Как это сделано, как это работает, как это устроено. Как это сделано, как это работает, как это устроено Брать или не брать: достоинства и недостатки оборудования

Технологии трехмерной печати уже никого не удивляют. Многие пользуются 3Д принтерами в личных целях, и практически не одно предприятие не обходится без промышленного принтера для трехмерной печати. И хоть это уже и не новость, а сама технология была разработана уже достаточно давно, мало кто знает, как работает 3D принтер. Если вас интересует этот вопрос, то данная статья будет вам весьма полезна.

Для начала, чтобы понять принцип работы принтера для трехмерной печати следует понять, что это вообще такое и принцип печати.

1. Что такое 3D принтер

3D принтер – это устройство для создания физических объектов путем последовательного накладывания слоев. Другими словами 3Д принтер способен распечатать любой физический предмет, который смоделирован на ПК.

На сегодняшний день существуют различные модели 3D принтеров, которые способны работать с разными расходными материалами. Это означает, что при помощи трехмерной печати можно изготавливать любые детали для механизмов, которые смогут выдерживать высокие нагрузки, и не уступают деталям, сделанным традиционным способом.

Независимо от модели все современные 3D принтеры имеют одинаковый принцип работы.

2. Принцип работы 3D принтера

Теперь вы знаете определение 3Д принтера, и можно переходить к вопросу, как он работает. Вы уже знаете, что принтер для трехмерной печати способен выводить трехмерную информацию, то есть создавать физические объекты по информации, поступающей с персонального компьютера. Принцип действия 3D принтера заключается в последовательном наложении тончайших слоев расходного материала (пластика, или металлической пудры и так далее).

Слой за слоем создается физический объект. При этом стоит отметить, что такая технология изготовления моделей отличается высокой скоростью. Кроме этого принтер абсолютно лишен так называемого «человеческого фактора». То есть машина не совершает ошибок, благодаря чему изделия получаются абсолютно точными и идентичными оригиналу.

Из-за того, что существуют разные типы устройств для трехмерной печати невозможно однозначно ответить на вопрос, как работает 3Д принтер. К примеру, устройство, печатающее пластиком, имеет один принцип, а принтер, работающий с металлической пудрой совершенно другой. Конечно, все они работают по принципу послойного создания модели, однако в случае с пластиком принтер должен плавить расходный материал до жидкого состояния, а в случае с металлической пудрой печатающая головка распыляет связующее вещество.

2.1. Как работает 3D принтер по пластику

Принцип работы такого принтера заключается в том, что печатающая головка (так называемый экструдер) сильно нагревается и плавит пластик, который подается в виде литой трубки. Далее расплавленный материал подается с нижней части печатающей головки и помещается в нужных местах.

Для правильно работы принтера необходим специальный файл, который содержит всю информацию о создаваемой модели. В зависимости от модели принтер может быть подключен к ПК или работать автономно.

2.1.1. Работа 3D принтера по металлу

Как и любой другой 3Д принтер, устройства, печатающие металлом, также управляются при помощи компьютера. Кроме этого используется такой же принцип послойного создания модели. Однако в отличие от принтера, печатающего пластиком, 3D принтер по металлу не плавит расходный материал.

Принцип работы заключается в следующем. Печатающая головка наносит специальное связующее вещество (клей) в местах, указанных компьютером. После этого вал наносит тончайший слой металлической пудры на всю рабочую площадь. В местах, где нанесен «клей» металлическая пудра склеивается и затвердевает. Далее печатающая головка снова наносит «клей», после чего вал насыпает еще один тончайший слой металлического порошка и так далее.

3. Как работает 3D принтер: Видео

По окончанию работы принтера получается необходимый физический объект. Лишняя пудра просто сдувается с модели. Однако изделие все еще не готово. На данной стадии деталь очень пористая и хрупкая. Для придания ей жесткости и прочности изделие помещается в специальный контейнер, который засыпается бронзовой пудрой, и все это помещается в специальную печь, для сплавления молекул металла между собой и насыщения изделия бронзой.

Конечно, весь этот процесс занимает достаточно много времени, однако все равно изготовление детали происходит существенно быстрее, чем традиционным способом. Кроме этого такое производство существенно дешевле. Такой же принцип работы имеют и принтеры, печатающие стеклом.

4. Устройство 3D принтера

По своему устройству 3D принтер схож с обычным принтером для печати 2Д изображений. Отличие заключается только в том, что 3Д принтер печатает в трех плоскостях. То есть помимо ширины и высоты появляется еще и глубина. Не зависимо от модели, все 3D принтеры имеют практически одинаковое строение. Они состоят из одинаковых элементов. Итак, устройство 3Д принтера включает в себя:

Экструдер, который разогревает и выдавливает полужидкий пластик;
Рабочая поверхность – платформа, на которой выполняется печать;
Линейный мотор, который приводит в движение подвижные органы;
Фиксаторы – датчики, ограничивающие движения подвижных органов, к примеру, когда они подходят к краю рабочей поверхности;
Рама;
Картезианский робот – машина, которая способна двигаться в трех направлениях по осям координат X, Y и Z.

Все это управляется при помощи компьютера, который задает величины движений каждого из компонентов. Теперь вы знаете, как устроен 3D принтер, что позволяет лучше узнать современную технику и понять принцип ее работы. Конечно, этот пример описывает простейшую конструкцию 3D принтера. Сегодня существуют более сложные устройства, которые имеют дополнительные возможности и более сложные схемы. Однако устройства новых моделей компании изготовители, по определенным причинам, держат в строгом секрете.

Современный производственный процесс или бизнес-процессы сложно представить без трехмерных технологий. Печать на 3d принтере применяется сегодня практически во всех отраслях человеческой деятельности.

Ежедневно появляются новые материалы для 3д печати и раскрываются новые возможности 3d-принтера. Но, что мы знаем об этом устройстве? Что такое 3d принтер? Давайте разбираться вместе.

Что такое 3D принтер

3Д-принтер - это специальное устройство, предназначенное для создания трехмерных объектов путем послойного наращивания исходного материала, слой за слоем, на базе построенной цифровой 3д-модели этого объекта.

В качестве исходных материалов могут применяться различные пластики, металл, фотополимеры, акрил, нейлон и т.д. Используются 3d принтеры, как правило, для и деталей, которые сложно получить традиционными способами.

Как работает 3D принтер. Принцип работы 3d принтера

Как работает 3d принтер? Рассмотрим принцип работы 3d принтера. Как правило, основана на технологиях послойного наращивания объекта, но это еще не все методы 3д-печати, существуют и другие ее виды.

Способы 3D-печати

Лазерное спекание порошков . Специальный порошок подается в 3д-принтер при помощи вращающегося вала, далее равномерно распределяется на горизонтальной поверхности. Оставшийся по окончанию печати материал удаляется, но затем снова применяется при нанесении последующего слоя. Данный метод отличается высокой точностью готовой модели изделия, благодаря неподвижности детали. Главный недостаток лазерного спекания порошков - шероховатость поверхности готового изделия, требующая дальнейшей постобработки.

Стереолитография - один из самых популярных методов 3д-печати, основанный на действии луча лазера на фотополимерную смолу. На месте контакта происходит затвердевание материала, после чего наносится следующий слой фотополимера. После чего процесс повторяется. Лишний материал удаляется, затем используется повторно.

Максимально простой способ печати на 3д принтере. Крахмально-целлюлозный порошок и клей, изготовленный на водной основе, подаются на печатающую головку. Порошок связывается клеем, и так формируются контуры будущей модели. Имеющиеся пустоты в материале заливают жидким воском для придания изделию прочности.

При данном способе печати используется моделирующий и поддерживающий материалы. Как поддерживающий материал часто применяют воск, в качестве моделирующего - может быть использован целый перечень различных материалов. Чаще всего это материалы по свойствам похожие на конструкционные термопласты. В процессе печчати одновременно наносится и моделирующий и поддерживающий материал после чего следует полимеризация и механическое выравнивание. Струйное моделирование позволяет создавать как твердые, так и мягкие изделия.

Основные характеристики 3D принтера

Разделить 3d-принтеры на различные вида можно на основе таких основных характеристик:

стоимость (цена на 3д-принтер может варьироваться в рамках 500 долл. - 1 млн. долл.);
технология печати (послойное наращивание, лазерное спекание порошков или же склеивание порошков);
материалы для печати (пластики - нейлон, PLA, ABS; металлический порошок, фотополимеры, гипс, акрил и т.д.).

Применение 3D принтера

При помощи современного 3д-принтера можно изготовить любую вещь, начиная от шахматной фигурки, и заканчивая медицинскими протезами или автомобилями.

Печать на 3d принтере применяется сегодня в следующих областях:

медицина . Создание зубных протезов, деталей для медицинского оборудования, синтезирование отдельных клеток человеческого организма, создание искусственной почки, клеток кожи, печени, сосудов и тканей;
киноиндустрия . Элементы декора и создание декораций - автомобили, антиквариат, драгоценные камни, ювелирные изделия и т.д.;
архитектура и строительства . Создание архитектурных макетов и демонстрационных макетов для презентации заказчику. Построение миниатюр известных памятников культуры, с целью проведения реставрации оригинала;
образование . Создание учебно-презентационных макетов как наглядного пособия для учеников;
прототипирование . Изготовление прототипа нового изделия, производство которого находится на стадии запуска;
серийное и мелкосерийное производство : печать деталей, механизмов, запчастей, корпусов приборов и т.д.;
дизайн интерьера . Производство элементов оформления интерьера, декора. Предметов быта, ваз и т.д.;
ювелирное искусство и производство бижутерии .

Если вы ищете 3d принтер в Украине, компании KLONA к вашим услугам. 3д моделирование,

Сегодня смело можно утверждать: без технологии 3D-печати современную цивилизацию представить невозможно, и вряд ли можно назвать другую так стремительно развивающуюся технологию.

По страницам истории

По мнению многих компьютерных экспертов, родоначальником 3D-печати и разработчиком первого еще обычного принтера стал англичанин Бэббидж. В 1822 году он приступил к созданию так называемой «большой разностной машины», предназначенной для производства расчетов и их распечатки. Как все великое, идеи Бэббиджа намного опередили свое время и, спустя 20 лет, так и не реализованный, проект был закрыт.

Большая разностная машина Бэббиджа

Прошло более 100 лет, прежде чем была предпринята вторая на сей раз более удачная попытка создания принтера. Первый черно-белый принтер увидел свет в 1953 году. Минуло еще 23 года и компания IBM создает первый струйный цветной принтер. Сегодня количество принтеров в офисах и других организациях уступает разве что числу компьютеров.

Во второй половине 80-х годов происходит очередной технологический прорыв. В 1986 году американец Чек Халл сформулировал концепцию трехмерной печати, а через два года его соотечественник Скот Крамп на ее основе разработал технологию FDM — формования через декомпозицию плавящегося материала. Все ныне действующие трехмерные принтеры своим появлением обязаны именно ей.

Как работает 3D-принтер

По сравнению с печатным принтером, переносящим электронный текст на плоскую бумагу, 3D-принтер имеет дело с трехмерной информацией. Одним словом, он воссоздает объект таким, какой он есть.

Как же печатает 3D-принтер? Вначале создается цифровая модель объекта на компьютере с помощью специальной программы. Она как бы «расчленяет» модель на слои, после чего в действие вступает принтер. Как и у его печатающего «собрата», у 3D-принтера есть свои чернила, правда, состоящие из композитного порошка.

Около 10 лет назад использовался всего лишь один вид «чернил» — пластик АВС. Сегодня их уже более сотни – полипропилен, бетон, целлюлоза, нейлон, металлические порошки, гипс, шоколад и множество других.

В процессе работы исходный материал превращается в массу, которая наносится слой за слоем на рабочую поверхность через специальное сопло. После нанесения очередного слоя поверх него может накладываться клеевое покрытие, затем снова слой «чернил». И так до полного воспроизводства объекта. Работу 3D-принтер можно посмотреть на видео.

Но это общий принцип работы 3D-принтера, так называемая технология быстрого прототипирования. На ее основе разработано несколько способов. Вот лишь некоторые из них.

Стереолитография (SLA)

Одна из первых технологий 3D-печати. В качестве строительного материала используется смесь жидкого полимера с реагентом-отвердителем, чем-то похожая на эпоксидную смолу. Полимеризация и последующее отвердение смеси происходит под действием ультрафиолетового лазера.

Модель формируется тонкими слоями на подвижной подложке с отверстиями, прикрепленной к микролифту-элеватору, который перемещается вверх или вниз на глубину одного слоя. Во время погружения в жидкий полимер луч лазера фиксируется на местах, подлежащих отвердению. Как только один слой сформирован, заготовка поднимется (опускается).

Данная технология разработана в компании 3D Systems. Она имеет очень много общего с технологией струйной печати. Особенность устройства и принцип работы этого 3D-принтера состоит в том, что здесь задействовано несколько (до нескольких сот) сопел, расположенных рядами на печатающей головке.

Чернила становятся жидкими посредством нагревания и после послойного нанесения на рабочую поверхность при комнатной температуре застывают. Головка перемещается в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение по мере формирования каждого нового слоя осуществляется за счет опускания рабочего стола.

Выборочное лазерное спекание (SLS)

Настоящим прорывом стало внедрение технологий 3D-печати в металлообработку. Как же работает ? Особенностью этой технологии является то, что функцию рабочей жидкости выполняет композитный порошок, состоящий из частиц диаметром от 50 до 100 мкм. Порошок наносится горизонтально равномерными тонкими слоями, а на завершающем этапе определенные участки спекаются лазерным лучом.

Одно из главных достоинств лазерного спекания – уникальная экономичность и практически полная безотходность по сравнению с традиционными механическими методами обработки металла – сверлением, фрезеровкой, резанием, литьем и другими, а также минимальная финишная обработка.

Необходимое условие лазерного спекания – азотная среда с минимальным содержанием кислорода, поскольку процесс протекает в условиях высоких температур.

Этим перечень технологий 3D-печати далеко не ограничивается. Его дополняют послойное склеивание пленок, послойное наплавление, послойная печать расплавленной полимерной нитью, ультрафиолетовое облучение через фотомаску.

Что бы еще напечатать

Выяснив, как работает 3D-принтер, впору поведать о том, что сегодня можно сделать с его помощью. Подобно модной и очень удобной одежде, его «примеряют» на себя представители самых различных направлений науки и промышленности. Как оказалось, напечатать можно практически все от ширпотреба из пластика, до солнечных батарей, деталей для реактивных двигателей и медицинских протезов.

На технологию 3D-печати «положили глаз» военные и строители. Не так давно на борт МКС был доставлен разработанный по заказу NASA 3D-принтер, с помощью которого в условиях невесомости было изготовлено несколько необходимых инструментов. Вполне возможно, что таким образом во время будущей марсианской миссии отдельные запчасти придется изготавливать прямо на борту космического корабля.

Рассматривается также вариант возведения марсианских домов методом 3D-печати, для чего с Земли туда будут доставлены специальные строительные принтеры. Основой «чернил» для них станет марсианский грунт.

Объемная печать активно вошла в жизнь обывателей в 2005 году. Именно тогда появились первые устройства, которые обладали полным функционалом для создания трехмерного образа. Но и на настоящий день не многие пользователи знают, в чем особенность этого прибора. В этой статье мы расскажем, что печатает 3Д (3D) принтер, как с ним работать и что можно распечатать на нем.

История возникновения технологии

Идея создавать объекты в пространстве появилась еще в далеком 1953, когда появились первые обыкновенные плоскостные АЦПУ. Тогда они были еще черно-белыми, но уже тогда разработчики задумывались о моделировании в объеме.

Над созданием проекта и его воплощением в жизнь работали ученые из разных стран на протяжении полувека. Первый прорыв принадлежит Чаку Халлу, который сделал машину, основанную на лазерной стереолитографии. Суть проекта в использовании лазера и жидких фотополимеров. Перемещающаяся платформа основания помогает по заданным вычислениям направлять луч и выстраивать осевые вертикальные полосы. После этого накладываются горизонтальные пластины, образуя фактуру.

Полимер затвердевает под воздействием высоких температур в слои не шире 0,2 мм. Для ровного застывания вещества на постоянной основе работают механические щеточки, обеспечивая высыхание поверхности. Уже объемный объект погружают в специальный раствор для сглаживания шероховатостей и устранения излишков. На финальной стадии образец повторно облучают. Минусом технологии был несбалансированный состав смолы – фотополимер застывал недостаточно крепко или, наоборот, моментально. Преимущество SLA-принтеров – их скорость работы, но само оборудование и расходный материал имеет высокую цену.

Скотт Крамп в конце 80-х создал абсолютно новый метод, который заключался в послойном наплавлении – FDM. Именно он лежит в основе современных приборов. Вещество, задействованное в работе, – термопластинки. Они выглядят как моток твердых нитей. Именно они наносятся слоями, повторяя контур цифровой модели.

Первый вошедший в продажу принтер появился в 1995 году. Его анонсировала компания «3D Systems». Но изделие «Actua 2100» работало медленно, в чем был его основной недостаток. И только спустя 10 лет была разработана модель «Reprap», в которой были устранены распространенные ошибки предыдущей партии. С этого момента в мире науки и производства начался этап трехмерного моделирования.

3D принтер: что это такое и как работает чертеж 3Д

Объемная печать, в зависимости от сфер применения, может использовать различные принципы работы и состав полимеров, но основной технологией остается послойное наращивание пластов на объект.

Этапы проектирования:

Разновидности технологий 3Д принтеров

На данный момент соревнуются три вида аппаратов:

FDM (fused deposition modeling);
LOM (laminated object manufacturing);
SLA и STL (Stereolithography).

Также есть такие варианты, как:

Polyjet;
LENS;
LS (laser sintering);
3DP (three dimensional printing).

Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Стереолитографические установки – что это такое для 3D печати

SLA или просто SL – это усовершенствованная система-прародитель. Ее истоки были положены Чаком Халлом, но на настоящий момент многие компании производят технику, основанную на принципе стереолитографии. В основу положены все те же материалы – жидкий фотополимер, запекающийся в пластик, и лазер. Луч как бы фиксирует определенные точки в емкости с жидкостью, постепенно поднимаясь снизу вверх слой за слоем. Оставшийся раствор стекает, оставляя необходимость шлифовки объекта.

Это очень эффективный, с точки зрения точности, метод. Он позволяет быстро достигнуть результата с погрешностью всего в 10 микрон. Но оборудование редко устанавливают дома, так как работа с едким веществом без соблюдения должных норм и предосторожностей чревато ожогами и токсическим отравлением организма.

Лазерное спекание – LS (laser sintering)

Метод аналогичен предыдущему, но усовершенствован за счет использования не жидкого полимера, а его сыпучего варианта. Преимущества новшества:

В растворе нередки случаи поломки объекта еще в процессе построения, так как еще неокрепшую, но уже тяжелую конструкцию ничего не поддерживает. В порошке все иначе – деталь не может сломаться, так как она опирается на твердое вещество.
Помимо полимера можно использовать измельченные частицы бронзы, стали, нейлона, титана.

Недостатки:

Температура плавления очень высока, поэтому предмет долго будет остывать.
Поверхность получается менее монолитная, в ней больше воздуха.
Некоторые смеси опасно хранить вне камеры с азотом.

Что такое 3Д печать методом послойного наплавления термопласта

Технология LOM предусматривает наложение вырезанных по лекалу пластов из бумаги, пластмассы или алюминия и их последующее склеивание. Точные очертания рассчитываются в специализированных САПРах, которые работают с 3D моделями. Функция структурирования простых и сложных объектов в софте от компании «ЗВСОФТ» позволяет создавать органичные формы за счет нанесения эскиза на простую сетку и последующего детального сглаживания линий, проработки деталей вручную или автоматически.

С использованием специализированных платформ моделирование по системе LOM становится легким и удобным.

С термопластом работает также технология FDM. Ее структура заключается в подаче материала (нить из пластика) через экструдер – печатающую головку механизма. Направленный слой запекается за счет специального сопла. Так послойно происходит создание объекта снизу вверх.

Из чего создаются изделия

Вещество-основа может различаться. Самый популярный и начальный элемент – это фотополимер. Он легок в обращении, имеет низкую температуру плавления и удобен на стадии последующей обработки – шлифовки. На его замену пришел термопластик (видов ABS и PLA) – усовершенствованный материал с рядом преимуществ, в частности, он более безопасный и экологически чистый.

Также могут использоваться:

нейлон – высокая прочность и износостойкость;
поликарбонат – широкий спектр комфортных для изделия температур от -100 до +115 градусов;
полиэтилен;
поливиниловый спирт – быстро схватывается, но растворяется при соприкосновении с водой;
целлюлоза;
полипропилен – нетоксичный и недорогой;
флекс – очень гибкий и эластичный;
HIPS – удобен при необходимости многоуровневых конструкций со сложными спайками и поддержками;
glassfil – прозрачный и невосприимчивый к ультрафиолету, механическим воздействиям и бактерицидной атаке, поэтому часто применяется в медицине;
керамический состав – содержит только частицы керамики, но при печати создает эффект камня;

PVA – быстрорастворяемый полимер, который подходит для временного склеивания элементов конструкции;
PVD – тонкий пластик, который подходит для упаковочной вентилируемой продукции;
PETG – полупрозрачный материал, образующий красивую глянцевую поверхность, подходит для элементов декора;
полиоксиметилен – прочный как металл, но удобный в обращении и легкий;
WOOD – достоверная имитация дерева с сохранением свойств материала-оригинала, то есть с сильными влаговпитывающими характеристиками;
ABS Antistatic – обычный полимер с эффектом антистатика для изоляции от электричества;
GLOW – люминесцентное вещество, способное впитывать и отдавать свет;
металл – состав содержит в себе элементы бронзы, алюминия и других веществ, на выходе предмет, напоминающий настоящее металлическое изделие.

Области применения 3D печати

Сфер, где реализуется новая технология очень много, самые популярные из них:

Медицина. Давно началось производство протезов по индивидуальным параметрам. Такие искусственные части тела по виду и ощущениям практически идентичны натуральным.
Лекарственные препараты. За материал берется биологически активная добавка. Таким образом восполняется в точном количестве необходимый элемент.
Машиностроение и техника. Запасные части и сложные в производстве узлы стало легче сделать с помощью печати, чем задействовать несколько цехов.
Элементы одежды и обуви. Ранее было налажено производство застежек и декоративных частей, но с появлением тончайшего полимера начали выпускать целые модели.
Предметы искусства.
Биопечать – новое веяние в медицине. Работы проводятся с использованием аналогичных живым тканей.

Все о программном обеспечении для 3Д принтера

Моделирование и печать невозможны без специализированного САПРа. Компания «ЗВСОФТ» предлагает несколько программ для эффективной работы с 3D моделями:

– базовый CAD с широкими возможностями для расчета и проектирования объемных чертежей. Среди возможностей:

Создание и редактирование моделей привычными инструментами.
Взгляд на объект в перспективе – функция DVIEW.
Рендеринг части сцены.
Визуализация.
Интеграция большого количества форматов.
Удобный интерфейс.
Работа с динамическими блоками.
Возможность установки дополнительных надстроек.
Экспорт в форматы, поддерживаемые 3д принтерами (через дополнительные приложения).

– специализированный САПР для трехмерного конструирования. Достоинства:

Выгрузка объемных чертежей с трудной геометрией.
Реверсивный инжиниринг.
Принцип гибридного моделирования.
Расположение слоев на различных уровнях в одном файле.
Совместимость с большинством форматов.
Библиотека готовых и пополняемых деталей.
Поддержка всех форматов файлов 3d принтеров.

– приложение, которое идет к базовой платформе. Оно предназначено для проектирования объемных объектов и создания дизайна, поэтому большое внимание уделено проработке деталей. Преимущества:

Интуитивно понятный интерфейс.
Структурирование.
Работа с рельефами поверхности в RenderZone.
Округление линий.
Визуализация с поддержкой освещения.
Инструмент анализа NURBZ.
Прямой экспорт в STL.

В статье мы рассказали вам о принтере 3Д – как он выглядит, что из себя представляет и для чего нужен. Начиная работу в трехмерном пространстве, выбирайте удобное и многофункциональное программное обеспечение.

В самом начале нынешнего века 3D стало неотъемлемой частью нашей жизни. Первоначально оно вызывало ассоциации с миром кино, мультфильмов или фотографий. Но сомневаемся, что в наше время есть хоть один человек, который не слышал что такое 3D-печать.

Что же это за новый термин, как он способен повлиять на Буденную жизнь, производство и науку, мы с вами увидим в данной статье.

В самом начале предлагаем вам небольшой экскурс в историю. Хотя о 3Д печати начали массово упоминать лишь на протяжении недавних лет, в действительности она действует уже довольно давно. Еще в 1984 году компания Charles Hull разработала 3Д печать, источником для которой были бинарные данные, и уже 2 года спустя получила патент на изобретение по имени стерео литография. В том же году инженерам удалось изготовить первый в мире промышленное 3Д печатающее устройство. Некоторое время спустя за разработку перспективного направления взялась и компания 3D Systems, она еще в 1988 г. создала образец принтера для 3Д печати в домашних условиях, а именно SLA – 250.

Через короткий промежуток времени, торговая марка Scott Grump смогла реализовать моделирование плавлеными осаждениями. После пары лет затишья, в 1991 году компания Helisys изобретает и выдает на общий суд новейшую методику многослойного оттиска, а уже через год, в 1992, в компании DTM видит свет одна из первых систем селективного сваривания лазером. После чего, в 1993 году создается организация Solidscape, и занимается массовым производством принтеров струйного типа, которые имеют возможность воссоздавать разные объекты, имеющие практически идеальную поверхность, и при этом обладая сравнительно не большими затратами. В это же время Массачусетский институт показал свою технологию 3Д печати, чем то похожую на ту, которая используется в стандартных струйных печатающих устройствах. Но все же наибольший пик развития 3Д печати попадает на 21 век.

В 2005 году увидел свет 3D принтер, который не просто создавал детали, а делал их цветными. Продукт компании Z Corp имел имя Spectrum Z510, а практически уже через пару лет появился принтер, который мог воссоздавать до 50% всех элементов, из которых был сделан. Сегодня среда использования 3Д печати неуклонно ширится, ведь с ее помощью, как оказалось, можно создать практически все, начиная от внутренних органов живых существ и заканчивая банальной мебелью. Но о сферах использования 3D принтеров мы упомянем чуть ниже.

3D печать, как это действует

По сути, 3D печать это точное воссоздание смоделированной на компьютере детали, при помощи специального печатающего устройства. Изначально цифровая модель это STL-документ, а уже потом 3Д принтер, из такого файла делает реальный объект. Сам же процесс печати это периодически повторяющееся нанесение слоев, на рабочий стол (элеватор), с постепенным его движением вниз, а впоследствии уборка излишков печатающей смеси. Циклы печати монотонно сменяют друг друга, и с каждым из них элеватор опускается вниз на заданную высоту, таким путем и создается сама деталь.

Как работает 3D принтер

Как оказалось 3D печать способна отлично заменить мелкое прототипирование деталей. В отличии от обычного принтера, способного воссоздавать только фотографии, 3D машина делает настоящие объекты. Сегодня такие аппараты способны работать с фотополимерными смолами, пластиковыми проволоками разной толщины, порошком из керамики и металл глиной.

Что же такое 3d принтер?

В основе такого устройства лежит постепенное воссоздание объекта из файла, с послойным нанесением вещества. По сути, деталь как бы растет и, в конце концов, заканчивая свой рост, превращается в готовое изделие. К достоинствам именно 3D печати следует отнести простоту процесса, ее невысокую стоимость и главное высокую скорость работы. Например, для того чтобы создать какую ни будь сложную деталь вручную, может понадобиться очень много усилий и времени - вплоть до месяцев. К тому же при традиционном способе предварительно необходимо создать чертежи и проверить их. Как результат производитель имеет более высокие затраты на разработку и долгое время на нее же.

3D технология напрочь лишена вышеописанных недостатков, тем более при ее применении различные моменты и неполадки, которые могут возникнуть, устраняются еще в процессе разработки, а не изготовления, как при ручном проектировании. Так же при компьютерном моделировании детали, инженер еще на первых стадия может протестировать ее и рассмотреть со всех ракурсов, а в случае обнаружения недостатков, сразу устранить их. Именно поэтому наличие ошибок в напечатанных деталях полностью исключено.

На сегодня есть сразу несколько разных методик 3Д печати, и отличаются они именно способом нанесения слоев. Давайте поговорим о главных из них. Основными технологиями 3D печати являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев плавлением материалов) и SLA (стереолитиография). Наиболее востребованной, благодаря своей высокой скорости, выступает именно технология SLA.

Лазерный луч направляется на фото полимер, и тем самым дает нанесенному материалу отвердеть. В роли фото полимера применяется полупрозрачное вещество, которое способно деформироваться под воздействием атмосферной влаги. После своего затвердевания такой материал можно легко склеивать, обрабатывать и окрашивать. Сам рабочий стол (элеватор) прибывает в ёмкости наполненной фото полимером. После нанесения очередного слоя, лазерный луч проходит по нему, делая твердым, и рабочий стол смещается вниз.

Это так называемое спекание или сплавление составов порошкового типа, SLS - одна из немногих методик, способная изготовить формы, как для пластикового литья, так и металлического. Пластиковые объекты имеют превосходные механические качества, в силу чего их спокойно можно использовать для создания полноценных деталей механизмов. В SLS берутся материалы, которые по своим параметрам близки к законченным продуктам, таким как керамика, пластик либо металл.

Сам принтер построен следующим образом – порошок наносится на поверхность элеватора и под действием лазера спекается в твердый слой, соответствующий необходимым требованиям.

Технология DLP – присутствует на рынке трех мерной печати сравнительно недавно. Стереолитографические печатающие устройства в наши дни позиционируются в качестве альтернативы FDM моделям. Такие устройства используют методику обработки световым излучением. В отличии от аналогов где для печати применяются пластиковые проволоки и элементы нагрева, тут используются фотополимерные смолы в совокупности с DLP-проектором. Несмотря на замысловатое название DLP 3D принтер, практически не отличается от любых других серийных собратьев. Нужно так же заметить что разработчики из компании QSQM Technology Corporation, уже начали создавать первые устройства данной серии.

Нужно заметить, что методики SLS/DMLS – не единственные, способные осуществлять печать металлом. Сегодня для таких целей применяется и электронно-лучевая плавка. Как показали тесты в лаборатории, нанесение слоев металла, посредством плавки проволоки, малоэффективны, именно поэтому и был разработан особый материал – металлоглина.

Металлическая глина, выступает как бы чернилами при электронно-лучевой наплавке, она делается из совокупности клея, стружки металла и воды. Чтоб преобразовать чернило в твердое вещество, его необходимо разогреть до температуры, при которой вода и клеящая смесь испарятся, а металлическая стружка сплавится воедино.

Как работает EBM 3d принтер

Точно такой же вариант применен и при работе с SLS принтерами, с той лишь разницей, что EBM-модели создают для плавки металла глины, упорядоченные электрические импульсы, а не лазерный луч. Такой подход позволяет достигнуть отличного качества изготавливаемых объектов и превосходной детализации. Сегодня в продаже существуют только промышленные устройства, с задействованием EBM технологии.

Технология НРМ (FDM) HPM

Эта технология может изготавливать не просто модели, а полностью готовые детали из различных видов пластика. К ее достоинствам следует отнести возможность использования промышленного сырья, в то время как на других устройствах это невозможно. Детали, созданные по технологии НРМ (FDM) HPM обладают отличной стойкостью к любым видам воздействий, а так же высокой прочностью.

Печать с применением технологии НРМ отличается хорошей гладкостью поверхности, легкостью в эксплуатации и способностью работать в офисе. Объекты, изготовленные из термопластика, обладают хорошей стойкостью к повышенным температурам, механическим воздействиям, разным химическим реагентам, а также влажной и сухой среде.

Растворимые сопутствующие материалы дают возможность изготавливать довольно сложные многоуровневые формы, а также полости и отверстия, которые получить обычными средствами очень сложно. Принтеры, работающие НРМ, изготавливают детали путем нанесения серии слоев, один на другой, при этом металл разогревается до полужидкого состояния и выдавливается через сопло, на определенные места, запрограммированные на ПК.

Чтобы производить печать с применением методики НРМ используют сразу два разных материала, основной нужен для создания самой детали, а дополнительный для поддержки. Нити и того и другого металла подводятся в головку устройства, которая движется и налаживает металл, образовывая слой. После завершения очередного слоя, платформа опускается, и головка принимается за следующий слой. Когда 3D-принтер уже закончит производство детали, нужно отделить вспомогательный металл, либо растворить его моющим средством. Изделие готово к работе.

Сегодня большой популярностью пользуются не только автоматические устройства HPM, но и ручные их версии. Такие аппараты, по сути, являются ручками для изготовления 3D объектов. Такие ручки сделаны, как и автоматические принтеры, с той лишь разницей, что их головку человек держит в руке и дозирует наплавляемый материал.

Естественно что, как и технологии, сами аппараты тоже отличаются друг от друга. Если у вас модель типа SLA, то работать по методу SLS он не сможет, т. е. любой из принтеров способен обрабатывать детали только по своей индивидуальной технологии.

Области применения 3D печати

3D печать открыла новые горизонты в таких отраслях как, строительство, медицина, образование, создание одежды, производство, ювелирное искусство, и даже в пищевой индустрии.

К примеру, в архитектурном деле, 3Д печать способна создать модели домов, или полностью целых микрорайонов, со всеми их особенностями. При таких работах применяется дешевая гипсовая смесь, которая делает себестоимость моделей очень низкой. Широчайшая цветовая гамма 390 тысяч оттенков CMYK дает возможность легко реализовать абсолютно любую, даже самую необычную идею архитектора.

3d принтер в области архитектуры

Сегодня можно смело предположить, что в сфере строительства скоро произойдет гигантский прорыв. Инженерам из Калифорнии удалось создать уникальную систему 3Д печати объектов в натуральную величину. Она действует подобно крану, который возводит стены домов. К примеру для того чтобы напечатать полно объемный двух этажный дом, принтеру нужно всего 20 часов. После чего строителям необходимо будет всего лишь отделать стены. 3D House становится все более и более популярным.

Остальные отрасли применения

Уже сегодня ведущие работники медицины способны с помощью 3D принтера воссоздать отдельные участки человеческого скелета, благодаря которым проводить операции стало намного легче, а сами имплантаты лучше приживаются. Также широкой популярностью печатающие технологии пользуются и в стоматологической сфере, изготовленные таким образом имплантаты более качественные.

Сравнительно недавно ученым из Германии удалось напечатать человеческую кожу. Сырьем для ее создания служит гель, изготовленный из кожи донора. Еще в 2011 г. специалистам посчастливилось изготовить с помощью 3D принтера живую почку человека.

Как видно из выше сказанного, возможности 3D принтеров имеют огромный потенциал. Устройства, готовящие вкуснейшие блюда, делающие протезы и внутренние органы людей, игрушки и инструкции к эксплуатации, туфли и куртки - это уже не фантастика - а наше настоящее. А что ждет нас в скором будущем, на этот вопрос наверняка сможет ответить только фантаст с хорошим воображением.

Наша цель - свой ФабЛаб в Санкт-Петербурге!
Следите за новостями!