Как работает 3D-печать?

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

Поэтому сейчас самое время ответить на вопрос «Как работает 3D-печать?». Есть очень хороший шанс, что вам придется использовать его в конце концов!

Аддитивная и субтрактивная 3D-печать

Существует две широкие категории 3D-печати. 3D-принтеры, которые вы можете купить сами — это почти все «аддитивные» машины. Другими словами, они строят трехмерные объекты, добавляя материал (обычно в слоях), пока объект не будет завершен. 3D-принтеры, о которых люди думают, когда слышат, что «3D-принтер» почти всегда являются аддитивными.

Субтрактивная 3D-печать очень отличается. Здесь вы начинаете с фиксированного количества материала, а затем удаляете материал, пока не останется только готовый объект. Скульптор, делающий статую из мрамора, использует вычитающий метод. Субтрактивные машины обычно встречаются в крупных мастерских и промышленных установках. Фрезерные системы с ЧПУ (компьютерное числовое управление) являются, пожалуй, самым известным примером.

С этого момента мы будем концентрироваться только на добавочных машинах, поскольку они актуальны для среднего потребителя. Просто знайте, что вычитающие машины принадлежат к тому же расширенному семейству 3D-принтеров, что и те, которые вы можете поставить на стол.

Моделирование методом наплавленного осаждения, стереолитография и селективное лазерное спекание

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

Принтер da Vinci FDM

FDM является наиболее распространенной системой потребительского уровня. В этих типах принтеров нить материала пропускается через горячую печатающую головку. Печатающая головка точно расположена в 3D-пространстве и наносит слой материала в соответствии с точными запрограммированными инструкциями. Существуют разные подходы к FDM, но мы вернемся к этому через минуту.

Принтер Nobel SLA

Стереолитография гораздо менее распространена в потребительских системах. Эти принтеры используют лазеры для отверждения жидкой смолы в твердый пластиковый материал. Обычно объект «вытягивается» из чана со смолой, образуя слой за слоем, когда он поднимается из материала. В последние годы принтеры SLA стали более компактными и доступными. Так что это реальная альтернатива FDM-принтерам, в зависимости от того, какую модель вы выбрали.

Селективное лазерное спекание (SLS) использует мощный лазер для плавления полимерного порошка. Фактический порошок действует как структура поддержки для печати, таким образом, этот тип печати не нуждается в специальных лесах. SLS — это не тот тип FDM, который вы найдете на рабочем столе. Это все еще промышленная технология на данный момент.

Картезианские & Delta Robot Принтеры

Роботизированный принтер Delta

Наиболее распространенным типом принтера FDM является декартово-3D-принтер. Название относится к декартовым координатам. Это координаты XYZ, которые мы все узнали в школе. Печатающая головка может быть перемещена к любой координате XYZ в пределах области объема печати. Математика проста, принтеры довольно доступны, а качество печати — точное.

Однако, в зависимости от степени детализации координат XYZ, изогнутые поверхности могут быть не такими гладкими, как могли бы, что потребовало бы некоторых ручных отделочных работ.

Роботы-принтеры Delta используют другой подход. Печатающая головка установлена ​​на трех кронштейнах, которые проходят на трех направляющих. Изменяя высоту каждого рычага, печатающая головка может качаться. Такая конструкция позволяет печатающей головке поворачиваться по верным кривым, а также позволяет печатать высокие объекты в объеме печати.

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

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

Обратите внимание на сочленение на руках и насколько свободно и плавно может двигаться печатающая головка.

Материалы для 3D-принтеров

В 3D-принтерах используются различные материалы, но есть два вида пластиков, которые на сегодняшний день наиболее распространены в потребительских приложениях: ABS и PLA.

АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) — это тот же пластик, из которого сделаны кирпичи LEGO. Этот пластик подвержен деформации при охлаждении и нуждается в принтере с подогреваемой печатной платформой. Это довольно ударопрочный, но не особенно сильный. Он подходит для изготовления прототипов и даже готовых деталей, которые не несут нагрузки.

PLA (полимолочная кислота) имеет низкую температуру плавления, не сильно деформируется, с ней легко работать и меньше отпечатков. Он также слишком хрупкий для любого практического использования, но он великолепен для создания гладких, детализированных моделей, которые предназначены только для просмотра.

Хорошей новостью является то, что большинство потребительских 3D-принтеров будут работать с обоими этими недорогими материалами. Таким образом, вы можете изменить их в соответствии с вашими потребностями.

Нейлоновая нить является еще одним вариантом, и есть даже принтеры, которые используют дерево или металл в качестве материала. Принтеры следующего поколения также могут обрабатывать более одной нити за раз, что позволяет печатать смешанные материалы или многоцветные отпечатки.

Типичный процесс 3D-печати

Если вы никогда не делали 3D-печать самостоятельно, вам, вероятно, интересно узнать, как она на самом деле работает с точки зрения пользователя. Хотя использование 3D-принтера не так просто, как выбивание 2D-отпечатков 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 потребуется модель для печати.

Вы можете создать свою собственную модель, используя что-то вроде Zbrush или AutoCAD, но большинство людей, скорее всего, загрузят модель с онлайн-сайта. Первая остановка обязательно должна быть ThingiverseЭто, пожалуй, самая известная коллекция представленных пользователями моделей. Тем не менее, есть много альтернативы,

Получив модель в совместимом формате, вы откроете ее в программном обеспечении, прилагаемом к вашему принтеру. Все они выглядят и работают по-разному, но основная концепция одна и та же. Вы также можете сначала обработать 3D-модель с Meshmixer, что гарантирует, что 3D-модель является прочной и пригодной для печати.

В программном обеспечении 3D-принтера вы выбираете размер и качество модели, а программное обеспечение преобразует ее в «кусочки», представляющие каждый слой печати. Он также вычислит «строительные леса», которые должны быть напечатаны для поддержки модели во время ее изготовления. Этот материал может быть разорван, когда печать будет завершена.

После всей подготовительной работы печать может начаться. В зависимости от настроек качества, вы можете долго ждать! Отпечатки высокого качества варьируются от нескольких часов до нескольких дней. К счастью, некоторые 3D-принтеры позволяют удаленно контролировать ход печати через приложение.

Как только печать будет завершена, вы удалите ее с кровати, а затем освободите ее от строительных лесов. Во многих случаях вам придется дорабатывать модель, используя наждачную бумагу и специальные режущие инструменты, чтобы устранить недостатки. Некоторые люди даже рисуют свои модели! Единственный реальный предел — ваше творчество.

Если вам не терпится купить 3D-принтер, это наши лучшие выборы и если у вас ограниченный бюджет, это более удобный вариант.