Что можно сделать на 3d-принтере виды, назначение и возможности 3d-принтеров

Сегодня предлагаем обсудить важные аспекты на тему: "Что можно сделать на 3d-принтере виды, назначение и возможности 3d-принтеров" с профессиональной точки зрения и понятным языком. Если в процессе прочтения возникнут вопросы, то дочитайте до конца, а если не найдете ответа, то всегда можно обратиться к нашему дежурному юристу.

Виды 3D принтеров и технологии работы 3Д печати + видео

С помощью современных 3d принтеров можно напечатать практически любой трехмерный объект, а возможные ограничения в печати прежде всего связаны с материалом, с которым может работать тот или иной принтер. Наиболее распространены принтеры, которые печатают объекты из PLA и ABS пластика. О материалах для 3d принтеров мы расскажем позже, а пока давайте разберемся в основных видах 3d принтеров. Попробуем также разобраться в том, какие технологии существуют для печати 3d объектов, какие принтеры будут стоить дорого (прежде всего, предназначенные для промышленного производства), а какие можно купить и для домашнего использования. Начнем.

FDM или FFF

Основой этой технологии является следующий принцип: при помощи маленьких сопел фотополимер наносится на какую-либо поверхность и сразу полимеризуется под воздействием УФ излучения. Данная технология печати была разработана израильской компанией Objet в 2000 году, однако теперь она принадлежит компании Stratasys. Отличительными особенностями этого вида 3d принтера является то, что можно использовать широкий диапазон материалов (фотополимерный пластик разного состава, цвета и плотности), использовать небольшую толщину слоя (до 16 микрон — подходит для создания мелких и гладких деталей) и относительно быстро печатать за счет использования жидких материалов. Polyjet — это единственная технология, по крайней мере сегодня, которая позволяет комбинировать сразу несколько материалов в одном прототипе! Но есть и недостатки, главным из которых является тот факт, что можно печатать только с использованием фотополимерного пластика (как правило, фотополимерные пластики очень дорогие). Применяется технология Polyjet в основном в промышленности, медицине и образовании, хотя на сегодняшний день есть и бытовые модели 3d принтеров для различных целей.

3D печать в данном случае основана на том, что материал в виде порошка наносится на сфокусированный луч лазера и моментально спекается. По такому принципу слой за слоем выстраивается вся трехмерная модель. Данная технология 3d печати (LENS — LASER ENGINEERED NET SHAPING) используется для создания деталей из металла и поэтому именно она открыла двери 3d принтерам в большую промышленность, что повлияло, собственно, на рост популярности 3d принтеров в целом по всему миру. Эти виды 3d принтеров, по мимо всего прочего, имеют еще одно большое преимущество — порошки можно смешивать и получать различные сплавы уже непосредственно в момент печати (спекания). Наиболее известным производителем оборудования для этого вида печати является компания Optomec.

Технология LOM (laminated object manufacturing) заключается в том, что тонкие ламинированные листы вырезаются лазером (ножом), а затем спекаются (прессуются) вместе. В итоге получается, что трехмерный объект состоит из слоев, которые прочно склеены между собой. Таким образом можно распечатывать 3d модели из бумаги, пластика и даже алюминия (в последнем случае используется тонкая фольга). Как правило, объекты, которые были получены при помощи данного вида 3d печати, потом нуждаются в дополнительной обработке (удаления лишних слоев, шлифованию и др.). Главным преимуществом технологии LOM можно назвать низкую себестоимость производства, так как расходные материалы являются общедоступными и стоят относительно недорого, а к минусам можно отнести то, что точность изделий несколько ниже, чем при печати с помощью других технологий (например, стереолитографии или SL).

SL (Stereolithography)

Главная идея стереолитографии (SLA или SL) заключается в том, что жидкий фотополимер застывает под воздействием УФ излучения — модель постепенно опускается в некий объем расходного материала, выравнивается и обрабатывается УФ лучами, что заставляет фотополимерную жидкость застывать в местах соприкосновения с лучом. Для печати в данной технологии используются фотополимерные смолы, которые, к сожалению, стоят недешево. Это, пожалуй, главный недостаток данной технологии. Преимуществ у стереолитографии гораздо больше: высокая точность деталей (толщина до 10 микрон), относительно высокая скорость печати, не требует какой-либо особой обработки после печати, можно печатать модели с самой сложной геометрией. Область применения данных видов 3d принтеров самая разнообразная — от промышленности до бытового использования.

LS (Laser sintering)

Лазерное спекание (LS) во многом похоже на стереолитографию, но вместо жидкого полимера здесь используются металлические порошки, которые спекаются под воздействием лазера. К преимуществам данной технологии 3d печати можно отнести эффективный расход материалов, доступность материалов, так как их можно найти в широком ассортименте практически в каждой стране, а также тот факт, что при печати не нужно использовать опоры для прототипов. Главные недостатки этого метода: пористость исходной модели, некоторые из порошков являются взрывоопасными, спекание порошков происходит при высоких температурах, поэтому получившиеся детали долго остывают. Главным образом, этот метод 3d печати эффективно используется в промышленности для изготовления мелких партий деталей или каких-либо сложных составляющих устройств, которые не выгодно заказывать большими партиями.

Технология 3DP (Three dimensional printing) или «Струйная трехмерная печать» заключается в следующем: на материал в порошковой форме наносится клей, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так весь цикл печати. Данная технология была изобретена в 1993 году в MIT (Массачусетском технологическом институте). Главными преимуществами этой технологии можно назвать возможность добавлять краску в клей (печать разными цветами), возможность использовать в домашних условиях и для бытовых нужд, можно использовать разные материалы в виде порошка (стекло, резина, бронза, дерево и др). Также стоит отметить, что в данном виде печати нет необходимости для создания дополнительных опор для прототипа. Главными недостатками можно считать то, что на выходе получается достаточно грубая модель (печать до 100 микрон) и что часто требуется дополнительная постобработка получившейся детали. Какие-либо изделия, рассчитанные на сильное механическое воздействие, распечатать методом 3DP не получиться. Основное назначение таких 3D принтеров — это печать сувениров и подарков, макетов, а также, если в качестве связующего элемента использовать пищевой клей, печать сладостей, конфет.

Читайте так же:  10 самых богатых компаний в мире по итогам 2018 года. список возглавляет сетевой гигант walmart

Как классифицируются 3D-принтеры

Несмотря на откровенную «молодость», направление трехмерной печати развивается стремительно и всесторонне: используются все новые и новые материалы, упрощаются и усложняются конструкции оборудования, открываются дополнительные методы работы. Принципиальные различия между моделями настолько велики, что классифицировать 3D-принтеры можно как минимум по трем признакам.

1. Исходное сырье

Для каждой технологии 3D-печати требуются свой материал, иначе принтер просто не сможет работать корректно. В качестве сырья могут выступать компоненты различной природы и консистенции:

порошок – это может быть измельченный в пудру металл (титан, сталь, алюминий и т.д.), дерево, песок, пластик, керамика — все зависит от назначения будущего изделия и типа работы принтера;

гипс – отдельная категория порошкового сырья, включающая в себя, собственно, гипс, а также измельченный цемент, шпатлевку и прочие материалы подобного типа. Предназначен только для оборудования, работающего с добавлением связующего вещества к исходному сырью;

Гипсовый порошок используют преимущественно для изготовления малых скульптурных объектов и интерьерных украшений

воск – используется преимущественно в ювелирном производстве;

пластиковая нить – один из самых популярных материалов для экструзионных 3D-принтеров;

фотополимерная смола – вязкая масса, затвердевающая под воздействием ультрафиолетового излучения;

металлическая проволока – более дешевый заменитель порошковых металлов. Может быть оловянная, никелевая, алюминиевая, титановая и т.д.;

фольга, бумага, полиэтиленовая пленка – для моделей оборудования, работающих по методу склеивания сырья;

пищевые продукты – тесто, сырная, шоколадная или марципановая масса, глазури и кремы.

2. Технология печати

Методы послойного создания объемных изделий зависят от технологических особенностей оборудования и используемого сырья. Разработка новых принципов печати ведется непрерывно, поэтому с каждым годом их будет становиться все больше, а пока применяются следующие:

  • экструзия (FDM-технология) – через сопло термальной камеры на печатную платформу послойно выдавливается расплавленная пластиковый, восковый или пищевой исходный материал;
  • лазерное спекание (методы SLS и DMLS) – обычная или металлическая порошковая масса расплавляется и спекается под действием лазерного луча;
  • стереолитография (SLA) – в основе метода также лежит лазерное излучение, но сырьем для создания изделий служит фотополимерная смола;
  • ламинирование (LOM) – склеивание между собой большого количества слоев материала, например, бумаги, с одновременным вырезанием контура объекта на каждом слое;
  • электронно-лучевое плавление (EBF) – металлическая проволока (20 видов металлов, в том числе никель, титан, вольфрам и т.д.) плавится под действием электронного излучения;
  • струйное моделирование (PolyJet или MJM) – технология, сходная со стереолитографией, но более универсальная – в качестве сырья используется широкий спектр материалов: от жидкого фотополимерного пластика до воска;
  • струйная трехмерная печать (3DP) – слои порошкового материала склеиваются между собой связующим веществом.

3. Область применения

Еще в начале века оборудование для трехмерной печати было очень дорогой экзотикой, доступной только крупным компаниям и исследовательским лабораториям, а сейчас уже никого не удивишь 3D-принтером в домашней мастерской. Выпуском подобного оборудования и комплектующих для его самостоятельной сборки занимаются уже более 300 компаний по всему миру. Конструкция и технические характеристики принтеров принципиально различаются в зависимости от их назначения. Все выпускаемые модели условно можно разделить на 4 категории:

    домашние – низкопроизводительные простые и понятные в управлении аппараты, которые можно собрать самостоятельно из комплекта деталей. Позволяют создавать простейшие изделия, работают на основе пластиковой нити. Подходят для энтузиастов, которым интересно разобраться с новой технологией и радовать близких отпечатанными фигурками;

Компактный и простой в использовании 3D-принтер домашнего назначения

персональные – несмотря на схожесть с бытовыми принтерами, отличаются от них более высокими рабочими характеристиками, в первую очередь, скоростью и качеством печати. Могут использоваться как дома, так и в небольших мастерских или офисах. Ориентированы на малый бизнес, рекламные агентства, студии дизайна, инженерное прототипирование в небольших объемах;

Персональный принтер для объемной печати

профессиональные – крупногабаритное производительное оборудование с большим количеством настроек, опций и высокой точностью печати. Работа за 3D-принтером такого класса требует знаний и соответствующей подготовки. Предназначены для строительных, архитектурных компаний, среднего и крупного бизнеса.

Профессиональное печатное 3D-оборудование

Производственные – автоматизированные печатные центры с максимально возможными техническими характеристиками и большой рабочей площадью. Могут работать в нескольких технологиях и с различными видами сырья. Устанавливаются на крупных промышленных предприятиях по изготовлению высокоточных изделий любых габаритов и назначения: от кровеносных сосудов до полноразмерных автомобилей.

Производственный 3D-принтер для печати объемных изделий в промышленных масштабах

3D-принтер: большой потенциал объемной печати

Принтеры для трехмерной печати или 3D-принтеры – это устройства для изготовления объемных моделей. Аппараты узкой специализации обладают безграничными возможностями и сегодня используются в каждой сфере жизни современного человека. Несколько лет назад 3D-принтеры стали доступны и для домашнего использования, попутно охватив часть малого бизнеса.

История появления

История создания подобной техники зародилась еще в середине 80-х годов прошлого столетия, но слабое развитие компьютерных технологий «заморозило» активное внедрение трехмерной печати в быт и производство.

Ощутимый старт 3Д-принтеры получили только в 2005 году, наряду с совершенствованием компьютерных возможностей. Тогда публике был представлен первый трехмерный принтер, который печатал в цвете. Впоследствии техника претерпела немало изменений, было разработано современное программное обеспечение для управления процессом печати. В результате пользователям стал доступен функциональный агрегат, способный «печатать» чехлы для телефонов или новые 3D-принтеры.

Читайте так же:  Система сертификации продукции в россии

Первый 3D принтер

Как это работает

Общий принцип работы трехмерного принтера в теории прост и понятен. В программе для 3D-моделирования создается объект или его часть (крупные модели делят на несколько элементов). Затем файл отправляется для обработки специализированной программой (для формирования G-кода), после чего в дело вступает техника. G-код делит цифровую модель на сотни горизонтальных дорожек, задавая траекторию печатающей каретке. На основание слой за слоем наносится расплавленный материал, создавая вполне осязаемый объект.

Схематическое изображение 3D-принтера

Всего существует семь основных технологий, используемых для трехмерной печати, но большая их часть нашла применение только в промышленных целях. Для любительской «пластиковой печати» и малого бизнеса разработаны относительно компактные и недорогие аппараты.

  • Технология FusedDepositionModeling (иначе FDM-принтеры) получила самое массовое распространение для трехмерного моделирования и кулинарии. Материал разогревается и подается на платформу через сопло печатающей головки. Объект «вырастает» на плоскости, а его размеры ограничены параметрами платформы.

  • Технология Polyjet разработана в 2000 году и сегодня принадлежит компании Stratasys. Создание трехмерных объектов производится посредством полимеризации фотополимера под действием УФ излучения. Фотополимер – дорогой и хрупкий пластик, потому в быту такие принтеры практически не используют, но благодаря точной детализации моделирования аппараты применяют в медицине и промышленности (для создания прототипов).

Все о том, как работают современные принтеры для трехмерной «пластиковой печати» можно узнать из тематического видео, например, этого. Также в них часто демонстрируют, как аппарат работает с различными материалами для изготовления объекта.

Управление процессом печати

Как правило, пользователю нужно произвести ряд настроек непосредственно перед началом печати.

  1. Подключение оборудования к ПК осуществляется через USB-кабель.
  2. Калибровка перемещения сопла относительно платформы.
  3. Настройка и управление нагревом платформы и сопла-дозатора.
  4. Мониторинг соотношения температур.
  5. Управление процессом печати (экструдером) – настройка скорости подачи материала, замена бобин пластика.

Контроль над печатью осуществляется через ПК. Для создания объекта от идеи до результата пользователю необходимы специальные программы для трехмерного моделирования и управления аппаратом.

Современные технологии пока не позволяют создать принтер, где все операции проводятся путем нажатия пары клавиш, потому необходимо освоить немало специфических программ и основы моделирования.

Перед запуском печати оператор калибрует принтер, настраивая его относительно стола-платформы. Базовая прошивка принтера представляет собой ряд настроек по умолчанию, а пользователь производит более точные настройки, в зависимости от используемого материала. Так, для создания объемных элементов на основе ABS или PLA задается разная температура плавления. В процессе печати, оператор через ПО следит за работой. Весь процесс создания модели может занимать от нескольких часов до суток, здесь ключевым фактором является точность исполнения: точные объекты с детальной прорисовкой производятся дольше, чем более грубые.

Где можно применить 3D-принтер

Область применения 3D-принтеров довольно широка: от любительских поделок до бизнеса. Предприниматели наряду со студентами архитектурных отделений первыми заметили огромный потенциал «пластиковой печати».

  1. Проектирование и создание трехмерных моделей различных сооружений.
  2. Изготовление пластиковых элементов для техники: крышки, шестерни, рукоятки. Отдельным направлением стало изготовление деталей автомобилей иностранного производства, что совершенно естественно, если оценить их стоимость.

Диски для автомобилей

Копия скульптуры Микеланджело

Также объемное моделирование используют в ювелирной промышленности и всех сферах дизайна и проектирования.

Если ранее печать осуществлялась пластиком, то сегодня разнообразие материалов впечатляет. Производители изготавливают различные основания, например, имитирующие натуральное дерево. Кроме того, в качестве материала для печати можно выбрать не только полимеры, но и нейлон. Эту идею очень быстро подхватили дизайнеры и создали целые коллекции одежды.

Азартные коллекционеры сполна оценят потенциал «пластиковой печати», ведь теперь есть возможность воссоздать любой объект: модели самолетов, знаменитых персонажей, предметов искусства. Редкие коллекционные экземпляры могут стоить довольно дорого, как очень хороший принтер для дома, и здесь выбор очевиден.

Брать или не брать: достоинства и недостатки оборудования

Использование объемной печати предоставляет пользователям обширные возможности. Ключевое преимущество техники – воспроизведение любого трехмерного объекта, и исключений здесь практически нет. Все, что может быть изготовлено из пластика, можно «напечатать», будь то дорогой в оригинале бампер от иномарки или проект будущего торгового центра на выставке архитекторов. Решающим фактором станет размер оборудования, а выражаясь точнее – размер его рабочего стола.

Потенциал «пластиковой печати» усложнен трудоемким процессом подготовки и управления, требующим узкоспециализированных знаний. Неопытный пользователь не всегда сможет спроектировать в 3D-MAX даже простую геометрическую фигуру, не говоря о собственном портрете. Чтобы пользоваться техникой, ее необходимо освоить, а этой займет некоторое время.

Второй недостаток 3D-принтера – его габариты. В продаже доступны и компактные модели, но их предельные размеры печати слишком скромны, хотя вполне подойдут для поэтапного изготовления инсталляций или архитектурных проектов.

Конечно, в качестве игрушки приобретать 3D-принтер нерационально, средняя стоимость моделей дешевого сегмента превышает 30 000 рублей. Покупка будет выгодна, если оборудование будет выполнять определенную задачу: приносить прибыль, развивать навыки, получать образование, заниматься творчеством, помогать в работе.

В ближайшем будущем можно ожидать новых разработок в этой области. Сегодня уже можно напечатать настоящий жилой дом из обычной строительной смеси. Естественно, такое оборудование недоступно для бытового использования, но сам факт применения новых материалов для печати обещает методичное расширение возможностей объемной печати в домашних условиях.

Как устроен 3D-принтер

Все устройства для печати трехмерных объектов (3D-принтеры) работают по одному принципу – слой за слоем создают изделия из исходного материала. Различными являются только методы соединения слоев между собой и, собственно, сами материалы, из которых моделируется физический объект. К наиболее распространенным методам относятся экструзионная печать (FDM), лазерное спекание/плавка/отвердение (SLS/SLM/SLA) и ламинирование (LOM).

Читайте так же:  Дорогие товары, которые сэкономят вам колоссальную сумму в долгосрочной перспективе

Внешний вид оборудования и его устройство зависит от используемой технологии.

1. Экструзионный 3D-принтер

Схема устройства 3D-принтера, работающего по методу экструзии

Оборудование данного типа работает на основе пластиковой нити, которая в расплавленном виде выдавливается из экструдера и наплавляется послойно, моделируя изделие. Метод FDM является самым распространенным, ввиду простоты в использовании и доступности расходных материалов. Основными элементами оборудования являются:

  • печатная платформа – стеклянная или алюминиевая площадка, на которой формируется изделие;
  • картезианский или «дельта» робот – промышленное название механизмов, перемещающихся по так называемым картезианским координатам (оси X, Y, Z). Именно на этих осях расположен ключевой элемент 3D-принтера – печатающая головка (экструдер);
  • экструдер – самая важная и сложная часть оборудования, предназначенная для разогрева нити до температуры плавления (170-220 °) и последующего выдавливания. Состоит из двух компонентов: а) привод подачи материала – редукторный или шаговый механизм, подающий нить в термальную камеру; б) термальная головка (камера) – из нагревателя с датчиком температурного контроля и сопла, через которое выдавливается полужидкий пластик;
  • линейный и шаговый двигатели – отвечают за режимы, точность и скорость печати;
  • концевые фиксаторы – датчики с механическим или оптическим принципом работы, которые предотвращают выход печатающей головки за край печатной платформы;
  • рама – конструкция, на которой крепятся все вышеперечисленные элементы 3D-принтера.

2. 3D-принтер на основе лазерного воздействия

В основе метода лежит воздействие лазерного луча на порошковый или фотополимерный материал. Не столь распространенное оборудование в силу более сложной технологии и менее доступных исходных материалов. Но, тем не менее, принцип лазерной печати используется достаточно широко.

В качестве порошка может выступать все, что измельчается до мелкодисперсного состояния (металл, пластик, дерево и т.д.). Фотополимером служит полупрозрачная жидкая смола, которая отвердевает под действием лазерного излучения. В зависимости от используемого материала, возможно его послойное затвердевание, склеивание между собой, либо спекание до однородной структуры.

Стереолитографический 3D-принтер формирует трехмерный объект из фотополимерной смолы

Видео (кликните для воспроизведения).

Ключевые компоненты лазерного принтера для 3D-печати:

[2]

  • лазер;
  • отклоняющие зеркала, отражающие лазерный луч в нужную точку;
  • подвижная площадка – емкость с опускающейся платформой. Смола или порошок, нанесенные на платформу, подвергаются засветке лазером в соответствии с моделью объекта, заложенной в программе принтера. В точках соприкосновения материал затвердевает, и платформа опускается на один цифровой слой вниз, после чего обработке подвергается следующий слой. И так до окончательного формирования изделия.

3. Принтер для 3D-печати по технологии ламинирования

Несмотря на очень дешевые расходные материалы, вплоть до пластиковой пленки или типографской бумаги, наименее популярная модель оборудования. Виной тому сложность, многокомпонентность и шумность самого устройства и некоторая ограниченность в диапазоне моделей. Будущее изделие создается путем накладывания друг на друга большого количества слоёв рабочего материала (фольга, пленка, бумага) и склеивания их между собой. В процессе склеивания лазерный луч вырезает контур цифровой модели на каждом из слоев.

Схема работы 3D-принтера, работающего по методу ламинирования

[1]

Существующие сегодня технологии воздействия электронного излучения на проволочный материал и методы плавления металлического порошка в вакууме не только сложные, но и охраняются коммерческой тайной, поэтому не будут рассмотрены в данной статье.

Классификация 3D-принтеров по осям движения экструдера и платформы

Поскольку 3D-принтер печатает трёхмерные объекты, его печатающая головка (экструдер) должна перемещаться во время работы по трём осям: X – вперёд и назад, Y – вправо и влево и Z – вверх и вниз. В некоторых принтерах экструдер остаётся неподвижным, а по осям X, Y и Z перемещается рабочая платформа. Встречаются модели 3D-принтеров, в которых подвижными являются и экструдер, и рабочая платформа. Направления движения экструдера и рабочей платформы можно использовать для классификации 3D-принтеров.

ПЕРВАЯ ГРУППА: экструдер X и Z, рабочая платформа Y

В первую группу нашей классификации входят 3D-принтеры, у которых экструдер во время работы перемещается вперёд – назад и вверх – вниз, а рабочая платформа – вправо и влево.

Первая группа классификации

В первую группу классификации входят, в основном, принтеры Rep-Rap, отличительной особенностью которых является открытая платформа и треугольный каркас боковых стенок. Облегчённая конструкция таких принтеров упрощает процесс сборки, но порождает во время печати вибрации, от которых снижается качество готовых изделий.

3D-принтер Prusa Mendel

Ярким представителем первой группы является прародитель всех 3D-принтеров – проект Darwin, от которого впоследствии отпочковались устройства Mendel и Prusa Mendel. При разработке Prusa Mendel автор немного упростил конструкцию, добавил для оси Z дополнительный движок.

Довольно популярным на постсоветском пространстве стало устройство Mendel-90 с расположенными под прямым углом деревянными панелями. Фанеру эстеты легко могут заменить на оргстекло или другой удобоваримый материал. Такая конструкция положительно влияет на точность печати и снижает количество вибраций.

3D-принтер PrintrBot Plus

Ещё одним представителем первой группы является 3D-принтер PrintrBot с повышенной жёсткостью несущей рамы. При разработке данной модели конструкторы также отказались от треугольного каркаса боковых стенок и утяжелили основание, спрятав в него электронную начинку. Это позволило удешевить конструкцию устройства и упростить процесс его сборки.

ВТОРАЯ ГРУППА: экструдер X и Y, рабочая платформа Z

Во вторую группу нашей классификации входят 3D-принтеры, у которых экструдер во время работы перемещается вперёд – назад, вправо – влево, а рабочая платформа – только вверх и вниз.

Вторая группа классификации

Три самых популярных 3D-принтера второй группы – это Ultimaker, RapMen и MakerBot Cupcake.

3D-принтер Ultimaker, разработанный немецкими инженерами, быстро завоевал популярность во всём мире. Принтер «оде» в деревянный корпус, он сложен в сборке, но отличается хорошей скоростью и качеством печати. Аналогами данной модели являются китайские устройства LX Maker Acrilic R1, LX Maker Special Plastic и LX Maker Double Nozzles.

3D-принтер RapMen относится к категории Rep-Rap. Устройство можно опознать по облегчённому квадратному дизайну и крестообразным конструкциям на боковых панелях.

Самым популярным представителем второй группы, без сомнений, является 3D-принтер MakerBot. Его прародительница – модель Cupcake, была изготовлена из деревянного профиля, имела два экструдера и умела печатать двухцветные модели. На смену Cupcake 3D-принтер Thing-o-matic, и только потом появились всем известные устройства Replicator и Replicator 2.

3D-принтер MakerBot Replicator

О популярности Replicator свидетельствует огромное количество его «клонов», выпущенных предприимчивыми китайцами, среди которых устройства Come3D C120N, Wanhao Duplicator 4 Black DH и др.

ТРЕТЬЯ ГРУППА: экструдер X, рабочая платформа Y и Z

В третью группу нашей классификации входят 3D-принтеры, у которых экструдер во время работы перемещается вперёд – назад, а рабочая платформа – вправо – влево и вверх – вниз.

Третья группа классификации

К сожалению, 3D-принтеры третьей группы не получили широкого распространения из-за сложности их сборки и настройки. Единственным успешным представителем группы является 3D-принтер UP! от компании PP3DP.

3D-принтер UP! не требует сборки и настройки перед началом работы, его достаточно достать из коробки, подключить к сети и к персональному компьютеру и можно сразу приступать к печати. Единственным существенным недостатком 3D-принтера UP! является его высокая цена.

Остальные модели 3D-принтеров, разработанные по той же кинематической схеме, не получили широкого распространения.

ЧЕТВЁРТАЯ ГРУППА: экструдер X, Y и Z, рабочая платформа неподвижна

Печатающие устройства последней группы благодаря необычной конструкции стоят в нашей классификации особняком. Такие принтеры имеют стационарную рабочую платформу и подвижную печатающую головку, которая перемещается по осям X, Y и Z. 3D-принтеры четвёртой группы получили название «дельта-принтеров» из-за расположенных по окружности манипуляторов, которые приводят в движение печатающую головку.

Четвёртая группа классификации

Четвёртая группа нашей классификации представлена лишь прототипами. На данном поприще пока никому не удалось добиться успеха из-за обманчивой простоты конструкции, но сложного процесса сборки и отладки принтеров.

Примечательно, что к категории дельта-принтеров относится не любой 3D-принтер с неподвижным рабочим столом. У истинного дельта-принтера перемещение печатающей головки реализуется по схеме дельта-робота с помощью приводов, установленных параллельно по окружности.

Одним из факторов, снижающих интерес к 3D-принтером четвёртого вида, является небольшая область печати, которая ограничивается тремя пересекающимися полуокружностями.

Есть у дельта-принтеров и неоспоримые преимущества, такие как скорость работы, точность позиционирования, низкие энергозатраты и высокая область печати по вертикали.

Остаётся лишь надеяться, что в ближайшие годы дельта-принтеры получат более широкое распространение и развитие, а на рынке появятся коммерческие версии.

Руководство по разработке 3D-моделей для FDM-принтеров

3D-печать набирает популярность семимильными шагами, а 3D-принтеры становятся всё более и более доступными. Это означает, что люди всё больше и больше перестают пользоваться сторонними услугами 3D-печати, а сами присоединяются к 3D-моделированию и пользуются собственными FDM-принтерами.

А это в свою очередь означает, что людям требуется всё больше и больше высококачественных моделей, которые можно распечатать в домашних условиях, и это с учетом того, что не каждая модель может быть создана по технологии FDM. Поэтому возникает вопрос: как сделать так, чтобы разрабатываемая модель была реализуемой по FDM-технологии 3D-печати?

Что такое FDM-принтер?

Перед тем как вы приступите к созданию моделей для FDM-принтеров, вы должны понять, как они работают. 3D-принтеры реализуют так называемую аддитивную технологию, то есть материал при создании объекта добавляется в соответствии с 3D-моделью. Такая технология отличается от традиционной субтрактивной, когда материал удаляется, а то, что остается, — и есть конечный продукт.

Моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling — FDM) — технология, наиболее часто используемая в домашних 3D-принтерах. В таких принтерах применяется специальная нить, которая подается через сопло, где расплавляется до жидкого состояния и затем слой за слоем выкладывается на платформу печати, на которой моментально охлаждается и застывает. Процесс расплавления и выкладывания нити исходного материала продолжается до тех пор, пока не образуется требуемый объект.

[3]

Почему при моделировании следует учитывать условия FDM-процесса?

Самый простой и прямой ответ на этот — затраты и удобство. Коммерческие 3D-модели получаются при реализации значительно дороже, чем те, которые созданы специально под FDM-принтеры. Во-вторых, — и это не менее важно, — высокий спрос именно на такие модели, которые можно распечатать по FDM-технологии. 3D-печать находится на начальной стадии развития, и интерес к ней в значительной степени подогревается теми, кто используют собственные принтеры и нуждаются в моделях высокого качества.

Что делает модель распечатываемой по FDM-технологии?

Чтобы модель можно было реализовать по FDM-технологии, следует иметь в виду несколько общих принципов.

    Дизайн под правильные материалы. В домашних принтерах наиболее часто используются филаменты из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS) и полилактида (PLA). При создании любых моделей важно помнить о свойствах этих материалов, потому что с учетом этих свойств может потребоваться та или иная подгонка элементов. Например, изготовленный из PLA простой крючок на стену, чтобы вешать на него одежду, в определенных местах должен быть толще того крючка, который изготовлен промышленным способом из керамики, – только тогда можно рассчитывать, что он окажется достаточно прочным, чтобы выдержать нагрузки. Кроме того, важно учитывать температуру плавления используемого филамента. Нет никаких проблем, чтобы распечатать на FDM-принтере форму для выпечки, но только вот температура плавления у ABS составляет 150 °C, а у PLA – 105 °C, так что испечется совсем не то, что нужно.

Формат файлов. FDM-принтеры могут распечатывать файлы .STL и .OBJ (которые с помощью программ «нарезки» перед печатью преобразуются в специальный G-код).

В файлах .STL содержится информация о геометрии поверхности без учета окраски и текстуры 3D-объекта.

В файлах .OBJ содержится информация о поверхности, специальный MAT-индекс и данные по текстуре.

Правило 45. Поскольку каждый очередной слой является основой для последующего, для корректной печати вертикальных углов более 45°, как правило, требуются дополнительные подпорки. Хотя добавить к модели перед ее печатью пару подпорок совсем не трудно, важно, чтобы таких подпорок было как можно меньше, чтобы упростить процесс печати и не делать его чрезмерно дорогостоящим. Получится не совсем хорошо, если пользователю придется потратить лишние $5 на материал для подпорок, помимо расходов на собственно материал печати.

Еще одна вещь, которую можно учесть, — это то, что вы можете предложить два варианта одного и того же файла – с поддержками и без. Тогда у одних пользователей появится возможность разработать поддержки самостоятельно, а другие смогут ограничиться нажатием кнопки запуска печати.

Дизайн под размеры принтера. Габариты FDM-принтеров варьируются от 120 × 120 × 120 мм (как UP Mini) до 305 × 305 × 305 мм (как Series 1 фирмы Type A Machines). Пользователь может преобразовать размеры модели скачанного файла, чтобы она помещалась в принтер, но если печать ведется в потоковом режиме, это невозможно. Поэтому всегда при разработке моделей для печати в потоковом режиме следует иметь в виду максимальные размеры принтера.

Обратите внимание на детализацию. Существуют определенные ограничения на размеры мелких деталей, которые могут быть выпечатаны на FDM-принтере. Детализация не должна быть настолько крошечной, чтобы появился риск того, что что-то не пропечатается.
Вот несколько советов по этому поводу:
Для большинства FDM-принтеров рекомендуемый размер шрифта на верхней или нижней поверхности модели не должен быть меньше 16 пунктов полужирным и 10 пунктов полужирным на вертикалях.

Рекомендуемая минимальная толщина стенок модели зависит от толщины конкретного слоя при печати, а также от особенностей дизайна (размеров, массы, которую модель должна держать, и т.п.), но 1 мм и толще, как правило, подходит для большинства случаев FDM-печати.

Минимальное расстояние между прилегающими деталями для большинства FDM-принтеров должно составлять 0,4 мм, но чем больше, тем лучше.

Обращайте внимание на количество полигонов. Модели с большим количеством полигонов могут быть очень детализированными, но с такими файлами трудно работать из-за их размеров. Во избежание этой проблемы старайтесь, чтобы количество полигонов было как можно меньшим, но без потери детализации.

Уменьшить количество полигонов и размер файла можно с помощью таких программ, как Blender или Meshmixer

Следите за макетной сеткой. Убедитесь, что ваша макетная сетка связная (герметичная). Это не значит, что не должно быть пространства там, где ему быть положено, но следует убедиться, что в модели нет дыр там, где поверхность подразумевалась сплошной. Дыры в макетной сетке могут привести к тому, что модель окажется невозможно напечатать.

Проверить модель на наличие нежелательных дыр можно с помощью таких программ, как Solid Inspector (бесплатный плагин для Sketchup), которые укажут на все сомнительные в этом смысле места. Есть еще программа Netfabb, которая сама закроет в модели все имеющиеся огрехи в макетной сетке.

Рендеринг должен быть реалистичным. Следует стремиться к тому, чтобы рендеринг показывал, в каком виде модель будет напечатана на самом деле. Все FDM-принтеры используют одноцветную печать, никакой мультицветности. Разноцветные рендеринги могут создать иллюзию текстуры, но на деле получаться будет просто гладкая поверхность. Это может разочаровать и разозлить пользователей, которые окажутся недовольны приобретением вашей модели.

  • Для профессионалов. Попробуйте пропустить свою модель через программы Magics, Netfabb или Meshmixer. Так можно отловить коварные ошибки (те же несвязные сетки).
  • Помните: материал имеет значение!

    Поскольку клиент заказывает разработку дизайна, расширьте дизайнерское решение с учетом используемого материала, минимальных затрат и времени печати.

    Следуйте Правилу 45, сокращая потребность в материале для подпорок.

    Уменьшайте модель, чтобы она помещалось в пространство печати. Это, к тому же, окажется для клиента дешевле и быстрее. Имейте в виду, что, если вы разрешаете загружать свои модели, пользователи смогут уменьшать их по своему усмотрению, но потоковый файл уже нарезан, и у пользователя нет удобных возможностей его модифицировать.

    Комбинируйте несколько файлов в один, в котором объекты находятся друг от друга на расстоянии 2 мм. Пользователь в таком случае сможет распечатать все за один заход. Помните, что в FDM-принтерах все объекты должны опираться на платформу, поэтому убедитесь, что начальная вертикальная координата у всех одинакова.

    Видео (кликните для воспроизведения).

    Следуйте этим указаниям, и они помогут вам уверенно идти к успеху в деле FDM-печати!

    Источники


    1. История Академии Наук СССР. — М.: М.-Л.: АН СССР, 2017. — 484 c.

    2. ред. Корельский, В.М.; Перевалов, В.Д. Теория государства и права; М.: Норма; Издание 2-е, испр. и доп., 2012. — 616 c.

    3. Комаров, С. А. Общая теория государства и права / С.А. Комаров. — М.: Юридический институт, 2001. — 352 c.
    Что можно сделать на 3d-принтере виды, назначение и возможности 3d-принтеров
    Оценка 5 проголосовавших: 1

    ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here