Главная Народные средства 3d принтер возможности использования. D Мир, в котором нет незаменимых вещей? Настольные модели для домашнего использования

3d принтер возможности использования. D Мир, в котором нет незаменимых вещей? Настольные модели для домашнего использования

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

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

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

Первый 3D принтер

Как это работает

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

Схематическое изображение 3D-принтера

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

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

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

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

Управление процессом печати

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

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

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

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

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

Где можно применить 3D-принтер

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

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

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

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

Брать или не брать: достоинства и недостатки оборудования

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

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

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

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

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

Объёмная 3D печать материального объекта по его трёхмерной компьютерной модели - это уникальная технология современности, которую ожидают большие перспективы в будущем. Ещё недавно устройства, использующие её, казались фантастикой, а сегодня они превратились в реальность, и стали уже доступными даже для домашнего пользования. Хотя стоимость 3D-принтеров ещё высока, и превышает цену других, компьютерных девайсов, они находят всё большее практическое применение не только для прикладного творчества, но и для различных сфер бизнеса. Постоянное развитие и совершенствование этой технологии уже привело к созданию промышленных устройств. Какой из них выбрать?

Что собой представляет 3D-принтер, его назначение

Периферийное компьютерное устройство, которое по цифровой объёмной модели создаёт материальный объект путём послойного нанесения быстро затвердевающего материала, называется 3D-принтером. Для работы такого устройства требуется компьютерная трёхмерная модель, выполненная в любом из 3D-редакторов либо полученная на 3D-сканере. Сегодня существует несколько разновидностей, в зависимости от используемой технологии:

FDM и DIW 3D-принтеры, применяющие метод экструзии, основанный на продавливании расплавленного материала через тонкое отверстие в специальном устройстве, называемом экструдер (в принтерах первого типа на охлаждаемую поверхность платформы послойно наносится разогретый до предела плавления термопластик, а во втором - керамический шлам, который называют чернилами, в крупных архитектурных моделях может применяться густой керамический шлам);
Принтеры для 3D-печати, работающие по экструзионной технологии (FDM) изготавливают макет путём послойной укладки расплавленного пластика, выдавливаемого через экструдер. Печатающая головка движется по осям X и Y, а печатная платформа - вниз по оси Z
принтеры типа SLA-DLP, использующие метод фотополимеризации, при котором применяется жидкий фотополимер, а затвердение каждого его слоя производится путём засвечивания ультрафиолетовым лазером;
В 3D-принтерах, построенных на технологии SLA, изделиеие формируется в ванночке, заполненной фотополимерной смолой. Под действие УФ излучения лазера, действующего на тонкий слой смолы, она затвердевает и основание опускается вниз на толщину следующего слоя
принтеры, в которых для создания трёхмерного материального объекта используется выровненный слой порошка, скрепляющийся послойно различными методами, путём нанесения клея способом струйной печати (3DP-принтеры) или его плавления электронным лучом в вакууме (EBM), лазерным излучением (SLS или DMLS, в зависимости от типа порошка) и нагревательной головкой (SHS);
При использовании технологии SLS, тонкий слой порошка в нужном месте спекается лазером, и печатная платформа опускается на толщину слоя, а всё пространство стола засыпается новой порцией порошка
EBF 3D-принтеры, в которых для получения материальной модели применяется проволока, расплавляющаяся под действием электронного излучения;
принтеры, построенные на принципе ламинирования, или послойного нанесения плёнки, в каждом слое которой, вырезается контур детали специальным резаком или лазером;
3D-принтеры, основанные на технологии ламинирования используют укладку тонкой плёнки с последующим вырезанием слоя лазером
принтеры с точечной подачей порошка, расплавляемого лазерным или электронным излучением;
устройства, работающие с использованием метода многоструйного моделирования (MJM), когда способом струйной печати наносится быстро застывающий материал;
биопринтеры - инновационные периферийные компьютерные устройства, которые только начинают внедряться, они используют клетки живого организма для формирования внутренних органов, и в будущем будут способны создавать полноценный материал для трансплантологии (уже имеются случаи успешного изготовления и пересадки челюсти для человека и щитовидной железы для лабораторной мыши).

Видео: как работает механизм

Возможности у такого уникального периферийного компьютерного устройства практически неограничены. Сегодня он уже применяется для следующих целей:

быстрого создания точных макетов в архитектурном проектировании, конструировании различных механизмов и машин, а также в дизайне интерьеров и ландшафта с целью доработки проекта и презентации его заказчику;
Архитектурные макеты, созданные устройствами объёмной печати служат для презентаций проекта заказчику или для его доработки
изготовления любых деталей сложной формы для единичного или мелкосерийного производства, а также запчастей для ремонта различных устройств;
Одним из направлений использования 3D-печати является изготовление запчастей для ремонта
изготовления моделей и форм для литья, в том числе и при создании ювелирных изделий;
Из пластика способом 3D-печати создаётся форма, в которую отливается ювелирное украшение. Таким способом можно производить изделия самой сложной конфигурации
строительства зданий и сооружений любой сложности, для чего используют специальные устройства, напоминающие башенный кран, вместо тросов у которого имеются магистрали для подачи жидкого бетона (такое устройство позволяет возводить 1 этаж за 10 часов, что значительно сокращает сроки строительства);
С помощью 3D-принтера сегодня уже строят дома, подавая вместо пластика бетон
создания протезов и внутренних органов для трансплантации в медицине;
Трёхмерная печать используется для создания протезов, и проходят первые испытания по изготовлению внутренних органов из биочернил ДНК
изготовления макетов сложных устройств для наглядных пособий учебных заведений;
Наглядное пособие по изучению конструкции ходовой части автомобиля, изготовленное средствами 3D печати
создания геоинформационных систем, представляющих собой объёмную карту местности в цвете, с точным отображением рельефа;
Создание геоинформационных моделей местности - это одно из направлений применения 3D-принтеров
производства предметов домашнего обихода, различных аксессуаров и предметов для украшения интерьера;
С помощью 3D-принтеров можно создавать предметы украшения интерьера
разработки макетов упаковок и ёмкостей для маркетинговых целей;
Средствами объёмной печати можно создавать макеты упаковки товаров и различных ёмкостей
изготовление корпусов экспериментальной техники - автомобилей, систем автоматизации и различных электронных устройств;
Устройствами для трёхмерной печати можно изготавливать корпуса различных бытовых и электронных приборов
изготовления рекламной и сувенирной продукции;
производства эксклюзивной одежды и обуви по фигуре и размерам конкретного клиента, полученным путём 3D сканирования.
В 3D-принтерах можно изготовить эксклюзивные модели обуви

Этот перечень наглядно демонстрирует перспективы применения 3D-принтеров и их востребованность в самых разных сферах человеческой деятельности.

Как выбрать: параметры, на которые нужно обращать внимание

Покупая любое сложное устройство, нужно чётко определить для себя цели, для которых вы собираетесь его использовать. От этого будет зависеть какие рабочие параметры его вам лучше подойдут. Учитывая, что такое периферийное устройство стоит недёшево, следует наиболее тщательно подбирать его, учитывая все рабочие параметры, чтобы потом не пожалеть о покупке.

Прежде всего, нужно определиться с типом принтера по применяемой технологии 3D печати. Самые популярные и доступные модели сегодня для домашнего пользования или занятий малым бизнесом - это:

Среди основных критериев выбора можно отметить следующие:

Тип применяемого для печати материала. Выбирая 3D-принтер, нужно учитывать, что расходный материал для устройств типа FMD будет стоить дешевле, чем для SLA-принтеров. Для тех, кто решил приобрести FDM-принтер, существует большой выбор пластиков разных расцветок и видов (PLA, ABS, HIPS, PVA и другие), но идеальным для новичков будет полимерная нить из PLA пластика, поскольку этот материал более лёгкий в пользовании, и изделия из него получаются идеально ровными и гладкими. Для выбравших же 3D-принтер SLA придётся приобретать более дорогой материал в виде фотополимерных смол. К непрофессиональным моделям принтеров лучше всего покупать фотополимер серий Vera, Somos или Tanga, отличающиеся прозрачностью, высокой прочностью, термостойкостью и стабильностью пластика.
Нить из ABS пластика для печати на 3D-принтере с технологией FDM
Точность печати. Она более высокая у принтеров SLA. Точность же воспроизведения модели в устройствах экструзионного типа во многом зависит от толщины слоя, который укладывается принтером при печати. А значит, чем тоньше отверстие сопла экструдера, тем выше и чёткость воспроизведения цифровой модели в материальном объекте. Сегодня выпускаются модели принтеров с разным диаметром отверстия сопла от 0,1 до 0,4 мм. При этом нужно понимать, что чем меньше отверстие сопла экструдера, тем больше времени уйдёт на изготовление модели. Здесь каждый должен выбирать сам, что для него важнее - точность отображения 3D-модели или скорость печатания.
На верхнем фото - деталь, изготовленная на 3D-принтере с точностью 0,1 мм, а на нижнем - 0,025. При большей точности печати изделие получается более гладким, без видимых слоёв пластика
Область печати, определяющая какого максимального размера объект можно распечатать данным принтером. Имеется, конечно, возможность изготавливать и объекты большего размера, но только по частям, склеивая их специальным клеем. Для этого с помощью программы 123D Make цифровая модель разбивается на отдельные части. Но, если вы не хотите заниматься склеиванием, то при выборе принтера сопоставляйте желаемые размеры изготавливаемых макетов с областью печати конкретной модели.
Максимальное пространство, которое может занять макет на 3D-принтере - это его область печати
Особенности конструкции. Здесь имеет значение открытая она или закрытая, и из каких материалов изготовлен корпус и несущие элементы. Эти факторы больше всего влияют на жёсткость всей конструкции, от которой зависит скорость передвижения печатающей головки, а также способность несущих частей устройства гасить колебания и вибрацию от нескольких электродвигателей, отвечающих за перемещение головки принтера по всем трём осям (X, Y и Z) и его стола по оси Z. Изготовленный из дерева корпус хоть и покажется кому-то слишком бюджетным вариантом, но зато он отлично поглощает колебания. Изготовленные же из алюминия или стали несущие конструкции будут более прочными и долговечными. Принтеры типа SLA лучше покупать с хорошо проветриваемой рабочей камерой, что будет способствовать более быстрому отвердеванию фотополимера. А для устройств FDM типа, особенно при работе с ABS пластиком или нейлоном, имеющими высокую степень усадки при быстром остывании, лучше приобрести 3D-принтер с закрытым корпусом и облицовкой рабочей зоны.
Принтеры с закрытой конструкцией (фото справа) имеют большую жёсткость и могут развивать более высокую скорость печати
Наличие вспомогательного софта. Принтеры для объёмной печати - это высокотехнологичные компьютерные устройства, для работы которых требуются специальные программы. Прежде всего, 3D-принтер должен распознавать и уметь читать все 3D-редакторы и различные форматы ввода данных. К последним относятся языки STL и X3D, а также стандарт VRML. Существует множество вспомогательных программ, позволяющих производить самые разнообразные действия по подготовке к печати и созданию материальной модели. Такими являются, например, программы слайсеры, позволяющие разрезать объект на части для вывода его на печать частями (Kissslicer или Cura) или программа 123D Catch, предназначенная для работы с облачным сервисом, и позволяющая получить трёхмерную цифровую модель объекта по его фотографиям, сделанным с разных ракурсов. Наличие вспомогательных программ, поставляемых изготовителем принтеров, значительно облегчает работу с такими технически сложными устройствами. И на этот факт тоже следует обращать внимание при их выборе.

Наиболее подходящие 3D-принтеры для малого бизнеса

Объёмная печать с использованием 3D-принтеров, является сегодня наиболее перспективным направлением для малого бизнеса. С помощью этих компьютерных устройств, не требующих слишком больших финансовых вложений, как для промышленных принтеров, можно наладить мелкосерийное производство различных товаров.

Из большого многообразия, представленных на рынке принтеров для этих целей больше всего, подойдут модели, удовлетворяющие следующим критериям:

качество печати должно быть довольно высоким, чтобы создавать уникальные и реалистичные модели, интересные для продажи, что сразу исключает из выбора относительно дешёвые принтеры, стоимостью до 1000 долларов;
желательно, чтобы принтер был приспособлен для цветной печати (принтеры FDM, DIW, 3DP или EBF), что позволит сэкономить время на раскрашивание товара при мелкосерийном производстве;
устройство должно поддерживать работу хотя бы с двумя основными видами пластиков (ПЛА И АБС), что расширит возможности его использования, и позволит производить продукцию для детей (ПЛА пластик предназначен именно для детских товаров);
цена расходных материалов, используемых 3D-принтером, должна обеспечивать приемлемую себестоимость готовых изделий, достаточную для нормального уровня рентабельности бизнеса;
размер рабочей камеры должен соответствовать габаритам предусмотренных для производства моделей, при этом следует учитывать, что принтеры с большей областью печати и стоить будут дороже.

В любом случае выбор принтера будет зависеть от того, каким видом бизнеса вы предполагаете заниматься. Для производства мелких поделок подойдут устройства экструзионного типа, а для изготовления ювелирных изделий или зубных протезов - более дорогие принтеры на фотополимерах. Из наиболее подходящих для малого бизнеса можно назвать следующие модели:

Какое устройство выбрать для дома

Учитывая пока ещё высокую стоимость периферийных компьютерных устройств для трёхмерной печати, вряд ли будет целесообразным покупать для домашнего пользования слишком дорогой и навороченный 3D-принтер стоимостью в 5 - 10 тыс. долларов и выше. Вполне достаточно будет устройства по цене от 500 долларов до 3 тысяч. Здесь всё зависит от требовательности покупателя к качеству печати и его финансовых возможностей.

Лучше всего, если 3D-принтер для дома будет иметь простое и понятное управление, удобный интерфейс и идеальное соотношение цены и качества. Все востребованные сегодня для домашнего пользования принтеры можно разделить на следующие группы по ценовым категориям:

бюджетные модели, наиболее доступные из этого вида устройств по цене от 300 до 1 тысячи долларов;
принтеры среднего класса (1–1,5 тыс. долларов);
довольно высокого класса устройства по демократичной цене от 1,5 до 3 тысяч долларов.

Среди наиболее популярных принтеров для 3D-печати, можно отметить следующие модели:

Printrbot Simple , стоимостью 300$, который относится к принтерам экструзионным (FMD), и продаётся в разобранном виде - самостоятельная сборка устройства поможет лучше разобраться с его конструкцией и понять принцип работы этого оборудования;
Printrbot Simple продаётся в разобранном виде и является самым доступным и востребованным для дома периферийным компьютерным устройством
Kino XYZ printing da Vinci 1.0 - это новый принтер тайваньской компании XYZ printing, имеющий высокое разрешение печати сопоставимое с более дорогими устройствами - 0,1 мм, стоимость его около 500$ (в работе используется технология послойного наложения расплавленного пластика - FDM);
Модель принтера Kino XYZ printing da Vinci 1.0 имеет закрытую конструкцию и высокое разрешение печати до 0,1 мм
Cubify CubeX , относящийся к среднему ценовому сегменту, со стоимостью 1300$, и отличающийся высоким качеством печатания и скоростью создания модели с большими её размерами, этот принтер выпускается в трёх вариантах конструкции - с 1, 2 и 3 экструдерами, что позволяет получать цветные макеты компьютерных моделей, может подключаться к компьютеру через USB соединение или Wi-Fi модуль.
Принтер Afinia H-Series H479 стоимостью 1,5 тыс. долларов с точностью печати 0,15 - 0,4 мм

Рейтинг лучших 3D-принтеров

Самым известным в мире экспертом в области объёмной печати является зарубежный портал 3D Hubs, который регулярно составляет рейтинг лучших моделей печатающих периферийных устройств в различных номинациях. По версии этого интернет-ресурса, лучшими в 2017 году были названы следующие модели 3D-принтеров:

Original Prusa i3 MK2 производства чешской компании Prusa Research. Этот принтер предназначен для любителей электроники, являющихся новичками в вопросах 3D-печати, которые смогут самостоятельно собрать его из комплектующих, поскольку он продаётся в разобранном виде. Устройство относится к экструзионным моделям типа FDM, и поддерживает работу с 15 видами пластика, включая ABS и PLA, Carbon и Nylon, HIPS и FilaFlex, Bamboofill, Laybrick и другие. Эта модель в работе может использовать одновременно до 4 различных материалов. Она имеет интегрированную ось Z и нагревательный стол с печатной поверхностью из пластика типа PEI. Принтер такой модели имеет достаточно большую область печати размерами 250 x 210 x 200 мм, минимальную толщину укладываемого слоя пластика 0,05 мм и скорость печатания 40 - 60 мм в секунду.
Принтер модели Original Prusa i3 mk2 поддерживает 15 видов пластиков, и способен одновременно работать с 4 различными материалами
BCN3D Sigma R17 (Release 2017) . Эта модель 3D-принтера, выпущенная компанией из Испании BCN3D Technologies, является продолжением популярной во всём мире линейки устройств для трёхмерной печати Sigma. В новой модели применён независимый двойной экструдер, позволяющий избежать деформаций при смене цвета изделий, а также одновременно выполнять печать двух идентичных макетов. В модернизированном устройстве применена новая система охлаждения и обновлена технология микрочипов, управляющих мощностью. Всё это позволило сделать работу принтера более бесшумной. Sigma R17 имеет высокую точность печати от 0,125 мм и область построения макета размерами 297 х 210 х 210 мм. В работе применяется пластиковая нить из следующих полимеров ABS, PLA, HIPS, PET и Exotics, которые экструдер выдавливает с минимальной толщиной слоя 0,05 мм.
Устройство модели BCN3D Sigma R17 имеет сдвоенный независимый экструдер, позволяющий печатать одновременно два одинаковых изделия
Formlabs Form 2 - стереолитографический (SLA) 3D-принтер, выпускаемый американской компанией Formlabs, оснащённый мощным лазером, сенсорным дисплеем и Wi-Fi модулем. Устройство имеет область печати размером 145 x 145 x 175 мм и толщину слоя 0,025 - 0,1 мм. Этот принтер работает на жидких фотополимерах и допускает использование смол других производителей. Он оснащён платформой с подогревом и встроенной панелью управления.
3D-принтер Formlabs Form 2 оснащён мощным лазером, сенсорным дисплеем и модулем Wi-Fi. В работе устройства используется технология SLA, с применением фотополимерных смол
PowerSpec 3D Pro. Данная модель производится в Китае и относится к ценовой категории бюджетных 3D-принтеров. Его отличительными чертами являются прочность, высокая скорость печати и наличие в конструкции двойного экструдера, что является редкостью для недорогих моделей. 3D Pro поддерживает работу с тремя видами пластиков (PLA, ABS и PVA) и имеет высокую точность печати. Толщина укладываемого слоя 0,1 - 0,3 мм.
Модель принтера PowerSpec 3D Pro имеет высокую прочность и скорость печати. Она оснащена двойным экструдером, что достаточно необычно для бюджетного принтера
OrdBot Hadron. Этот принтер выпускает компания ORD Solutions из Канады. Модель представляет собой механическую платформу для 3D-печати, изготовленную из алюминия. Она имеет высокую жёсткость, надёжность и скорость печати (400 мм/с). Принцип её работы построен на технологии FDM. Устройство поддерживает работу с двумя видами пластиков - ABS и PLA, и имеет область печати размером 190 х 190 х 150 мм. В конструкции этого принтера предусмотрена возможность подключения второго экструдера, сервопривода, жидкокристаллического экрана и другого оборудования, что сможет существенно модернизировать устройство уже после его покупки.
Модель устройства для трёхмерной печати ORD Bot Hadron изготавливается из алюминия, и благодаря высокой жёсткости конструкции, имеет хорошую скорость печатания - 400 мм/с

Технологии трёхмерной 3D печати ещё только начинают завоёвывать компьютерный рынок, и стоимость принтеров для воплощения цифровой модели в материальный объект пока довольно высокая. Но за этими технологиями будущее, и наверняка 3D-принтеры в скором времени появятся в каждом доме, превратившись в обыденное дополнение к компьютеру. Уже сегодня многие модели стали доступными для людей со средним уровнем достатка, и широко используются не только в малом бизнесе, но и в быту. Пользуясь изложенными рекомендациями можно легко подобрать подходящий принтер для домашнего пользования или небольшого собственного бизнеса.

С начала нового тысячелетия понятие «3D» прочно вошло в нашу повседневную жизнь. В первую очередь, мы связываем его с киноискусством, фотографией или мультипликацией. Но едва ли сейчас найдётся человек, который хотя бы раз в жизни не слышал о такой новинке, как 3D-печать.

Что же это такое и какие новые возможности в творчестве, науке, технике и повседневной жизни несут нам технологии трехмерной печати, мы и попытаемся разобраться в статье, приведенной ниже.

Но сначала немного истории. Хоть и много стали говорить о 3D печати только последние несколько лет, на самом деле эта технология существует уже достаточно давно. В 1984 году компания Charles Hull разработала технологию трёхмерной печати для воспроизведения объектов с использованием цифровых данных, а двумя годами позже дала название и запатентовала технику стереолитографии.

Тогда же эта компания разработала и создала первый промышленный 3D принтер. Впоследствии эстафету приняла компания 3D Systems, разработавшая в 1988 году модель принтера для 3Д печати в домашних условиях SLA – 250.

В том же году компанией Scott Grump было изобретено моделирование плавлеными осаждениями. После нескольких лет относительного затишья, в 1991 году компания Helisys разрабатывает и выпускает на рынок технологию для производства многослойных объектов, а через год, в 1992, в компании DTM выходит в свет первая система селективного лазерного спаивания.

Затем, в 1993 году основывается компания Solidscape, которая и приступает уже к серийному производству принтеров на струйной основе, которые способны производить небольшие детали с идеальной поверхностью, причём при относительно небольших затратах.

Тогда же Массачусетский университет патентует технологию трёхмерной печати, подобную струйной технологии обычных 2D принтеров. Но, пожалуй, пик развития и популярности 3D печати всё же пришёлся на новый, 21 век.

В 2005 году появился первый , способный печатать в цвете, это детище компании Z Corp под названием Spectrum Z510, а буквально через два года появился первый принтер, способный воспроизводить 50% собственных комплектующих.

В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3Д печати постоянно растёт. Этим технологиям оказалось подвластно всё - от кровеносных сосудов до коралловых рифов и мебели. Впрочем, о сферах применения данных технологий мы поговорим чуть позже.

Итак, что же представляет из себя печать на 3d принтере?

Вкратце - это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D модели. Затем цифровая трёхмерная модель сохраняется в формате STL-файла, после чего 3D принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие.

Сам процесс печати – это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трёхмерных моделей, нанесением на рабочий стол (элеватор) принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов.

Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.

Как работает 3D принтер?

Применение трехмерной печати – это серьезная альтернатива традиционным методам прототипирования и мелкосерийному производству. Трёхмерный, или 3д-принтер, в отличие от обычного, который выводит двухмерные рисунки, фотографии и т. д. на бумагу, даёт возможность выводить объёмную информацию, то есть создавать трёхмерные физические объекты.

На данный момент оборудование данного класса может работать с фотополимерными смолами, различными видами пластиковой нити, керамическим порошком и металлоглиной.

Что такое 3d принтер?

В основу принципа работы 3d принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определённого материала, о котором будет сказано немного позже. Преимущества 3D печати перед привычными, ручными способами построения моделей - высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость.

Например, для создания или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени - от нескольких дней до месяцев. Ведь сюда входит не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы - чертежи и схемы будущего изделия, которые всё равно не дают полного видения окончательного результата.

В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства.

3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге - ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов.

При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается.

Что такое 3d принтер: видео

Существуют различные технологии трёхмерной печати. Разница между ними заключается в способе наложения слоёв изделия. Рассмотрим основные из них.

Наиболее распространенными являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев расплавленных материалов) и SLA (стереолитиография).

Наиболее широкое распространение благодаря высокой скорости построения объектов получила технология стереолитографии или SLA.

Технология SLA

Технология работает так: лазерный луч направляется на фотополимер, после чего материал затвердевает.

В качестве фотополимера используется полупрозрачный материал, который деформируется под действием атмосферной влаги.

После отвердевания он легко поддаётся склеиванию, механической обработке и окрашиванию. Рабочий стол (элеватор) находится в ёмкости с фотополимером. После прохождения через полимер лазерного луча и отвердения слоя рабочая поверхность стола смещается вниз.

Технология SLS

Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча – оно же SLS - единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья.

Пластмассовые модели обладают отличными механическими качествами, благодаря которым они могут использоваться для изготовления полнофункциональных изделий. В SLS технологии используются материалы, близкие по свойствам к маркам конечного продукта: керамика, порошковый пластик, металл.

Устройство 3d принтера выглядит следующим образом: порошковые вещества наносятся на поверхность элеватора и спекаются под действием лазерного луча в твёрдый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий её форму.

Технология DLP

Технология DLP – новичок на рынке трехмерной печати. Стереолитографические печатные аппараты сегодня позиционируются, как основная альтернатива FDM оборудованию. Принтеры данного типа используют технологию цифровой обработки светом. Многие задаются вопросом, чем печатает 3d принтер данного образца?

Вместо пластиковой нити и нагревающей головки для создания трехмерных фигур используются фотополимерные смолы и DLP-проектор.

Ниже вы можете увидеть, как работает 3d принтер видео:

Впервые услышав про DLP 3d принтер, что это такое – вполне резонный вопрос. Несмотря на замысловатое название, устройство почти не отличается от других настольных печатных аппаратов. К слову, его разработчики, в лице компании
QSQM Technology Corporation, уже запустили в серию первые образцы высокотехнологичного оборудования. Выглядит оно следующим образом:

Технология EBM

Стоит отметить, технологии SLS/DMLS – далеко не единственные в области . В настоящее время для создания металлических трехмерных объектов широко используется электронно-лучевая плавка. Лабораторные исследования показали, что использование металлической проволоки для послойного наплавления при изготовлении высокоточных деталей малоэффективно, поэтому инженеры разработали специальный материал – металлоглину.

Металлическая глина, использующаяся в качестве чернил во время электронно-лучевой плавки изготавливается из смеси органического клея, металлической стружки и определенного количества воды. Для того чтобы превратить чернило в твердый объект, его нужно нагреть до температуры, при которой клей и вода выгорят, а стружка сплавится между собой в монолит.

EBM 3d принтер: как работает

Примечательно, что данный принцип также используется при работе с SLS принтерами. Но в отличие от них, EBM-аппараты генерируют для плавки металлоглины направленные электронные импульсы вместо лазерного луча. Нужно сказать, что данный метод обеспечивает высокое качество печати и отличную прорисовку мелких деталей.

На сегодняшний день продаются только промышленные принтеры, использующие EBM технологию. Вот как выглядит один из них:

На видео, представленном ниже, наглядно продемонстрированы возможности 3d принтера, приспособленного для электронно-лучевой плавки:

Технология НРМ (FDM) HPM

Даёт возможность создавать не только модели, но и конечные детали из стандартных, конструкционных и высокоэффективных термопластиков. Это единственная технология, использующая термопластики производственного класса, обеспечивающие не имеющую аналогов механическую, термическую и химическую прочность деталей.

Печать по технологии НРМ выгодно отличается чистотой, простотой использования и пригодностью для применения в офисе. Детали из термопластика устойчивы к высоким температурам, механическим нагрузкам, различным химическим реагентам, влажной или сухой среде.

Растворимые вспомогательные материалы позволяют создавать сложные многоуровневые формы, полости и отверстия, которые было бы проблематично получить обычными методами. 3D-принтеры, действующие по технологии НРМ, создают детали слой за слоем, разогревая материал до полужидкого состояния и выдавливая его в соответствии созданными на компьютере путями.

Для печати по технологии НРМ используется два различных материала - из одного (основного) будет состоять готовая деталь, и вспомогательного, который используется для поддержки. Нити обоих материалов подаются из отсеков 3D-принтера в печатающую головку, которая передвигается зависимости от изменения координат X и Y, и наплавляет материал, создавая текущий слой, пока основание не переместится вниз и не начнется следующий слой.

Когда 3D-принтер завершит создание детали, остаётся отделить вспомогательный материал механически, или растворить его моющим средством, после чего изделие готово к использованию.

Интересно, что в наши дни популярностью пользуются не только автоматические настольные HPM принтеры, но и приспособления для ручной печати. Причем, правильно было бы назвать их не печатными устройствами, а ручками для рисования трехмерных объектов.

Ручки сделаны по той же схеме, что и принтеры, использующие технологию послойного наплавления. Пластиковая нить подается в ручку, где плавится до нужной консистенции и тут же выдавливается через миниатюрное сопло! При должной сноровке получаются вот такие оригинальные декоративные фигурки:

Ну и конечно, так же, как и технологии, отличаются друг от друга и сами принтеры. Если у вас принтер, работающий по SLA, то технологию SLS на нём применить будет невозможно, т. е. каждый принтер создан только под определённую технологию печати.

Цветная 3D-печать

Данная технология единственная в своем роде, которая позволяет получать объекты во всем доступном диапазоне оттенков. Примечательно, что окрашивание изделий происходит непосредственно во время их изготовления. С ее помощью получаются фотореалистичные объекты. Это и вызывает неподдельный интерес к ней со стороны дизайнеров.

Зачастую в качестве исходного материала применяют порошок, созданный на основе гипса. Щетки и ролики формируют не очень толстый слой расходника. Дальше с помощью подвижной головки на необходимые участки наносятся микрокапли клееобразного вещества (перед этим его окрашивают в нужный цвет). Оно напоминает по своему составу цианокрилат. Послойно создается готовый разноцветный объект. Финальная обработка изделия цианоакрилатом обеспечивает ему блеск и жесткость.

Промышленные и настольные цветные 3D-принтеры

Современный рынок предлагает различные многоцветные 3D-принтеры. С их помощью создаются разноцветные объекты в домашних условиях. Большинство агрегатов предназначено для профессионального использования.

Профессиональная цветная печать на 3D-принтере осуществляется с помощью:

1. Линейки Zрrintеr от известной торговой марки 3D Sуstems. Эти устройства могут создавать габаритные разноцветные объекты. Снабжаются 5-ю картриджами и системой автоматической загрузки порошка. Техника практически на 100% автоматизирована, поэтому настройка или контроль процесса печати не обязателен. Весят модели около 340 килограмм. Стоимость в пределах 90-130 тысяч долларов.

2. Полноцветный 3D-принтер Мсor Iris. Разноцветные изделия создаются путем склеивания отдельных бумажных клочков. Данный агрегат от Мсоr Тесhnologies Ltd создает объемные фотореалистичные модели с неплохими показателями прочности. Может генерировать до миллиона цветов. Стоит 15 тысяч долларов.

Настольные модели для домашнего использования:

1. Цветной 3D-принтер 3D Тоuch. Данный агрегат работает по технологии FDМ. Модель может снабжаться одной, двумя или даже тремя экструзионными головками. Работает с АВS или РLА-пластиком. Весит ни много ни мало 38 килограмм. Стоимость – около 4 тысяч долларов.

2. 3D-принтер трехцветный ВFB 3000 РАNTHER – первый цветной принтер, который был выпущен на рынок. Сегодня его стоимость составляет около 2,5 тысяч долларов. В качестве рабочего материала применяется стандартная пластиковая нить. Для работы понадобится нить трех цветов.

3. Одна из самых дешевых моделей – РroDеsk3D. Для создания изделий используется система из пяти картриджей. Возможна работа с РLA или АВS-пластиком. Принтер снабжен системой автоматической настройки. Стоит всего 2 тысячи долларов. К сожалению, не может похвастаться высокими показателями разрешения печати.

Области применения 3D печати

3D печать открыла большие возможности для экспериментов в таких сферах как архитектура, строительство, медицина, образование, моделирование одежды, мелкосерийное производство, ювелирное дело, и даже в пищевой промышленности.

В архитектуре, например, 3D печать позволяет создавать объёмные макеты зданий, или даже целых микрорайонов со всей инфраструктурой - скверами, парками, дорогами и уличным освещением.

Благодаря используемому при этом дешёвому гипсовому композиту обеспечивается низкая себестоимость готовых моделей. А более 390 тысяч оттенков CMYK позволяют в цвете воплотить любую, даже самую смелую фантазию архитектора.

3d принтер: применение в области строительства

В строительстве есть все основания предполагать, что в недалёком будущем намного ускорится и упростится процесс возведения зданий. Калифорнийскими инженерами создана система 3D печати для крупногабаритных объектов. Она работает по принципу строительного крана, возводящего стены из слоёв бетона.

Такой принтер может возвести двухэтажный дом всего в течение 20 часов.

После чего рабочим останется лишь провести отделочные работы. 3D House Постепенно завоёвывают прочные позиции 3D принтеры и в мелкосерийном производстве.

В основном эти технологии используются для производства эксклюзивных изделий, таких как предметы искусства, фигурки персонажей для ролевых игр, прототипов моделей будущих товаров или каких-либо конструктивных деталей.

В медицине благодаря технологиям трёхмерной печати врачи получили возможность воссоздавать копии человеческого скелета, что позволяет более точно отработать приёмы, повышающих гарантии успешного проведения операций.

Всё большее применение находят 3D принтеры в области протезирования в стоматологии, так как эти технологии позволяют намного быстрее получить протезы, чем при традиционном изготовлении.

Не так давно немецкими учёными была разработана технология получения человеческой кожи. При её изготовлении используется гель, полученный из клеток донора. А в 2011 году учёным удалось воспроизвести живую человеческую почку.

Как видим, возможности, которые открывает 3D печать практически во всех сферах деятельности человека поистине безграничны.

Принтеры, создающие кулинарные шедевры, воспроизводящие протезы и органы человека, игрушки и наглядные пособия, одежду и обувь - уже не плод воображения писателей - фантастов, а реалии современной жизни.

А какие ещё горизонты откроются перед человечеством в ближайшие годы, наверное, это может быть ограничено только фантазией самого человека.

Для людей, которые не видели самого процесса работы 3D принтера, сама возможность объёмной печати представляется чем-то фантастическим, наподобие телепортации.

На самом же деле эта технология носит скорее эволюционный характер. По сути отличий от работы обычного принтера не так уж и много.

Вместо тонера, который распыляется на бумагу, используются другие материалы, например быстроотвердевающие смолы, что позволяет создать практически любой объект.

Ограничений по форме и сложности объекта действительно не существует, это может быть детская игрушка, элементы для протеза руки, одежда, даже действующее огнестрельное оружие можно просто напечатать.

3D-принтеры: технологии будущего уже сегодня

Типы 3D принтеров

На данном этапе развития 3D печать только начинает использоваться повсеместно, хотя сам принцип работы был сформулирован ещё в 1986 году. С тех пор кардинально ничего не изменилось – в основу положен всё тот же принцип послойного создания модели. Единственное что изменялось это используемый материал и способ его твердения. В некоторых моделях принтеров использовались металлический порошок и пластиковая пудра, а для их отвердения применялся лазер.

Широкое применение эти материалы нашли при ремонте изношенных деталей, например лопастей турбин. Кроме этого существуют принтеры, которые используют светочувствительный материал (фотополимер). В некоторой степени они работают как обычные 2D принтеры – наносят на поверхность слой жидкого материала, затем он твердеет при облучении (обычно ультрафиолетом). Свою нишу нашли устройства, в которых за один проход печатающей головки наносится несколько разных материалов.

Но всё же самым распространённым типом остаются принтеры, работающие с термопластиком. Принцип работы напоминает обычный клеевый пистолет, управляемый компьютером. Его отверждение происходит при снижении температуры. Возможна работа с разноцветными термопластиками.

3D-принтеры. Мозговой штурм.

Сфера применения 3D принтеров

С массовым распространением 3D печати появилось множество, зачастую просто фантастических изделий. Среди самых невероятных вариантов использования этой технологии следует отметить следующие:

Исследователи университета Принстона смогли соединить живую и неживую материю при печати человеческого уха. Откровенно говоря, в результате эксперимента получился не полноценный орган, а скорее протез из биомассы, своего рода антенна для улавливания радиоволн. В материале в большом количестве содержатся стволовые клетки. В США также скоро начнутся клинические испытания по лечению межпозвонковых дисков с помощью напечатанных протезов. Появились первопроходцы и в протезировании конечностей, причем для достижения результата достаточно оказалось просто скачать готовые модели для 3D принтера, а затем собрать протез;
Возможность «печатать» еду. На данный момент успешно подобран состав и напечатаны хрящи и кости, теперь очередь за печатью мяса и других продуктов питания;
Огнестрельное оружие. Создан рабочий образец пистолета, он выдерживает не более одного выстрела. С использованием более прочного материала была напечатана винтовка, которая выдержала 15 выстрелов без разрушения, то есть характеристики такого оружия практически не уступают своим металлическим «собратьям»;
Печать зданий. На 2014 год запланирован эксперимент по использованию 3D принтера в строительстве коттеджа. Возможно, это совершит переворот в строительной отрасли. Но в строительной отрасли уже получены первые результаты. Брайан Петерс, основатель «Лаборатории дизайна» в Амстердаме сумел подобрать такой состав керамической смеси для принтера, при котором на изготовление одного кирпича уходит не более 20 минут. Сейчас он работает над изготовлением установки для полноценной печати ;
Астрономами НАСА напечатанной лунной базы. Идея состоит в том, чтобы все элементы конструкции получить прямо на месте строительства из лунного грунта;
В машиностроении также взяли на вооружение перспективную технологию. Например, в авиастроении, при проектировании реактивных двигателей некоторые элементы могут быть напечатаны (по этой технологии уже изготавливаются инжекторы авиадвигателей);
В производстве электроники проектирование и объёмная печать элементов с оптимальной формой и характеристиками уже становится реальностью. Незаменимой 3D печать стала при производстве микросхем малого размера и сложной формы. В качестве эксперимента исследователи Гарварда и университета штата Иллинойс напечатали настолько малого размера, что их можно использовать для питания роботов размером не больше комара.

Перспективы 3D печати

Ряд преимуществ, в том числе и возможности создания объекта целиком, практически безотходному производству, возможности создания сложный внутренних структур определяет будущее этой технологии. Нет сомнений, что в ближайшие годы технология объёмной печати приобретёт широкое распространение.

3D печать уверенно развивается на глобальном уровне и предлагает возможности, с которыми традиционное производство конкурировать просто не в состоянии. На данном этапе развития основное направление использования 3D принтеров – быстрое и точное прототипирование. Единственным сдерживающим фактором является отсутствие составов, близких по свойствам металлу, цементобетону, ткани, но это лишь вопрос времени.

3D Мир, в котором нет незаменимых вещей?

Возможно, в ближайшем будущем это станет реальностью. Фундаментальным изменениям может подвергнуться и экономическая система. Ведь больше не будет нужды покупать готовые товары, достаточно заплатить за сырьё и файлы , остальное сделает 3D принтер. К тому же при таком сценарии развития событий изделие получится уникальным, идеально подходящим владельцу.

Будущее покажет , что именно из перечисленного станет реальностью, но одно можно утверждать с уверенностью – 3D печать способна кардинально изменить мир.

3D-принтеры продолжительное время могли себе позволить только специализированные компании, которые испытывали необходимость в быстром создании прототипов готовых изделий, либо выпуске малых партий продукции. Создание изделия в единичных экземплярах с помощью трёхмерной печати, несмотря на высокую стоимость 3D-принтеров, во многих случаях гораздо дешевле, чем использование дорогих форм для литья или пресс-форм, либо применение инструментальных станков.

В последние годы стоимость 3D-принтеров значительно снизилась, что привлекло к ним внимание обычных потребителей. Производители усердно стимулируют этот спрос, показывая свои устройства на различных выставках и конференциях. Правда, демонстрация возможностей трёхмерной печати при этом сводится к созданию различных вычурных безделушек. Но можно ли сделать 3D-принтер полезным в быту и что для этого нужно? Редакция провела собственный эксперимент, используя бюджетный аппарат Inno3D Printer D1 и высокочественные расходные материалы Verbatim PLA Filament .

Немного о технологиях

Прежде чем переходить к практике использования 3D-принтеров в быту, перечислим наиболее распространённые сегодня технологии. Для трёхмерной печати (второе название - «быстрое прототипирование») применяются различные способы и материалы, но в основе любого из них лежит принцип послойного наращивания твердотельной модели .

Разработки в области быстрого прототипирования велись ещё в 1980-х. Однако широкое коммерческое распространение 3D-принтеры получили лишь в . Это было связано с окончанием срока действия ряда патентов, связанным с этим резким снижением стоимости устройств, популяризацией технологии среди широких масс и появлением относительно доступных и качественных расходных материалов.

Сегодня массово используется сразу несколько технологий для создания 3D-моделей:

Стереолитография (SLA). Исходный продукт - жидкий фотополимер, в который добавлен специальный реагент-отвердитель. В обычном состоянии материал остаётся жидким, но под воздействием ультрафиолетового света полимеризуется и становится твёрдым.

Селективное лазерное спекание . Технология аналогична SLA, но вместо жидкости используется порошок с размером частиц 50–100 мкм. Лазерный луч спекает очередной слой, в результате чего он затвердевает. Достоинство этого метода - различные исходные материалы, например, металл, пластик, керамика, стекло, специальный воск.

Метод многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM) . Здесь по аналогии с обычной струйной печатью материал подаётся через небольшие сопла, расположенные на печатающей головке. В качестве материала для MJM-принтеров могут использоваться пластики, фотополимеры, специальный воск, а также материалы для медицинских имплантов. Применение фотополимера требует засветки напечатанного слоя УФ-лампой с целью его отвердения.

Послойное склеивание пленок (Laminated Object Manufacturing, LOM) . Тонкие листы материала режутся лазерным лучом или специальным лезвием по выкройке, соответствующей данному слою, а потом склеиваются между собой. Для создания 3D-моделей может использоваться не только пластик, но даже бумага, керамика или металл.

Однако основной причиной значительного удешевления 3D-принтеров стало изобретение технологии послойного наплавления - Fused Deposition Modeling (FDM). Также она известна как производство методом наплавления нитей - Fused Filament Fabrication . Именно этот метод сегодня наиболее распространён и доступен для конечных потребителей, не в последнюю очередь благодаря появлению наборов «сделай сам», позволяющих самостоятельно и достаточно дёшево собрать 3D-принтер.

Суть метода FDM состоит в расплавлении нити из пластика в специальной печатающей головке - экструдере - который выдавливает жидкий материал через сопло и наносит его послойно на нужные участки изделия. Чем меньше диаметр сопла, тем тоньше будут напечатанные слои, и тем точнее форма готового объекта будет соответствовать цифровой модели.

В качестве расходного материала применяется пластик ABS и PLA . Первый производится из нефти, является непрозрачным, легко окрашивается в разные цвета. Среди его достоинств - невысокая стоимость и жёсткость (более высокая, чем PLA), потому изделие сохраняет форму при больших нагрузках. Для ABS необходим надёжный прогрев платформы 3D-принтера, температурный режим экструдера – 210-270°. Основной недостаток ABS – чувствительность к воздействию ультрафиолетовых лучей и атмосферных осадков.

В свою очередь, PLA - это экологически чистый полилактид (PLA), который также используется для производства одноразовой посуды и медицинских изделий. PLA производят из кукурузы и сахарного тростника. Этот материал легко разлагается в открытой среде и безопасен для человека , поэтому более популярен. Кроме того, в процессе работы принтер не производит неприятного запаха «паленой пластмассы». Есть недостаток: изделия из PLA со временем разрушаются, их среднее время жизни составляет около 3-4 лет при окружающей температуре около 25° С.

Среди недостатков FDM-технологии: невысокая скорость печати (впрочем, это общий недостаток для всех устройств 3D-печати) и относительно большая толщина слоя - около 0,1 мм , что приводит к заметной шершавости/слоистости поверхности изделия.

Кроме того, иногда возникают сложности с фиксацией модели на рабочем столе, ведь первый слой, который служит как бы фундаментом для всех остальных, должен надёжно «приклеиться» к поверхности платформы . Чтобы решить эту проблему, производители наносят на рабочий стол специальное покрытие, а также снабжают его системой подогрева. Тем не менее, иногда модель всё-таки отрывается от стола в процессе печати, что приводит к непоправимому браку.

Расходные материалы

Ситуация на рынке расходных материалов для трёхмерной печати напоминает рынок обычных принтеров: есть «оригинальные расходники » от именитых производителей и есть более дешёвая «совместимая» продукция от noname-вендоров.

3D-принтеры потребляют пластиковую нить двух стандартных диаметров: 1,75 и 3 мм . Нужный диаметр определяется спецификацией принтера, причём значительные отклонения от стандартного диаметра могут привести к сложностям в работе принтера . Пластик поставляется в катушках и продаётся на вес. PLA гигроскопичен и при хранении требует соблюдения режима влажности , иначе может начаться расслоение материала, что приведёт к дефектам при изготовлении модели.

Для каждого типа материала должна быть известна рабочая температура , до которой должен нагреваться материал в печатающей головке. Эти величины не обязательно будут одинаковы для всех «расходников», сделанных из одного и того же материала. В идеале, оптимальные температуры вендор должен указать на этикетке катушки или в инструкции по применению. Если таких данных нет, их приходится подбирать экспериментально.

Verbatim - один из наиболее известных производителей, предлагающий высококачественный пластик из полимолочной кислоты . По заявлению вендора, нить обладает низкой возгораемостью. Кроме того, важное преимущество в том, что не требуется подогреваемая платформа для печати. Оптимальная рабочая температура указана на этикетке - от 200 до 220 °С .

PLA-нить поставляется намотанной на катушку и запакованной в коробку, в которую вложен специальный материал для поглощения влаги . Измерение диаметра нити в нескольких образцах пластика подтвердило заявленные 1,75 мм с погрешностью в несколько сотых . Стабильность размера диаметра обеспечивает максимально однородную волокнистую структуру для получения оптимального качества. Тест на изгиб рукой также показал хорошие результаты: пластик не ломался.

Inno3D Printer D1 - доступный 3D-принтер

Для эксперимента мы выбрали устройство Inno3D Printer D1 – один из самых доступных принтеров для трёхмерной печати. Аппарат работает по технологии послойного наплавления , его стоимость составляет чуть выше 1 тыс евро.

Внешне Inno3D Printer D1 напоминает устройства, которые энтузиасты собирают вручную. Защитного кожуха здесь нет, принтер имеет открытую конструкцию. Нижняя часть аппарата представляет собой короб из листовой жести, в которой размещён сенсорный экран управления , разъём miniUSB, слот для карт SD и сервопривод для перемещения рабочего стола по оси Y. Экструдер перемещается по осям X и Z благодаря двум вертикальным направляющим и соединяющих их горизонтальной направляющей. Катушка с пластиковой нитью крепится сбоку на трёх роликах.

Принтер Inno3D Printer D1 отличается открытой конструкцией (вид сверху). Слева расположена катушка с PLA-нитью, которая по рукаву подаётся на экструдер (справа)

Для фиксации модели на рабочем столе на его поверхность наклеивается специальная бумага, именно на неё ложится первый слой. Следует отметить, что эту бумагу можно использовать многократно , пока она не начнёт топорщиться или протираться.

Отсутствие общего защитного кожуха, очевидно, негативно влияет на работоспособность устройства. Дело в том, что 3D-принтер - это достаточно прецизионный механизм, который должен обеспечить перемещение экструдера с шагом примерно 0,1 мм по любой из осей. Поскольку все трубки-направляющие покрыты машинным маслом, и при этом никак не защищены от внешнего воздействия, со временем на них может скапливаться пыль, грязь, абразив. Чтобы не случилось заклинивания, направляющие элементы придётся время от времени чистить и смазывать. А ещё лучше сделать самодельный защитный кожух.

3D-печать - это длительный процесс. Печать полого цилиндра высотой 30 мм занимает около часа

Принтер позволяет печатать с компьютера через miniUSB-порт, либо с карты памяти SD. В первом случае процесс проходит автономно от ПК, во-втором - компьютер должен работать всё то время , пока идёт печать . Перед работой необходимо провести процедуру автотестирования и автокалибровки, что может занять порядка 15-20 минут. Эти процедуры запускаются с помощью команд на сенсорном экране.

Для подготовки файла формата STL к печати используется специальное программное приложение inno 3 D printer D 1 , которое поставляется в комплекте с принтером. С его помощью можно изменить размер и расположение модели, его ориентацию на рабочем столе. Кстати, принтер позволяет печатать одновременно несколько отдельных фигур, однако необходимо их расположить на достаточном расстоянии друг от друга на рабочем столе. Кроме того, необходимо выполнить процедуру Build, которая осуществляет финишную подготовку к печати, отдельно для каждой фигуры.

Приложение inno3D printer D1 показывает примерное время, которое потребуется для печати модели. Как показало тестирование, обычно оценочное время существенно завышено, особенно если процесс только стартовал. Но чем ближе к финишу - тем точнее приложение показывает время, которое необходимо для завершения печати.

Кнопка Print приложения запускает процесс печати, с помощью этой же кнопки при необходимости его можно приостановить. Очень важно с запасом загрузить в катушку расходные материалы для печати. Если их не хватит, то процесс печати модели прервётся, так как догрузить «расходники» прямо во время процесса и допечатать затем начатую фигуру не получится. Стоит отметить, что принтер не может определить, что закончились расходные материалы, или случилась другая проблема, из-за которой пластиковая нить больше не поступает. То есть, устройство продолжает «имитировать» процесс печати, хотя из сопла экструдера больше не выходит расплавленный пластик.

inno3D printer D1 не может определить, что закончились расходные материал и пластиковая нить больше не поступает

В настройках можно выбрать печать слоями от 0,12 мм до 0,3 мм . Логично предположить, что слой 0,3 мм позволит напечатать модель намного быстрее, тем более, что не всегда требуется прецизионная печать слоем в 0,12 мм. Но проблема в том, что при выборе слоя 0,3 мм нити не склеиваются между собой. То есть, для получения прочной трёхмерной модели у пользователя остаётся только один вариант - 0,12 мм .

Вообще, процесс 3 D -печати - достаточно длительный , например, печать тонкостенного цилиндра высотой 30 мм занимает около часа. Более крупные модели могут печататься целый день. Расход пластиковой нити составляет около 10 см за 3 минуты.

«Барахолка» готовых 3D-моделей. ПО для создания собственных продуктов

Для получения виртуальной трёхмерной модели есть три пути. Первый и самый доступный - скачать уже готовую модель с одного из специализированных интернет-порталов , которая очевидно будет лишь красивой безделицей, но в некоторых случаях, не исключено, может как-то пригодиться в хозяйстве. Например, на сайте 3Dtoday.ru после регистрации можно скачать множество уже готовых моделей как платно, так и бесплатно.

Второй способ - создать цифровую модель с помощью 3 D – сканирования уже готового изделия. Такой подход очень эффективен, но в связи с дороговизной трёхмерных сканеров доступен пока лишь профессиональным конструкторам.

Если же необходимо распечатать изделие под собственные требования, для решения практических задач вам потребуется ПО для создания 3 D -моделей . Среди наиболее простых в освоении и в то же время обладающих неплохой функциональностью можно порекомендовать Autodesk 123D и Tinkercad , это САПР-системы в браузере от вендора Autodesk, которые не требуют установки на жесткий диск. Среди альтернатив - 3DTIN, также редактор в браузере, функциональность которого похожа на Tinkercad, и Google SketchUp, достаточно простая система для начинающих осваивать 3D-графику от интернет-гиганта.

Если же возможностей бесплатных систем не хватает, отметим, что профессиональные конструкторы для создания моделей используют Autodesk Inventor, Autodesk 3D max, Solidworks, CATIA

При выборе ПО необходимо удостовериться, что приложение способно сохранять файл в формате STL (все вышеописанные приложения поддерживают STL). Именно этот формат используется для хранения трёхмерных моделей объектов. По своей сути STL представляет собой список треугольных граней, которые описывают поверхность модели, и их нормалей.

3D-печать для бытовых нужд. Собственный опыт

В процессе тестирования мы поставили две вполне бытовые задачи. Во-первых, распечатать две втулки для крепления мебельных принадлежностей; во-вторых, распечатать специальную крепёжную муфту для блендера Braun взамен поломанной. В первом случае решение задачи было продиктовано тем, что для крепления требовались уникальные втулки, аналоги которых вряд ли можно было найти в магазинах. Во-втором случае нами руководило обычное желание сэкономить. Замена пластиковой муфты для блендера в сервисном центре стоила порядка 450 грн, притом что совершенно новый блендер стоил около 850 грн. По расчётам, 3D-печать такой муфты обошлась бы на порядок дешевле.

Для создания виртуальных моделей был выбран популярный редактор в браузере Tinkercad . При первом запуске необходимо пройти регистрацию, после чего в вашей учётной записи автоматически будут сохраняться все созданные модели. Программа бесплатна, легка в освоении и вполне подходит для создания простых конструкций .

Одно из важных преимуществ создания конструкций с использованием 3D-принтера - так называемое «право на ошибку». То есть, если вы создали трёхмерную модель, распечатали её и она не подошла - ничего страшного, всегда можно изменить параметры виртуальной конструкции и распечатать заново. Конечно, будет потрачено время и расходные материалы, тем не менее, несколько попыток наверняка позволят добиться нужного результата.

Кстати, печать с помощью расходных материалов Verbatim при толщине слоя 0,12 мм показала отличные результаты - слои легли ровно, соединение между ними было очень прочное . По сути, распечатанная на 3D-принтере модель представляет собой некое подобие «слоёного пирога», и если сварка слоёв произошла недостаточно хорошо, то модель будет отличаться низкой прочностью. Однако в нашем тесте пластиковое изделие толщиной от 5 мм оказалось настолько прочным , что его было сложно поломать без использования каких-либо инструментов. Вместе с тем, пластиковый лист толщиной 1-1,5 мм получался весьма гибким, совершенно не жёстким. Добавим, что печать производилась при температуре 220°С.

Кстати, при наличии определённого опыта в конструировании можно создать и распечатать, например, крышку для смартфона, однако она будет чуть толще фабричной, поскольку при стандартной толщине PLA-пластик обеспечивает недостаточную прочность.

Правила конструирования 3D-моделей

При разработке собственных трёхмерных моделей следует придерживаться следующих правил.

Минимум нависающих элементов. 3D-принтер с лёгкостью справляется с печатью вертикальных элементов, однако для каждого нависающего элемента необходима поддерживающая конструкция. Предположим, вы печатаете миниатюрную модель дома с двухскатной крышей. С печатью фундамента и стен проблем не будет, а вот для воссоздания крыши понадобится спроектировать поддержку. После окончания процесса печати поддержка удаляется острым ножом. Без поддержки допускается печать стенок, которые имеют угол наклона не более 70° .

Плоское основание . Чтобы получить качественный результат, печатаемая модель должна надёжно держаться на столе принтера . Если она отклеится (а такое случается), то вы гарантированно получите на выходе брак.

Ограничение по габаритам . Любой принтер имеет ограничения по максимально допустимым размерам печатаемой модели. В случае, если нужно напечатать изделие, которое больше этих габаритов, его необходимо в САПР-системе разделить на части , чтобы напечатать их по отдельности. Впоследствии эти части можно склеить воедино. Для этого рекомендуется сразу предусмотреть в конструкции соединение типа «гребенка», «шип» или «ласточкин хвост».

Резюме. Будущее 3D-принтеров

Ещё около двух лет назад главный футуролог Cisco Дэйв Эванс предсказал, что с помощью 3D-принтеров можно будет распечатать любую продукцию, даже еду и одежду . Кроме того, уже появились биопринтеры, которые выполняют печать для пересадки стволовыми клетками. Дальнейшее деление, рост и модификация клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. Кстати, ещё в 2012 году один из учёных, работавших над созданием данной технологии, распечатал почку. Более того, уже отработана технология распечатки , турбовинтовых двигателей и т. д. В прошлом году с помощью специального удалось всего за 3 часа. Уже ведутся разработки по .

Согласно прогнозам, к 2020 году стоимость устройств снизится настолько, что их сможет себе позволить любая семья (правда, речь идёт об американской семье). И 3D -принтер станет таким же неотъемлемым аксессуаром дома, как СВЧ-печь или стиральная машина .

Зубные протезы, созданные с помощью технологии трёхмерной печати

А каковы реалии сегодняшнего дня? Применение 3D-принтеров в быту пока не очень оправдано. Да, при наличии конструкторских навыков можно создать виртуальной трёхмерную модель в одном из САПР-редакторов и затем распечатать её в реальности. Преимущества такого подхода в том, что можно создать уникальное изделие под собственные нужды в единственном экземпляре. Недостаток в том, что PLA-пластик не всегда обеспечивает требуемую прочность. Кроме того, при интенсивном использовании на открытом воздухе PLA-пластик через пару лет начинает разлагаться. Что ж, посмотрим, насколько это соответствует действительности. Но скорее всего, через несколько лет уже появятся новые технологии 3D-печати, которые ещё более приблизят к нам будущее, прогнозируемое в этой области футурологами.

Технические характеристики Inno3D Printer D1

Технология печати: Моделирование методом наплавления (FDM/FFF)
Количество печатающих головок: 1
Диаметр сопла: 0.4 мм
Область построения: 140 x 140 x 150 мм
Толщина слоя: 0.13 – 0.3 мм
Дисплей: Сенсорный ЖК дисплей
Материал для печати: PLA-пластик
Диаметр нити: 1.75 мм
Интерфейсы: USB, Слот для SD-карт
Формат файлов: STL
Габариты принтера: 39 x 36 x 54 см
Вес: 10 кг