Что такое 3D принтер? Принцип работы и виды. 3D-печать в России

Сегодня речь пойдет о 3D-принтерах – расскажем всё, что вы хотели бы знать: принцип работы, устройство, разновидности, а также затронем тему развития трехмерной печати в России.

Как устроен 3D-принтер

Общая схема, по которой работают все 3D-принтеры, основана на возможности линейно двигаться в трех измерениях. Приборы оснащают высокоточными шаговыми двигателями и контроллером, отвечающим за порядок перемещения этих двигателей. Автоматизированная система передвигает печатающую головку, в нужный момент выдавливая материал (например, расплавленную пластмассу). Слой за слоем создается фигурка, изначально заложенная в программу. В основе лежит принцип работы «картезианского робота» (устройство, способное передвигаться по картезианским координатам, более известным каждому школьнику, как Декартовы координаты – X, Y, Z).

Примерная схема печатающей головки 3d принтера

Несмотря на кажущуюся сложность, все компоненты, используемые в 3D-принтерах, изобретены уже давно и активно используются в других областях. Устройство состоит из таких частей:

  • Экструдер. Именно эта деталь чаще всего совершенствуется в новых моделях и считается самой сложной и тонкой частью механизма. Состоит из термальной головки и привода, выдавливающего нить пластика. Работает так: в принтер заправляется катушка с нитью, привод разматывает и выталкивает ее, подавая к термальной головке (называемой также камерой). Головка обычно представляет собой нагреваемый алюминиевый элемент, который расплавляет нить. В полужидком состоянии вещество выдавливается через отверстие печатающей головки.
  • Линейный двигатель. От его разновидности зависит скорость печати 3D-принтера и долговечность устройства. Для каждой оси координат используется отдельный гладкий стержень, работающий вместе с подшипниками. Подшипники бывают пластиковыми, стальными, бронзовыми и т.д. Бронзовые сложнее всего калибровать во время сборки, но зато они менее шумные.
  • Фиксаторы. Чтобы линейные приводы не выходили за пределы рабочего поля, нужны ограничители – фиксаторы. На функциональность работы они не влияют, но их наличие делает печать значительно более точной и аккуратной. Встречаются модели с оптическими или механическими фиксаторами.
  • Платформа. Поверхность размером 100-200 кв.мм., на которой будет создаваться готовая фигура. Производители обычно делают платформу подогреваемой – это нужно, чтобы не допустить трещин или разрывов на модели, обеспечить сцепление между отдельными слоями, а также между первым слоем и самой платформой. Площадка изготавливается обычно из алюминия или стекла – вещества с хорошей проводимостью тепла.

А теперь подробнее рассмотрим, как на 3D-принтере создается необходимая фигура.

Как происходит печать

В то время как обычный принтер способен лишь воссоздавать на плоской бумаге электронную картинку, трехмерный работает с более сложной информацией.

Программное Обеспечение для 3d принтера

Сначала с помощью специального программного обеспечения создается модель будущего объекта, затем ее загружают в принтер, который по описанной выше технологии создает физический объект. Такой способ называется прототипированием. Но сейчас есть еще несколько принципов работы 3D-принтеров, разработанных на его основе:

  • Стереолитография (SLA). В роли основного материала выступает смесь жидкого полимера со специальным реагентом, служащим для отвердевания пластика (напоминает эпоксидку). Ультрафиолетовый лазер отвечает за полимеризацию смеси в нужный момент. Фигура строится на подвижной платформе, соединенной с небольшим «лифтом», перемещающим заготовку вниз или вверх на расстояние одного слоя. Когда лазерный луч погружается в полимер, то останавливается на местах, которые должны затвердеть. После формирования слоя лифт поднимает или опускает заготовку.
  • Выборочное лазерное спекание (SLS). Не секрет, что технологии 3D-печати внедрены уже почти во все области производства. Не стала исключением и металлообработка, именно здесь применяется метод SLS. В качестве материала выступает композитный порошок, содержащий в составе частицы размером 50-100 мкм. Порошок равномерно наносится слой за слоем, после чего «запекается» лазером. Технология очень экономичная и практически безотходная, если сравнивать с традиционной резкой, литьем, фрезеровкой, сверлением и т.д.
  • Многоструйное моделирование. Уникальная разработка американской компании 3D Systems, похожая на стандартную струйную печать в обычных принтерах. В процессе задействовано несколько десятков или даже сотен сопел, которые рядами выстроены на печатающей головке. «Чернила» нагреваются, слоями опускаются на рабочую поверхность, затем отвердевают при комнатной температуре.

Это лишь основные и наиболее распространенные методы, на самом деле существует масса более редких, узкоспециализированных вариантов – например, УФ-облучение через фотомаску (SGC), послойное склеивание пленок, склеивание порошков, ламинирование листовых материалов (LOM) и другие.

Области применения 3D-печати

Технология нашла применение практически во всех сферах деятельности человека:

  • образовании;
  • архитектуре;
  • науке;
  • машиностроении;
  • медицине;
  • кулинарии;
  • приборостроении;
  • производстве одежды и обуви.

Например, в 2013 году ученые смогли напечатать на принтере ряд синтетических веществ, обладающих свойствами органических клеток и даже элементы живой ткани. Материалом выступали стволовые клетки. Тогда же в 2013 мир услышал об инновационном хирургическом устройстве BioPen, способном непосредственно во время операции наращивать ткани пациента.

А ученые из Великобритании выяснили, что в роли легкоплавкого материала хорошо себя показывает шоколад. В результате появилось устройство для кондитеров, позволяющее создавать необычные шоколадные фигурки для тортов или других блюд. Воплощение идеи заняло немало времени, так как по сравнению с пластмассой шоколад менее склонен держать форму. Но оснащение устройства специальными системами охлаждения и подогрева выровняло ситуацию. Такие приборы сейчас пользуются востребованностью в кофейнях, ресторанах, кондитерских магазинах и фабриках.

Шоколадный 3d принтер

После изобретения шоколадного 3D-принтера начали распространяться технологии и для других продуктов. Посмотрите на пиццу, напечатанную устройством от компании Foodini:

Пицца, распечатанная на 3d принтере

В архитектуре с помощью 3D-печати удобно создавать макеты зданий. Это в несколько раз дешевле и удобнее, чем традиционные методы.

Макет дома, распечатанный на 3d принтере

С развитием технологий трехмерная печать позволила разрабатывать даже очень крупные объекты – вплоть до автомобилей весом в несколько центнеров. Такой автомобиль напечатала компания Urbee, и в планах стоит его внедрение в массовое производство.

Автомобиль, распечатанный на 3d принтере

Российские разработки в области трехмерной печати

В России сфера довольно хорошо развита. Есть несколько крупных и множество мелких производителей, выпускающие 3D-принтеры в разных ценовых категориях. Остановимся подробнее на самых известных из них:

  • Бренд PICASO 3D изначально завоевал популярность благодаря необычному дизайну своего первого принтера. Сегодня та модель уже не производится, но есть ряд других. не менее интересных. Последняя разработка компании – Designer X. Цена 149 000 рублей, и это оптимальная стоимость для его набора функций. Модель действительно включает в себя все самые современные технологии, при этом обладает надежностью и стабильностью. Позволяет реализовать абсолютно любые идеи, благодаря производительности печати до 100 куб.см в час и разрешению слоя от 0,01 мм.
3d принтер Designer X
  • Бренд Magnum считается одним из основных конкурентов PICASO и производителем эталонных 3D-принтеров. Недавно у них вышла на рынок модель Magnum Creative 2 SW (127 000 рублей), это принтер с двумя экструдерами для двухцветной печати или смешивания оттенков. Отличие модели от других двухэкструденрных устройств в наличии технологии Switch, которая приподнимает сопло, когда оно неактивно. Это делает печать бесперебойной и облегчает подготовку заготовок для печати. Текучесть пластика улучшена путем внедрения двустороннего обдува высокой мощности.
3d принтер Magnum Creative 2 SW
  • Компания IMPRINTA работает с 2013 года. На текущий момент продвигает модель Hercules Strong Duo (299 000 рублей), пришедший на смену весьма популярному Hercules Strong. Новое устройство может печатать одновременно двумя разными материалами, автоматически контролируя и калибруя подачу. Смена материала занимает 2,3 секунды. Принтер работает почти бесшумно и очень точно, благодаря обновленным электронным и механическим узлам. Доступна работа с пятнадцатью разными материалами (ABS, PLA, ASA, PP, ETERNAL, HIPS и т.д.).
3d принтер Hercules Strong Duo
  • PrintBOX 3D относится к компании RGD, которая с 2007 года занимается работой с ЧПУ-станками. Компания предлагает неплохие и относительно дешевые устройства. Например, современный PrintBOX 3D White (139 000 рублей) с полностью закрытой камерой и принудительным обдувом. Благодаря этому соблюдается нужный температурный баланс, а как следствие, повышается качество печати.
3d принтер PrintBOX 3D
  • EGL3D – производит стереолитографические принтеры на основе технологии DLP SLA. Владелец может без проблем заменить разделительный антиадгезионный материал, благодаря встроенным ваннам особой конструкции. Также отмечается автономность принтера, то есть не обязательно всегда держать его подключенным к компьютеру. Модель EGL2.1 стоит 275 000 рублей.
3d принтер EGL2.1

Помимо изготовления 3D-принтеров, в России активно интересуются печатью с точки зрения создания разного рода объектов. Один из ярких примеров – в 2019 году на Международном военно-техническом форуме будет представлен первый в мире танк, напечатанный на 3D-принтере. Модель называется Т-90МС.

Танк обладает полноценным функционалом – может участвовать в военных действиях. Оборудован динамической защитой третьего поколения, мощным турбодизельным двигателем, компьютеризированным комплексом для контроля работы трансмиссии и двигателя.

Модель танка Т-90МС, напечатанного на 3d принтере

Прогнозы 3D-печати для России и мира

Совершенно очевидно, что популярность потребительской трехмерной печати имеет только одно направление – рост. Ведь новые принтеры печатают всё более качественно, а цены их при этом становятся всё доступнее. В интернете можно найти огромное количество баз с десятками тысяч готовых моделей, которые остается только загрузить в принтер.

Пока индустрии недостает одного – качественного пользовательского сервиса. Производители ориентируются больше на корпорации, чем на частных клиентов. Но эта проблема со временем уйдет, и тогда 3D-принтеры прочно войдут в нашу жизнь.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.