Возникновение на рынке 3D-принтеров открыло новую эпоху. Еще не так давно продукты, которые были разработаны на базе высоких технологий, давали возможность решать обычные задачи, то с трехмерной печатью пользователям открылся новый способ использования устройств. Конечно, новым он считается лишь для обыкновенного пользователя, поскольку в промышленности, а также на производственных предприятиях аналогичные технологии применяются давно.
Так или иначе, печать на 3D-принтере способна существенно расширить возможности потребителя. На практике, к их освоению готовы не все. Как правило, причина этого состоит в трудностях технологической реализации устройств, а также в некоторых нюансах их использования. Правда, наиболее интересные вопросы связаны с пользой от этих принтеров.
Какие изделия дает возможность создавать такое устройство? Для чего используется его продукция? В чем состоит принцип работы 3D-принтера? Стоит отметить, что такие вопросы представляют важность, поскольку трехмерная печать считается недешевым удовольствием. Таким образом, покупать соответствующее оборудование только ради обычного любопытства нецелесообразно. Стоит более подробно рассмотреть рабочие процессы печати и определить, какую пользу от них следует ждать.
Что представляет собой 3D-принтер?
Данное устройство, предназначенное для трехмерной печати, при помощи которого существует возможность генерировать объемные предметы, дублирующие предварительно подготовленную виртуальную модель объекта. Если сравнивать с традиционными принтерами, выводящими электронный текст на бумагу, то можно заметить, что 3D-устройства гарантируют вывод трехмерной информации. Другими словами, они создают объекты с настоящими физическими параметрами. Хотя, для понимания принципа работы 3D-принтера нужно ознакомиться с этапами производства твердых предметов с его помощью.
Принцип работы
Работа устройства начинается с разработки виртуального шаблона на компьютере, что выполняется при помощи специальной программы. Затем осуществляется обработка программным способом модификации для ее разделения на слои. Далее в работу включается техническая часть принтера, формируется послойно масса, состоящая из композитного порошка для очередного применения предмета. Когда происходит заполнение специальной камеры материалом, ось принтера разделяет массу по рабочей поверхности.
По ходу формирования каждого слоя головка оборудования накладывает клеевую основу. Данный процесс повторяется до того момента, пока не выполнится объект, который разработан в программе для печати. Необходимо принимать во внимания то, что производство на 3D-принтере способно осуществляться по различным технологиям. Таким образом, изменяется и техника печати, а также свойства применяемого материала, меняются подходы к программной реализации задачи.
Технология быстрого прототипирования
Учитывая различия в нюансах производства, почти все оборудование для трехмерной печати функционирует по принципу быстрого прототипирования. Учитывая такую концепцию, изготовление выполняется при осуществлении быстрого формирования опытных модификаций, предназначенных для предварительной демонстрации возможностей создаваемого продукта.
Данная технология разрабатывалась еще в 1980-х годах для того, чтобы сделать образцы и заготовки. На сегодняшний день такой способ получил популярность в качестве аддитивного производства, понимание которого и дает ответ на вопрос, в чем состоит принцип работы 3D-принтера, а также того, что отличает его функцию от стандартных вариантов изготовления предметов. Таким образом, если при фрезеровании, точении и электроэрозионной обработке выполняется удаление материала, в то время, когда ковка, прессовка, а также штамповка меняют форму заготовки, аддитивное изготовление предусматривает увеличение массы материала с помощью наращивания слоями.
Другими словами, 3D принтер способен изменять фазовое состояние веществ в конкретных границах пространства. Сегодня трехмерная печать получила развитие в нескольких направлениях, в число которых входят стереолитографические технологии (STL), способы нанесения термопластов (FDM), а также лазерное спекание (SLS).
Способ послойного наплавления термопласта
Стоит отметить, что это, скорее всего, самая известная техника трехмерного производства. Популярности FDM-аппаратов содействует одновременно несколько факторов. Прежде всего, в процессе работы устройств применяются сравнительно дешевые пластики. Кроме того, немаловажное значение имеет простая техника использования, что представляет особую важность. Обычно технологии 3D-принтеров такого типа предполагает работу с термопластиками, в число которых входит полилактид.
К преимуществам материала относится экологичность, поскольку получают этот пластик из сахарного тростника и кукурузы. Основным элементом в данном принтере считается экструдер, выполняющий задачу печатной головки. Хотя, в этой части не все настолько однозначно, так как компонент является комплексом отдельных элементов. При рассмотрении термина «экструдер» в обычном понимании, к нему относится исключительно часть головки в виде подающего механизма. В любом случае печатающая основа обеспечивает подачу пластика для 3D-принтера при помощи нанесения расплавленной нити. Движение механической части происходит за счет электромотора. В результате механизм направляет нить в нагреваемую трубу сопла, формирующую конечный объект.
Стереолитографические установки
Что касается технологии лазерной стереолитографии, она на сегодняшний день пользуется популярностью в протезировании зубов. Это является вторым известным типом принтеров, предназначенным для 3D-печати. Главная особенность стереолитографических устройств состоит в получении объектов высокого качества. Этих результатов можно достичь благодаря разрешению аппаратов, исчисляемому единичными микронами. Таким образом, логичным является то, что работа 3D-принтера на базе лазерной стереолитографии оценивается высоко как стоматологами, так и ювелирами. Программная часть оборудования, как правило, напоминает FDM-аналоги, однако существует множество особенностей технологии.
Учитывая тот факт, что принцип печати называется лазерной стереолитографией, зачастую функция подобного оборудования основывается на светодиодных ультрафиолетовых проекторах. Стоит отметить, что проекторные модели показывают более высокую надежность, чем лазерные, да и обходятся дешевле. Они не требуют деликатных зеркал, которые обеспечивают отклонение лучей. Нужно заметить, что это существенно упрощает конструкцию. При этом печать на 3D-принтере с проекторами выделяется высокой производительностью. Такое преимущество достижимо за счет того, что выполняется не последовательное, а полное засвечивание контура слоя.
Лазерное спекание
Существует еще один способ использования лазерного метода. В данном случае в ход идет легкоплавный пластик. Мощный лазер способен прорисовывать сечение объекта по пластиковой основе. В результате происходит плавление и спекание материала. Это наблюдается с каждым слоем вплоть до получения окончательной модели, подготовленной программой для 3D-принтера в виде заготовки. Пластиковый порошок, который остается, стряхивается с полученного предмета по окончании рабочего процесса.
Большим недостатком этих аппаратов выступает разработка объектов с пористой поверхностью. Однако если посмотреть с другой стороны, это не воздействует на прочность изделий. Мало того, вышедшие из данных принтеров модели считаются самыми долговечными. Что касается самой установки, она имеет сложную конструкцию высокую цену. Стоит отметить, что процесс производства отнимает много времени, если сравнивать с 3D-принтерами других разновидностей. По заверениям пользователей, скорость формирования модели достигает нескольких сантиметров в час.
Расходные материалы
Главным материалом в создании моделей с помощью трехмерной печати выступает термопластик. Помимо уже описанных разновидностей, нужно указать на пластик, используемый для 3D-принтера в форматах ABS и PLA. Кроме того, применяются:
• нейлон;
• поликарбонат;
• полиэтилен и прочие виды, которые также используются в промышленности.
Стоит отметить, что некоторые установки разрешают смешивание материалов, использование вспомогательных веществ, которые улучшают качественные характеристики создаваемого изделия. Допустим, для этого применяется поливиниловый спирт, являющийся, по сути, такой же разновидностью пластика PVA. Если растворить его в воде, можно изготавливать сложные геометрические фигуры. Самым экзотическим материалом при использовании в аналогичных задачах считается металл.
При получении такого изделия тоже используются 3D-модели, предназначенные для печати на 3D-принтере. Что касается отличий технологий, они заключаются в функциях печатающей головки. Она позволяет наносить связующую клейкую массу в места, на которые указывает компьютерная программа. Затем на всю рабочую область при помощи головки наносится тонкий слой металлической пудры. Другими словами, металл не расплавляется, как в случае с пластиками, но накладывается, а также склеивается послойно в форме мельчайших частичек.
Управление работой принтера
Сначала необходимо указать на операции, которые способны контролироваться пользователем с использованием компьютера. Таким образом, регулируется температура сопла, а также рабочей площадки, настраиваются темпы подачи материала и функционирования электромотора, обеспечивающего позиционирование печатающей головки. Данные действия способны управляться электронными контроллерами. Обычно современные модификации подобного оборудования основываются на системе Arduino, имеющей открытую архитектуру.
В отношении программного языка, в принтерах применяется G-код, который построен на командах управления устройствами для печати. При этом существует возможность рассмотреть программы-слайсеры, обеспечивающие перевод 3D-модели, предназначенной для печати на 3D-принтере, в код, понятный контроллерам. Нужно сразу заметить, что программное обеспечение связано напрямую с разработкой графических моделей.
Программное обеспечение
В число главных задач слайсеров входит указание параметров, которые будут способствовать осуществлению печати. Выбор определенной программы устанавливается типом принтера. К примеру, устройства RepRap предусматривают применение слайсеров, которые выполнены с открытым кодом. К ни относятся Replicator G и Skeinforge. Правда, много производителей, рекомендующих воспользоваться исключительно фирменным программным обеспечением от известных компаний. Это относится и к аппаратам Cube от компании 3D Systems. Моделированием изделий занимается специальная программа, предназначенная для 3D-принтера, подходящая для трехмерного проектирования. Как правило, для таких целей применяются CAD-редакторы, которые нуждаются в определенном опыте работы с дизайном 3D.
Какие изделия можно получить?
Возможности трехмерных принтеров регулярно расширяются, что дает возможность создавать продукты для различных сегментов рынка. Что касается строительства и архитектуры, в данном случае существует возможность изготовить макеты, для которых и производилась разработка концепции аддитивного производства. 3D-принтер также находит широкое применение в машиностроении. Изделия при этом способны выступать в качестве потребительской продукцией, а также отдельными компонентами для концептов. Выше уже было сказано о том, что высокая точность производства деталей высоко оценивается работниками медицины. Кроме протезирования, 3D-принтер применяется при изготовлении макетов и образцов органов.
Отклики о 3D-принтерах
Учитывая активную популяризацию этого метода печати, массовый потребитель еще до сих пор скептически смотрит в подобном направлении. В некотором смысле это связано с высокой ценой устройств, однако в большинстве случаев даже искушенные пользователи новых гаджетов не могут найти по-настоящему важные задачи, способные решать в домашних условиях 3D-принтеры. Отклики владельцев указывают на легкость, с которой существует возможность решать простые проблемы в быту.
Например, можно оперативно изготовить недостающую деталь, предназначенную для установки мебельного гарнитура. Также предлагается украсить дизайн, произвести игрушку для ребенка или оригинальную подставку для телефона. Как свидетельствуют отзывы потребителей, работа с устройством хоть и нуждается в затратах на расходные материалы, но в будущем они компенсируются.
Устройства, предназначенные для трехмерной печати, являются диковинкой и нуждаются в отдельном рассмотрении для понимания различий внутри сегмента. Но даже понимание общих принципов того, как функционирует 3D-принтер, дает возможность рассуждать о большом потребительском потенциале подобного оборудования.