Виды 3Д принтеров: способ печати, материалы, как выбрать

Как?

Предположим, вы купили себе 3D-принтер, он стоит и занимает места примерно столько, сколько обычный принтер (или, скорее, МФУ), и далее нужно создать в специальной программе объект для печати. А программ таких множество: Google SketchUp, 3DCrafter, 3Dtim, BRL-CAD, FreeCAD и другие (тысячи их). Желательно, конечно, хоть что-нибудь понимать в CAD-моделировании, но и без этого программы достаточно просты для применения даже новичками.

После смоделированной 3D-версии наступает время её обработки специальной программой (называемой также «слайсером» или «генератор G-кода»). Исходный объект делится на множество тонких горизонтальных слоев и преобразуется в некий цифровой код, понятный 3D-принтеру. Другими словами, генератор создает набор команд, которые указывают 3D-принтеру, как и куда нужно наносить материал при 3D-печати данного объекта. Для пользователя данный этап работы не скажет ничего, потому что фактически принимать участие в нем он в нем не сказать чтобы будет.

А потом наступает волнительный момент печати (кстати, в Windows 8 есть даже поддержка драйвера 3D-печати для принтера MakerBot). Начинается построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.

Сам по себе процесс довольно прост. В самом начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на неё нижний слой объекта. После того, как сформирован первый слой, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий. Данный цикл повторяется до последнего слоя, то есть до момента завершения создания объекта.

Висящий в воздухе подбородок Ленина был напечатан на недорогом 3D-принтере с подпоркой,

которая в дальнейшем будет отломана, а подбородок – подрихтован.

Если же есть необходимость напечатать висящий в воздухе объект (например, гарцующую лошадь), то сегодня для таковых используется разнообразные подпорки, которые после завершения процесса отламываются или отрезаются, а место стыка шлифуется вручную. В дорогих (то есть хороших) принтерах для подпорок используется водорастворимый материал: после печати модели опускается в воду, где лишние подпорки растворяются.

Начальный слой

Нанесение начального слоя позволит получить очень глубокий и насыщенный цвет при покраске. Его не стоит путать с грунтованием. Это совершенно разные вещи. Грунтовка служит для улучшения адгезии краски к поверхности. А начальный слой предотвращает появления пятен и неравномерности покрытия.

Начальный слой служит для равномерного скрытия нейтрального цвета основной грунтовки. Такие слои обычно либо сплошные, либо черные. Белый используется для объектов которые будут окрашиваться в светлые тона. Независимо от цвета, начальный слой будет просвечиваться сквозь верхние слои, предавая блеск и непревзойденную глубину. Перед покраской, баллон необходимо так же встряхнуть как и баллон с грунтовкой. Держите баллон также на расстоянии 15 – 20 см от принта и наносите краску очень тонкими слоями. Как только начальный слой высохнет, отполируйте его, используя шлифовальную палочку для ногтей. Затем нанесите второй слой, таким же образом как и первый. После высыхания, нанесите лак и отполируйте.

SL (Stereolithography)

Главная идея стереолитографии (SLA или SL) заключается в том, что жидкий фотополимер застывает под воздействием УФ излучения – модель постепенно опускается в некий объем расходного материала, выравнивается и обрабатывается УФ лучами, что заставляет фотополимерную жидкость застывать в местах соприкосновения с лучом. Для печати в данной технологии используются фотополимерные смолы, которые, к сожалению, стоят недешево. Это, пожалуй, главный недостаток данной технологии. Преимуществ у стереолитографии гораздо больше: высокая точность деталей (толщина до 10 микрон), относительно высокая скорость печати, не требует какой-либо особой обработки после печати, можно печатать модели с самой сложной геометрией. Область применения данных видов 3d принтеров самая разнообразная – от промышленности до бытового использования.

3d-принтер – производители

Технология 3d-печати с одной стороны еще находится на этапе своего зарождения и становления, с другой стороны базируется на весьма проработанных технологических решениях из ряда других областей (в частности, экструзии полимеров). Данные обстоятельства в совокупности с развитием интернета, значительно ускорившего и упростившего обмен информацией в мировых масштабах, привели к тому, что теми или иными успехами в области разработки, конструирования и производства оборудования для 3d-печати могут похвастаться очень многие компании по всему миру.

Подавляющее большинство таких компаний (на сегодняшний день) занимается сборкой оборудования из готовых конструкционных элементов по находящимся в свободном доступе конструкторским схемам с минимальными изменениями и новациями. Однако на рынке уже есть и свое лидеры, – относительно крупные компании, сравнительно (учитывая возраст самого рынка 3д-печати) давно работающие в данной области. Список наиболее заметных из них представлен ниже.

Ведущие производители:

3D Systems(США);
EnvisionTEC(Германия);
Stratasys(США);
MX3D(Нидерланды);
Rapid Shape(Германия);
DWS s.r.l.(Италия);
Wuhan Binhu Mechanical & Electrical(Китай);
MakerBot Industries(США);
RepRapPro(Великобритания);
Magnum(Россия);
Ultimaker(Нидерланды);
PICASO 3D(Россия).

В общем и целом свое разработчики и (или) производители 3д-принтеров имеются практически в каждой цивилизованной стране мира. По различным оценкам экспертов и аналитиков, на сегодняшний день в мире можно купить 3d-принтер по меньшей мере от 300 компаний.

В Европе (как можно заметить из приведенного выше списка) центральное место занимают немецкие, голландские и итальянские компании, что вполне коррелирует с тем какое место на международном рынке занимают местные компании-производители оборудования для переработки полимеров. Также заметное место на мировом рынке аддитивных технологий занимает и Великобритания, где по разным оценкам насчитывается как минимум 15 компаний, разрабатывающих и изготавливающих оборудование для объемной печати.

В Азии безусловным лидером рынка выступают китайские компании. Однако и кроме них здесь есть заметные игроки и из других стран региона: Индия, Япония, Южная Корея, Тайвань и даже Таиланд и Гонконг.

На постсоветском пространстве безусловным лидером по количеству отраслевых компаний, работающих в области разработки и изготовления 3d-принтеров и вспомогательного оборудования, выступает Российская Федерация, на территории которой (по различным оценкам) уместилось по меньшей мере 36 предприятий, главные из которых представлены выше. Также следует отметить, что свое отраслевые фирмы имеются в Украине, Беларуси, Литве и Латвии.

В Северной Америке, помимо мирового лидера – США, свое функционеры в области разработки, производства и внедрения оборудования для печати 3dp присутствуют и в Канаде.

В заключении отметим, что есть свое компании-производители и в таких странах, как Израиль; Бразилия, Новая Зеландия и Австралия, хотя их можно в прямом смысле слова “пересчитать по пальцам” и заметного влияния на мировой рынок они (на данный момент) не оказывают.

Сколько стоит 3D-принтер

Каждый 3D-принтер имеет уникальные особенности, которые могут повлиять на цену вашего принтера и на то, сколько денег вы можете заработать. Разумно ожидать, что на покупку 3D-принтера придется потратить от 200 до 10 000 долларов.

Скорость печати

Скорость вашего принтера – один из важнейших факторов цены. Принтеры, которые могут печатать быстро, могут стоить намного дороже, чем те, которые требуют больше времени. Если вы планируете печатать более крупные объекты или вам нужны товары в срочном порядке, возможно, вам стоит подумать о покупке более быстрого принтера.

Область построения

Размер вашего 3D-принтера приведет к дополнительным расходам, если вы захотите печатать более крупные изделия. Обычно разумно сначала переоценить свои потребности, чтобы вы могли печатать элементы несколько большего размера, чем вы изначально думали.

Многоцветные изделия

Некоторые принтеры могут создавать предметы разного цвета. Это приводит к дополнительным расходам по сравнению с одноцветным принтером. Печать разноцветных структур также замедлит работу вашей машины, что делает высокоскоростной принтер еще более важным для некоторых.

Разрешающая способность

При обсуждении любого типа принтера, трехмерного или нет, необходимо учитывать его разрешающую способность. Подобно тому, как принтер, который может печатать с разрешением 300 DPI, будет производить чистые и четкие изображения, 3D-принтер с более высоким разрешением может создавать более плавные и точные детали.

Если вы планируете создавать изделия, ориентированные на детали, вам следует выбрать 3D-принтер, который предлагает высококачественную печать.

Шоколад

Британские учёные представили публике первый шоколадный 3D принтер, который печатает любые шоколадные фигурки, заказанные оператором. Принтер наносит каждый следующий слой шоколада поверх предыдущего. Благодаря способности шоколада быстро застывать и твердеть при охлаждении, процесс печати протекает довольно быстро. В ближайшем будущем такие принтеры будут востребованы в кондитерских и ресторанах.

Шоколадный принтер в работе

Прочие материалы

Существуют 3D принтеры, которые предназначены для печати глиняными смесями, известковым порошком, продуктами питания, живыми органическими клетками и многими другими удивительными материалами. О том, какие материалы для 3D печати будут использоваться в ближайшем будущем, остаётся лишь догадываться.

20 Декабря 2012

Как подобрать 3D-принтер под ваши задачи

Даже самые лучшие дешёвые 3D–принтеры потребительского уровня способны печатать объекты, размеры которых не превышает размера буханки хлеба, а более дешевые модели обладают ещё более скромными возможностями: обычно пространство для печати измеряется несколькими сантиметрами для каждой из сторон. Однако такие принтеры способны создавать объекты удивительной прочности, гладкости и чёткости, а это может очень пригодиться в домашних условиях, как для изготовления оригинальных крючков для одежды и солонок для соли, так и специфических деталей и запчастей, которые трудно найти в продаже.Принтеры из акриловых деталей (оргстекла), которые в большом ассортименте можно встретить на прилавках Aliexpress, в действительности являются не более чем одноразовыми игрушками. Недолговечная пластиковая конструкция способствует образованию люфтов, косяков и проблем. Если вы серьезно относитесь к своему хобби, или 3D-принтер приобретается как профессиональный инструмент, лучшим выбором для начала знакомства с 3D-печатью будут примеры из этой статьи.

Рабочий стол

Следующий конструктивный элемент 3D-принтера – это рабочая платформа (она же – print bed или рабочий стол), на которой выращивается модель

Важно, чтобы расстояние между поверхностью рабочего стола и соплом печатающей головки по всей рабочей площади было одинаковым. У большинства принтеров рабочий стол во время печати перемещается по вертикали, поэтому к нему жёстко крепятся элементы, обеспечивающие его движение

Чаще всего платформа 3D-принтера напоминает двухслойный бутерброд, состоящий из базовой нижней части и рабочей поверхности, на которой создаётся объект. Именно о рабочей поверхности трёхмерного принтера мы будем говорить далее. Отметим лишь, что в некоторых принтерах класса RepRap нижняя часть рабочего стола изготавливается из недорогих доступных материалов, к примеру, из фанеры или МДФ.

Подпружиненное крепление верхней части рабочей платформы имеет массу преимуществ перед жёстким креплением. Оно позволяет устранить ошибки в юстировке, когда зазор между поверхностью платформы и выходным отверстием сопла становится слишком маленьким или принимает отрицательное значение.

Рабочая платформа может быть изготовлена из различных материалов: алюминия, акрила или стекла. И в большинстве случаев производителям трёхмерных принтеров приходится решать проблему надёжной фиксации нижнего слоя платформы, поскольку используемые для печати полимеры плохо прилипают к стеклу или алюминию. Эта проблема решается разными способами, начиная с перфорации платформы, подогрева стола, нанесения покрытия, и заканчивая комбинацией этих методов.

Для покрытия рабочей платформы необходимы материалы, которые обеспечат хорошую адгезию и выдержат взаимодействие с расплавленной полимерной нитью. Очень часто в качестве покрытия рабочей платформы используют каптон – тонкую жёлтую плёнку из полиамида, которая легко переносит нагрев до 400 градусов Цельсия. Плёнка поставляется в виде самоклеящейся ленты, ширина которой варьируется от 0,5 см до 20 см. Лента наклеивается встык по всей поверхности платформы. Безусловно, использовать для печати ленту шириной 0,5 см затруднительно, поскольку пользователю придётся наклеивать на рабочую поверхность слишком много отрезков, а 20-сантиметровую плёнку сложно наклеить ровно, без пузырей и складок, поэтому лучше использовать плёнку промежуточной ширины.

Плёнка из каптона

Можно заклеить поверхность рабочей платформы скотчем Blue Tape для упаковочных и малярных работ, изготовленным компанией 3D Systems. Такой скотч выпускается в рулонах шириной от 1,8 см до 4,8 см и длиной 55 м.

Скотч Blue Tape от компании 3D Systems

Преимуществом покрытия, состоящего из отдельных полос скотча, является возможность его экономичной замены не целиком, а по отдельным полоскам.

Среди «доморощенных» вариантов покрытия рабочей платформы – нанесение лака для волос или применение самоклеящейся плёнки, предназначенной для лазерных принтеров.

Следует отметить, что даже надёжное покрытие не всегда обеспечивает нужную адгезию для большинства полимеров, поэтому в нижнюю часть рабочего стола приходится встраивать электрические нагреватели для подогрева рабочей платформы. Нагреватели изготавливаются из нихромовой проволоки, выполняются в виде нескольких низкоомных резисторов или печатных проводников.

Нагревательный элемент 3D-принтера

Пластик ABS требует разогрева до температуры свыше 100 градусов Цельсия, поэтому в платформу встраивается довольно мощный нагреватель. Чтобы платформа нагревалась равномерно, её изготавливают из толстого материала.

Рабочий стол подогревается ещё и для того, чтобы уменьшить перепады температуры между нижними (холодными) и верхними (горячими) слоями объекта. Нижние слои пластика остывают особенно быстро при соприкосновении с массивной платформой, которая имеет комнатную температуру. Разница в температурах может привести к деформации модели, которая может выгнуться или просто оторваться от поверхности стола. Поэтому подогревать платформу рекомендуется даже при работе с материалами, адгезия которых к поверхности рабочего стола мало зависит от температуры этой поверхности.

Примечательно, что нагреватель и термистор находятся с нижней стороны платформы, а деталь будет расположена на верхней стороне. Поэтому лучше не торопиться и подождать полного прогрева платформы, особенно если она выполнена из достаточно толстого материала.

Функциональное тестирование

Использование 3D принтеров для функционального тестирования – это один из современных методов инновационных разработок. В большинстве случаев требуется протестировать новый механизм в сборе, но изготовить отдельные компоненты в одном экземпляре слишком долго, дорого и весьма проблематично. На помощь приходят 3D принтеры с различной степенью детализации моделей.

Функциональное 3D тестирование

Для функционального 3D тестирования рекомендуется использовать принтеры Objet 24 и 30, устройства Eden 250, 260V, 350, 500V, а также Objet 260 Connex, Connex 350 и 500. Для изготовления функциональных 3D моделей из пластика разработаны машины Dimension uPrint, uPrint+, Elite, SST 1200ES, а также Fortus 400mc и 900mc.

Так покупать или нет?

Формально покупка 3D-принтера для дома сегодня оправдана только в том случае, если вы можете определить для себя сферу его применения. Выбор моделей достаточно широк, энтузиасты могут собрать принтер даже у себя дома, но тем, кто не хочет сильно рисковать, можно порекомендовать выбрать или одну из самых популярных моделей, которые поддерживаются распространенным и доведённым до ума программным обеспечением (и при этом можно выбрать из десятков приложений). Если же покупка такого необычного агрегата у вас не стоит остро, можно попробовать подождать годик-другой, пока технология не разовьётся достаточно для того, чтобы унифицироваться по максимуму и избавиться от массы неудобных ограничений, которые свойственны ей сегодня.

В любом случае, будущее у технологии весьма радужное и применение она себе уже нашла: а в будущем сферы применения будут только шириться.

Только вот с печатью оружия разберутся.

LENS

3D печать в данном случае основана на том, что материал в виде порошка наносится на сфокусированный луч лазера и моментально спекается. По такому принципу слой за слоем выстраивается вся трехмерная модель. Данная технология 3d печати (LENS — LASER ENGINEERED NET SHAPING) используется для создания деталей из металла и поэтому именно она открыла двери 3d принтерам в большую промышленность, что повлияло, собственно, на рост популярности 3d принтеров в целом по всему миру. Эти виды 3d принтеров, по мимо всего прочего, имеют еще одно большое преимущество — порошки можно смешивать и получать различные сплавы уже непосредственно в момент печати (спекания). Наиболее известным производителем оборудования для этого вида печати является компания Optomec.

Чем печатает: расходные материалы

Основные расходные материалы для трехмерных моделей – пластик и фотополимер.

АБС пластик. Не токсичен, не имеет запаха, обладает высокой ударопрочностью, термостойкостью и эластичностью. Плавится при температуре около 245° C. Продается в виде порошка или цветных нитей. Не переносит прямых солнечных лучей, не позволяет получать прозрачные модели. Растрескивается, расслаивается, острые углы, тонкие выступы деформируются. При работе нужна вентиляция.
ПЛА-пластик. Полилактид – экологически чистый пластик, производимый из остатков кормовых культур: свеклы, кукурузы. Приятно пахнет при расплавлении. Модели со временем разлагаются в теплых помещениях, дорогой, по сравнению с АБС-пластиком. При механическом воздействии сгибается, сжимается, разрушается вследствие падений. При температуре от 600 C теряет форму.
PET. Распространенный полимер, встречающийся в бутылках из-под напитков и воды, пищевых контейнерах. Для 3D-принтеров применяется модификация PETG – пластик чище, менее хрупкий. Впитывает влагу, а потому нуждается в хранении в сухих помещениях. Несмотря на механическую стойкость, легко царапается, противостоит термическим воздействиям.
Нержавейка. Печатает «долгоживущие» изделия, которые противостоят коррозии – статуэтки, узлы механизмов, брелоки. Наряду с нержавейкой применяются алюминий, латунь, медь, бронза. Прототипы нуждаются в постобработке.
Дерево. Дорогой и эстетичный материал, состоящий из полимерной основы с добавкой деревянных волокон (стружки, тирсы) кедра, сосны, березы. Встречаются и экзотические образцы с частицами черешни, кокоса, пробкового дерева, бамбука. Изделия пахнут деревом, после шлифовки практически не отличаются от столярных. Актуально, когда внешний вид важнее точности и цены.
Смолы. Дорогой расходник для получения гладких прочных моделей с высокой детализацией. Используется в многоструйных принтерах (MJP) и принтерах лазерной стереолитографии. Смолы бывают жесткими, эластичными, матовыми, прозрачными, цветными, термостойкими. Под воздействием солнечного света фотополимерная смола теряет прозрачность. Отличаются гладкой поверхностью и простотой постобработки.
Нейлон. Аналог ABS-пластика с повышенной до 320°C температурой плавления, гигроскопичностью и токсичностью. Долго остывает и требует экструдера с шипами. Используется для печати движущихся деталей.

Как подобрать 3D-принтер под ваши задачи

Интересные варианты бытовых 3D-принтеров

MakerBot Replicator 2

Качественный принтер американского производства, печатает по FDM-технологии, минимальная толщина слоя – 100 микрон (0,1 мм). Область печати – 285*153*155 мм, для печати используются PLA и ABS пластики. Максимальная скорость печати – 40 мм в секунду, или 24 см3/час. Корпус выполнен из стали, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Модель хоть и выпущена в 2013 году, до сих пор активно используется для бытовой печати. Стоимость 3100$.

PrintBox3D One

Принтер отечественного производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя – 50 мкм, размеры рабочей платформы – 185*160*150 мм. Устройство печатает ABS и PLA пластиками, оснащено подогреваемой платформой. Цена около 1700$, разработано для использования в сфере образования и дизайна.

Wanhao Duplicator i3 v2

Бюджетный вариант для тех, кто хочет освоить технологию и побаловаться. Стоит около 500$, печатает разными видами пластика с точностью до 100 мкм, область печати 200*200*180 мм. Качество сборки отличное.

PICASO 3D Designer

Печатает по FDM-технологии, как и все бытовые 3D-принтеры на сегодняшний день, использует для печати ABS и PLA пластики, в т.ч. нейлон. Точность печати — 50 мкм, рабочая платформа размерами 200*200*210 мм, максимальная скорость – 30 см3/час. Устройство оснащено подогреваемой платформой, стоимость 1700$.

3D принтер Hercules

Неплохое устройство от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати – 50 мкм. Платформа подогреваемая, максимальная температура – 120С. Скорость печати – 40 см3/час. Цена 1150$.

Отличия профессиональных моделей от устройств для домашнего использования

Прежде всего это:

точность печати — профессиональные 3D-принтеры соответствует заявленным характеристикам, позиционирование головки тщательным образом калибруется на заводе;
повторяемость — несколько десятков копий объекта, напечатанных на профессиональном устройстве, будут идентичны, 3D-принтер для дома не сможет обеспечить такую точность;
срок эксплуатации — профессиональные 3D-принтеры работают без серьезных поломок от 7 до 10 лет, проблемы с домашними моделями могут возникнуть уже после 1-2 лет активного использования;
материалы — профессиональные модели умеют работать с высокопрочными, термостойкими, прозрачными и другими материалами. Домашние модели обычно ограничены в сырье пластиковой нитью.

Виды 3d-принтеров

Классификация 3д-принтеров ведется по нескольким ключевым параметрам, основными из которых являются: применяемая технология 3d-печати; материал печати; уровень качества и стабильности размеров получаемых изделий.

В последнем случае различают домашний (настольный) 3d-принтер и 3d-принтер профессионального класса, демонстрирующий более стабильные размеры напечатанных объектов, повышенную производительность (скорость печати) и качество прототипирования. Оборудование профессионального класса активно применяется в различных конструкторских бюро (с целью создания моделей и прототипов разрабатываемой продукции или конструкций), а также для целей мелкосерийного производства широкой гаммы изделий (сувенирная продукция, индивидуализированные корпуса электроники и тому подобное).

Классификация 3D принтеров

Как?

Начальный слой

SL (Stereolithography)