Классификация 3D-принтеров

Появление 3D-принтеров открыло новую эру технологий, позволяющих печатать трехмерные объекты. Сферы применения этих трехмерных изделий очень широки — от игрушек до медицинских протезов. Процесс начинается с цифровой модели или чертежа, который затем точно воспроизводится в физическом мире. Эти принтеры имеют различную мощность и конфигурацию, подходят как для домашнего, так и для промышленного использования. Различные типы 3D-принтеров, доступные в настоящее время, используют широкий спектр материалов для объемной печати.

Технологии 3D-печати

• Fused Deposition Modeling (FDM);
• Polyjet или многоструйное моделирование (MJM);
• Laser Engineered Net Shaping (LENS);
• Производство ламинированных объектов (LOM);
• Стереолитография (SLA);
• селективное лазерное спекание (SLS);
• 3D-печать (3DP);

FDM

Эта технология широко используется в обсуждаемых устройствах. FDM (fused deposition modeling) предполагает выдавливание материала через специализированное сопло, в результате чего объект формируется слой за слоем. Он используется в различных приложениях, включая:

• устройства типа makerbot;
• Принтеры Stratasys;
• варочные аппараты для создания сырных продуктов, теста и глазури;
• медицинские устройства для производства медицинского геля с живыми клетками.

Polyjet

Еще одна интересная техника известна как MJM (Multi Jet Modeling), которая предполагает использование нескольких струй для моделирования. Этот процесс похож на традиционное струйное моделирование, так как материал пропускается через небольшие сопла, которых может быть несколько сотен. После застывания предыдущего слоя формируется желаемая трехмерная модель.

В качестве материалов для этой техники используются фотополимеры, пластики и специальные воски. Этот тип объемной печати широко используется при создании медицинских имплантатов, протезов и слепков.

Одним из преимуществ этой технологии является возможность создания многоцветных вариаций и объектов с различными свойствами, например, сочетающих эластичность и твердость.

Однако у этой технологии есть и недостатки, такие как высокая стоимость исходных материалов и хрупкость конечного результата. Эта техника используется в основном в медицине и промышленном прототипировании.

ЛЕНС

В технологии LASER ENGINEERED NET SHAPING материал, выходящий из сопла, мгновенно попадает под воздействие лазерного луча, что приводит к быстрому затвердеванию. Включение металлического порошка облегчило производство стальных и титановых объектов, что позволило использовать 3D-принтеры в различных отраслях промышленности. Многочисленные сплавы могут быть смешаны и созданы непосредственно в процессе печати, что позволяет производить, в частности, титановые лопатки для турбин и другие компоненты.

LOM

При производстве ламинированных объектов тонкие и предварительно ламинированные листы могут быть превращены в 3D-объект с помощью таких процессов, как лазерная резка, склеивание, спекание или прессование. Этот метод позволяет изготавливать 3D-объекты из пластика, алюминия и бумаги.

Стоит отметить, что алюминиевые объекты могут быть созданы с помощью соответствующей фольги, которая будет "спечена" использование ультразвуковых колебаний.

Несмотря на легкость исходного материала, бумажные модели удивительно прочны и могут быть изготовлены по низкой цене. Однако следует помнить, что при таком способе производства может образовываться значительное количество отходов. Чтобы свести к минимуму количество отходов, можно разместить несколько небольших объектов на одном листе.

SLA

Чтобы понять механику стереолитографии, нужно представить себе ванну, наполненную жидким полимером. Лазерный луч проходит по его поверхности, вызывая полимеризацию каждого слоя. Когда слой завершен, платформа постепенно опускается, позволяя жидкому полимеру заполнить все пустоты. Впоследствии сценарий меняется на противоположный: деталь поднимается вверх, а лазер перемещается к основанию.

При использовании этой методики обязательна обработка поверхности для шлифовки и удаления лишнего материала. Иногда результат подвергается дополнительной обработке в ультрафиолетовых печах для дополнительного отверждения.

Разместить такой принтер в домашних условиях не представляется возможным:

• Из-за токсичности фотополимера;
• из-за расходов на техническое обслуживание.

SLS

Селективное лазерное спекание похоже на предыдущую технологию, но вместо фотополимера для нагрева и сплавления порошка используется лазер. Этот метод исключает риск поломки деталей в процессе работы, а в качестве расходных материалов можно использовать различные материалы, такие как сталь, нейлон, бронза, титан, керамика, стекло, литейный воск и другие.

Эта технология позволяет создавать замысловатые предметы, что делает ее идеальной для производства прототипов, например ювелирных изделий. Неплавкий порошок служит опорой для нависающих элементов, что исключает необходимость в дополнительных опорных конструкциях.

3DP

Метод 3DP предполагает нанесение клея на материал, затем слоя свежего порошка и повторение процесса. Этот процесс создает материал, похожий на гипс, напоминающий песчаник. Добавляя краску в клей, можно создавать объекты различных цветов. Технология подходит для использования в домашних условиях и офисах, и может применяться с такими материалами, как стекло, кость, резина и даже порошок из опилок. Кроме того, можно создавать съедобные фигурки с помощью шоколадной или сахарной пудры, хотя в этом случае необходимо использовать специальный пищевой клей.

Однако стоит отметить, что конечный результат может иметь шероховатую поверхность и низкое разрешение, что является одним из немногих недостатков этого метода.

Классификация принтеров по типу используемых материалов

Типы 3D-принтеров определяются техникой, используемой для потребления топлива. Лазерные устройства используют методы спекания и ламинирования порошковых материалов. С другой стороны, струйные 3D-принтеры наносят клей на слои исходного материала, а затем выполняют спекание. После этого происходит процесс охлаждения. В таких принтерах могут использоваться различные материалы, такие как фотополимерный пластик, смолы, порошки, силикон, металл и восковые компоненты. Теперь давайте рассмотрим, как эта техника работает с различными типами материалов.

Порошковый

Технология выполняется в несколько этапов:

• Печатающая головка начинает наносить специальное связующее на определенные участки, основываясь на предоставленной модели.
• Тонкий валик наносит порошок на связующее, которое затем спекается с веществом.
• Этот процесс повторяется несколько раз.

Такое устройство вполне можно изготовить самостоятельно при наличии необходимых компонентов. Еще одно преимущество этого устройства — возможность работы с металлическим порошком.

Гипс

Гипсовая итерация также наполнена различными порошками — от гипса до шпаклевки, цемента и других подобных веществ. Очень важно иметь связующее вещество. Эти принтеры используются в основном для создания украшений для интерьера, что позволяет получить широкий ассортимент продукции.

Фотополимер

Для изготовления объектов в данном случае используются жидкие фотополимеры. Метод создания форм интригует. При фокусировке на компьютерной модели определенные участки будут освещены ультрафиолетовым лазером. Впоследствии эти участки затвердеют под воздействием ультрафиолетового света. Такое же просвечивание будет осуществляться и через специально подготовленный фотошаблон, но на этот раз будет использоваться ультрафиолетовая лампа. Шаблон заменяется на новый для каждого последующего слоя.

Если выбрана техника стереолитографии, то можно насладиться высокой точностью объемной печати. Единственный недостаток — низкая скорость работы, но если важна точность, то время выполнения не имеет значения.

Воск

Использование воска в этом устройстве позволяет легко печатать, так как воск имеет низкую температуру плавления. Эта особенность также гарантирует, что напечатанные контуры будут точными и четкими, обеспечивая безупречный результат.

Как добиться цвета

Для создания объектов в широкой цветовой гамме используется специальное сопло. Это сопло содержит несколько экструдеров, которые способны плавить и наносить различные материалы.

В основном такие экструдеры используются для производства детских игрушек. Они также могут использоваться для создания уникальных ювелирных изделий.

Другой метод, называемый "сублимацией", используется, когда нужно перенести изображение, например фотографию, на текстурированную поверхность. Этот тип принтера использует нагретые красители в определенных областях, которые испаряются под воздействием температуры и создают желаемый рисунок.

Как выбрать 3D-принтер

При выборе принтера в первую очередь необходимо определить технологию печати, которую он использует. Устройства начального уровня, которые обычно покупают обычные потребители, а не целые предприятия, работают по технологии, известной как Plastic Jet (PJP). В некоторых источниках эта технология называется Fused Deposition Modeling (FDM) или Fused Filament Fabrication (FFF). По сути, все эти термины означают одно и то же.

Виды материалов для любительской печати

Для печати на таких аппаратах в основном используется пластик с различными свойствами. Он упакован в виде пластиковой нити, намотанной на катушку или разрезанной на трубки. Обычно используются такие пластики, как ABS и PLA.

ABS-пластик безопасен, нетоксичен, подходит для детских изделий, и с ним можно работать даже в присутствии детей. Изделия из него прочны и долговечны. Недостатком этого пластика является то, что он теряет свой привлекательный внешний вид на солнце и при сильных морозах. Он чаще используется в профессиональном производстве компонентов.

Хотя PLA-пластик (полилактид), возможно, не так прочен, как другие варианты, он обладает большей гибкостью и позволяет создавать сложные формы. Этот биоразлагаемый материал изготавливается из кукурузы и сахарного тростника, что делает его естественным выбором. При утилизации PLA не наносит вреда окружающей среде, поскольку распадается на безопасные компоненты. Кроме того, изделия из PLA устойчивы к износу и сохраняют свою форму, что делает их идеальными для использования в движущихся частях. В целом, PLA-пластик часто считается популярным выбором для любителей.

Помимо пластика, для работы с такими принтерами используются следующие материалы.

1. Нержавеющая сталь. Используется исключительно в профессиональном оборудовании. Предоставляет широкие возможности для изготовления деталей.
2. Дерево. Технически это не дерево, а комбинация связующего полимера и добавки для дерева. Этот материал достаточно дорог и не требует специальных навыков. Изделия из него "теплые" и визуально идентичен дереву.
3. Смола также довольно дорога. Его можно использовать для печати высокоточных деталей с исключительным качеством поверхности — гладкой и прочной. Со временем смола теряет свою прозрачность под воздействием солнечного света.
4. Нейлон. В основном используется для производства компонентов для промышленного и медицинского применения.

Обратите внимание, что при покупке расходных материалов для печати важно убедиться, что формат катушки и толщина шнура соответствуют спецификациям принтера.

Характеристики 3D-принтеров

Для того чтобы выбрать принтер или проанализировать его, чтобы определить, какой из них лучше, необходимо иметь четкое представление о ключевых характеристиках устройств.

1. Одной из важных характеристик, которую необходимо учитывать, является площадь печати. Это относится к максимальному объему деталей, которые можно создать с помощью оборудования. В документации эта информация может быть представлена либо в кубических сантиметрах, либо в предельных линейных размерах в миллиметрах.
2. Другой важной характеристикой является разрешение печати (слоя). Это относится к толщине каждого слоя материала, который наносится в процессе печати. Более высокое разрешение означает, что пластик наносится более тонкими слоями, в результате чего получаются более гладкие и качественные поверхности. С другой стороны, более низкое разрешение может привести к созданию менее детализированных и менее совершенных деталей. Некоторые устройства позволяют регулировать этот параметр оператором.

Существует 3D-принтер, оснащенный двумя экструдерами.

Если говорить о 3D-принтерах, то здесь есть два варианта: автономные устройства, которые поставляются уже собранными, или наборы DIY, которые требуют от пользователя самостоятельной сборки принтера. Последний вариант является более бюджетным.

Подведение итогов

3D-печать привлекательна для тех, у кого есть личный интерес или производственные потребности. Для тех, кто не имеет опыта в этой области, приобретение навыков в области объемной печати может быть легко достигнуто как через онлайн, так и через очные курсы. Однако очень важно определить, как планируется использовать данное устройство. Правильно расставив приоритеты и соотнеся свои знания о технологии с предполагаемым применением, люди смогут максимально эффективно использовать технологии 3D-печати.