Чем печатает 3D принтер

Как выбрать 3D-принтер?

Рынок переполнен дешёвыми моделями 3D-принтеров потребительского уровня с ограниченным функционалом, которые, несомненно, подойдут для печати малогабаритных изделий. Данные 3D-принтеры имеют большую погрешность в точности и низкую скорость печати. Несмотря на это, открывается возможность ознакомиться с технологией 3D-печати и сделать простые детали.

3D-принтеры начального уровня

Установки данного плана годятся для моделирования, способны печатать методом FDM, в редких случаях поддерживают технологии SLA и SLS. В комплектации предоставляется одно сопло, используются недорогие полимерные материалы. У моделей низкая скорость печати, а также отсутствуют дополнительные функции.

Плюсы:

  • подходит для знакомства с оборудованием,
  • простая установка,
  • возможность быстрой настройки.

Недостатки:

  • открытая камера,
  • поддерживает не все виды пластика.

Профессиональные 3D-принтеры

К особенностям профессиональных 3D-принтеров приписывают огромный функционал, плюс высокую скорость печати. Установки способны работать с широким спектром расходных материалов. При печати используются тонкие слои, поэтому изделия получаются гладкими.

Плюсы:

  • возможность печати больших объектов,
  • в комплекте несколько экструдеров,
  • поддержка пластика от различных производителей.

Минусы:

  • дорогая стоимость,
  • сложность проведения ремонта.

ТОП-10 – 3D ПРИНТЕРОВ ИЗ КИТАЯ (с) voltNik

*Видео может отличаться от тематики статьи

Полилактид (PLA)

Полилактид – это самый биологически совместимый и экологически чистый материал для 3D принтеров. Он изготавливается из остатков биомассы, силоса сахарной свёклы или кукурузы. Имея массу положительных свойств, полилактид имеет два существенных недостатка. Во-первых, изготовленные из него модели недолговечны и постепенно разлагаются под действием тепла и света. Во-вторых, стоимость производства полилактида очень высока, а значит и стоимость моделей будет значительно выше аналогичных моделей, изготовленных из других материалов. Используется в технологиях 3D печати: SLS и FDM.

Полилактидная нить и изделия, напечатанные полилактидом на 3D принтере

Лазерное спекание порошковых материалов

Лазерное спекание порошковых материалов – оно же Selective Laser Sintering или просто SLS является единственной технологией 3D печати, которая может быть использована для изготовления металлических формообразующих для металлического и пластмассового литья. Пластмассовые прототипы обладают хорошими механическими свойствами, благодаря которым они моту быть использованы для изготовления полнофункциональных изделий.

В SLS печати используются материалы, близкие по своим свойствам к конструкционным маркам: металл, керамика, порошковый пластик. Порошковые материалы наносятся на поверхность рабочего стола и запекаются лазерным лучом в твёрдый слой, соответствующий сечению 3D модели и определяющий её геометрию.

SLS технология

Оборудование для SLS-печати изготавливают следующие заводы: 3D Systems, F&S Stereolithographietechnik GmbH, The ExOne Company / Prometal, EOS GmbH.

На рисунке представлена скульптурная модель «Так держать», изготовленная методом SLS печати.

Скульптурная модель «Так держать», изготовленная методом SLS печати, автор Лука Ионеску

Главный вопрос: кто это купит?

Развивать производство персонифицированных товаров смогут предприниматели, которые найдут ответ на вопрос: а кто их купит? Нащупать спрос могут бизнесы, уже работающие на определенном рынке и чувствующие потребности своей аудитории. Угадать практически невозможно — нужно быть уверенным в спросе.

«Сейчас мы единственные в России производим сразу и расходные материалы для печати, и 3D-принтеры, и софт, а также аппаратную платформу, — говорит Денис Власов. — Мы могли бы при такой модели создавать хорошие условия для производства кастомизированных изделий. Но мы не можем разорваться на тысячи применений наших технологий. Нам неинтересно самим строить маленькие бизнесы. Мы создаем систему — корень и ствол дерева. А ветки и листочки, маленькие рынки и бизнесы, должны растить те, кто хорошо понимает их потребности и правила игры. И мы готовы к такому сотрудничеству».

Артур Герасимов отмечает, что мелкосерийное производство перспективно для развития бизнеса с применением аддитивных технологий. Одно из направлений работы его компании «Инновакс» — выпуск деталей и механизмов по заказу промышленных предприятий из автопрома, приборостроения, авиакосмической отрасли.

«Стремление к индивидуальности, осознанное потребление — глобальные веяния, они окажут влияние и на потребительский спрос, — считает Жамиля Каменева, директор по развитию бизнеса ООО «Инновационный центр Ай-Теко». — Несмотря на сложную экономическую ситуацию, производство персонифицированных товаров остается перспективной нишей для стартапов и хорошей идеей запуска новых направлений бизнеса на уже существующих производствах. Это подтверждается интересом к аддитивным технологиям со стороны участников программы «Промтех», направленной на поддержку высокотехнологичных решений для промышленности».

Бум кастомизации произойдет тогда, когда покупатель сможет получить персонифицированный товар по той же цене и так же быстро, как и массовый. Поэтому дело за развитием технологий и сервиса.

Экономика инноваций

Взгляд на будущее бизнеса: пять тенденций постцифровой эпохи

Подписывайтесь на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно. 

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию – предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками. 

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком. 

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

3D-печать на Марсе

Ну и наконец пару слов о полетах на Марс. В 2018 году NASA провел конкурс на тему того, как наиболее эффективно можно будет создавать жилые модели для первой человеческой колонии на Марсе. Победителем стала команда из Арканзаса, которая предложила печатать дома на строительном 3D-принтере из имеющихся на планете материалов – смеси из базальтового волокна, добываемого из марсианских пород, и полимолочной кислоты, полученной из растений, выращенных на Марсе.

Красивая история, но вроде бы очень далекая от реальности. В прошлом году на мировой рынок вышел стартап с российскими корнями Mighty Buildings, который уже в этом году начинает производство и поставку домов покупателям в Калифорнии, созданных на строительном 3D-принтере. Получается, что «Марсианские хроники» обрастают необходимым опытом. Буквально на днях стало известно, что компания закрыла еще один раунд по привлечению инвестиций в размере 40 млн. долларов и планирует расширять производственную базу и увеличивать ассортимент предлагаемых построек.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

  1. Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
  2. Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать. 
  3. Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
  4. Наблюдать за печатью.

Принтер-гигант и принтер-ремонтник

Не все 3D-принтеры предназначены для одних и тех же действий. Так, например, в Центре аддитивных технологий «Ростеха» есть большой 3D-принтер, способный напечатать детали размером до полуметра. Такие использует Boeing: компания использует напечатанные титановые компоненты двигателей на пассажирском самолете Dreamliner 787.

При этом самолет — не единственное, что можно будет создавать на 3D-принтере. Например, стартап Relativity Space хочет в 2021 году запустить на орбиту первую в мире ракету, полностью напечатанную на 3D-принтере. И это не какие-то мечтатели, грезящие о звездах: они уже привлекли $700 млн инвестиций, а значит, в проект верят.

Футурология

Бизнес в космосе: предприниматели рассказали о трендах и будущем отрасли

Другой интересный объект — принтер-ремонтник. Он способен не только печатать детали по заданной программе, но и ремонтировать их. Работает эта машина немного иначе: по технологии прямой печати металлом.

Этот механизм состоит из двух основных элементов. Первый — источник лазерного излучения, второй — специальное сопло, через которое в струе инертного газа подается порошок. Струя газа и лазерный луч фокусируются в одной точке, где и происходит плавление порошка — и рост детали. Принтер позволяет ремонтировать сломанные части, а не выбрасывать их. При этом деталь не теряет своих исходных свойств.

Чтобы починить деталь, ее надо отсканировать. Другой вариант — задать управляющую программу, где есть 3D-модель этой детали со сломанным участком. Однако чаще всего используют 3D-сканер, который позволяет получить точный образец детали, которая уже есть. На основе этой модели разрабатывают управляющую программу по ремонту.

Индустрия 4.0

Создать своего цифрового двойника: как 3D-технологии меняют нашу жизнь

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel. 

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Плюсы 3D-печати

Детали становятся легче

Это важно в авиастроении: сэкономленный вес можно использовать, например, для дополнительных пассажирских или багажных мест.
Экологичность. При создании деталей традиционным способом нужный элемент вырезают из куска металла, а остальное выбрасывают

Во время работы на 3D-принтере отходов практически нет.
Создание форм, которые невозможно воспроизвести другими способами.
Быстрая скорость создания деталей.

Стоит отметить, что на 3D-принтере вряд ли когда-нибудь будут печатать детали, которые дешево и быстро изготавливаются с помощью стандартных технологий.

Создаем собственный объект

В стартовом окне SketchUp выберите шаблон «Product design and Woodworking — Millimeters». Программа создаст пространственную систему координат, которую можно увеличивать или уменьшать, вращая колесо мыши, а нажав на него — поворачивать. Красная ось показывает ширину предмета, синяя — высоту, а зеленая — глубину. Чтобы создать прямоугольную форму нашего тестового объекта, сначала вытяните основную фигуру. Для этого на панели инструментов выберите «Restangle».

Особенность программы SketchUp состоит в том, что в начальной точке объекта (в нашем случае — в центре координатной системы) нужно щелкнуть клавишей мыши и, не отпуская ее, тянуть. Установите курсор в области между зеленой и красной координатами.

Чтобы точно задать размеры фигуры, просто введите на клавиатуре «110;40» и нажмите «Enter» — получится прямоугольник с шириной и высотой 110 и 40 мм соответственно. Затем с помощью инструмента «Push/Pull» из двухмерного прямоугольника можно сформировать трехмерный. Щелкните по прямоугольнику и потяните его вверх. Чтобы точно задать высоту в 10 мм, просто введите клавишами значение «10» и затем нажмите «Enter».

Облучение ультрафиолетом через фотомаску

Облучение ультрафиолетом через фотомаску – оно же Solid Ground Curing или SGC предполагает создание готовых моделей из слоёв распыляемого на рабочую поверхность фоточувствительного пластика. После нанесения тонкого слоя пластика он через специальную фотомаску с изображением очередного сечения обрабатывается ультрафиолетовыми лучами. Неиспользованный материал удаляется при помощи вакуума, а оставшийся затвердевший материал повторно облучается жёстким ультрафиолетом. Полости готового изделия заполняются расплавленным воском, который служит для поддержки следующих слоёв. Перед нанесением последующего слоя фоточувствительного пластика предыдущий слой механически выравнивается.

Технология облучения ультрафиолетом через маску

До недавнего времени 3D принтеры с технологией облучения УФ-лампой через фотомаску выпускала компания Cubital Inc, но в настоящее время производство таких машин прекращено.

Точность создания прототипов различными 3D принтерами находится в диапазоне между 0,05 мм и 0,2 мм по каждой координате. Точность создания прототипов увеличивается при уменьшении толщины слоя, но при этом падает скорость печати и повышается её себестоимость. В свою очередь, себестоимость прототипа зависит от его объёма. В зависимости от выбранной технологии 3D печати цена 1 см3 модели составляет от 1$ США до 5$ США.

18 Февраля 2013

Параметры печати

О скорости пока речь и не идёт. Понятно, что создание одного объекта займет далеко не один час работы принтера, поэтому выбор 3D-принтера сегодня состоит в выборе между параметрами и решении, насколько тот или иной параметр важен.

И самый главный из них — разрешение печати. Здесь под этим понятием подразумевается минимально допустимая высота слоя материала, с помощью которого может печатать данный 3D-принтер. Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон, тысячной доле миллиметра). Понятно, что чем тоньше слои, тем меньше заметен переход между ними: в итоге поверхность объекта более гладкая, а детали — более выразительные. Обратная сторона высокого разрешения — увеличенное время печати, большая нагрузка на печатающие механизмы и быстрый износ. Разрешение печати зависит от технологии работы принтера, точности печатных механизмов, выбранного материала и настроек приложения.

На сегодняшний день самый точный 3D принтер может печатать с высотой слоя в 50 мкм. 

Вторая важная характеристика — рабочий объём (он же — «область печати» или «зона печати»). От него зависит размер напечатанного объекта. Фактически он обозначает зону досягаемости (охвата) печатающей головки принтера в трех плоскостях.

Третий пункт — какими типами пластиковых нитей может печатать принтер. Самыми распространенными на сегодняшний день являются ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) и PLA (полилактид). Некоторые принтеры могут печатать обоими типами, некоторые — только одним из них. Но кроме этих двух типов есть и другие (ещё парочка самых распространенных — HIPS — ударопрочный полистирол и PVA — поливинилацетат), и все они обладают рядом физико-химических характеристик: растворимость в воде, гибкость, структура и запах, прочность и даже свечение в темноте. Возможность печати тем или иным пластиком обуславливается наличием/отсутствием подогрева платформы (который в идеале должен присутствовать), рабочим диапазоном температур экструдера (нагревательный элемент, который плавит пластик) и конструкцией камеры для печати. В идеале лучше всего выбирать принтер с максимальным количеством поддерживаемых нитей, чтоб не ограничивать себя — как сейчас, так и в будущем.

А последний пункт, как ни странно, — страна-производитель. Сейчас на российском рынке можно найти модели из США и Европы, китайские и российские. Американские и европейские модели зачастую завозят в Россию небольшими партиями, а сами компании-производители не имеют официальных представителей в России. Качество китайских моделей на порядки отстаёт от всех прочих, понятное дело, и тут выигрыш идёт больше уже в цене.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий