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!
Появление на рынке 3D-принтеров ознаменовало новую эпоху. Если раньше продукция, разработанная на базе высоких технологий, в бытовом хозяйстве позволяла решать привычные задачи, то в случае с трехмерной печатью предлагается новый способ применения устройств. Разумеется, новым он является только для рядового пользователя, так как в промышленности и на производственных предприятиях схожие технологии используются давно. Но в любом случае печать на 3D-принтере значительно расширяет возможности потребителя, к освоению которых, как показывает практика, готовы далеко не все. Во многом это связано со сложностью технологической реализации аппаратов, а также с нюансами их эксплуатации.
Но самые интересные вопросы касаются пользы от таких принтеров. Какие изделия позволяет создавать данное устройство? Для каких целей его продукцию можно использовать? И как работает 3D-принтер? Это важные вопросы, так как трехмерная печать все же является недешевым удовольствием. Поэтому приобретать соответствующее оборудование ради любопытства, мягко говоря, нецелесообразно. По крайней мере, стоит детальнее вникнуть в рабочие процессы печати и выяснить, какую пользу от них можно ожидать.
Что такое 3D-принтер?
Это устройство для трехмерной печати, посредством которого можно генерировать объемные предметы, дублирующие заранее подготовленную виртуальную модель объекта. По сравнению с традиционными принтерами, которые выводят электронный текст на бумагу, 3D-устройства обеспечивают вывод трехмерной информации, то есть создают объекты с реальными физическими параметрами. Собственно, для понимания того, как работает 3D-принтер, следует рассмотреть этапы изготовления твердых предметов с его помощью.
Принцип работы в общих чертах
Начинается работа с создания виртуального шаблона на компьютере с помощью специальной программы. Далее происходит обработка программным способом модели с целью ее разделения на слои. После этого в работу вступает техническая часть принтера, послойно формируя массу из композитного порошка для дальнейшего изготовления предмета. По мере заполнения специальной камеры материалом ось принтера распределяет массу по рабочей поверхности. После формирования каждого слоя головка устройства накладывает клеевую основу. Повторяется этот процесс до момента, пока не будет выполнен объект, разработанный в программе для печати. Важно учитывать, что изготовление на 3D-принтере может выполняться по разным технологиям. Соответственно, меняется и и свойства используемого материала, а также подходы к программной реализации задачи.
Технология быстрого прототипирования
Несмотря на различия в нюансах процесса изготовления, практически все устройства для трехмерной печати работают на принципе быстрого прототипирования. В соответствии с данной концепцией, производство осуществляется путем быстрого формирования опытных моделей для предварительной демонстрации возможностей будущего продукта. Задумывалась технология еще в 1980-х годах с целью создания образцов и заготовок. Сегодня этот метод известен как понимание которого и даст ответ на вопрос о том, как работает 3D-принтер и что отличает его функцию от традиционных подходов к изготовлению предметов. Так, если в процессе фрезерования, точения и происходит удаление материала, а ковка, прессовка и штамповка изменяют форму заготовки, то аддитивное производство предполагает увеличение массы материала посредством наращивания слоями. Иными словами, 3D принтер изменяет фазовое состояние веществ в определенных границах пространства. На сегодняшний день трехмерная печать развивается в нескольких направлениях, среди которых можно выделить стереолитографические технологии (STL), методы нанесения термопластов (FDM) и лазерное спекание (SLS).
Метод послойного наплавления термопласта
Это, пожалуй, наиболее популярная техника трехмерного изготовления. Распространенности FDM-аппаратов способствует сразу несколько факторов. В первую очередь в работе устройств используются относительно недорогие пластики. Также имеет значение простая техника эксплуатации, что особенно важно в работе с таким оборудованием. Как правило, технологии 3D-принтеров этого типа предусматривают работу с термопластиками, одним из которых является полилактид. Среди преимуществ этого материала отмечается экологичность, так как получают данный пластик из сахарного тростника и кукурузы.
Главным же элементом в самом принтере стоит назвать экструдер, который выполняет задачу печатной головки. Впрочем, в этой части не все так однозначно, поскольку элемент представляет собой комплекс отдельных компонентов. Если рассматривать термин «экструдер» в привычном понимании, то к нему будет относиться только часть головки в виде подающего механизма. Так или иначе, печатающая основа подает пластик для 3D-принтера путем нанесения расплавленной нити. Движение механической части обеспечивается электромотором. В итоге механизм направляет нить в нагреваемую трубу сопла, которая и формирует конечный объект.
Стереолитографические установки
Технология лазерной стереолитографии сегодня широко применяется в протезировании зубов. Это второй по популярности тип принтеров для 3D-печати. Отличительной чертой стереолитографических устройств является получение непревзойденно высокого качества объектов. Достигаются такие результаты благодаря разрешению аппаратов, которое может исчисляться единичными микронами. Поэтому вполне логично, что работа 3D-принтера на основе лазерной стереолитографии высоко ценится не только стоматологами, но и ювелирами. Программная часть устройства во многом напоминает FDM-аналоги, но есть и целый ряд особенностей технологии. Несмотря на тот факт, что принцип печати называют лазерной стереолитографией, все чаще функция такого оборудования базируется на светодиодных ультрафиолетовых проекторах.
Проекторные модели надежнее лазерных и по цене обходятся дешевле. Для них не нужны деликатные зеркала, обеспечивающие отклонение лучей, что упрощает конструкцию. В то же время печать на 3D-принтере с проекторами отличается высокой производительностью. Данное преимущество достигается благодаря тому, что происходит не последовательное, а полное засвечивание контура слоя.
Лазерное спекание
Еще одна разновидность применения лазерного метода. В этом случае применяется легкоплавный пластик. Мощный лазер прорисовывает по пластиковой основе сечение объекта, что приводит к плавлению и спеканию материала. Так происходит с каждым слоем до получения завершенной модели, которую подготовила программа для 3D-принтера в качестве заготовки. Остатки пластикового порошка стряхиваются с полученного предмета в конце рабочего процесса. Существенным недостатком таких аппаратов является создание объектов с пористой поверхностью. С другой стороны, это никак не влияет на прочность изделий. Более того, именно вышедшие из таких принтеров модели являются самыми долговечными. Сама же установка имеет сложную конструкцию и, как следствие, высокую стоимость. При этом и процесс изготовления отнимает много времени по сравнению с 3D-принтерами других типов. Как отмечают пользователи, скорость формирования модели составляет несколько сантиметров в час.
Расходные материалы
Основным материалом для создания моделей путем трехмерной печати является термопластик. Кроме уже упомянутых разновидностей, стоит отметить пластик для 3D-принтера в форматах ABS и PLA. Также используется нейлон, поликарбонат, полиэтилен и другие виды, также используемые в промышленности. При этом некоторые установки допускают и смешивание материалов, а также использование вспомогательных веществ, улучшающих качественные характеристики будущего изделия. Например, для этой цели используют который, в сущности, является той же разновидностью пластика PVA. Растворив его в воде, пользователь может создавать сложные геометрические фигуры.
Наиболее же экзотическим материалом для использования в подобных задачах является металл. Чтобы получить такое изделие, также применяют 3D-модели для печати на 3D-принтере, а отличия технологии сводятся к функции С ее помощью наносится связующая клейкая масса в места, куда указывает компьютерная программа. Далее на всю рабочую область головка наносит тонкий пласт металлической пудры. То есть металл не плавится, как в случае с пластиками, а накладывается и склеивается послойно в виде мельчайших частичек.
Управление работой принтера
Для начала стоит отметить операции, которые контролируются пользователем через компьютер. Это регулировка температуры сопла и рабочей площадки, темпы подачи материала и работы электромотора, который обеспечивает позиционирование печатающей головки. Все эти действия находятся под управлением электронных контроллеров. Как правило, современные модели таких устройств базируются на системе Arduino с открытой архитектурой. Что касается программного языка, то в принтерах используется так называемый G-код, построенный на командах управления оборудованием для печати. На этой стадии можно перейти к рассмотрению программ-слайсеров, которые обеспечивают перевод 3D-модели для печати на 3D-принтере в понятный контроллерам код. Сразу надо сказать, что такое программное обеспечение не имеет прямого отношения к разработке графических моделей.
Программное обеспечение
В перечень основных задач слайсеров входит установка параметров, в соответствии с которыми будет осуществляться печать. Выбор конкретной программы определяется типом принтера. Например, устройства RepRap подразумевают использование слайсеров, выполненных с открытым кодом. Среди таких можно выделить Replicator G и Skeinforge. Однако немало и производителей, которые рекомендуют использовать только фирменное ПО от конкретных компаний. Это, в частности, относится к аппаратам Cube от фирмы 3D Systems. Что же касается моделирования изделий, то этим занимается специальная программа для 3D-принтера, предназначенная для трехмерного проектирования. Обычно для этих целей используют CAD-редакторы, которые, впрочем, требуют определенного опыта работы с дизайном 3D.
Какие изделия можно получить?
Спектр возможностей трехмерных принтеров активно расширяется, что позволяет создавать продукцию для самых разных сегментов рынка. Если говорить о строительстве и архитектуре, то здесь очень ценятся возможности изготовление макетов, для которых, собственно, и разрабатывалась концепция аддитивного производства. В машиностроительной промышленности также широко используется 3D-принтер. Изделия в данном случае могут быть представлены и потребительской продукцией, и отдельными элементами для концептов. Как уже говорилось, высокая точность изготовления деталей была высоко оценена работниками медицины. Помимо протезирования, 3D-принтер используется в изготовлении макетов и образцов органов.
Технологии 3D-печати или аддитивного производства обрели популярность совсем недавно, хотя первые методы появились на свет еще в середине 80-х годов прошлого века. Назначение 3D-принтеров для многих людей до сих пор остается загадкой, хотя ничего сложного на самом деле нет: это самые настоящие автоматизированные фабрики, способные самостоятельно производить изделия практически любой формы.
3D-принтеры применяются для самых разных задач. Изначально технологии 3D-печати получили название «быстрое прототипирование» и использовались, как можно догадаться, для изготовления прототипов и макетов. Нынешние, усовершенствованные технологии и материалы позволяют печатать уже не просто макеты, а вполне функциональные изделия, пригодные для повседневной эксплуатации: титановые имплантаты и лопатки газовых турбин, пластиковые игрушки, сувениры и корпуса бытовых приборов и гаджетов, керамическую посуду и даже бетонные строительные конструкции. Главным преимуществом 3D-печати над традиционными производственными технологиями считается принцип «прямого производства»: готовые изделия печатаются напрямую с цифровых моделей, в то время как для того же литья под давлением необходимо сначала изготовить дорогостоящую оснастку.
Принцип работы
Методов 3D-печати великое множество, но всех их объединяет общий принцип обработки цифровых моделей: для того чтобы 3D-принтер мог разобраться со сложной трехмерной структурой, цифровая модель разделяется на поперечные срезы, толщина каждого из которых соответствует толщине одного слоя. Представьте себе стопку бумаги, где каждый лист выполняет роль печатного слоя: если каждый лист вырезать по индивидуальному шаблону и вновь сложить в стопку, то получится трехмерный объект заданной формы. Собственно, именно так, вырезая и склеивая листы бумаги, работают 3D-принтеры по технологии LOM , выпускаемые компанией Mcor.
Разница же заключается в методах изготовления слоев и используемых материалах. Так, в стереолитографии (SLA) применяются жидкие фотополимерные смолы, отверждаемые лазером, а в селективном лазерном спекании (SLS) те же лазеры используются для спекания частиц различных порошков – металлических, полимерных или керамических. Самое же широкое распространение получила технология «моделирования методом послойного наплавления», известная под аббревиатурами «FD» и « FFF». Популярность этого метода объясняется простотой и дешевизной как самих печатающих устройств, так и расходных материалов. В качестве сырья используются всевозможные пластики и композиты на полимерной основе, а FDM-принтеры представляют собой максимально упрощенные станки с числовым программным управлением.
В качестве материала используется тонкая пластиковая нить или «филамент», а роль печатающей головки играет «экструдер», состоящий из простого зубчатого механизма, проталкивающего пластиковый пруток в разогретую трубку («хотэнд») и выдавливающего расплавленный пластик через сопло. Расплавленной нитью можно вычерчивать один слой за другим, пока не образуется трехмерная физическая модель. Необходимо лишь устройство, которое будет приводить головку в движение по заданному алгоритму.
Это устройство и называется 3D-принтером. Простейшие настольные 3D-принтеры состоят из шасси, служащего основой для направляющих, по которым передвигается печатающая головка и/или платформа, на которой выполняется построение. В обычном офисном принтере, печатающем на листе бумаги, необходима возможность позиционирования в двух измерениях: как правило, головка движется из стороны в сторону, а сам лист бумаги постепенно протягивается, строка за строкой. Если же мы строим трехмерную модель, то необходимо добавить и третье измерение в механизм позиционирования – так, чтобы можно было ориентироваться не только по ширине и длине, но и по высоте.
Головка и платформа устанавливаются на направляющие и приводятся в движение электромоторами. Порядок работы электромоторов, определяющий движение головки и подачу материала, закладывается в специальный программный код (т.н. G-код). Код вырабатывается автоматически с помощью специальных программ, называемых «слайсерами»: такие приложения берут нарисованные в графических редакторах трехмерные виртуальные модели, а затем разделяют их на слои и конвертируют каждый слой в серию команд, необходимых для построения физического аналога. Головка постепенно вычерчивает каждый слой, выдавливая расплавленный пластик на платформу или нанесенные ранее слои. После окончания слоя головка поднимается (или, наоборот, платформа опускается) на высоту одного слоя, и процесс начинается заново, только с использованием очередного шаблона.
Как правило, толщина нити и самих слоев составляет доли миллиметра: типичный диаметр сопла варьируется от 0,3 до 0,8 мм, тогда как толщина слоя составляет от 50 до 300 микрон. Для сравнения, толщина человеческого волоса колеблется в пределах 80-100 микрон. Очевидно, что печать тонкой нитью занимает достаточно долгое время. Действительно, типичный производственный цикл с легкостью может измеряться часами, а то и превышать сутки: здесь все зависит от выбранного диаметра сопла, толщины индивидуальных слоев и габаритов самого изделия. Чем выше толщина нити и слоев, тем меньше времени уйдет на печать, но и качество поверхностей будет ниже.
Расходные материалы
Одним из самых привлекательных факторов FDM-печати остается огромное разнообразие относительно недорогих расходных материалов. Два наиболее популярных пластика АБС(акрилонитрилбутадиенстирол) и ПЛА (полилактид). С первым вариантом знакомы абсолютно все из нас – это наиболее широко используемый промышленный пластик, из которого изготовлена ваша любимая кофемолка, шариковая ручка, защитный кожух смартфона и множество других бытовых вещей. Второй же представляет собой экологичную альтернативу, будучи органическим, биоразлагаемым полимером, изготавливаемым из кукурузы или сахарного тростника. Пусть ПЛА и не так долговечен, его можно смело выбрасывать в мусор, так как под воздействием среды через несколько месяцев полилактид превратится в безвредный компост.
Но при желании можно печатать и другими материалами: такими популярными термопластами, как поликарбонаты и нейлон. Филамент можно даже изготавливать в домашних условиях, используя в качестве сырья пустые контейнеры из ПЭТФ: из этого материала изготавливаются бутылки для газированной воды и пива.
Существуют и эластичные варианты, имитирующие резину – такие, как NinjaFlex . А если «пластиковый» образ вам не по душе, то можно попробовать композиты на основе ПЛА с добавлением различных наполнителей: песчаника, металлической пыли и даже древесины. Конечно же, физические и механические характеристики таких композитов несравнимы с настоящим камнем или сталью, но если вместо внешнего сходства вам необходима именно прочность и износоустойчивость, то всегда можно попробовать специальные композиты, армированные углеволокном.
Остается лишь выбрать 3D-принтер по душе, что может быть нелегким делом ввиду растущего разнообразия: серьезные дизайнеры могут выбрать относительно большие устройства с двумя-тремя печатающими головками, в то время как для начинающих пользователей доступно множество простых в эксплуатации моделей с относительно скоромными характеристиками, но высоким уровнем автоматизации и вполне доступными ценами. Некоторые наиболее бюджетные устройства можно приобрести всего за 200-300$, а цены на филаменты начинаются от 10$ за килограмм.
Для тех, кто хочет знать больше
- Почему 3D-принтеры придут в каждый дом или как я впервые пользовался 3D-принтером - первый опыт работы с 3D-принтером: подводные камни и первые навыки
- 12 полезных вещей, которые можно напечатать на 3D принтере - с чего стоит начать, если у вас появился 3D-принтер
- Как 3D-принтеры меняют нашу жизнь - что мы станем печатать на 3D-принтерах в ближайшем будущем
- 7 гаджетов, которые должен попробовать каждый - что еще стоит попробовать лично помимо 3D-принтеров
- 10 роботов на солнечных батареях, которые можно собрать вместе с детьми - простые и доступные конструкторы, позволяющие приобщить детей к современным технологиям
Сейчас уже вполне возможно купить дешевый 3Д принтер и в собственной комнате наладить небольшое конвейерное производство необходимых в быту вещей, милых сувениров и даже обуви! Все это обходится очень дешево и отличается отменным качеством. Еще десять лет назад подобные механизмы только-только начинали разрабатывать, и они были доступны исключительно ученым или очень богатым людям, а ныне их можно увидеть в обычных городских квартирах и офисах.
Стоимость 3D принтера больше не повергает в шок: цена не слишком сложного механизма, с помощью которого можно «выращивать» мыльницы, светильники или , вполне доступна даже для небогатого человека. Дешевые модели еще совсем недавно были чем-то из области фантастики, а ныне приобрести подобные агрегаты могут себе позволить все, кто пожелает. Простота их эксплуатации и очень демократичные цены - то, что порождает спрос.
Если вы не можете найти в продаже вещь, которую очень бы хотели иметь, или же вас не удовлетворяет качество того, что предлагают, есть альтернативный вариант - то, что так понравилось. Например, вы увидали в Интернете люстру удивительной формы или же подставку для карандашей от модного дизайнера, однако ее стоимость слишком высока. Но зачем тратить деньги на то, что можно создать своими руками? Достаточно просто приобрести 3D принтер, и понравившаяся вещь станет доступной!
С помощью любого 3Д-редактора создается «картинка», которая потом воспроизводится в объемном формате. Нужно только нажать пару кнопок и запустить процесс, который будет протекать в автономном режиме, а результатом станет готовый предмет или его деталь. Приобрести качественный и простой в обращении инструмент недорого можно не везде. Но у нас это вполне реально, поскольку наша специализация - подобного рода «умные» машины. Мы поможем вам подобрать модель 3D принтера и проведем мастер-класс по ее грамотному использованию. Почувствуйте себя творцами вместе с нами!
Иван Зарубин
IT-специалист, DIY-стартапер.
Не буду расписывать всю пользу и все возможности 3D-печати, скажу просто, что это очень полезная вещь в быту. Приятно иногда осознавать, что ты сам можешь создавать различные предметы и чинить технику, в которой используются пластиковые механизмы, различные шестерни, крепежи…
Сразу хотелось бы внести ясность - почему не стоит покупать дешманский китайский принтер за 15 тысяч рублей.
Как правило, они идут с акриловыми или фанерными корпусами, печать деталей с таким принтером превратится в постоянную борьбу с жёсткостью корпуса, калибровками и прочими событиями, которые омрачат всю прелесть владения принтером.
Акриловые и деревянные рамы весьма гибкие и лёгкие, при печати на повышенных скоростях их серьёзно колбасит, за счёт чего качество конечных деталей оставляет желать лучшего.
Владельцы таких рам часто колхозят различные усилители/уплотнители и постоянно вносят изменения в конструкцию, убивая тем самым своё время и настроение заниматься именно печатью, а не доработкой принтера.
Стальная рама даст возможность насладиться именно созданием деталей, а не борьбой с принтером.
Следуя моему небольшому руководству, вы не закажете лишнего и не спалите свой первый комплект электроники, как это сделал я. Хотя это и не так страшно: стоимость деталей и запчастей к этому принтеру копеечная.
Руководство рассчитано в основном на новичков, гуру 3D-печати, скорее всего, не найдут здесь для себя ничего нового. А вот те, кто хотел бы приобщиться, после сборки такого комплекта будут чётко понимать, что к чему. При этом не требуется специальных навыков и инструментов, достаточно паяльника, набора отвёрток и шестигранников.
Стоимость комплектующих актуальна на январь 2017 года.
Заказываем детали
1. Основа для принтера - рама, чем она крепче и тяжелее, тем лучше. Тяжёлую и крепкую раму не будет колбасить при печати на повышенных скоростях, и качество деталей будет оставаться приемлемым.
Стоимость: 4 900 рублей за штуку.
Рама идёт со всем необходимым крепежом. Винтиков и гаечек ребята кладут с запасом.
2. Направляющие валы и шпильки M5. Резьбовые шпильки и направляющие валы не идут в комплекте с рамой, хотя на картинке они есть.
- Полированные валы идут комплектом из 6 штук .
Стоимость: 2 850 рублей за комплект.
Возможно, найдёте и подешевле. Если будете искать, то выбирайте обязательно полированные, иначе все косяки валов отразятся на деталях и общем качестве.
- Шпильки M5 необходимо приобрести парой .
Стоимость: 200 рублей за штуку.
Это, по сути, обычные шпильки, которые можно приобрести и в строительном магазине. Главное, чтобы они были как можно более ровными. Проверить несложно: нужно положить шпильку на стекло и прокатить её по стеклу, чем лучше катается, тем ровнее шпилька. Валы проверяются соответствующим способом.
В общем, больше нам от этого магазина ничего не надо, ибо там дикая наценка на то же самое, что можно приобрести у китайцев.
Стоимость комплекта: 1 045 рублей.
RAMPS 1.4 - плата расширения для Arduino. Именно к ней подключается вся электроника, в неё вставляются драйверы двигателей. За всю силовую часть принтера отвечает она. В ней нет мозгов, гореть и ломаться в ней нечему, запасную можно не брать.
Arduino Mega 2560 R3 - мозг нашего принтера, на который мы будем заливать прошивку. Советую взять запасной: по неопытности его легко спалить, например вставив неправильно драйвер шагового двигателя или перепутав полярность при подключении концевика. Многие с этим сталкиваются, и я в том числе. Дабы вам не пришлось неделями ждать новую, берите сразу ещё хотя бы одну.
Шаговые драйверы A4988 отвечают за работу моторов, желательно приобрести ещё один комплект запасных. На них есть построечный резистор, не крутите его, возможно он уже выставлен на необходимый ток!
- Запасная Arduino MEGA R3 .
Стоимость: 679 рублей за штуку.
- Запасные драйверы шагового двигателя A4988 . Советую дополнительно взять ещё запасной комплект из 4 штук.
Стоимость: 48 рублей за штуку.
Стоимость: 75 рублей за штуку.
Он необходим для защиты нашей Arduino. В ней есть свой понижающий регулятор с 12 В на 5 В, но он крайне капризен, сильно греется и быстро умирает.
Стоимость комплекта: 2 490 рублей.
В комплекте 5 штук, нам необходимо только 4. Можно поискать комплект из четырех, но я взял весь комплект, пусть будет один запасной. Его можно будет пустить на апгрейд и сделать второй экструдер, чтобы печатать поддержки вторым экструдером или двухцветные детали.
Стоимость комплекта: 769 рублей.
В этом комплекте есть всё необходимое для данного принтера.
Стоимость: 501 рубль за штуку.
В его задней части есть картридер, в который в дальнейшем вы будете вставлять карту памяти с моделями для печати. Можно взять один запасной: если вы неправильно подключите какой-то элемент, то, скорее всего, дисплей сдохнет самым первым.
Если планируете подключать принтер напрямую к компу и печатать с компа, то экран и вовсе необязателен, печать можно производить и без него. Но, как показала практика, с SD-карточки печатать удобнее: принтер никак не связан с компьютером, его можно ставить хоть в другую комнату, не опасаясь, что комп зависнет или вы его нечаянно вырубите на середине печати.
Стоимость: 1 493 рубля за штуку.
Данный блок питания немного больше по габаритам, чем тот, который должен быть, но он без особого труда влезает, а мощности у него с запасом.
Стоимость: 448 рублей за штуку.
Необходим для печати ABS-пластиком. Для печати PLA и другими видами пластика, не дающими усадки при остывании, можно печатать не нагревая платформу, но стол обязателен, на него кладётся стекло.
Стоимость: 99 рублей за штуку.
Стоимость: 2 795 рублей за штуку.
Данный экструдер является директ-экструдером, то есть механизм подачи пластика находится непосредственно перед его нагревательным элементом. Советую брать именно такой, он позволит вам печатать всеми видами пластика без особых напрягов. В комплекте есть всё необходимое.
Стоимость: 124 рубля за штуку.
Собственно, необходим для обдува PLA и прочих медленно затвердевающих видов пластика.
Стоимость: 204 рубля за штуку.
Очень нужен. Больший кулер существенно уменьшит шум от принтера.
Стоимость: 17 рублей за штуку.
При засорении проще поменять сопла, чем чистить. Обратите внимание на диаметр отверстия. Как вариант, можно набрать разных диаметров и выбрать для себя. Я предпочёл остановиться на 0,3 мм, качества получаемых деталей с таким соплом мне достаточно. Если качество не играет особой роли, берите сопло шире, например 0,4 мм. Печать будет в разы быстрее, но слои будут более заметны. Берите сразу несколько.
Стоимость: 31 рубль за штуку.
Его очень легко обломить, будьте аккуратны. Сверло можно не брать: проще, как я написал выше, набрать запасных сопел и менять их. Стоят они копейки, а засоряются крайне редко - при использовании нормального пластика и при наличии фильтра, который вы и напечатаете первым делом.
Стоимость: 56 рублей за штуку.
В комплекте 5 штук, 4 используем для стола, одну пружинку используем для ограничителя оси X.
Процесс сборки достаточно увлекателен и чем-то напоминает сборку советского металлического конструктора.
Собираем всё по инструкции за исключением следующих пунктов
В пункте 1.1, в самом конце, где крепятся торцевые опоры, не ставим подшипники 625z - впрочем, мы их и не заказывали. Ходовые винты оставляем в «свободном плавании» в верхней позиции, это избавит нас от эффекта так называемого вобблинга.
В пункте 1.4 на картинке присутствует чёрная проставка. В комплекте с рамой её нет, вместо неё идут пластиковые втулки, используем их.
В пункте 1.6 держатель концевика оси Y крепим не к задней, а к передней стенке принтера. Если этого не сделать, детали печатаются зеркально. Как я ни пытался в прошивке это победить, мне не удалось.
Для этого надо перепаять клемму на заднюю часть платы:
В пункте 2.4 у нас другой экструдер, но крепится он точно так же. Для этого нужны длинные болты, их мы берём из комплекта для регулировки стола (18-я позиция в списке). В наборе с рамой нет таких длинных болтов, как и в местных магазинах.
В пункте 2.6 мы начинаем сборку нашего «бутерброда» из Arduino и RAMPS и сразу же сделаем очень важную доработку, про которую редко пишут в мануалах, но которая тем не менее очень важна для дальнейшей бесперебойной работы принтера.
Нам необходимо отвязать нашу Arduino от питания, которое приходит с платы RAMPS. Для этого выпаиваем или отрезаем диод с платы RAMPS.
Припаиваем регулятор напряжения ко входу питания, который заблаговременно выставляем на 5 В, попутно выпаивая стандартное гнездо питания. Приклеиваем регулятор кому куда удобнее, я приклеил на заднюю стенку самой Arduino.
Питание от блока питания к RAMPS я припаял отдельно к ножкам, чтобы оставить свободной клемму для подключения других устройств.
Перед запуском проверяем, что нигде ничего не заедает, каретка двигается до ограничителя и обратно без препятствий. Поначалу всё будет двигаться туго, со временем подшипники притрутся и всё пойдёт плавно. Не забудьте смазать направляющие и шпильки. Я смазываю силиконовой смазкой.
Ещё раз смотрим, что нигде ничего не коротит, драйверы шаговых двигателей поставлены правильно согласно инструкции, иначе сгорит и экран, и Arduino. Ограничители тоже необходимо поставить соблюдая правильную полярность, иначе сгорит стабилизатор напряжения на Arduino.
Подготовка к эксплуатации
Если всё подключено верно, можно переходить к следующей инструкции по эксплуатации.
Полезные материалы по некоторым параметрам нашей прошивки
- Мой настроенный и рабочий вариант прошивки под этот принтер и экструдер. Он слегка откалиброван под те детали, которые мы заказали.
Заливаем прошивку через IDE Arduino 1.0.6, выбираем на экране принтера Auto Home, убеждаемся в правильном подключении концевиков и правильной полярности шаговиков. Если двигается в противоположную сторону, просто поверните клемму у мотора на 180 градусов. Если после начала движения слышен противный писк, это писк драйверов шаговиков. Надо подкрутить на них подстроечный резистор согласно инструкции .
Советую начать печатать из PLA-пластика: он не капризен и хорошо прилипает к синему скотчу, который продаётся в строительных магазинах.
Я беру пластик фирмы Bestfilament. Брал фирмы REC, но мне не понравилось, как ложатся слои. Есть ещё море различных брендов и видов пластика: от резиновых до «деревянных», от прозрачных до металлизированных… Ещё одна фирма, которую я порекомендую, - Filamentarno. У них чумовые цвета и отличный собственный вид пластика с отличными свойствами.
Пластиком ABS и HIPS я печатаю на каптоновом скотче, намазанном обычным клеем-карандашом из магазина канцтоваров. Такой способ хорош тем, что нет запаха. Есть много других разных способов повышения адгезии детали к столу, об этом вы узнаете сами в процессе проб и ошибок. Всё достигается опытным путём, и каждый выбирает свой способ.
Почему именно этот принтер на базе Prusa i3?
- Принтер «всеяден». Печатать можно любыми доступными видами пластика и гибкими прутками. На сегодня рынок различных видов пластика достаточно развит, нет такой необходимости иметь закрытый бокс.
- Принтер прост в сборке, настройке и обслуживании. Ковыряться с ним может даже ребёнок.
- Достаточно надёжен.
- Распространён, соответственно в Сети море инфы о его настройке и модернизации.
- Пригоден для апгрейда. Можно заказать второй экструдер или экструдер с двумя печатными головками, заменить линейные подшипники на капролоновые или медные втулки, тем самым повысив качество печати.
- Доступен по деньгам.
Фильтр для филамента
Печатал крепление для экструдера E3D V6, печатал какое-то время этим экструдером с боуден-подачей. Но вернулся обратно на MK10.
Приобрёл вот такой апгрейд, в дальнейшем будем печатать двумя пластиками.
Утеплил стол для более быстрого разогрева: подложка с отражающим фольгированным слоем и клейкой основой. В два слоя.
Сделал подсветку из светодиодной ленты. В какой-то момент надоело включать свет для контроля печати. В дальнейшем планирую закрепить камеру и подключить к принтеру Raspberry Pi для удалённого наблюдения и отправки моделей в печать без передёргивания флешки.
Если у вас есть дети, такой конструктор будет очень полезным и интересным. Приобщить детей к этому направлению будет несложно, им и самим будет в кайф печатать для себя различные игрушки, конструкторы и умных роботов.
Кстати, по стране сейчас активно открываются детские технопарки, в которых детей обучают новым технологиям, в том числе моделированию и трёхмерной печати. Иметь такой принтер дома будет очень полезно для увлечённого ребёнка.
Будь у меня такая штука в детстве, моему счастью не было бы предела, а если к этому добавить различные моторы, Arduino, датчики и модули, у меня бы, наверное, и вовсе поплыла крыша от возможностей, которые передо мной бы открылись. Мы вместо этого плавили пластмассу от старых игрушек и свинец из найденных на помойке аккумуляторов.
Всем, кто решит повторить, желаю удачной сборки и быстрого прибытия заказанных товаров. :)
Спасибо за внимание, если есть вопросы, задавайте.
Весьма полезный русскоязычный ресурс, на котором вы найдёте любую информацию по этому направлению:
Loading...