HDG объясняет: как работает 3D-печать?

3D-печать стала гораздо более распространенной технологией, поскольку печатные машины доступны практически по любой цене. Большинство людей, которым нужен 3D-принтер, вероятно, найдут модель, которую они могут себе позволить. Несмотря на это, 3D-печать все еще настолько нова, что мало кто знает, как она работает.

Вот почему сейчас хорошее время, чтобы ответить на вопрос «Как работает 3D-печать?». Очень велика вероятность, что в конце концов вам придется его использовать!

Аддитивная и субтрактивная 3D-печать

Есть две большие категории 3D-печати. Почти все 3D-принтеры, которые вы можете купить себе, являются «аддитивными» машинами. Другими словами, они создают 3D-объекты, добавляя материал (обычно слоями), пока объект не будет готов. 3D-принтеры, о которых люди думают, когда слышат слово «3D-принтер», почти всегда относятся к аддитивной разновидности.

Субтрактивная 3D-печать - это совсем другое дело. Здесь вы начинаете с фиксированного количества материала, а затем удаляете материал, пока не останется только готовый объект. Скульптор делает статую из мрамора субтрактивным методом. Вычитающие машины обычно используются в больших мастерских и на промышленных предприятиях. Системы фрезерования с ЧПУ (числовое программное управление), вероятно, являются наиболее известным примером.

С этого момента мы сосредоточимся только на машинах для добавления присадок, поскольку они актуальны для среднего потребителя. Просто знайте, что субтрактивные машины принадлежат к тому же большому семейству 3D-принтеров, что и тот, который вы могли бы поставить на стол.

Моделирование наплавления, стереолитография и селективное лазерное спекание

Три основных метода аддитивной 3D-печати - это FDM (моделирование методом наплавления), стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS).

FDM - наиболее распространенная система потребительского уровня. В этих типах принтеров нить материала пропускается через горячую печатающую головку. Печатающая головка точно позиционируется в 3D-пространстве и наносит слой материала в соответствии с точными запрограммированными инструкциями. Есть разные подходы к FDM, но мы скоро вернемся к этому.

Стереолитография гораздо реже встречается в потребительских системах. Эти принтеры используют лазеры для превращения жидкой смолы в твердый пластик. Обычно объект «вытаскивают» из чана со смолой, формируя слой за слоем по мере того, как он поднимается из материала. В последние годы SLA-принтеры стали более компактными и доступными. Так что это реальная альтернатива принтерам FDM, в зависимости от того, какую окончательную модель вы выберете.

Селективное лазерное спекание (SLS) использует мощный лазер для плавления полимерного порошка. Фактически порошок выступает в качестве опорной структуры для печати, поэтому для этого типа печати не требуются специальные строительные леса. SLS - это не тип FDM, который вы найдете на рабочем столе. Пока это все еще промышленная технология.

Декартовы принтеры и принтеры Delta Robot

Самый распространенный тип FDM-принтеров - это декартовы 3D-принтеры. Название относится к декартовым координатам. Это координаты XYZ, которые мы все изучали в школе. Печатающую головку можно переместить в любую координату XYZ в пределах объема печати. Математика проста, принтеры довольно доступные, а качество печати точное.

Однако, в зависимости от степени детализации координат XYZ, изогнутые поверхности могут быть не такими гладкими, как могли бы, что потребует некоторой ручной отделочной работы.

Роботы-принтеры Delta используют другой подход. Печатающая головка крепится к трем рычагам, движущимся по трем направляющим. Изменяя высоту каждого рычага, печатающая головка может качаться. Такая конструкция позволяет печатающей головке вращаться по истинным кривым, а также позволяет печатать высокие объекты в объеме печати.

В основном, чем длиннее рельсы, тем выше может быть модель. Вместо координат XYZ, принтеры-дельта-роботы используют тригонометрию для расчета положения печатающей головки. Конечным результатом является то, что они не могут достичь того же разрешения печати, что и декартовые принтеры.

Чтобы по-настоящему понять концепцию дельта-робота, вам нужно увидеть ее в действии. Посмотрите это видео Иоганна Рохолла, и вы быстро поймете концепцию.

Обратите внимание на шарнирные сочленения рук и на то, насколько свободно и плавно может двигаться печатающая головка.

Материалы для 3D-принтера

В 3D-принтерах используются самые разные материалы, но есть два пластика, которые на сегодняшний день являются наиболее распространенными в потребительских приложениях: ABS и PLA.

АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) - это тот же пластик, из которого сделаны кирпичи LEGO. Этот пластик подвержен короблению при остывании и требует принтера с подогреваемой платформой для печати. Он довольно ударопрочный, но не особо прочный. Он подходит для изготовления прототипов и даже готовых деталей, не несущих нагрузки.

PLA (полимолочная кислота) имеет низкую температуру плавления, не сильно деформируется, с ним легко работать, и на нем меньше неудачных отпечатков. Кроме того, он слишком хрупкий для практического использования, но отлично подходит для создания гладких, детализированных моделей, на которые нужно только смотреть.

Хорошей новостью является то, что большинство потребительских 3D-принтеров будут работать с обоими этими недорогими материалами. Так что вы можете менять их по своему усмотрению.

Нейлоновая нить - еще один вариант, и есть даже принтеры, которые используют дерево или металл в качестве материала. Принтеры нового поколения также могут обрабатывать более одной нити накала одновременно, что позволяет печатать на смешанных материалах или в многоцветной печати.

Типичный процесс 3D-печати

Если вы никогда не делали 3D-печать самостоятельно, вам, вероятно, интересно, как это работает с точки зрения пользователя. Хотя использовать 3D-принтер не так просто, как печатать 2D-отпечатки на лазерном или струйном принтере, это не так сложно, как вы думаете.

После настройки принтера в соответствии с руководством, с правильной калибровкой и выравниванием, вам сначала понадобится модель для печати.

Вы можете сделать свою собственную модель, используя что-то вроде Zbrush или AutoCAD, но большинство людей, скорее всего, загрузят модель с интернет-сайта. Первая остановка обязательно должна быть Thingiverse, который, возможно, является самой известной коллекцией представленных пользователями моделей. Однако есть много альтернативы.

Получив модель в совместимом формате, вы откроете ее в программном обеспечении, поставляемом с вашим принтером. Все они выглядят и работают по-разному, но основная концепция одинакова. Вы также можете сначала обработать 3D-модель Мешмиксер, который гарантирует, что 3D-модель будет прочной и пригодной для печати.

В программном обеспечении 3D-принтера вы выбираете размер и качество модели, и программа преобразует ее в «срезы», представляющие каждый слой печати. Он также рассчитает «строительные леса», которые необходимо напечатать для поддержки модели во время ее изготовления. Этот материал можно сломать, когда печать будет завершена.

Теперь, когда вся подготовительная работа позади, можно начинать печать. В зависимости от настроек качества вам может потребоваться долгое ожидание! Отпечатки высокого качества варьируются от нескольких часов до нескольких дней. К счастью, некоторые 3D-принтеры позволяют удаленно контролировать процесс печати через приложение.

Как только отпечаток будет готов, вы снимите его с кровати, а затем освободите от строительных лесов. Во многих случаях вам придется обработать модель наждачной бумагой и специальными режущими инструментами, чтобы удалить дефекты. Некоторые люди даже раскрашивают свои модели! Единственный реальный предел - это ваше творчество.

Если вам не терпится купить 3D-принтер, это наши лучший выбор и если у вас ограниченный бюджет, эти являются более удобными для карманов вариантами.