Поява 3d принтерів відкрило нову еру технологій – тепер стало можливим надрукувати об’ємний предмет. Призначення одержуваних тривимірних виробів може бути саме різне – від іграшок до медичних протезів. В основу роботи береться цифрова модель (або креслення), яка потім втілюється в свою точну реальну копію. Подібні пристрої зустрічаються різної потужності та комплектації, в домашніх і промислових варіантах. Існуючі на сьогодні види 3d-принтерів застосовують різноманітний матеріал, щоб отримати об’ємну друк.

Технології тривимірної друку

Відносно використовуваних технологій застосовується спеціальна класифікація, яку буде корисно знати кожному майбутньому власнику 3d-принтера:

• FDM;
• Polyjet або MJM;
• LENS;
• LOM;
• SLA;
• SLS;
• 3DP;

FDM

Це найпопулярніша технологія в даних пристроях. При FDM (fused deposition modeling) агрегат буде видавлювати расходник через спеціальне сопло шар за шаром. Сюди входять:

• мэйкерботоподобные пристрою;
• Stratasys-принтери;
• агрегати, що використовуються в кулінарії (заправкою йдуть сирні продукти, тісто, глазур);
• медичні апарати (медичний гель з живими клітинами).

Polyjet

Цікавий і MJM (Multi Jet Modeling), який передбачає методику багатоструменевого моделювання. Процес схожий на звичайний офісний через подачі матеріалу через невеликі сопла (їх може бути кілька сотень). Після застигання попереднього шару і буде формуватися задана тривимірна модель.

Расходниками є фотоплимеры і пластик, підходить і спеціальний віск. Зазвичай таку об’ємну друк застосовують у виготовленні медичних імплантатів, зубних протезів і зліпків.

Реально отримання багатобарвних варіантів, а також об’єктів з різними властивостями, наприклад, еластичні в поєднанні з твердими.

Є і недоліки використання такої технології – дуже дорогий вихідний матеріал і крихкий результат. Застосування зазвичай знаходить в медицині та промисловому прототипировании.

LENS

При LASER ENGINEERED NET SHAPING видутих з сопла расходник відразу потрапляє під фокус лазерного променя, що загрожує миттєвим спіканням. Використання металевого порошку допомогло у виготовленні об’єктів із сталі і титану, що дало можливість експлуатації 3D-принтерів промисловості. Багато сплави реально перемішувати і отримувати безпосередньо в процесі. Так, наприклад, отримують турбиновые титанові лопатки для турбін.

LOM

З Laminated Object manufacturing тонкі і вже проламінують листи вирізаються лазером, склеюючи, спекаясь або спрессовываясь в тривимірний об’єкт. Так можна надрукувати пластикові, алюмінієві та паперові 3D-об’єкти.

До речі, прототипом для алюмінієвих об’єктів йде відповідна фольга – її будуть «спекать» за допомогою ультразвукової вібрації.

Незважаючи на легкість вихідного матеріалу, паперові моделі виходять дуже міцними, а їх собівартість вийде практично копійчаною. Але відразу треба приготуватися до того, що такий виріб буде супроводжуватися великою кількістю відходів. Хоча і останнього можна уникнути, якщо розташувати на одному аркуші відразу кілька невеликих об’єктів.

SLА

Щоб зрозуміти, як працює Stereolithography, треба уявити ванну, наповнену рідким полімером. Проходить по її поверхні лазерний промінь полимеризирует шар. Після готовності одного з шарів, платформа опустить деталь, щоб рідкий полімер заповнив порожнечі. Потім ситуація змінюється: деталь піднімається вгору, а сам лазер розташовується внизу.

При роботі таким методом потрібна обробка поверхні, щоб відшліфувати і видалити зайвий матеріал. Іноді результат додатково запікають в ультрафіолетових духовках.

Подібний принтер не можна тримати вдома:

• із-за токсичності фотополімеру;
• через дорожнечу обслуговування.

SLS

Selective laser sintering нагадує вищеописаний вид технологій, але тут замість фотополімеру використовується який запікають лазером порошок. Можна не побоюватися, поломки в процесі роботи деталі, а в якості расходника цілком ймовірно використовувати сталь, нейлон, бронзу, титан, кераміку, скло, ливарний віск та інші матеріали.

Технологія передбачає створення складних речей. Вона відмінно підходить, наприклад, для створення яких-небудь прототипів – наприклад, для ювелірних виробів. Незапеченный порошок буде служити підтримкою для нависають елементів – значить, не треба формувати якісь спеціальні підтримуючі корпуси.

3DP

3DP-метод полягає в нанесенні на матеріал клею, за ним шару свіжого порошку і далі все по новій. У результаті виходить схожий на гіпс матеріал (sandstone). Якщо у цей клей додати фарбу, то вийдуть кольорові об’єкти. Технологія безпечна для побутового та офісного використання. Для матеріалів підійдуть скляний, кістковий, гумовий і навіть що складається з деревної тирси порошки. Можна робити і їстівні фігурки (з використанням шоколадного або цукрового порошків) – тільки в цьому випадку береться спеціальний харчовий клей.

Не обійшлося і без недоліків – кінцевий результат може мати грубу поверхню і невисоку роздільну здатність.

Класифікація принтерів за типом використовуваних матеріалів

Заправляемый у техніку расходник визначає типи 3d-принтерів. Лазерні агрегати спікають і ламінують порошок. Струменевий 3d-принтер по черзі склеює шари використовуваного вихідного матеріалу, потім відбувається його спікання. Наступний крок – охолодження. Тут можуть використовуватися види фотополімерного пластику, смол, порошків, силікону, металу і воскові компоненти. Розглянемо, як працює така техніка на різних матеріалах.

Порошок

Принцип дії техніки проявляються в наступних діях:

• виходячи з наданої моделі, друкуюча головка починає наносити в певні місця спеціальну речовину;
• на нього тонким валиком буде завдано порошок, який спікається з речовиною.
• далі процес повторюється.

Подібний пристрій цілком реально зібрати власними руками – досить мати необхідні комплектуючі. Ще один бонус «в скарбничку» такого апарата – робота з пудрою з металу.

Гіпс

Гіпсовий варіант теж заправляється порошками, але вже відповідними – від гіпсу до шпаклівки, цементу тощо. Обов’язково наявність сполучного речовини. Такі принтери найчастіше застосовуються в створенні інтер’єрних прикрас. Вироби тут виходять найрізноманітніші.

Фотополімер

Для виготовлення об’єктів в цьому випадку використовуються рідкі фотополімери. Цікавий принцип створення фігурок. Орієнтуючись на комп’ютерну модель, ультрафіолетовий лазер буде засвічувати певні місця. Надалі вони будуть тверднути під дією ультрафіолету. Така участь буде здійснюватися через спеціально підготовлений фотошаблон – тільки тут буде застосовуватися ультрафіолетова лампа. Шаблонна заготівля буде змінюватися з кожним новим шаром.

Якщо техніка обрана стереолитографическая, то можна насолоджуватися високою точністю виконання об’ємної друку. Єдиний мінус – низька швидкість роботи, але якщо точність є актуальним показником, то на час виконання не звертають уваги.

Віск

Подібний апарат друкує за допомогою воску – матеріалу плавки з низькою температурою. Ця властивість є свій бонус – легкість роботи. Ось чому чіткість і точність виконаних контурів є бездоганною.

Як добитися кольору

Щоб зробити об’єкти різної колірної гами, у техніці використовується спеціальна головка. Тут є одразу кілька екструдерів – компонентів, здатних плавити і наносити використовується витратний матеріал.

Здебільшого подібні агрегати задіяні при виготовленні дитячих іграшок. Ще одне призначення – створення дизайнерських прикрас.

Є ще один спосіб, іменований «сублімація». Цей вид принтера використовується, якщо необхідно перенести зображення (наприклад, з фото) на рельєфну поверхню. Для здійснення задуманого в певних місцях нагріваються барвники – з-за температурного впливу відбувається випаровування, і залишається потрібний малюнок.

Як вибрати 3D принтер

Вибираючи принтер, в першу чергу треба визначитися з тим, з якої технології відбувається друк. Прилад аматорського рівня, а тільки такий потенційно може купити собі середньостатистичний споживач, а не ціле підприємство, що працюють на основі розробки під назвою Пластик Джет (PJP), в деяких джерелах вона позначається як Fused Deposition Modeling (FDM) або Fused Filament Fabrication (FFF). По суті це одне і те ж.

Види матеріалів для аматорської друку

В основному для друку на пристроях такого типу використовується пластик з різними характеристиками. Фасується він у вигляді пластикового шнура, намотаного на котушку, або нарізаного соломкою. Масово використовується пластик двох видів: ABS і PLA.

АБС пластик безпечний, не токсичний, підходить для дитячих виробів, більше того, з ним можна працювати в присутності дітей. Вироби з нього міцні, довго служать. Недолік пластика – втрачає товарний вигляд на сонце і на сильному морозі. Його частіше використовують в професійному виготовленні деталей.

ПЛА пластик (полилактид) більш крихкий, служить не так добре. Зате він більш пластичний і дає більше можливостей для складних форм. Він є натуральним продуктом, так як виробляється з кукурудзи і цукрового очерету. В утилізації він екологічний, на 100% розкладається на безпечні компоненти. Вироби з PLA стійкі до стирання, тримають свою геометрію. Отже, пластик відмінно підходить для рухомих елементів. В цілому, це скоріше аматорський варіант пластику.

Альтернативні матеріали для 3D друку

Крім пластику для роботи на таких принтерах використовують наступні матеріали.

• Нержавіюча сталь. Використовується тільки в професійному обладнанні. Дає великі можливості для виготовлення деталей.
• Дерево. За фактом не дерево, а суміш зв’язує полімеру з дерев’яною добавкою. Цей матеріал коштує дуже дорого, в роботі не вимагає особливих навичок. Вироби з нього «теплі», зовні не відрізнити від дерева.
• Смола теж коштує дорого. З неї можна роздрукувати деталі високої точності, з чудовою якістю поверхні – гладкі і міцні. Під дією сонця смола втрачає прозорість.
• Нейлон. Застосовується в основному для виготовлення елементів промислового і медичного призначення.

Важливо! Купуючи матеріал для друку, слід врахувати, що формат котушки і товщина шнура повинні збігатися з робочими характеристиками принтера.

Характеристики 3D принтерів

Щоб вибрати принтер або провести аналіз для виявлення лідера, треба розуміти, які характеристики пристроїв є ключовими.

• Область друку. Цей параметр визначає максимальний обсяг деталей, які можливо створити з допомогою даного обладнання. У документації зазначається або обсяг куб. см або граничні лінійні розміри в мм
• Дозвіл друку (шару). Це товщина шару, яким наноситься матеріал. Чим вище дозвіл, тим тонше наноситься пластик, рельєфи спокійні, поверхню якісна. Нижче ця величина – деталі виходять більш «незграбними», без тонкої опрацювання. У деяких приладах даний параметр може виставлятися оператором.
• Екструдер. Це робочий вузол принтера, який відповідає за підготовку (розігрів) та видачу матеріалу. Пластик (або інша сировина) розм’якшується під дією високих температур в соплі і подається на друк (екструдується). До складу цього вузла входить безпосередньо сопло, транспортер для шнура (нитки пластику), температурний контролер і охолоджуючий механізм. 3D принтери з одним екструдером за прохід можуть працювати тільки однією ниткою. Щоб з’явилася можливість багатобарвної печалі, в приладі має бути, принаймні, 2-3 екструдера. У промислових пристроях можливий варіант одного вузла з подвійним соплом. Це дорого, і побутові пристрої так не обладнуються.

  3D принтер з двома екструдерами

• Принтери можуть «коннектіться» з зовнішніми пристроями (комп’ютером, смартфоном або просто зовнішньою пам’яттю) за допомогою USB та/або Wi-Fi. Не завжди це є обов’язковою умовою для роботи.
• Прошивка принтера (програмне забезпечення). За замовчуванням воно є встановленим. В його обов’язки входить розпізнавання, обробка документів у форматі stl для подальшого друку. Створюються ці файли в професійних програмах, начебто Скетчап і Autodesk Inventors Fusion.
• Додаткові функції. Ергономіка, дизайн і інші деталі не втручаються в робочі процеси в принтері, але часто визначають його вартість.

3D принтери можуть поставлятися як самостійний прилад (Assembled) або у форматі конструктора, коли користувач сам його збирає (DIY). Другий варіант коштує значно менше.

Резюмуючи сказане

3D-друк приваблює велику кількість людей, що цікавляться нею з-за особистої цікавості або у виробничих цілях. Для тих, хто не має жодного досвіду в даній сфері, не складе праці навчитися мистецтву об’ємної друку, як віртуальних, так і реальних курсах. Важливіше буде інше: для яких конкретно цілей планується купувати подібний апарат. Правильна розстановка пріоритетів у поєднанні зі знанням використовуваної для тієї чи іншої області застосування технології дозволять використовувати техніку на всі сто відсотків.