Як працює 3D-принтер: огляд 5 матеріалів і технологій

Поява технологій об’ємного 3D-моделювання дозволило зробити ривок в розважальних і промислових сферах. Застосування 3D-принтерівЗНАЙШЛИ в самих різних галузях. Знати Б принцип їх роботи …

Все можна виправити. У цій статті докладно про те, як працює 3D-принтер і які при цьому використовуються матеріали. А також розглядаються можливості промислового і домашнього типу пристроїв.

Читайте: ТОП-5 кращих 3D-принтерів

Що таке 3D-друк і де її застосовують

Поняття «3D-друк» означає створення моделей за допомогою нашарування спеціального пластичного матеріалу. Цю технологію також називають нарощуванням. В ході роботи пристрій поступово вибудовує задану об’ємну фігуру: будь-то іграшка, прикраса або макет будівлі.

Основні сфери, в яких використовують 3D-друк, відображені в таблиці:

Архітектура і будівництво	Проектування макетів будинків, архітектурних об’єктів для наочної демонстрації
Освіта	Виготовлення посібників для навчання і макетів, які дозволяють глибше ознайомитися з викладеним матеріалом
Дрібносерійне виробництво	При плануванні випуску нової продукції розробляють її прототип для затвердження замовником. Також за допомогою 3D-друк і відтворюють зламані або втрачені деталі механізмів
Кіноіндустрія	Виготовлення реалістичних об’єктів та елементів для постановки кадрів
Виробництво взуття та одягу	Тривимірні технології дозволяють робити оригінальні і досить міцні предмети гардероба. Деякі бренди вже встигли представити нові колекції, надруковані на аддитивном пристрої
Прикраси	Створення ювелірного виробу або біжутерії різної складності

Все, що можна надрукувати на 3D-принтері, буде досить якісним і міцним. Головне – правильно підібрати матеріал і грамотно скласти задачу для пристрою.

Як влаштований 3D-принтер

Апарат для об’ємного моделювання виглядає як верстат з програмним керуванням. Він виконує адитивні (нашаровується) операції відповідно до заданого ескізу. Апарат може мати різні розміри і технології друку.

Розглянемо, як влаштований 3D-принтер на прикладі найпоширенішого обладнання – ЕКСТРУЗІЙНОГО. Воно Створює моделі з пластиковою нитки. Матеріал Виходить з екструдера в розплавленому вигляді і розподіляється відповідно до заданої схемою.

Пристрій складається з наступних елементів:

• друкованої платформи з алюмінію або скла;
• механізмів, які прямують по трьох осях (X, Y і Z);
• екструдера, з якого виходить розплавлений матеріал;
• двигунів (крокової і лінійного), що відповідають за точність, швидкість і режими друку;
• кінцевих фіксаторів, оснащених датчиками, необхідних для контролю руху голівки;
• рами – конструкції для кріплення перерахованих елементів.

Будова 3D-принтерів може відрізнятися в залежності від технологій, за якими він працює.

Основні принципи роботи 3D-принтера

Перш ніж приступити до роботи з апаратом, потрібно створити ескіз предмета на комп’ютері. При цьому задаються всі технічні параметри, форми і габарити. Після того як ескіз буде готовий, можна приступати до друку.

Принцип дії 3D-принтера залежить від використовуваної технології. Їх існує понад 10 видів. Розглянемо найпопулярніші.

SLA

Stereolithography Apparatus – стереолітографія, заснована на використанні фотополімерів, які тверднуть під впливом ультрафіолету. Готовий виріб поміщають в рідину для усунення зайвих елементів з поверхні. Потім повторно опромінюють ультрафіолетом для остаточного затвердіння.

Методом стереолітографії створюють протези кісток і зубів, моделі для наукових досліджень, прикраси та скульптури.

SLS

Лазерна технологія селективного спікання. Вона заснована на роботі вуглекислотного лазера. В якості сировини для виготовлення моделей використовують порошок з полімеру, скла, кераміки або легкоплавких металів. Під час нагрівання гранули спікається, але повністю не плавляться.

Метод SLS дозволяє друкувати об’єкти складних форм, механізми і елементи двигунів, точні прототипи конструкцій для тестування.

EBM

Плавлення електронно-променевим методом. Дана технологія є найдосконалішою серед існуючих. Вона призначалася для аерокосмічної галузі, але з часом також перейшла в інші сфери.

Методом EBM створюють дуже міцні вироби. Вони мають невелику вагу і надзвичайну стійкість до високої температури. В якості сировини використовують порошок з металів зі специфічними властивостями, наприклад, титанові сплави.

DLP

Цифрова обробка матеріалу світлом. У процесі створення виробів використовують фотополімери, які знаходять твердість під впливом світлового променя. Він генерується завдяки світлодіодним матриці, яка оснащена мікроскопічними дзеркальними пікселями.

Технологія DLP відрізняється тим, що шар матеріалу розподіляється по типу штампа, відразу на всю площу вироби. У той час як інші методи нашаровуються матеріал невеликими фрагментами. Отже, цифрова обробка матеріалу дозволяє створювати об’єкти набагато швидше. Але їх необхідно берегти від прямих сонячних променів, інакше полімер втратить міцність, і на його поверхні утворюються тріщини.

Читайте: ПРО користі відеоспостереження

FDM

Метод моделювання об’єктів за допомогою наплавлення матеріалу. Цю технологію ще відома як FFF. Вона являє собою нарощування моделей розплавленими нитками із пластику. Готові вироби шліфують, щоб зробити їх поверхню гладкою.

Технологія FDM підходить для друку предметів щоденної експлуатації – від іграшок до побутової техніки. Також з її допомогою розробляють деталі обладнання високої точності.

Які матеріали потрібні для друку 3D

Для апарату тривимірного нарощування об’єктів використовують різноманітні матеріали. Але основним є пластмаса наступних видів:

1. ABS – речовина, що складається з акрилонітрилу, стиролу і бутадієну.
2. PLA – біорозкладаний пластик, який представляє собою поєднання мономера з алифатическим поліефіром. Для його виготовлення використовують целюлозу або крохмаль.
3. PVA – склад матеріалу аналогічний клею ПВА. Може мати вигляд гранул або ниток.

Крім пластика, для тривимірної друку часто застосовують:

• Полістирол і поліамід – речовини в порошковому вигляді, який може мати пластикові, металеві та скляні компоненти.
• Фотополімери – еластичний і міцний матеріал, з якого можна створювати вироби різної складності, з деталізацією і ідеально гладкою поверхнею.
• Металеві сплави – порошкоподібні речовини, що складаються з дрібнодисперсних гранул різних металів.
• Віск – ідеально підходить для створення виробів шляхом нарощування. Застосовується в ливарному виробництві та ювелірній галузі.
• Гіпс – матеріал у вигляді порошку, з якого виготовляють сувеніри, арт-об’єкти, моделі для презентацій і багато іншого. Гіпс універсальний і простий у використанні.

Крім перерахованих матеріалів, для 3D-друку використовують нестандартні речовини і субстанції. Це можуть бути нитки з дерева, паперу, гуми, скла, шоколаду і т. Д. Сфера їх застосування обмежена. З них роблять сувеніри, аксесуари і колекційні моделі.

Що можна надрукувати на 3D-принтері

Об’ємна друк дозволяє відтворювати практично будь-які об’єкти з високою точністю . Якщо спочатку на 3D-принтері друкували маленькі статуетки, деталі та сувеніри, з розвитком методик можливість адитивної апарату значно розширилися. На ньому можна друкувати:
взуття;

• предмети інтер’єру та декору;
• запчастини та деталі механізмів;
• штучні органи і тканини;
• техніку і музичні інструменти;
• зброю, іграшки, прикраси і навіть солодощі.

3D-принтер вніс свою лепту в розвиток ряду галузей і сфер діяльності. Це пристрій полегшило і прискорило виконання складних завдань, які вимагають надвисокої точності. Це може бути виготовлення деталей з складної конструкцією для механізмів, або протезів для людей.

За печаткою в 3D-форматі – майбутнє. Адже з її допомогою можна вирішити більшість проблем, які зовсім недавно здавалися критичними. Щорічно ця технологія удосконалюється і знаходить все більшу доступність.