Виды и особенности 3D принтеров

3D принтер – это устройство, которое способно создавать объемные предметы из разных материалов. Напечатать на таком аппарате возможно многие вещи: игрушки, посуду, а также протезы или запчасти для техники и оборудования. Мало кто понимает, какие фантастические перспективы имеет трехмерная печать. В основном применяют технику в промышленном масштабе, но и обычный потребитель может купить небольшой аппарат для домашнего пользования. Для этого важно знать существующие виды 3D принтеров, их особенности и различия, о чем и пойдет речь в данном материале.

Принцип работы

Создание трехмерных объектов осуществляется за счет послойной печати из различных материалов, перечень которых регулярно расширяется. Но на данном этапе основными используемыми материалами являются термопластик и фотополимерные смолы. Принцип работы таких принтеров не слишком сложен, принимая во внимание современный уровень развития технологий.

3Д принтер

В специальной компьютерной программе для 3D-моделирования создается модель объекта, который предполагается напечатать.
Программное обеспечение обрабатывает созданную модель, разделяя ее на множество слоев в горизонтальной плоскости. Затем они преобразовываются в цифровой код, который является командой для принтера. Он указывает, каким образом и куда нужно нанести материал.
Происходит непосредственно сама печать, которая формирует изделие путем нанесения материала слой за слоем. При этом элемент принтера, отвечающий за печать, горизонтально двигается, следуя заданным программой командам. После того, как слой нанесен, печатающая головка опускается вниз на расстояние, равное его толщине, и наносит последующий.

Важно! Особенности создания объекта могут отличаться в зависимости от вида 3D принтера, но послойное нанесение является общим для всех типов.

Стандартная конструкция

По конструкции 3D принтер во многом схож с устройством его брата, печатающего 2D изображения. Основное его отличие – это способность делать предметы объемными: помимо ширины и длины к элементу добавляется еще и глубина. Устройство, способное печатать в трех плоскостях, имеет следующие составные части:

Конструкция 3д принтера

раму – каркас, который закрепляет все остальные элементы принтера;
платформу – основание, где происходит создание объемных предметов;
картезианского робота – устройство, которое двигается по трем осям;
мотор – сердце принтера, отвечающее за движение всей конструкции;
экструдер – элемент, нагревающий и выдавливающий пластик;
специальные датчики, которые не позволяют выйти частям принтера за пределы основания во время работы.

На заметку! Существует интернет-сообщество владельцев 3D устройств на сайте 3dtoday.ru. Здесь можно узнать свежие новости, задать интересующий вопрос, а также ознакомиться с обзорами технологий 3D печати.

Виды по материалу производства

Для простых принтеров необходимо приобретать картриджи с краской или заправлять их. В аппаратах, которые печатают объемные предметы, используют варианты других расходных материалов, которые заправляются в 3D принтер и определяют типы устройств.

Порошок

Обычно порошок применяется в лазерных аппаратах. Суть их работы следующая: печатающая головка наносит связующий материал на платформу, а затем на него тонким слоем насыпается порошок, который под действием лазера спекается с веществом. Действие повторяется до тех пор, пока не будет готов трехмерный предмет.

Интересно! Преимущество подобного принтера заключается в возможности собрать его самостоятельно. Кроме того, можно использовать металлическую пудру.

Металлический порошок

Гипс

Принтеры, заправляющиеся гипсовым порошком, преимущественно используют для создания декоративных элементов интерьера. При работе обязательно используется связующее вещество. Для таких устройств подойдет не только порошок из гипса, но и из шпаклевки или цемента.

Фотополимер

Чтобы создать объемный объект, также применяется жидкий фотополимер – специальные светочувствительные смолы. Они могут различаться по твердости, цвету, прозрачности и другим характеристикам, но общая черта заключается в том, что все смолы меняют свои качественные характеристики под воздействием солнечного света, то есть – приобретают окончательный вид. При этом предметы получаются прочными и устойчивыми к воде и свету. Суть работы принтера: ультрафиолетовый лазер засвечивает места, заданные программой, которые начинают затвердевать под действием УФ лучей.

Фотополимер

Важно! Светополиграфические принтеры способны выполнить объемную печать высокой точности. Единственный недостаток – это медленная работа. Но благодаря отменному качеству получаемых изделий, на время не обращают внимания.

Воск

Воск – материал, который плавится при относительно невысоких температурах. Благодаря легкости работы с этим веществом контуры объекта получаются четкими и точными, что позволяет использовать принтер в сферах, где необходимо скрупулезное соответствие заданным параметрам (например, в медицине). Принцип работы устройства идентичен фотополимерным аналогам.

Нейлон

Нейлон схож с пластиком, но имеет лучшую сопротивляемость высоким температурам, а также способен впитывать влагу. Из такого материала в основном печатают шестерни и запчасти для механизмов, так как он токсичен. Кроме того, чтобы застынуть, ему нужно продолжительное время.

Нейлон

Используемые технологии

Методы объемной печати бывают разных видов, которых на данном этапе насчитывается семь. Если есть желание приобрести 3D принтер, полезно знать характеристики каждого способа.

FDM

Данная технология является самой распространенной и представляет собой послойное направление нити расходного материала по контуру объекта. Пруток помещается в экструдер, где на него воздействует нагревательный элемент, в результате чего происходит плавление материала, который выдавливается через сопло на платформу. Печатающая головка двигается по траектории, заданной программой, и создает объект слоями. Когда процесс печати окончен, материал застывает, но нужно отделить некоторые лишние части, которые были вспомогательными при создании объекта.

FDM

Такая технология позволяет использовать термический пластик высокого качества. Объемные предметы получаются достаточно прочными и устойчивыми. Принтеры можно использовать в доме или офисе благодаря экологической чистоте и простоте работы.

Интересно! На принципе FDM основано действие 3D ручек, с помощью которых возможно рисовать небольшие объемные фигурки. Эти устройства часто применяются дизайнерами для внесения оригинальности в интерьер.

Polyjet

Эта технология подразумевает способ многоструйного моделирования. Подача материала происходит через сопла, которых может быть сотни. Когда предыдущий слой застывает, происходит непосредственно формирование заданного объемного предмета. Материал применяют различный: специальный воск, пластик или фотополимеры. Можно получать разноцветные модели, а также сочетать разные виды расходников.

Polyjet

Важно! Технология Polyjet подходит для изготовления медицинских слепков или зубных протезов.

LENS

Данный принцип работы заключается в нанесении порошка на луч лазера, при этом материал моментально спекается. Трехмерный предмет создается таким образом слой за слоем. Благодаря этой технологии 3D печать начали применять в большой промышленности, так как метод применим для металлов. Кроме того, возможно смешивать порошки для получения сплавов прямо во время процесса создания.

LENS

LOM

Этот метод печатания происходит путем ламинирования — тонкие пленки из полимеров или ламинированной бумаги склеиваются под воздействием высоких температур. Затем лазер обрезает ненужные части модели, обозначая контуры.

LOM

SLA

Данная технология основана на использовании жидких фотополимерных смол, которые способны застывать под воздействием лазера. По методу Laser Stereolithography изготавливают модели с тонкими и четкими контурами, именно поэтому такие 3D принтеры применяют для зубных имплантатов в стоматологии, а также в ювелирном деле. Но этот метод печати требует дорогих и качественных материалов.

SLA

SLS

Такой принцип действия заключается в подаче на платформу тонкого слоя стекла, металла, пластика или керамики в порошковом виде. Расходник спекается под лазерным лучом. После формирования первого слоя, основа движется вниз, и процесс изготовления повторяется. Поддерживающие конструкции при работе не нужны, но изделиям требуется термическая обработка после завершения печати.

SLS

3DP

Эта технология схожа с предыдущим способом, но без спекания — порошковый материал формирует модель с помощью склеивания слоев. В клей есть возможность добавить различные красители, в результате чего трехмерные объекты получатся цветными.

3DP

Другие особенности

Каждый 3D принтер обладает собственной кинематической схемой, согласно которой происходят механические движения частей устройства: платформы и экструдера. Что такое кинематика, можно узнать на страницах Википедии. Аппараты делятся на четыре группы в зависимости от схемы.

Первая схема для дельта-принтеров. При этом в устройствах двигается только экструдер, а основа остается неподвижной. Аппараты с такой схемой используются редко из-за сложной настройки, также они требуют специфическое ПО. Но, несмотря на это, печатают такие принтеры довольно быстро и точно.
Согласно второй схеме экструдер движется по оси X, а рабочий стол по Z и Y. Данная схема также не пользуется популярностью, но компания PP3DP разработала единственный принтер, который подчеркивает все преимущества схемы.
Третьи кинематические схемы наиболее распространены и востребованы. По осям X и Z движется экструдер, а по Y – платформа. Изначально конструкция не отличалась устойчивостью, но со временем несущая рама была усовершенствована: благодаря электронным датчикам стала жестче.
Аппараты с четвертой схемой самые устойчивые, обладают хорошим качеством печати и быстрой скорость работы. Печатающая головка движется по X и Y, основа — по Z. Самый яркий представитель устройств с такой схемой – Makerbot.

Итак, с развитием технологий появляются все более новые и необычные устройства, характеристики которых еще 15 лет назад были на грани фантастики. Зная все особенности 3D принтеров, возможно подобрать устройство для повседневного домашнего пользования, а также для производства изделий в промышленных масштабах.