехмерной печатью удивить можно, пожалуй, только маленького ребенка. Метод 3Д моделирования запросто используется в личных или коммерческих целях, а многие современные предприятия уже не могут обойтись без такого принтера. Сама технология была создана довольно давно, однако, мало кто задумывался каков принцип действия 3Д принтера. В этой статье речь пойдет как об устройстве, так и о распространенных методах этого вида моделирования.

Устройство принтера для 3Д печати

О чём пойдет речь:

Из чего состоит

Тип устройства принтера для 3Д печати похож со своим собратом, изготавливающим любые изображения в формате 2Д. Основным отличием считается способность продвинутого принтера печатать объемные элементы. Так, к привычной длине и ширине, здесь добавляется еще и глубина. Нужно понимать, что абсолютно все 3D принтеры имеют одинаковый набор рабочих элементов.

Любое устройство, печатающее в трех плоскостях, состоит из таких рабочих элементов:

Экструдер. Он нагревает и выдавливает вязкий пластик;
Платформа. Основа, на которой проходит процесс;
Мотор. Он двигает необходимые элементы принтера;
Фиксаторы. Специальные датчики, стопорящие подвижные части принтера во время работы. Они не позволяют выйти за границы платформы;
Рама;
Картезианский робот. Устройство, способное двигаться по 3-м осям.

Зная устройство машины, становится понятен принцип работы 3Д принтера. Конечно, это основные рабочие узлы, принимающие непосредственное участие в создании трехмерных конструкций.

Как работает

Всего различают несколько основных технологий 3Д печати:

Метод постепенного наслоения пластика.
Стереолитографическое моделирование.
Лазерное спекание.

Эти методы были названы от более популярного к менее распространенному. И сейчас кратко расскажем о каждом из них.

Большинство 3Д принтеров работает с термопластиком, в том числе с полилактидом. Он отличается природным происхождением и неспособностью выделять вредные вещества. Работа заключается в подаче тонкой нити вязкого пластика в трубу сопла. Она и формирует необходимый элемент.

Стереолитографическая печать

Эта технология широко применяется в стоматологии. С ее помощью изготавливают зубные протезы. Главным преимуществом таких принтеров считается высокое качество изготовленных конструкций. К тому же эти установки гораздо дешевле. Они не нуждаются в зеркалах, что делает устройство гораздо проще.

Тереолитографический лазерный 3D-принтер

Лазерное спекание

Для этой технологии используют легко плавящийся пластик. Мощный луч прорисовывает объект. Это действие спекает материал. И так слой за слоем проходит моделирование выбранного элемента. После завершения печати остатки материала просто отряхиваются. Минусов этого метода считается пористая поверхность изделия.

Управление работой принтера и ПО

Основные процессы регулируются с помощью ПК:

температура сопла;
скорость подачи пластиковой нити;
работа мотора.

Базовой системой 3Д принтеров сегодня считается Arduino с открытой архитектурой. А программа должна выбираться в зависимости от конкретной модели машины. Чаще всего, изготовители рекомендуют использовать только фирменное программное обеспечение.

Сегодня 3Д принтер можно рассматривать как специализированное оснащение для специалистов, которые смогут решить массу задач с помощью этого устройства.