Что такое 3д принтер

Одним из самых перспективных направлений в современном мире является создание трехмерных объектов при помощи 3D‐печати. Технология печати позволяет создавать достаточно сложные и детальные изделия. На сегодняшний день использование трехмерной печати возможно не только на производственных площадках, но и в домашних, для этого достаточно приобрести 3D-принтер.

Что такое 3D-принтер?

Трехмерный принтер представляет собой устройство способное образовывать объекты на основе созданных цифровых 3D‐моделей. Изделия получаются посредством послойного наложения материала. В качестве основы применяют термопластик и фотополимерные смолы, но с развитием технологий количество применяемых материалов в роли сырья увеличивается.

Процедура изготовления изделий выглядит подобным образом:

1. Происходит процесс создания 3D модели, т.е. разрабатывается визуальный образ будущего изделия с сохранением всех пропорций. Модель создается при помощи специализированного программного обеспечения.
2. После создания модели необходимо выполнить обработку файла. Обработка заключается в преобразовании файла в цифровой код, который делит целостную модель на множество параллельных слоев. Таким образом, генерируются команды для 3D-устройства, которые распределяют материал на создание объекта.
3. Заключительным этапом является 3D-печать изделия, т.е. процесс создания изделия посредством послойного нанесения материала. Процесс выполняется при помощи печатающей головки (экструдер), которая передвигается по осям 0Y и 0X, т.е. материал подается только по горизонтальной плоскости в соответствии с программным кодом слоя. Для нанесения следующего слоя экструдер сдвигается по вертикальной направляющей (по оси 0Z) на расстоянии равное размеру слоя. После чего начинается наноситься следующий горизонтальный слой.

Справка: Процесс печати в зависимости от технологии изготовления может отличаться, но общий процесс создания изделий заключается в послойном нанесении материала.

Виды 3D-принтеров

Устройства подразделяют в зависимости от уникальности процесса печати, т.е. от используемой технологии. Самыми распространёнными методами печати являются FDM (Fused Deposition Modeling/моделирование методом направления) и SLA (laser stereolithography/лазерная стереолитография)

Технология направленного моделирования одна из первых появившихся методов печати. В качестве материи для изготовления объектов применяется термопластик в виде намотанных спиц или нитей на катушку. Метод печати выполняется следующим образом:

1. Катушка или нить устанавливается в экструдер. Под действием нагревательного устройства материал начинает плавиться, и через канал поступает на рабочую поверхность.
2. Экструдер выполняет перемещение по заданным координатам в соответствии с цифровым кодом. Изготовление происходит по слоям относительно горизонтальной плоскости.
3. При изготовлении сложных изделий используется два материала: основной и вспомогательный. Изделие создается с использованием основного материал. Вспомогательный материал предназначается для создания временных опор, а также для заполнения пустотелого пространства изделия. Т.к. принтер не способен напечатать объект в воздухе без какого-либо основания.

Справка: Вспомогательный материал впоследствии удаляется при помощи специального растворителя, либо с легкостью отламывается.

Изделия, изготовленные с использованием FDM-технологии имеют хорошую механическую и химическую прочность. Такие свойства достигаются за счет применения термопластика производственного класса. Также данная технология легка и пригодна к применению в бытовых условиях.

SLA-технологи или стереолитография печатает изделия с применением жидких фотополимерных смол, которые застывают под влиянием источника энергии в виде лазера. При помощи такого метода изделия имеют высокую точность (до 15 микрон). Печать объектов происходит следующим образом:

1. Рабочая поверхность опускается в ёмкость с фотополимерной жидкостью на глубину одного слоя;
2. Источник энергии (лазер) вырезает форму объекта по заданным координатам объекта;
3. Протекает процесс полимеризаций вследствие чего в местах соприкосновения происходит затвердевание;
4. Процедура повторяется для каждого слоя до изготовления объекта;
5. После изготовления, модель погружается в ёмкость со специальным раствором для очистки от вспомогательных элементов;
6. Завершающим этапом является облучение ультрафиолетом, для того чтобы ускорить процесс формирования изделия.

Стереолитография одна из самых современных технологий, но нуждается в дорогостоящих материалах. Также существуют менее известные типы печати:

SlS(выборочное лазерное спекание) принцип создания объекта заключается в подаче на рабочую область тонкий слой материала в виде порошка, который под действием лазера спекается. Основным преимуществам такого метода является отсутствие надобности в применении вспомогательных элементов, но требует дополнительную термическую обработку. Не предусматривает применение в бытовых условиях.

EBM(электронно-лучевая плавка). Технология схожа с выборочным лазерным спеканием, но изделие создается в вакууме и не требует дополнительной термической обработки.

К трехмерной печати можно отнести 3D-ручку. Принцип ее работы схож FDM-технологией, но имеет более миниатюрный вид и применяется для создания рисунков с трехмерным эффектом.

Что может 3D-принтер?

Трехмерная печать на сегодняшний день применяется практически во всех сферах жизни. Имеются примеры по созданию кулинарных блюд с использованием 3D-печати. Создаются детали любой сложности для более сложных конструкций во всех отраслях промышленности. Но самой актуальной и необходимой сферой все-таки является медицина.

Несколько компаний ведут разработки по производству органических имитаторов, которые практически могут заменить натуральные ткани. Также 3D-печать позволяет помочь в среде протезирования суставов. Наиболее распространённое применение трехмерное изготовление получило в стоматологии. Помимо протезирования принтеры используют для изготовления макетов органов. Возможности трехмерной печати с каждым днем увеличиваются и становятся более доступны.

3D-принтеры помогают не только людям, но и животным. Одни из известных случаев является создание панциря для черепахи, которая пострадал в лесном пожаре. Таким образом новый панцирь спас животному жизнь и таких случаев множество. Еще один уникальный случай – протез ноги для слона. Уникальность случая заключается в том, что протезы для слона практически не изготавливаются из-за большого веса животного.

Современная технология печати позволяет создать даже целое здание. При строительстве небольшого домика (37 кв.м.) у исследователей было затрачено всего 24 часа, и оно оказалось в два раза дешевле по сравнению с обычным методом.