Как работает 3D-принтер: обзор 5 материалов и технологий

Появление технологий объемного 3D-моделирования позволило совершить рывок в развлекательных и промышленных сферах. Применение 3D-принтерам нашли в самых разных отраслях. Знать бы принцип их работы…

Все поправимо. В этой статье подробно о том, как работает 3D-принтер и какие при этом используются материалы. А также рассматриваются возможности промышленного и домашнего типа устройств.

Читайте: ТОП-5 лучших 3D-принтеров

Что такое 3D-печать и где ее применяют

Понятие «3D-печать» означает создание моделей посредством наслоения специального пластичного материала. Эту технологию также именуют наращиванием. В ходе работы устройство постепенно выстраивает заданную объемную фигуру: будь-то игрушка, украшение или макет здания.

Основные сферы, в которых используют 3D-печать, отображены в таблице:

Архитектура и строительство	Проектирование макетов зданий и архитектурных объектов для наглядной демонстрации
Образование	Изготовление пособий для обучения и макетов, которые позволяют глубже ознакомиться с излагаемым материалом
Мелкосерийное производство	При планировании выпуска новой продукции разрабатывают ее прототип для утверждения заказчиком. Также при помощи 3D-печат  и воссоздают сломанные или утерянные детали механизмов
Киноиндустрия	Изготовление реалистичных объектов и элементов для постановки кадров
Производство обуви и одежды	Трехмерные технологии позволяют делать оригинальные и довольно прочные предметы гардероба. Некоторые бренды уже успели представить новые коллекции, напечатанные на аддитивном устройстве
Украшения	Создание ювелирного изделия или бижутерии различной сложности

Все, что можно напечатать на 3D-принтере, будет довольно качественным и прочным. Главное — правильно подобрать материал и грамотно составить задачу для устройства.

Читайте: В продаже в MOYO.UA появилась 3D-ручка POLAROID PLAY

Как устроен 3D-принтер

Аппарат для объемного моделирования выглядит как станок с программным управлением. Он выполняет аддитивные (наслаивающие) операции согласно заданному эскизу. Аппарат может иметь разные размеры и технологии печати.

Рассмотрим, как устроен 3D-принтер на примере самого распространенного оборудования — экструзионного. Оно создает модели из пластиковой нити. Материал выходит из экструдера в расплавленном виде и распределяется согласно заданной схеме.

Устройство состоит из следующих элементов:

• печатной платформы из алюминия или стекла;
• механизмов, перемещающихся по трем осям (X, Y и Z);
• экструдера, из которого выходит расплавленный материал;
• двигателей (шагового и линейного), отвечающих за точность, скорость и режимы печати;
• концевых фиксаторов, оснащенных датчиками, необходимых для контроля движения печатающей головки;
• рамы — конструкции для крепления перечисленных элементов.

Строение 3D-принтеров может отличаться в зависимости от технологий, по которым он работает.

Интересная статья: MOYO на масштабной ярмарке мейкеров KYIV MINI MAKER FAIRE

Основные принципы работы 3D-принтера

Прежде чем приступить к работе с аппаратом, нужно создать эскиз предмета на компьютере. При этом задаются все технические параметры, формы и габариты. После того как эскиз будет готов, можно приступать к печати.

Принцип действия 3D-принтера зависит от используемой технологии. Их существует более 10 видов. Рассмотрим самые популярные.

SLA

Stereolithography Apparatus — стереолитография, основана на использовании фотополимеров, которые затвердевают под влиянием ультрафиолета. Готовое изделие помещают в жидкость для устранения лишних элементов с поверхности. Затем повторно облучают ультрафиолетом для окончательного затвердевания.

Методом стереолитографии создают протезы костей и зубов, модели для научных исследований, украшения и скульптуры.

SLS

Лазерная технология селективного спекания. Она основана на работе углекислотного лазера. В качестве сырья для изготовления моделей используют порошок из полимера, стекла, керамики или легкоплавких металлов. Во время нагрева гранулы спекаются, но полностью не плавятся.

Метод SLS позволяет печатать объекты сложных форм, механизмы и элементы двигателей, точные прототипы конструкций для тестирования.

EBM

Плавление электронно-лучевым методом. Данная технология является самой совершенной среди существующих. Она предназначалась для аэрокосмической отрасли, но со временем также перешла в другие сферы.

Методом EBM создают очень прочные изделия. Они имеют небольшой вес и необычайную стойкость к высокой температуре. В качестве сырья используют порошок из металлов со специфическими свойствами, например, титановые сплавы.

DLP

Цифровая обработка материала светом. В процессе создания изделий используют фотополимеры, которые обретают твердость под воздействием светового луча. Он генерируется благодаря светодиодной матрице, которая оснащена микроскопическими зеркальными пикселями.

Технология DLP отличается тем, что слой материала распределяется по типу штампа, сразу на всю площадь изделия. В то время как другие методы наслаивают материал небольшими фрагментами. Следовательно, цифровая обработка материала позволяет создавать объекты гораздо быстрее. Но их необходимо беречь от прямых солнечных лучей, иначе полимер потеряет прочность, и на его поверхности образуются трещины.

Читайте: О пользе видеонаблюдения

FDM

Метод моделирования объектов посредством наплавления материала. Эту технологию еще известна как FFF. Она представляет собой наращивание моделей расплавленными нитями из пластика. Готовые изделия шлифуют, чтобы сделать их поверхность гладкой.

Технология FDM подходит для печати предметов ежедневной эксплуатации — от игрушек до бытовой техники. Также с ее помощью разрабатывают детали оборудования высокой точности.

Какие материалы нужны для печати 3D

Для аппарата трехмерного наращивания объектов используют разнообразные материалы. Но основным является пластмасса следующих видов:

1. ABS — вещество, состоящее из акрилонитрила, стирола и бутадиена.
2. PLA — биоразлагаемый пластик, представляющий собой сочетание мономера с алифатическим полиэфиром. Для его изготовления используют целлюлозу или крахмал.
3. PVA — состав материала аналогичен клею ПВА. Может иметь вид гранул или нитей.

Кроме пластика, для трехмерной печати часто применяют:

• Полистирол и полиамид — вещества в порошковом виде, который может иметь пластиковые, металлические и стеклянные компоненты.
• Фотополимеры — эластичный и прочный материал, из которого можно создавать изделия разной сложности, с детализацией и идеально гладкой поверхностью.
• Металлические сплавы — порошкообразные вещества, состоящие из мелкодисперсных гранул разных металлов.
• Воск — идеально подходит для создания изделий путем наращивания. Применяется в литейном производстве и ювелирной сфере.
• Гипс — материал в виде порошка, из которого изготавливают сувениры, арт-объекты, модели для презентаций и многое другое. Гипс универсален и прост в использовании.

Кроме перечисленных материалов, для 3D-печати используют нестандартные вещества и субстанции. Это могут быть нити из дерева, бумаги, резины, стекла, шоколада и т. д. Сфера их применения ограничена. Из них делают сувениры, аксессуары и коллекционные модели.

В тему: Обзор 3D-принтера FLASHFORGE CREATOR PRO: новое хобби

Что можно напечатать на 3D-принтере

Объемная печать позволяет воссоздавать практически любые объекты с высокой точностью. Если изначально на 3D-принтере печатали маленькие статуэтки, детали и сувениры, с развитием методик возможности аддитивного аппарата значительно расширились. На нем можно печатать:
одежду и обувь;

• предметы интерьера и декора;
• запчасти и детали механизмов;
• искусственные органы и ткани;
• технику и музыкальные инструменты;
• оружие, игрушки, украшения и даже сладости.

3D-принтер внес свою лепту в развитие ряда отраслей и сфер деятельности. Это устройство облегчило и ускорило выполнение сложных задач, которые требуют сверхвысокой точности. Это может быть изготовление деталей со сложной конструкцией для механизмов, или протезов для людей.

За печатью в 3D-формате — будущее. Ведь с ее помощью можно решить большинство проблем, которые совсем недавно казались критическими. Ежегодно эта технология совершенствуется и обретает все большую доступность.

К слову: 3D-принтер ROKIT CHOCOSKETCH: 3D-печать для сладкоежек