Как работают 3D принтеры

Исторический экскурс

Прародителем трехмерного моделирования принято считать компанию Charles Hull. Еще в конце 80-х разработчики продемонстрировали печать на 3D принтере, представив первый в мире печатающий пластиком агрегат. Сегодня прототипирование развивается такими темпами, что можно напечатать на 3D принтере практически из любого материала (бумаги, ткани, металла, продуктов и даже живых клеток) самые разнообразные модели.

Кто такой?

Печатающий пластиком станок состоит из корпуса, направляющих для головки экструдера, самого экструдера, рабочей поверхности, шаговых двигателей и электроники. Для проектирования моделей используется специальное программное обеспечение для 3D принтера. Пальму первенства среди всевозможных печатных материалов держат фотополимерная смола и термопластик.

В бытовом использовании большим спросом пользуется FDM и SLA-технология. В первом случае печать осуществляется планомерным наслоением пластика, а во втором — фотополимерная смола застывает под воздействием лучей лазера.

FDM-технология (Fused Deposition Modeling)

Самой популярной, как среди любителей, так и профессионалов, считается технология послойного наплавления (FDM). Как правило, печать осуществляется при помощи ABS и PLA пластиков, качество которых позволяет получить прочные и термически устойчивые изделия.

Чтобы понять, как работает 3D принтер, не понадобиться много времени. Перед запуском печатной машины, в 3D редакторе, например 3DsMax или SolidWorks, разрабатывается цифровая 3D-модель, а затем в слайсере (специальный тип ПО для подготовки созданной модели перед отправкой на печать) генерируется G-code, задающий команды электронике. Далее в экструдер заводится нить печатного материала, именуемого филамент, которая после расплавления нагревательным элементом выдавливается через сопло (их может быть несколько) на рабочий стол — платформу.

Заданная электроникой работа экструдера может мануально корректироваться по скорости и температуре нагрева. Скорость работы принтера влияет на качество готового изделия: чем ниже скорость, тем равномернее поверхность изделия. Температура экструдера и рабочей поверхности устанавливается в зависимости от выбранного материала, например, для PLA пластика не требуется высокая температура нагрева, а ABS ведет себя податливее на более высоких температурах.

После того, как выставлены все параметры и прогрета рабочая пластина, экструдер начинают прорисовывать слои объекта, двигаясь по заданному маршруту. В процессе печати в одних принтерах на толщину слоя постепенно поднимается головка экструдера, в других — опускается рабочая поверхность. Для изготовления сложных моделей или конструкций с повисшими в воздухе элементами, необходимо печатать опоры и подложку. Как правило, для этого прибегают к специальному материалу — HIPS, который можно растворить водой или легко отделить от конструкции.

Основные характеристики 3D принтера

Домашний печатающий станок послужит не только в развлекательных целях, но и станет хорошим помощником в хозяйственных делах. Чтобы печать на 3д принтере всегда радовала глаз, выбирая устройство, необходимо учитывать ряд основных характеристик. Первое, на что стоит обратить внимание — корпус принтера. Существуют модели с открытой и закрытой камерой. Закрытая камера позволит уберечь деталь от перепадов температуры и предотвратит искривление детали при продолжительной печати.

Разрешение печати

Под понятием разрешение печати подразумевается минимальная высота одного слоя. Чем она меньше, тем ровнее будет поверхность изделия, однако печать тонким слоем займет намного больше времени. Стандартное значение диаметра сопла — 0.4 мм или 400 мкм.

Область печати

Один из самых важных показателей, так как возможный размер изделия напрямую зависит от области печати. Измеряют эту зону по ширине, высоте и длине, представляя условный параллелепипед. «Золотой стандарт» в FDM-печати — размеры печатаемой области равен 200х200х180 мм.

Скорость печати

Скорость печати отвечает за точность. Скорость построения модели будет намного качественнее на небольших скоростях, но такой режим работы предполагает большую нагрузку на все элементы 3D принтера.

Рабочая поверхность

Для печати ABS пластиком необходимо выбирать только модели с подогреваемым столом, так как он обеспечивает максимальную адгезию модели, позволяя избежать искривления. PLA пластик не нуждается в подогреве платформы и хорошо показывает себя в моделях с не подогреваемым столом.

Производитель

На отечественном рынке можно встретить принтеры европейского и американского происхождения, но, несмотря на качественную сборку и функциональность, их стоимость зачастую завышена. Сервисное обслуживание заморских устройств хлопотно, так как найти детали весьма проблематично. Неплохие варианты предлагают мастера из Поднебесной, но качество и долговечность китайских устройств часто оставляет желать лучшего. Для бытовых целей неплохим вариантом станут принтеры отечественного производства. Эти машины способны удовлетворить потребности как новичка, так и опытного пользователя, а расходные материалы и детали всегда в наличии по доступной цене.

Выбирая 3D принтер, необходимо четко понимать для каких целей он вам нужен. Если потребности ограничиваются развлечением или обучением детей, то небольшого принтера со скромной областью печати и одним экструдером вполне достаточно. Если покупка 3D машины вызвана бизнес планом или есть необходимость в больших объемах печати, то стоит рассматривать устройства с большой областью печати, двумя (тремя) экструдерами и мощным блоком питания (чем мощнее блок питания, тем быстрее нагревается рабочая поверхность и экструдер).