Технологию 3D-печати тяжело назвать инновационной. Однако сегодня ей уделяется очень много времени. Настал тот момент, когда вы спокойно можете приобрести 3D-принтер себе домой или в офис. Нет, мы не призываем прямо сейчас пойти в магазин и купить подобное устройство. Но мы постараемся рассказать вам, почему 3D-печать — это интересно и познавательно.
Прошедшая в начале января выставка CES повергла нас в шок. Основой шоу, которое в начале каждого года проводится в Лас-Вегасе, служили несколько десятков стендов компаний, выпускающих 3D-принтеры. Много времени было уделено корпоративному сегменту. Однако большинство игроков на 3D-рынке представили и «обычные» пользовательские модели, о которых мы обязательно расскажем далее.
Неужели эра 3D-печати настала?
Что такое 3D-печать?
Что же такое 3D-печать? В металлургии и машиностроении, как известно, деталь получают путем вычитания материала. То есть рабочий берет заготовку, устанавливает ее на станок и при помощи режущего инструмента (резцов, фрез, долбяков, шлифовальных кругов и так далее) удаляет лишнее. Основой 3D-печати служит аддитивность, то есть сложение материала и создание определенной конструкции.
[Устарело] Лучшие программы для 3D печати
Шаг за шагом, согласно трехмерному чертежу, 3D-принтер наносит слой пластика. То есть процесс происходит «с нуля». К 3D-печати относят и порошковое спекание полимерных элементов, а также металлических пудр.
Пример фигурки, напечатанной на 3D-принтере
Источник изображения Понятие «3D-печать» может завести неподготовленного пользователя в тупик, так как многие сразу же начинают проводить параллели с обычной бумажной печатью. Да, 3D-принтер создает предмет. Но для этого сначала необходимо разработать в одной из САПР-программ трехмерный чертеж.
Затем его необходимо оптимизировать в приложении, с которым работает конкретный принтер. Следом нужно откалибровать само устройство. И только потом начать печатать. То есть процесс создания полноценного предмета состоит из нескольких нетривиальных этапов, просто нажать на кнопочку «печать» не получится.
А раз так, то очевидно, что 3D-принтер дома вряд ли пригодится какой-нибудь домохозяйке. Да и дети, очевидно, вряд ли будут развлекаться с такой дорогой «игрушкой». Круг людей, которым может пригодиться 3D-принтер, достаточно узок. В первую очередь, это инженеры, архитекторы, дизайнеры и ювелиры. Очень часто случается так, что проектируемую вещь необходимо подержать в руках.
В быту 3D-принтер может пригодиться в качестве ремонтного станка. Например, когда потребуется сделать какую-нибудь деталь, которую просто так не купишь в магазине: отломавшуюся ручку мебельного гарнитура или еще что-то. Вопрос заключается в том, будете ли вы с этим «заморачиваться»?
3D-печать — это модный тренд! Появление общедоступных 3D-принтеров называют третьей промышленной революцией! И не зря. Последнюю сотню лет промышленность держится на эффекте масштаба. Правило машиностроения незыблемо: чем больше вещей сделать в партии, тем дешевле будет стоить один экземпляр.
Однако конечную стоимость продукта определяют не только производство, но и логистика с транспортировкой. С повсеместным применением 3D-принтеров от этой длинной цепочки можно будет отказаться. Будет достаточно раздобыть чертеж (например, купить его) и напечатать у себя дома или в каком-нибудь центре 3D-печати. Можно наладить и небольшое штучное производство.
Эволюция 3D-печати. Начало эпохи DIY
Принято считать, что эпоха «домашней» 3D-печати началась в 2010 году, когда была выпущена модификация 3D-принтера Prusa Mendel, разработанная чешским инженером Иосифом Прусса. Однако сама технология берет свое начало еще в 80-х годах прошлого века. Это так называемая стереолитография SLA (Stereo Lithography), разработанная Чарльзом Халлом в 1984 году и запатентованная двумя годами позже. В 1986 году был собран и первый 3D-принтер, а также основана компания 3D Systems.
Prusa Mendel 2010
Примечательно, что понятия «3D-печать» среди энтузиастов и технологов не существовало вплоть до 1995 года. А пока в том же 1986 году была разработана технология селективного лазерного спекания полимеров — SLS (Selective Laser Sintering).
Два года спустя Скоттом Крампом была изобретена технология послойного наплавления FDM (Fused Deposition Modeling). Именно она является самой распространенной, потому что имеет относительно небольшую стоимость как материалов, так и амортизации оборудования. На сегодняшний день именно FDM-принтеры наиболее часто применяются в домашних условиях.
Считается, что первое подобное устройство было выпущено в 1991 году. На протяжении десятилетия в индустрии 3D-печати происходило относительное спокойствие. В 2000 году была разработана технология PolyJet. В 2005 году было создано сообщество энтузиастов RepRap. В основе проекта лежат две идеи:
- любой принтер RepRap может напечатать другой принтер RepRap;
- все разработки устройств 3D-печати находятся в открытом доступе.
«RepRap — изобретение, которое сметет глобальный капитализм, начнет вторую промышленную революцию и спасет окружающую среду…» — было написано на первой полосе The Guardian. Не будем вникать в подробности, почему именно речь идет о второй промышленной революции. Здесь все зависит от того, от какого фундамента отталкиваться при синтезировании тех или иных определений.
За восемь лет было разработано четыре поколения 3D-принтеров RepRap. Однако даже сейчас задача воспроизводить одно RepRap-устройство другим не выполнена. Одно дело — печатать пластиковые детали; другое — создавать микроэлектронику и металлические элементы конструкции экструдера.
В 2010 году ученым удалось напечатать искусственный 3D-сосуд. Сейчас же идет разработка по созданию полноценных человеческих органов. В качестве «материала» используются стволовые клетки.
В то же время инженеры сумели разработать простенькие пищевые 3D-принтеры, которые могут печатать, например, конфеты или пиццу.
Уже известно, что, начиная с этого года, крупнейшие IT-компании начнут свою полномасштабную экспансию на рынке 3D-печати. Так, в Epson заявили о намерении производить в больших масштабах промышленные 3D-принтеры. А вот HP желает возглавить отрасль FDM-печати.
Основные технологии 3D-печати
На сегодняшний день существует множество технологий объемной печати, но все они так или иначе делятся на несколько методов.
В 3D-принтинге (для лучшего понимания) чертеж принято называть моделью, а полученный предмет — макетом.
Методы печати
Интересно, что методы 3D-печати чем-то напоминают методы обычной (читай — 2D) печати на бумаге.
- Спекание SLS (Selective Laser Sintering). Материал в виде порошка наносится тонким слоем, а затем спекается при помощи лазера. Так, слой за слоем, создается макет.
- Экструзия, или нанесение термопластов (FDM — Fused Deposition Modeling). Сопло принтера (экструдер) расплавляет материал до жидкого состояния и наносит его тонким слоем. Охлаждаясь, пластик вновь кристаллизуется.
- Фотополимеризация. Сопло принтера наносит тонкий слой жидкого фотополимера, который под действием ультрафиолетового облучения затвердевает.
- Стереолитография SLA (Stereo Lithography). Участок жидкого фотополимера засвечивается лазером и затвердевает. Затем образованный затвердевший слой снова помещают в жидкий полимер и засвечивают лазером. Так появляется второй слой.
В зависимости от метода 3D-печати устройство может быть как монохромным, так и цветным. FDM-принтеры, работающие по принципу экструзии, печатают макеты только одним цветом. Хотя есть модели с несколькими печатающими головками, в каждую из которых можно загрузить нить разного цвета.
3D-принтеры, работающие с порошками, могут печатать в цвете. На данный момент друг с другом конкурируют два промышленных типа устройств: ZPrinter (модели 650 и 850), позволяющие за счет пяти печатающих головок создавать 390000-цветный макет из материала на основе гипса, и Mcor Iris, поддерживающий один миллион цветов, у которого в качестве рабочего вещества используется бумага. С одной стороны, это хороший показатель. С другой стороны, современный TFT-экран может передавать до 16 млн цветов.
Пример напечатанного на 3D-принтере цветного логотипа сайта
Принтеры, работающие по SLS- и SLA-технологии, могут печатать только белым или полупрозрачным. Хотя никто не запрещает потом самостоятельно покрасить макеты.
Пример моделей, напечатанных на цветном 3D-принтере
Еще примеры цветной 3D-печати
Сейчас существуют технологии, позволяющие печатать многоцветным пластиком. И компания 3D Systems, и Stratasys уже представили готовые решения. Однако назвать их надежными и безотказными пока рано, что и показала прошедшая в Лондоне выставка 3D Printshow.
Примеры 3D-моделей
Обычных пользователей больше всего интересует экструзивный метод. Поэтому предлагаем поговорить о нем более подробно. Начнем с материалов, которые используются в FDM-принтерах.
Используемые материалы
- АБС (акрилонитрилбутадиенстирол). Непрозрачный пластик, на производство одного килограмма которого требуется примерно 2 кг нефти. Эластичный и ударостойкий. Плавится при температуре 113 градусов Цельсия и застывает в диапазоне температур 90-103 градуса Цельсия. Из него, кстати, делают кубики LEGO.
- ПЛА (полилактид). Биоразлагаемый материал — полиэфир. Получают из кукурузы и сахарного тростника. Кристаллизуется уже при 60 градусах Цельсия. Характерен тем, что обеспечивает более высокое качество и точность печати, однако имеет более хрупкую структуру.
Подача АБС-пластика в печатающую головку принтера
Периодически можно встретить и третий материал — ПВС (поливиниловый спирт). Это растворимый в воде полимер. На данный момент используется не так часто, к тому же стоит дороже и АБС, и ПЛА.
Технология FDM
Итак, вот мы и добрались до технологии FDM — технологии, на базе которой работают все «домашние» 3D-принтеры. Основа работы — это подача материала в виде тонкого прутика в печатающую головку (экструдер). Под действием высоких температур вещество начинает плавиться и распыляться через сопло диаметром всего несколько микрометров.
За счет электродвигателей будущий предмет «размазывается» по станине. Сначала делается опора, чтобы макет не сдвинулся. Затем создаются слои, слои, слои.
Принцип работы FDM-принтера
Китайская народная мудрость гласит, что человек может бесконечно на три вещи: как горит огонь, как течет вода и как работает другой человек. Мы бы добавили сюда еще и процесс 3D-печати.
Пример модели, напечатанной на FDM-принтере
Надо понимать, что у любой технологии существуют свои ограничения. Первое — это размеры. Каждый принтер имеет определенную область, в которой он может работать. Однако стоит учесть, что макет можно печатать по частям и потом соединить его при помощи бесшовного склеивания.
Второе ограничение — это конструкция макета. К сожалению, 3D-принтерам (в том числе и промышленным) не все подвластно. Если говорить о FDM-печати, то на таком принтере, например, нельзя напечатать макет, в который будет помещен еще один макет. Такие предметы «принтятся» только при помощи порошкового спекания.
Про цвет мы уже писали. FDM-принтеры могут печатать только в одном цвете или нескольких, если устройство оснащено дополнительным экструдером. К счастью, катушки с АБС-пластиком продаются, как говорится, на любой вкус. Повторимся, макет можно всегда покрасить.
Третье ограничение — это опыт проектировщика. Как ни крути, но необходимо работать с САПР. Одно дело — печатать простенькие 3D-модельки. И совсем другое — создавать по-настоящему сложные предметы. К тому же каждый 3D-принтер необходимо настраивать и калибровать.
На настройку сверхдорогого промышленного оборудования может уйти до полугода.
Интересный факт №1
Не все, что создается при помощи 3D-печати, может пойти на пользу человечеству. Мы уже писали про первый пистолет, созданный при помощи принтера. Проблема заключается в том, что человек, раздобыв чертеж, может самостоятельно распечатать «ствол» и использовать его по назначению. Как показывает практика, прочности пистолета хватает, чтобы выполнить один выстрел. И этого достаточно, чтобы совершить преступление.
Источник: www.ferra.ru
Основные принципы трехмерной печати фотополимерами: как научиться работать с 3D-принтером
Трехмерная печать становится все более доступной, что открывает новые возможности и развлечения для взрослых и детей. Купить новый 3D-принтер не составляет труда благодаря разнообразию моделей и технических решений ведущих производителей. На нашем сайте собраны наиболее популярные модели, имеющие идеальное сочетание по цене и качеству. Но не редки случаи, когда многие отказываются от покупки из-за непонимания базовых принципов. Как научиться печатать на фотополимерном принтере, читайте в этой статье.
Из чего состоит и как собрать принтер?
Принцип работы фотополимерных принтеров базируется на использовании ультрафиолетового излучения, которое способно придать твердость и плотность заготовке. На основании этого разрабатывалась непосредственно конструкция изделий, которая состоит:
- Стол для печати. Обычно располагается сверху вниз, что позволяет опускать и поднимать заготовку в ванночку с полимерным материалом. Изменение положения выполняется осью и направляющими, которые считаются единственными подвижными элементами.
- Лазер или проектор. Создает УФ-излучение, которое позволяет сделать полимерную основу твердой. Облучение осуществляется автоматически по слоям. Каркас принтера обязательно закрывается специальным стеклом, которое затеняет свечение.
- Ванночка для фотополимера. Специальная емкость, наполненная жидким полимером, в который опускается изделие, что формирует необходимые слои.
Все модели на фотополимерном принтере задаются через панель управления. Информация на последний выполняется через сетевой шнур, который подключен к ПК, или через флешку. Новое устройство собирается достаточно просто, достаточно следовать инструкции. Процесс сборки предполагает крепление к основе стола, выставления направляющих и установки защитного стекла.
Какие этапы трехмерной печати существуют?
Принцип печати на фотополимерном 3D-принтере предполагает прохождение следующих этапов формирования заготовки:
- Создание модели в электронном виде. Здесь существует 2 варианта развития событий. Первый наиболее простой и доступный для новичков – это скачать готовые модели на специальных сайтах. Обязательно учитывайте качество предлагаемого решения посредством комментариев и рейтинга. Второй вариант потребует творческого подхода, а также понимания азов работы в приложениях Tinkercad, AutoCAD или Fusion360.
- Подготовка к печати. Модель обязательно должна быть экспортирована в общепринятый формат. Среди наиболее популярных выделяются FBX, .3DS. Далее нужно разработку закинуть в слайсер. Это еще одна разновидность ПО, которая делит форму по слоям. Конечным продуктом программы считается G-код, где отражены основные параметры для печати. Среди наиболее известных программных продуктов выделяется Cura, 3DPrinterOS, Simplify3D.
- Отправка файлов и подготовка принтера. После этих действий готовый файл отправляется на принтер в формате gcode. Это делается посредством сетевого подключения или через SD-карту, другого носителя информации. Подготовка принтера не потребует особых знаний, достаточно обработать рабочую поверхность специальным составом и залить полимеры в ванночку.
- Печать и постобработка. Процедура потребует от вас выбора необходимого файла и нажатия кнопки старт. Если все выполнено правильно, начинается ожидание получения заготовки. Обязательно во время этого действа нужно периодически следить за ошибками, сбоями и физическим состоянием модели. После завершения обязательным условиям придания качества является постобработка в специальных вибрационных ванночках.
Как печатать на 3Д-принтере с компьютера разобрали, осталось рассмотреть некоторые советы и нюансы, которые сформируют более благотворный опыт.
Источник: incraft3d.ru
Мастер-класс по FDM-технологии 3D-печати: 3D-принтер и 3D-ручка
Существуют две основные технологии 3D-печати: FDM и SLA. FDM (Fused Deposition Modelling) — это наиболее широко используемая технология 3D-печати. Технология FDM подразумевает создание трёхмерных объектов за счёт нанесения последовательных слоёв материала, повторяющих контуры цифровой модели. Используемые материалы представляют собой термопластичные полимеры и имеют форму нити.
На мастер-классе вы сможете лично проследить за тем, как будет печататься готовая 3D-модель методом послойного наплавления, увидеть 3D-принтер в работе.
Также в вашем распоряжении будет «ручной 3D-принтер». Вы сможете создать своё готовое изделие с помощью 3D-ручки. Как и полноценные FDM-принтеры, 3D-ручки используют термопластиковые нити. В сущности, 3D-ручка есть не что иное, как ручной экструдер. В роли ЧПУ станка будете выступать вы.
Как и в FDM-принтерах, нагрев сопла занимает несколько минут, после чего ручка готова к печати. Изначально 3D-ручки задумывались для ремонта напечатанных на 3D-принтере изделий. Дело в том, что некоторые виды пластиков, используемых в FDM 3D-печати, имеют высокую степень усадки и склонность к деформациям при неравномерном охлаждении.
Всё это иногда приводит к растрескиванию изготовляемых моделей. 3D-ручки позволяют заполнять пропущенные слои или разломы. На сегодняшний день 3D-ручки продолжают активно использоваться для коррекции моделей, напечатанных на 3D-принтере и даже для мелкого бытового ремонта пластиковых предметов. Если у вас есть напечатанное изделие, требующее ремонта 3D-ручкой, вы можете взять его с собой на мастер-класс.
На мастер-классе вы приобретёте навык работы с 3D-ручкой. Для этого потребуется немного усердия и практики. Любое нежелательное движение руки отражается на качестве исполнения модели, особенно при рисовании модели «в воздухе». Сотрудники МедиаLAB покажут на мастер-классе способ, который поможет вам создать более качественную модель без особых усилий.
Это способ деления модели на составные части с использованием зарисовок на бумаге в качестве шаблонов. Далее готовые детали просто склеиваются вместе.
Ведущие: специалисты МедиаLAB.
Время: 15:00
Вход свободный!
Источник: www.freeshows.ru