Як працює 3D-принтер

Виникнення на ринку 3D-принтерів відкрило нову епоху. Ще не так давно продукти, які були розроблені на базі високих технологій, давали можливість вирішувати звичайні завдання, то з тривимірною печаткою користувачам відкрився новий спосіб використання пристроїв. Звичайно, новим він вважається лише для звичайного користувача, оскільки в промисловості, а також на виробничих підприємствах аналогічні технології застосовуються давно.

Так чи інакше, друк на 3D-принтері здатна істотно розширити можливості споживача. На практиці, до їх освоєння готові не всі. Як правило, причина цього полягає в труднощах технологічної реалізації пристроїв, а також в деяких нюансах їх використання. Правда, найбільш цікаві питання пов’язані з користю від цих принтерів.

Які вироби дає можливість створювати такий пристрій? Для чого використовується його продукція? У чому полягає принцип роботи 3D-принтера? Варто зазначити, що такі питання представляють важливість, оскільки тривимірна друк вважається недешевим задоволенням. Таким чином, купувати відповідне обладнання тільки заради звичайної цікавості недоцільно. Варто більш детально розглянути робочі процеси друку та визначити, яку користь від них слід чекати.

Що являє собою 3D-принтер?

Цей пристрій, призначене для тривимірної друку, за допомогою якого існує можливість генерувати об’ємні предмети, що дублюють попередньо підготовлену віртуальну модель об’єкта. Якщо порівнювати з традиційними принтерами, які виводять електронний текст на папір, то можна помітити, що 3D-пристрої гарантують висновок тривимірної інформації. Іншими словами, вони створюють об’єкти зі справжніми фізичними параметрами. Хоча, для розуміння принципу роботи 3D-принтера потрібно ознайомитися з етапами виробництва твердих предметів з його допомогою.

Принцип роботи

Робота пристрою починається з розробки віртуального шаблону на комп’ютері, що виконується за допомогою спеціальної програми. Потім здійснюється обробка програмним способом модифікації для її поділу на шари. Далі в роботу включається технічна частина принтера, формується пошарово маса, що складається з композитного порошку для чергового застосування предмета. Коли відбувається заповнення спеціальної камери матеріалом, вісь принтера розділяє масу по робочій поверхні.

По ходу формування кожного шару головка обладнання накладає клейову основу. Даний процес повторюється до того моменту, поки не виконається об’єкт, який розроблений в програмі для друку. Необхідно брати до уваги те, що виробництво на 3D-принтері здатне здійснюватися за різними технологіями. Таким чином, змінюється і техніка друку, а також властивості застосовуваного матеріалу, змінюються підходи до програмної реалізації задачі.

Технологія швидкого прототипування

З огляду на відмінності в нюансах виробництва, майже все обладнання для тривимірної друку функціонує за принципом швидкого прототипування. З огляду на таку концепцію, виготовлення виконується при здійсненні швидкого формування досвідчених модифікацій, призначених для попередньої демонстрації можливостей створюваного продукту.

Дана технологія розроблялася ще в 1980-х роках для того, щоб зробити зразки і заготовки. На сьогоднішній день такий спосіб отримав популярність як адитивного виробництва, розуміння якого і дає відповідь на питання, в чому полягає принцип роботи 3D-принтера, а також того, що відрізняє його функцію від стандартних варіантів виготовлення предметів. Таким чином, якщо при фрезеруванні, точіння і електроерозійної обробці виконується видалення матеріалу, в той час, коли кування, пресування, а також штампування змінюють форму заготовки, аддитивное виготовлення передбачає збільшення маси матеріалу за допомогою нарощування шарами.

Іншими словами, 3D принтер здатний змінювати фазовий стан речовин в конкретних межах простору. Сьогодні тривимірна друк отримала розвиток в декількох напрямках, в число яких входять Стереолітографіческая технології (STL), способи нанесення термопластів (FDM), а також лазерне спікання (SLS).

Спосіб пошарового наплавления термопласта

Варто відзначити, що це, швидше за все, найвідоміша техніка тривимірного виробництва. Популярності FDM-апаратів сприяє одночасно кілька чинників. Перш за все, в процесі роботи пристроїв застосовуються порівняно дешеві пластики. Крім того, важливе значення має проста техніка використання, що представляє особливу важливість. Зазвичай технології 3D-принтерів такого типу передбачає роботу з термопластика, в число яких входить полілактид.

До переваг матеріалу відноситься екологічність, оскільки отримують цей пластик з цукрової тростини і кукурудзи. Основним елементом в даному принтері вважається екструдер, що виконує завдання друкованої головки. Хоча, в цій частині не все настільки однозначно, так як компонент є комплексом окремих елементів. При розгляді терміна «екструдер» в звичайному розумінні, до нього відноситься виключно частина головки у вигляді механізму, що подає. У будь-якому випадку друкуюча основа забезпечує подачу пластика для 3D-принтера за допомогою нанесення розплавленої нитки. Рух механічної частини відбувається за рахунок електромотора. В результаті механізм направляє нитку в нагрівається трубу сопла, яка формує кінцевий об’єкт.

Стереолітографіческая установки

Що стосується технології лазерної стереолітографії, вона на сьогоднішній день користується популярністю в протезуванні зубів. Це є другим відомим типом принтерів, призначеним для 3D-друку. Головна особливість Стереолітографіческая пристроїв полягає в отриманні об’єктів високої якості. Цих результатів можна досягти завдяки вирішенню апаратів, обчислювальному одиничними мікронами. Таким чином, логічним є те, що робота 3D-принтера на базі лазерної стереолітографії оцінюється високо як стоматологами, так і ювелірами. Програмна частина обладнання, як правило, нагадує FDM-аналоги, проте існує безліч особливостей технології.

З огляду на той факт, що принцип друку називається стереолітографія, часто функція подібного обладнання грунтується на світлодіодних ультрафіолетових проекторах. Варто відзначити, що проекторні моделі показують більш високу надійність, ніж лазерні, так і обходяться дешевше. Вони не вимагають делікатних дзеркал, які забезпечують відхилення променів. Потрібно зауважити, що це істотно спрощує конструкцію. При цьому друк на 3D-принтері з проекторами вирізняється високою продуктивністю. Така перевага досяжно за рахунок того, що виконується не послідовно, а повне засвічування контуру шару.

лазерне спікання

Існує ще один спосіб використання лазерного методу. В даному випадку в хід йде Легкоплавні пластик. Потужний лазер здатний промальовувати перетин об’єкта по пластиковій основі. В результаті відбувається плавлення і спікання матеріалу. Це спостерігається з кожним шаром аж до отримання остаточної моделі, підготовленою програмою для 3D-принтера у вигляді заготовки. Пластиковий порошок, який залишається, струшується з отриманого предмета після закінчення робочого процесу.

Великим недоліком цих апаратів виступає розробка об’єктів з пористою поверхнею. Однак якщо подивитися з іншого боку, це не впливає на міцність виробів. Мало того, що вийшли з даних принтерів моделі вважаються найбільш довговічними. Що стосується самої установки, вона має складну конструкцію високу ціну. Варто зазначити, що процес виробництва забирає багато часу, якщо порівнювати з 3D-принтерами інших різновидів. За запевненням користувачів, швидкість формування моделі досягає декількох сантиметрів на годину.

Витратні матеріали

Головним матеріалом у створенні моделей за допомогою тривимірної друку виступає термопластик. Крім вже описаних різновидів, потрібно вказати на пластик, який використовується для 3D-принтера в форматах ABS і PLA. Крім того, застосовуються:

• нейлон;
• полікарбонат;
• поліетилен і інші види, які також використовуються в промисловості.

Варто відзначити, що деякі установки дозволяють змішування матеріалів, використання допоміжних речовин, які покращують якісні характеристики створюваного вироби. Припустимо, для цього застосовується полівініловий спирт, який є, по суті, такий же різновидом пластика PVA. Якщо розчинити його у воді, можна виготовляти складні геометричні фігури. Самим екзотичним матеріалом при використанні в аналогічних задачах вважається метал.

При отриманні такого виробу теж використовуються 3D-моделі, призначені для друку на 3D-принтері. Що стосується відмінностей технологій, вони полягають у функціях друкуючої головки. Вона дозволяє наносити сполучну клейку масу в місця, на які вказує комп’ютерна програма. Потім на всю робочу область за допомогою головки наноситься тонкий шар металевої пудри. Іншими словами, метал не розплавляється, як у випадку з пластиками, але накладається, а також склеюється пошарово в формі найдрібніших частинок.

Управління роботою принтера

Спочатку необхідно вказати на операції, які здатні контролюватися користувачем з використанням комп’ютера. Таким чином, регулюється температура сопла, а також робочого майданчика, налаштовуються темпи подачі матеріалу і функціонування електромотора, що забезпечує позиціонування друкуючої головки. Дані дії здатні справлятися електронними контролерами. Зазвичай сучасні модифікації подібного обладнання ґрунтуються на системі Arduino, що має відкриту архітектуру.

Щодо програмного мови, в принтерах застосовується G-код, який побудований на командах управління пристроями для друку. При цьому існує можливість розглянути програми-слайсери, що забезпечують переклад 3D-моделі, призначеної для друку на 3D-принтері, в код, зрозумілий контролерам. Потрібно відразу помітити, що програмне забезпечення пов’язане безпосередньо з розробкою графічних моделей.

Програмне забезпечення

У число головних завдань слайсерів входить вказівка ​​параметрів, які будуть сприяти здійсненню друку. Вибір певної програми встановлюється типом принтера. Наприклад, пристрої RepRap передбачають застосування слайсерів, які виконані з відкритим кодом. До ні відносяться Replicator G і Skeinforge. Правда, багато виробників, які рекомендують скористатися виключно фірмовим програмним забезпеченням від відомих компаній. Це відноситься і до апаратів Cube від компанії 3D Systems. Моделюванням виробів займається спеціальна програма, призначена для 3D-принтера, що підходить для тривимірного проектування. Як правило, для таких цілей застосовуються CAD-редактори, які потребують певного досвіді роботи з дизайном 3D.

Які вироби можна отримати?

Можливості тривимірних принтерів регулярно розширюються, що дає можливість створювати продукти для різних сегментів ринку. Що стосується будівництва і архітектури, в даному випадку існує можливість виготовити макети, для яких і проводилася розробка концепції адитивного виробництва. 3D-принтер також знаходить широке застосування в машинобудуванні. Вироби при цьому здатні виступати в якості споживчою продукцією, а також окремими компонентами для концептів. Вище вже було сказано про те, що висока точність виробництва деталей високо оцінюється працівниками медицини. Крім протезування, 3D-принтер застосовується при виготовленні макетів і зразків органів.

Відгуки про 3D-принтерах

З огляду на активну популяризацію цього методу друку, масовий споживач ще до сих пір скептично дивиться в подібному напрямку. У певному сенсі це пов’язано з високою ціною пристроїв, проте в більшості випадків навіть досвідчені користувачі нових гаджетів не можуть знайти по-справжньому важливі завдання, здатні вирішувати в домашніх умовах 3D-принтери. Відгуки власників вказують на легкість, з якою існує можливість вирішувати прості проблеми в побуті.

Наприклад, можна оперативно виготовити відсутню деталь, призначену для установки меблевого гарнітура. Також пропонується прикрасити дизайн, зробити іграшку для дитини або оригінальну підставку для телефону. Як свідчать відгуки споживачів, робота з пристроєм хоч і потребує затрат на витратні матеріали, але в майбутньому вони компенсуються.

Пристрої, призначені для тривимірної друку, є дивиною і потребують окремого розгляду для розуміння відмінностей всередині сегмента. Але навіть розуміння загальних принципів того, як функціонує 3D-принтер, дає можливість міркувати про великий споживчому потенціалі подібного обладнання.

Ссылка на основную публикацию