Что такое 3D принтер, принцип его работы и области применений

История появления 3D принтера

В 1980 году японец Хидео Кодама, врач из научно-исследовательского института Нагои, применил методы послойной объемной печати моделей (прототипирования). В этом году он опубликовал статью под названием «Визуализация данных в 3D путем автоматической подготовки 3D-модели», в которой описал свои эксперименты.

В другой публикации Kodama представила метод автоматического изготовления фотоотверждаемых 3D пластиковых деталей. На практике в публикации описан принцип работы 3D-принтера: использование фотополимеров для получения моделей, использование лазерного излучения для их полимеризации, последовательность нанесения слоев. Компания Kodama подала заявку на регистрацию изобретения, но так и не получила патента, тем самым потеряв право претендовать на первенство в изобретении технологии 3D-печати.

В 1984 году французские ученые Ален Ле Меаю, Оливье Де Витте и Жан-Клод Андре запросили регистрацию системы быстрого прототипирования с использованием стереолитографии, наслоения полимеров, отвержденных лазером. Заявление было отклонено после рассмотрения крупными французскими компаниями на предмет «отсутствия перспектив исполнения».

Две недели спустя американец Чак Халл подал заявку на патент на разработанную им систему стереолитографического моделирования, в которой слои добавлялись методом полимеризации жидких фотополимеров с помощью ультрафиолетового лазера. Халл получил патент в 1986 году. Изобретатель основал компанию (ныне 3D Systems) для производства своих систем. Это были первые 3D-принтеры, выполненные по схеме SLA (лазерная стереолитография). Еще одной заслугой Hull стало использование G-кода, позволяющего печатать конечный продукт определенной формы.

В конце 1980-х годов были запатентованы два других метода быстрого прототипирования: система селективного лазерного спекания (SLS) американца Карла Декарда и модель наплавления (FDM), автором которой был американец Скотт Крамп. Метод SLS заключается в послойном спекании металлического или пластмассового порошка под действием лазерного излучения в виде будущей детали. С помощью метода FDM нагретый пластик, который печатает 3D-принтер, наносится от печатающей головки на предыдущий слой.

Вышеуказанные методы являются базовыми, на них основано большинство технологий объемной печати. Подробнее о них пойдет речь ниже, а теперь несколько слов о зигзагах технического прогресса.

Люди удивляются, узнав, что объемная печать развивается уже более 30 лет. Они уверены, что это техническое достижение нашего века, а не прошлого.

Дело в том, что обладателями патентов на базовые технологии прототипирования стали 3 человека: Чак Халли, Карл Декард и Скотт Крамп. Кроме того, в 2001 году Карл Декард продал свой патент Чаку Халли. Компании, ориентированные на потребительский рынок, не смогли (или не захотели) найти способы ведения переговоров с правообладателями. В связи с этим уже давно выпускаются преимущественно дорогие промышленные агрегаты.

Все изменилось после 2010 года, когда истек срок действия патентов и появились первые серийные принтеры. Люди начали интересоваться, что такое 3D-печать.

Увидев, что такое 3D-принтер, многие захотели купить такое устройство. Рынок отреагировал быстро. Сейчас происходит его быстрое насыщение, а значит, и цены падают.

Основный принцип работы

• объект моделируется на компьютере в специальной программе САПР;
• готовый объект, сохраненный в специальном формате, нарезается программой-слайсером, поставляемой с устройством, а толщина каждого слоя определяется возможностями 3D-принтера и выбранными настройками;
• каждый слой транслируется в двоичный код команды, который принимается устройством и в соответствии с которым, согласно координатам, наносится слой материала;
• объект формируется слой за слоем.

Технологии трёхмерной печати

В 3D-печати используются некоторые технологии. Технология и технология зависят от материала, используемого для печати.

В настоящее время для этого можно использовать: пластмассовые нити, фотополимерные смолы, сплавы металлических порошков; композитный порошок из гипса, воска, а также различных строительных и кулинарных смесей.

Самые известные технологии 3D-печати:

• FDM;
• SLS и SLM;
• ламинирование;
• фотополимерная печать;
• печать на гипсе;
• строительный пресс с бетоном и др.

Послойное наплавление

Самая простая и популярная технология печати — это FDM или технология наплавления.

Он предполагает подачу нити к специальному нагревательному элементу.

Экструдер используется для нанесения расплавленного пластика на заданную область печати. Экструдер установлен на печатающей головке, которая перемещается по области печати в горизонтальной плоскости. После того, как слой напечатан, платформа построения уменьшит размер слоя, и работа возобновится.

Этот вид печати самый удобный. И устройства на его основе самые дешевые. Именно поэтому такие 3D-принтеры наиболее популярны для домашнего и домашнего использования, то есть для личного пользования.

Как создаются модели для печати?

Сначала с помощью программы САПР создается 3D-модель объекта и сохраняется в специальном формате STL. Затем файл STL загружается в программу резки для принтера, такую ​​как Cura или Slic3r. Программное обеспечение для резки позволяет вам установить физические свойства модели, такие как плотность заполнения или использование опорных конструкций.

Программа преобразует 3D-модель в код G. Содержит инструкции для экструдера по моделированию каждого слоя модели. Код загружается в принтер, устройство загружается и начинается печать.

Слой за слоем: как работает 3D-принтер

Самый дешевый и, следовательно, наиболее распространенный метод 3D-печати, при котором готовый объект создается из жидкого пластика или композитных материалов, которые проходят через экструдер печатающей головки и слой за слоем отверждаются лазером. Готовый слой сдвигается вниз и печатается новый, и так до тех пор, пока не будет готов весь элемент. Принтеры FDM — один из самых простых способов 3D-печати, вы даже можете собрать такие устройства самостоятельно. Ну или покупать готовые решения, коих на рынке очень много.

Стереолитография (SL или SLA)

По принципу действия этот вид 3D-печати аналогичен предыдущему, только в нем исходным материалом является жидкая смола (акрил, эпоксидная смола, винил) или пластик. Луч лазера «готовит» сырье слой за слоем, образуя готовый объект. Затем его смывают от остатков смолы или пластика и, наконец, отверждают ультрафиолетом. Стереолитография позволяет печатать элементы с точными деталями, и после завершения всех процедур готовая деталь становится прочной и устойчивой к химическим веществам, но недостатком является очень высокая стоимость таких 3D-принтеров.

Cелективное лазерное спекание (SLS)

Другой метод послойной печати объектов, при котором лазер расплавляет порошок — металл, пластик или керамику — слой за слоем, образуя готовый объект. Существует технология сплавления (SLM), которая отличается более мощными лазерами и возможностью работать с чистым металлическим порошком без добавок: так формируются монолитные элементы, лишенные пористости, характерной для обычного спекания.

Как правило, толщина нити и самих слоев составляет доли миллиметра: типичный диаметр сопла составляет от 0,3 до 0,8 мм, а толщина слоя составляет от 50 до 300 мкм. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет от 80 до 100 мкм. Само собой разумеется, что печать тонкой нитью занимает много времени. Типичный производственный цикл, на самом деле, можно легко измерить часами или даже более суток: все зависит от диаметра выбранного сопла, толщины отдельных слоев и размера самого продукта. Чем толще нить и слои, тем короче время, необходимое для печати, но качество поверхности также будет ниже.

Чем печатает: расходные материалы

Основные расходные материалы для 3D-моделей — пластик и фотополимер.

• АБС-пластик. Нетоксичен, без запаха, обладает высокой ударопрочностью, термостойкостью и эластичностью. Плавится примерно при 245 ° C. Продается в виде пудры или цветных ниток. Не переносит прямых солнечных лучей, не позволяет получать прозрачные модели. Деформируются трещины, отслоения, острые края, тонкие выступы. Во время работы требуется вентиляция.
• PLA пластик. Полилактид — экологический пластик, получаемый из остатков кормовых культур: свеклы, кукурузы. В растопленном состоянии приятно пахнет. По сравнению с АБС-пластиком модели со временем деградируют в жарких и дорогих условиях. Под механическим воздействием он изгибается, сжимается, разрушается при падении. Теряет форму при температуре от 600 С.
• ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ. Обычный полимер, который содержится в бутылках для напитков, воды и пищевых контейнерах. Для 3D-принтеров используется модификация PETG — пластик более чистый, менее хрупкий. Он впитывает влагу и поэтому должен храниться в сухих помещениях. Несмотря на механическую стойкость, он легко царапается и устойчив к тепловым воздействиям.
• Нержавеющая сталь. Печатайте «долговечные» изделия, устойчивые к коррозии — фигурки, узлы механизмов, брелоки. Наряду с нержавеющей сталью используются алюминий, латунь, медь, бронза. Прототипы нуждаются в постобработке.
• Древесина. Дорогой и эстетичный материал, состоящий из полимерной основы с добавлением древесных волокон (стружки, тирса) кедра, сосны, березы. Также встречаются экзотические экземпляры с частицами вишни, кокоса, пробки, бамбука. Изделия пахнут деревом, после шлифовки практически не отличаются от столярных. Это актуально, когда внешний вид важнее точности и цены.
• Смолы. Дорогой расходник для гладких и прочных моделей с высокой детализацией. Используется в многоструйных принтерах (MJP) и стереолитографических лазерных принтерах. Смолы бывают твердые, эластичные, непрозрачные, прозрачные, цветные, термостойкие. Под воздействием солнечных лучей фотополимерная смола теряет прозрачность. Они отличаются гладкой поверхностью и простотой постобработки.
• Нейлон. Аналог АБС-пластика с повышенной температурой плавления до 320 ° С, гигроскопичностью и токсичностью. Он долго остывает и требует штифтового экструдера. Используется для печати движущихся частей.

Технология SLS

Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча, также известное как SLS, является единственной технологией 3D-печати, используемой при производстве форм для литья как из металла, так и из пластика.

Пластиковые модели обладают прекрасными механическими свойствами, благодаря чему их можно использовать для изготовления полнофункциональных изделий. В технологии SLS используются материалы, близкие по свойствам к маркам конечного продукта: керамика, пластиковый порошок, металл. Устройство 3D-принтера выглядит так: порошкообразные вещества наносятся на поверхность лифта и спекаются под действием лазерного луча в твердый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий ее форму.

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

Вкратце, это построение реального объекта по 3D-модели, созданной на компьютере. Затем цифровая трехмерная модель сохраняется в формате файла STL, после чего 3D-принтер, на котором файл выдается на печать, формирует реальный продукт. Сам процесс печати представляет собой серию повторяющихся циклов, связанных с созданием трехмерных моделей, нанесением слоя расходных материалов на рабочий стол принтера (подъемник), перемещением рабочего стола до уровня готового слоя и удалением отходов с поверхности стол. Циклы следуют друг за другом непрерывно: следующий слой наносится на первый слой материала, подъемник снова опускается и так далее, пока готовое изделие не окажется на рабочей поверхности.

Как это работает

Рассмотрим подробнее принципы работы 3D-принтера, типы используемых технологий, их достоинства и недостатки.

Технология объемной печати SLA

Метод предполагает использование в качестве рабочего материала жидкого фотополимера, который полимеризуется под действием лазерного излучения ультрафиолетового спектра. Объемная печать выполняется последовательно, за один проход лазер отверждает слой полимера. Затем подвижное основание погружается в жидкий полимер на толщину одного слоя и процесс повторяется.

Преимущества:

• система обеспечивает качественную поверхность готового изделия любой формы, не требующую дополнительной обработки;

• механическая и термическая стойкость (до 100 градусов С) конечного продукта;

• умение создавать сложные и многоуровневые готовые изделия;

• без отходов.

Недостатки:

• в качестве рабочего материала используются только фотополимеры;

• отсутствие цветной объемной печати;

• низкая рабочая скорость (два — три см в час);

• высокая цена устройства и рабочих материалов (минимальная стоимость устройства для общего потребления около 300 тыс. Руб).

Технология объемной печати SLS

В системе печати SLS используются различные рабочие материалы: металлический порошок, стекло, пластик и так далее с диаметром частиц около 100 микрон.

Перед использованием порошок помещается в специальную форму, нагретую почти до температуры плавления, что необходимо для снижения мощности лазера. Специальный валик разравнивает пудру. Части объекта спекаются с помощью лазерного импульса. Затем стол опускается на толщину слоя, порошок снова распределяется сверху и цикл повторяется.

Технология 3D-печати SLS не обеспечивает высокого качества. Требуется дальнейшая обработка конечного продукта. Часто используется рабочий материал со специальными полимерными добавками, для удаления которых продукт необходимо прокалить в специальной печи.

Разработана и внедряется технология использования пучка высокоэнергетических электронов вместо лазерного излучения. Этот метод требует использования вакуумной камеры, но позволяет изготавливать детали из твердых металлов, в том числе из титана.

Преимущества:

• Возможность получения готового изделия сложной формы из самых разных рабочих материалов;
• Высокая скорость работы (по сравнению с SLA;
• Может использоваться для мелкосерийного производства;

Недостатки:

• Высокая мощность лазера, что может быть опасно при эксплуатации;
• Поверхность готового изделия требует дальнейшей обработки;
• Длительные этапы предварительной и последующей обработки (необходимо нагреть порошок и отжечь изделие в духовке);
• Высокая стоимость (минимум около 1 миллиона рублей).

Технология объемной печати MJM (метод многоструйного моделирования)

При этом методе объемной печати сопла малого диаметра размещаются на головке печатающего устройства в количестве от нескольких десятков до нескольких сотен сопел.

Рабочий материал — различные пластмассы, фотополимеры, специальные воски или их комбинации. Из-за мягкости рабочего материала для получения предметов сложной формы требуются опорные конструкции.

Принтер оснащен УФ-лампой для отверждения 3D-фотополимера.

вы можете печатать в цвете, который зависит от используемых материалов или их сочетания.

Преимущества:

• Система обеспечивает минимальную толщину наносимого слоя, благодаря чему получается гладкая поверхность готового изделия, не требующая дополнительной обработки;
• Объемная цветная печать и сочетание веществ с разными свойствами;
• Компактность.

Недостатки:

• Опорные конструкции необходимы для создания прототипов объектов сложной формы;
• Небольшая подборка рабочих материалов для работы.

Технология объемной печати LOM (метод послойного склеивания пленок)

Этот метод объемной печати предполагает использование в качестве рабочего материала листов бумаги или пластика (в некоторых системах используется пленка). С помощью роликов они протягиваются по покрытой клеем поверхности платформы. Лист закатывается нагретым валиком и приклеивается к предыдущему слою.

Затем лазер вырезает лишний материал по определенной программе, платформа опускается до толщины используемого листа и весь цикл повторяется.

Технология гарантирует высокую скорость работы. Очень дешевые расходники. Однако широкого распространения система не получила.

Преимущества:

• Готовый продукт можно распечатать в цвете;
• Наличие рабочего материала;
• Возможность создавать большие объекты сложной формы;
• Никаких опорных рам не требуется.

Недостатки:

• Низкая стойкость готового продукта;
• Во время дополнительной обработки на поверхности предмета могут появиться дефекты;
• Большое количество отходов.

Технология объемной печати СJP

В устройстве, работающем по данной технологии 3D-печати, рабочим материалом является гипсовый композит. Метод предполагает соединение слоев путем склеивания специальным веществом. Сначала на всю поверхность платформы наносится композитный порошок. Затем ее выравнивают специальным приспособлением.

Печатающие головки принтера наносят жидкое связующее по заданному контуру. Затем платформа опускается, рабочий материал снова выравнивается, цикл повторяется. Готовое изделие требует дальнейшей обработки: нагревания до высыхания клея и механического удаления излишков пыли. Технология CJP поддерживает объемную цветную печать. Для этого в клеевой состав вводятся красители или их комбинации, позволяющие получить широкую цветовую гамму.

Преимущества:

• Возможность создавать сложные, красочные объекты различной формы без вспомогательных элементов.

Недостатки:

• Ограниченный выбор рабочего материала;
• требуется дальнейшая обработка готового продукта
• Низкая стойкость готового продукта.

Технология объемной печати FDM

Принтеры FDM неофициально известны как термопринтеры. Они очень популярны благодаря невысокой стоимости: устройство можно купить от 500 долларов. Как работает термопринтер?

Рабочим материалом здесь являются легкоплавкие пластмассы. Есть устройства для 3D-печати, которые работают с легкоплавкими металлами.

Печать выполняется послойно. Для каждого нового слоя рабочий материал в печатающей головке устройства нагревается и наносится на модельный слой через сопло с одним или несколькими отверстиями. Двигаясь по заданной траектории, головка наносит ее на весь контур детали. Затем стол опускается (в некоторых системах поднимается голова) и процесс повторяется до получения окончательного результата

Преимущества:

• Высокая стойкость готового продукта;
• Возможность изготавливать крупногабаритные изделия и изделия сложной формы;
• Разнообразие рабочих материалов;
• Бюджетный.

Недостатки:

• Низкая рабочая скорость;
• Значительные неровности поверхности готового изделия;
• Для объектов сложной формы требуются опорные элементы;
• Извлечение (уменьшение размеров после охлаждения) готовой продукции;
• требуется дальнейшая обработка готового продукта.

Какой 3D-принтер лучше выбрать для бытового использования?

Забегая вперед, мы видим, что, хотя стоимость домашних 3D-принтеров остается относительно высокой, у нас есть все шансы увидеть снижение стоимости технологий в будущем. Помните, когда появились сотовые телефоны, они были доступны только очень богатым.

Цели использования домашнего 3D-принтера могут быть абсолютно любыми — от просто побаловать себя и узнать о новых технологиях до печати полезных мелочей дома и прототипов моделей для бизнеса. В любом случае при выборе обратите внимание на следующие ключевые особенности устройства:

• разрешение печати (точность печати) — это минимально возможная высота слоя, которую может печатать принтер. Задает разрешение в микрометрах (тысячные доли миллиметра). Чем меньше высота слоя, тем менее заметным будет переход между ними и тем более гладкой будет поверхность печатаемого объекта. С другой стороны, чем меньше слой, тем дольше принтер будет печатать и тем больше будет нагрузка на все его элементы. Разрешение зависит от технологии (SLA позволяет печатать более точно, чем FDM), точности печатающей головки, настроек программного обеспечения и выбранных носителей для печати;
  Образцы с разной толщиной слоя
• скорость печати напрямую связана с точностью: чем выше точность, тем медленнее скорость роста модели.
• область печати указывает размер объекта, который можно распечатать на принтере. Другими словами, это область возможного действия печатающей головки по горизонтальным осям X и Y, а также по вертикальной оси Z. Обычно область печати выражается тремя числами: это высота, длина и ширина обычного параллелепипеда (например 20 * 30 * 30мм). Для дельта-принтеров область печати имеет форму цилиндра, поэтому указываются высота и диаметр;
  
• тип пластика, используемого для печати. В бытовых условиях используются только пластмассы, это могут быть АБС и ПЛА, некоторые модели могут печатать обоими типами материалов. Возможность печати тем или иным пластиком объясняется наличием или отсутствием подогрева платформы. Если вы еще не определились, что будете печатать, то лучше выбрать шаблон, поддерживающий максимальное количество материалов;
• страна-производитель. Европейские страны и США производят качественные, но дорогие устройства, их ввозят в небольших количествах, обслуживание затруднительное. Китайские устройства дешевы, качество часто оставляет желать лучшего, но баловаться такими принтерами можно. Есть и принтеры российского производства — хорошим качеством, удобством обслуживания.

Управление процессом объемной печати

Процесс получения готового изделия на устройстве 3D-печати — это физическая материализация его модели на компьютере, созданная с помощью специального программного обеспечения. Управление процессом трехмерной печати разделено на несколько этапов.

Создание цифровой модели и введение данных в печатное устройство

Для цифровой обработки объекта требуется специальное программное обеспечение («3D Studio Max», «AutoCAD» и др.). Если у вас нет навыков работы с программами, лучше всего обратиться к специалисту. Процесс создания модели медленный и может занять несколько дней.

Вы можете использовать специальный 3D-сканер, но качество виртуальной модели снизится.

Если обрабатываемый объект типовой объект, можно поискать информацию в Интернете, на специализированных сайтах. Цифровая модель сохраняется в формате STL.
Затем с помощью специализированной программы нарезки создается G-код — система команд, которая управляет перемещением печатных элементов устройства. Интерфейс программы прост и удобен в использовании.

Подготовка к работе

Этап зависит от типа печатающего устройства. Например, перед запуском системы FDM на рабочий стол устройства наклеивается специальная пленка и загружается катушка с пластиковой нитью. Тип и цвет пластика подбираются исходя из характеристик готового изделия. Проверяют резьбу на предмет загрязнения и механических повреждений — это сказывается на качестве получаемого изделия.

Этап печатания

Производится самостоятельно. Необходимо следить за тем, чтобы слои наносились на объект равномерно, не происходило затвердевания полимерной нити или ее чрезмерной пластичности. При необходимости вносятся изменения в настройки устройства.

Дополнительная обработка объекта

При необходимости проводится дальнейшая обработка: черновая обработка и полировка готового изделия. Если при печати объекта сложной формы были сделаны опорные конструкции (что необходимо для предотвращения разрушения моделируемого объекта), необходимо их удалить и отполировать стыки.

3D принтер: что это такое и как работает чертеж 3Д

Объемная печать, в зависимости от области применения, может использовать разные принципы работы и состав полимеров, но основной технологией остается построение слой за слоем, слой за объектом.

Этапы проектирования:

• Создание модели на компьютере в программе автоматизированного проектирования, поддерживающей объемное моделирование. Программа позволяет проводить расчеты на всех уровнях детали, строить слои, а также проводить финальные испытания изделия и рассматривать его со всех сторон в режиме просмотра. Эти возможности принадлежат платформам компании ZVSOFT. Программа ZW3D — это универсальная полнофункциональная CAD / CAM-система для работы с 3D-моделями. Есть три пакета с разным количеством инструментов: Lite, Standard и Professional. Все они полностью совместимы с принтером благодаря экспорту чертежей в формат STL. Подробнее об этом можно прочитать ЗДЕСЬ.

Области применения 3D печати

Есть много областей, где внедряются новые технологии, наиболее популярными из которых являются:

• Лекарственное. Производство индивидуальных протезов началось очень давно. Такие искусственные части тела практически не отличаются от натуральных.
• Лекарства. За материал берется биологически активная добавка. Следовательно, запрошенный элемент восстанавливается в точном размере.
• Машиностроение и технологии. Сложные в производстве запасные части и узлы стало проще изготавливать с помощью печати, а не в нескольких мастерских.
• Предметы одежды и обуви. Раньше было налажено производство крепежа и декоративных деталей, но с появлением тончайшего полимера стали выпускать целые модели.
• Арт-объекты.
• Биопечать — новое направление в медицине. Работа проводится с использованием тканей, похожих на живые.

Можно ли применять напечатанные изделия

Это зависит от качества материала, принтера и конечного продукта. Домашние принтеры часто неточно передают форму и цвет предмета. Пластиковые изделия требуют дополнительной обработки: иногда на них отпечатки с заусенцами и дефектами и почти всегда с полосатой поверхностью.

Производится после и до обработки. Источник: 3D-Today

Существует несколько методов обработки поверхности, не все из них подходят для домашнего использования:

• механическая обработка — ручное шлифование, снятие заусенцев;
• химические — окунание в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение кистью специального раствора.

Где можно применить 3D-принтер

Потенциал аддитивных технологий уже позволил использовать их в различных сферах жизни человека.

Промышленность

Использование систем 3D-печати в производственных процессах стало обычным явлением. Реализация макетов и прототипов готовой продукции, позволяющая оценить их реальные характеристики. Производство сложных форм, используемых для изготовления нестандартных деталей. Производство запасных частей к агрегатам и механизмам для быстрого ремонта. Мелкосерийное производство уникальной продукции (например, деталей ракетных двигателей) и т.д.

Медицина

Получение сложных форм — копий недостающих частей человеческого скелета (недостающие кости черепа, раздробленные кости и т.д.). По этим формам производятся элементы, которые вживляются в тело человека. Проведение опытов по печати человеческих органов (почка, щитовидная железа), которые были трансплантированы в человеческий организм и пересажены. Изготовление протезов конечностей.

Архитектура и строительство

Реализация трехмерных моделей зданий для презентации архитектурных проектов.
Появление технологии прототипирования жилых домов. С его помощью можно за несколько часов напечатать дом, строительство которого обычными методами занимает несколько дней

Образование

Получите учебные пособия, которые помогут вам выйти на новый уровень образования. Изготовление предметов сложной формы, которые представляют собой, например, графическое решение алгебраических уравнений. Развивать у студентов пространственное мышление.

Космос

предложен проект, в котором системы 3D-печати будут использоваться в космосе: с их помощью планируется построить лунную базу, а в качестве рабочего вещества планируется использовать лунный грунт.

Малый бизнес

Работа на 3D-принтерах позволяет создавать уникальные дизайнерские объекты, изготавливать миниатюры с распечатанными куклами, имеющими вертикальное сходство с покупателями, изготавливать аксессуары для одежды по индивидуальным заказам…. Продолжать можно бесконечно. Дополнительные технологии позволяют творческому предпринимателю уверенно найти свою нишу в мире бизнеса.

Критика и проблемы

❌ Медленно и без гарантии: печать выполняется довольно медленно и недостаточно точно. Большая проблема в принтерах-любителях — это брак. Например, деталь может оторваться от подложки прямо во время печати, и все черт возьми. Или двигатели не будут откалиброваны, и сопло начнет размазывать нужные участки.

❌ Низкая эффективность: для печати детали размером 10 × 10 см требуется принтер размером не менее 50 × 50 см, который будет стоить несколько сотен долларов.

❌ Не самые прочные материалы: 3D-печать по-прежнему ограничивается пластиком и смолами. Существуют отдельные технологии печати на основе металлического порошка, но если вам нужна стальная деталь, вам понадобится не 3D-принтер, а обычный токарь и станок. Но не все детали можно сделать на машине.

❌ Не всегда понятно почему. В промышленности для создания прототипов используются 3D-принтеры, но в массовом производстве эти технологии не используются. Даже для домашнего использования непонятно: мелочи из пластика печатают на 3D-принтерах для любительских проектов . и все. Очень мало случаев, когда нормальный человек захочет распечатать что-нибудь полезное для дома.

Интересные варианты бытовых 3D-принтеров

MakerBot Replicator 2

Высококачественный принтер американского производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя 100 мкм (0,1мм). Площадь печати — 285 * 153 * 155 мм, для печати используются пластики PLA и ABS. Максимальная скорость печати составляет 40 мм в секунду или 24 см3 / час. Корпус стальной, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Хотя модель была выпущена в 2013 году, она до сих пор активно используется для домашней печати. Стоимость 3100$.

PrintBox3D One

Принтер отечественного производства, печать по технологии FDM, минимальная толщина слоя 50 мкм, размер рабочей площадки 185 * 160 * 150 мм. Печатное устройство из пластика ABS и PLA оснащено платформой с подогревом. Приблизительно 1700 долларов США, предназначенные для использования в образовательных и дизайнерских целях.

Wanhao Duplicator i3 v2

Доступный вариант для тех, кто хочет освоить технологии и побаловать себя. Стоит около 500 долларов, печать разными видами пластика с точностью до 100 микрон, площадь печати 200 * 200 * 180мм. Качество сборки отличное.

PICASO 3D Designer

При печати с использованием технологии FDM, как и во всех современных домашних 3D-принтерах, для печати используются пластмассы ABS и PLA, включая нейлон. Точность печати 50 мкм, рабочая площадка 200 * 200 * 210мм, максимальная скорость 30см3 / час. Устройство оснащено подогреваемой платформой, стоит 1700 долларов$.

3D принтер Hercules

Неплохой аппарат от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати 50 мкм. Платформа подогревается, максимальная температура 1200С. Скорость печати — 40 см3 / час. Цена 1150$.

Виды и типы

Виды по технологии печати

Существует десяток технологий 3D-печати:

• FDM. Работа основана на затвердевании материала при охлаждении. Дозирующая головка слой за слоем наносит нагретый материал на основу. Слои прилегают друг к другу и быстро остывают. Поддерживается многоцветная печать. К FDM-принтерам относятся принтеры типа makerbot, кулинарные (для работы с шоколадом, глазурью) и медицинские (гель-печать с жидкими ячейками), принтеры Stratasys.
• Polyjet. В 2005 году появилась технология создания космических объектов путем полимеризации фотополимера под действием лазерного излучения. Фотополимер в основном используется в медицине: он легкий и хрупкий, а технология печати обеспечивает максимальную детализацию прототипа.
• MJM. Многоструйное моделирование путем подачи материала через десятки микроскопических сопел. Из-за хрупкости готовых моделей и дороговизны расходных материалов технология применяется редко, за исключением создания силиконовых форм для литья.
• Объектив. Выдавленный из сопла расходный материал облучается лазером и сразу же спекается. Создавайте предметы из металлического порошка (частицы титана, стали). Порошки можно смешивать, создавая сплавы, уже во время печати изделия.
• LOM. Ламинирование — формирование композиции из ламинированных листов. Необходимые детали вырезаются лазером, накладываются внахлест и вклеиваются (запрессовываются) в будущую модель. В качестве расходных материалов используются бумага, алюминиевая фольга, спекающаяся под воздействием ультрафиолета, пластик. Преимущество метода — экономичная цена расходных материалов (бумаги).
• SLA. Стереолитография или фотополимеризация: прототип выращивают на сетке, помещенной в жидкую ванну. Сначала он покрывается слоем материи толщиной до 0,13 мм (разрешение). Сверху лазер обрабатывает участки полимера, требующие упрочнения. Платформа опускается на 0,05-0,13 мм в зависимости от разрешения и процесс повторяется. Деталь требует постобработки — ректификации, иногда обработки в ультрафиолетовой печи. Это не позволяет печатать двумя материалами или цветами.
• ЖК-дисплей. Ультрафиолетовая светодиодная матрица освещает фотополимерный материал через ЖК-экран. Последний контролирует степень поляризации света по всей его площади, формируя матрицу будущего слоя деталей.
• DLP. Тип SLA-печати, в котором в качестве источников используются жидкие фотополимерные смолы. Обычный видимый свет используется для отверждения (отверждения) полимера. Модель может формироваться как на восходящей, так и на нисходящей платформе.
• SLS. Это относится к методам прототипирования, основанным на совмещенном порошковом слое, спеченном лазерным лучом. Технология позволяет работать с керамикой, металлическими порошками, стеклом, пластиком, получать мелкие и сложные детали. Сырой порошок сводит к минимуму количество расходных материалов.
• EBM — электронно-лучевая плавка металлического порошка в вакуумной камере. Для изготовления модели использована металлическая глина: металлический порошок, органический клей и вода. Из-за нагрева смеси вода с клеем испаряется, и стружка плавится.
• 3DP. 3D струйная печать. Он заключается в чередовании нанесения слоев пудры и клея. В результате получилась модель из материала, напоминающего гипс. Поддержка многоцветной печати, в качестве пудры используются резина, пластик, дерево, сахар.
• Цветной. Цветные методы включают следующие методы: FDM, 3DP, EBF, LOM, MJM. Для создания цветных прототипов требуются машины с несколькими экструдерами. Второй способ — сублимация: нагревание красителя в нужных местах до испарения.

По типу применяемых расходников

В качестве расходных материалов используются разные материалы.

Порошки	Печатающая головка наносит слой клея на основу в нужных местах, валик наносит слой порошка (металлического порошка), спеченного с веществом.
Штукатурка	Предыдущий вариант, где вместо металлического порошка требуется штукатурка, мастика, цемент со вяжущим составом.
Полимеры	Жидкие фотополимеры затвердевают под воздействием электромагнитного излучения (метод SLA). Сплавленные пластиковые нити (PLA, PVA, ABS) наносятся слоями на основу и быстро затвердевают.
Воск	Удобный литейный материал для высококачественных деталей, прост в обработке.

По конструкции

Есть несколько моделей 3D-принтеров.

• RepRap. Самовоспроизводящаяся машина, способная печатать детали, необходимые для создания ваших собственных копий. Они создают 3D-принтеры для массовой эксплуатации с минимальными затратами. Поставляется в виде набора металлических компонентов без пластиковых элементов (может быть отформован) и иногда даже электроники. Сборка трудоемка, экономична.
• Комплект для рукоделия. Устройства поставляются в форме производителя с инструкциями по сборке. На сборку принтера уйдет несколько часов или дней. Кроме того, многие соединения «защищены» от плохих соединений. В качестве расходных материалов используются пластмассы и другие полимеры с низкой температурой плавления. Достоинства: полная комплектация, после сборки вы сможете самостоятельно решить некоторые проблемы. Стоит дешевле, чем модель в сборе.
• Готовый. Готовые модели высокого разрешения с закрытой рабочей камерой. Они работают с нейлоном и пластиком. Это будет стоить около 1000 долларов или больше.
• Торгово-промышленный. Промышленные устройства могут печатать металлом, гелями с живыми клетками, полимерами с разными свойствами: более высокая механическая прочность, растворимость в воде. Они используются в производстве, авиакосмической, ювелирной, кухонной, литьевой.