Что такое 3D-принтер и зачем он нужен?

Технология ламинирования уже давно стала популярной. Институты и исследовательские центры тесно сотрудничают с 1980-х годов. И вот настало время, когда вы можете освоить 3D-печать, не выходя из дома, с прикосновением к высоким технологиям. Для этого вам даже не придется разоряться. Цены на 3D-принтеры догоняют средний смартфон. Поймите, как это работает и какие возможности открывает для создателей и любителей DIY. Хотя услуги 3д печати в высокой степени автоматизированы и имеют сложное программное обеспечение для облегчения каждого этапа производства, они все еще требуют массу ручного труда.

Все о 3D-печати

Зачем нужен 3D-принтер

Принтеры чрезвычайно полезны для инженеров "сделай сам". Больше не нужно искать универсальный корпус для проекта и сверлить в нем дополнительные отверстия. 30 минут проектирования и несколько часов печати — и у вас уже есть идеальный чехол для вашего устройства. Сборка из пяти щитов нигде не помещается? Забудьте о таких проблемах.

Принтер, безусловно, поможет вам в ремонте техники по всему дому. У каждого из нас бывают ситуации, когда приходится выбрасывать вещи, даже если одна пластмассовая деталь только что сломалась. С помощью 3D-печати можно легко заменить редкие пластиковые детали приборов, которые трудно найти по отдельности.

Пластиковые детали можно легко скачать в интернете, пока вы не научитесь моделировать их самостоятельно. Существует множество сайтов с миллионами готовых бесплатных моделей, которые пользователи могут свободно заменять. Поиск моделей рассматривается в отдельной статье.

Какие бывают 3D-принтеры

Существует несколько основных типов 3D-принтеров, которые радикально отличаются по своим возможностям.

Технология FDM (Fused Deposition Modeling)

Наиболее распространенным типом является принтер FDM, который наносит пластик слой за слоем. Они функционируют с помощью подвижной печатающей головки с нагревательными элементами. Пластик поставляется в виде стержней, которые плавятся и в жидком виде выдавливаются на печатный стол. В то же время пластик обдувается вентилятором и мгновенно застывает, а головка начинает выдавливать новый слой поверх застывшего.

Технология SLA (Stereolithography Apparatus)

SLA-принтеры работают на основе стереолитографии. Вместо пластика здесь используются специальные фотополимерные смолы, которые отверждаются под воздействием ультрафиолетового света. Для печати смола заливается в лоток, под которым находится дисплей с УФ-пикселями. Рисунок нижнего слоя модели отображается в течение нескольких секунд. В этом случае смола над дисплеем застывает в форме отображаемого рисунка, который затем закрепляется на специальном подвижном столе. Затем стол с первым слоем поднимается, а следующий слой полимеризуется смолой.

Технология SLS (Selective Laser Sintering)

Принтер SLS использует технологию селективного лазерного спекания, в которой применяются специальные пластиковые порошки. В процессе печати насыпается тонкий слой порошка, и принтер обрабатывает его лазером, чтобы он затвердел в соответствии с моделью. Затем насыпается следующий слой порошка и сплавляется с предыдущим слоем — в виде круга. Наконец, готовая деталь просто очищается от остатков порошка и может быть использована повторно.

Сравнение технологий

Каждый тип 3D-принтера имеет свои преимущества и недостатки.

• SLS-принтеры имеют большие размеры и требуют дорогостоящего сырья. Они часто используются для изготовления компонентов в высокотехнологичных отраслях промышленности.
• SLA-принтеры распространены гораздо шире. Ультрафиолетовые индикаторы повышают точность, но в домашних условиях может быть сложно работать с токсичными фотополимерными смолами.
• FDM-принтеры наиболее популярны среди энтузиастов. Пластиковые стержни намного дешевле специальных порошков или фотополимерных смол. Однако печать сложных геометрических форм на таких принтерах требует внимания к вспомогательным опорам. Кроме того, скорость печати в среднем ниже, чем при использовании других технологий. Однако принтеры FDM являются самыми простыми и безопасными в обслуживании.

Как подготовить печать

Процесс от зарождения идеи до выпуска готовой пластиковой детали прост и под силу студентам. Принтер Flying Bear Ghost 5 был подробно рассмотрен в руководстве по 3D-печати в качестве примера, но здесь приведены некоторые общие принципы.

Исходная модель

Сначала необходимо создать или загрузить 3D-модель будущей детали. Как правило, исходник сохраняется в формате STL, в котором полигональная структура модели описывается как серия треугольников. Однако такие файлы не могут быть немедленно отправлены на принтер. Для успешной печати подробная 3D-модель должна быть сначала разделена на слои, которые могут быть обработаны принтером.

Слайсинг

Программа для резки модели (слайсер) должна войти в модель принтера и установить параметры печати: толщину слоя, внутреннее заполнение детали, вспомогательные опоры и т.д. На основе этих данных слайсер автоматически готовит специальный код для принтера — G-код описывает, как должна работать печатающая головка, при какой температуре ее нужно нагревать и с какой скоростью экструдировать пластик. Желаемая модель для каждого слоя. Затем этот код загружается в 3D-принтер и удерживается до окончания печати.

Весь процесс создания модели наглядно демонстрируется программой, а для начинающих пользователей предусмотрены интуитивно понятные подсказки. В целом, нарезка не так плоха, как покраска.

Обработка

Когда модель готова, ее можно дополнительно обработать наждачной бумагой или химическим раствором. Это сгладит все неровности между слоями, и деталь будет выглядеть как фабричная. В Интернете можно найти множество лайфхаков, которые помогут минимизировать дефекты и улучшить внешний вид модели.

Расходники для печати

Свойства отпечатков сильно варьируются в зависимости от исходного материала. Как упоминалось ранее, в FDM 3D-принтерах в качестве расходных материалов используются пластиковые нити, и здесь есть много возможностей для экспериментов с различными видами пластика.

• PLA-пластики подходят для экструзии и могут печатать сложные формы при относительно низкой рабочей температуре головки от 190 °C. Биоразлагаемость PLA зависит от окружающей среды, но в то же время то, что вы получаете из PLA, не очень долговечно.
• Пластик PETG прочнее PLA, но также подходит для принтеров с температурой около 200 °C. Виды ПЭТ-пластика хорошо известны по пакетам и пластиковым бутылкам.
• Пластик ABS более долговечен, чем другие виды. Однако не все модели предназначены для высококачественной печати из ABS-пластика, поскольку температуру экструзии принтера необходимо поднять примерно до 250 °C, а стол нагреть до 120 °C.
• Пластик HIPS имеет температурные характеристики, аналогичные ABS, но меньше спекается и легко удаляется органическими растворителями. По этой причине пластики HIPS часто используются для печати композитных моделей и для поддержки моделей ABS.
• Древесные пластики производятся путем добавления древесной муки. Готовая модель имитирует дерево как по внешнему виду, так и по запаху.

Пластиковые катушки доступны на всех стадиях производства. Выбрать подходящие расходные материалы и сочетать различные свойства и цвета деталей при печати несложно.

В заключение

Домашняя 3D-печать проще, чем вы думаете. Имея под рукой 3D-принтер, вы можете создавать любые пластиковые детали, какие только можно придумать, включая корпуса, макеты и фигурки. Помните, что в вашем распоряжении огромная библиотека моделей, размещенная в Интернете. Сломалась насадка вашего пылесоса или ограничитель открытия/закрытия окна? Нет проблем! При наличии собственного 3D-принтера все, что вам нужно сделать, — это получить готовую модель из Интернета, запустить программу слайсера несколькими щелчками мыши и отправить ее на печать.