Что такое 3D-принтеры и для чего они используются?

Технологии аддитивного производства существуют уже давно, исследовательские институты и лаборатории появились еще в 1980-х годах. А теперь вы можете приобщиться к высоким технологиям и научиться 3D-печати в домашних условиях. Вам даже не придется значительно уменьшать свой семейный бюджет − 3D-принтеры стоят примерно столько же, сколько обычный смартфон.  У этой технологии печати есть значительные достоинства в сравнении и традиционным способом. Электроника 3D-печати, несмотря на достаточно недавний способ применения, достаточно распространена на рынке. Рассмотрим, как он функционирует, и какие возможности открывает для создателей и любителей DIY.

Зачем применяется 3D-печать?

Этот вид принтера идеально подходит для инженеров. Отпадает необходимость искать деталь или корпус, благодаря использование этого оборудования достаточно просто распечатать их из пластика самостоятельно по своему чертежу. Набор из пяти штук, который не везде помещается? Забудьте об этом беспокойстве.

Принтеры, безусловно, могут помочь при необходимости проведения ремонтных работ различных бытовых приборов. Все мы бывали в ситуации, когда пластиковая деталь ломается и ее приходится выбрасывать − с помощью аддитивной технологии можно легко заменить отдельные нераспространенные детали из пластика.

Если человек не имеет возможности самостоятельно моделировать детали из пластика, вы можете скачать их из сети. В Интернете существует множество порталов, на которых можно найти огромное количество моделей бесплатных и свободно обмениваться ими между пользователями.

Характеристика 3D-принтера

Можно выделить следующие типы 3D-принтеров. Они различаются принципиально по правилам функционирования.

1. Технология направленного плавления (FDM). Наиболее распространенным типом является принтер FDM, который наносит пластик слоями. Он работает с подвижной печатающей головкой, оснащенной элементом для нагревания. Пластик поставляется в виде стержня, расплавляется в жидком состоянии и прижимается к печатному столу. Когда пластик подвергается воздействию потока воздуха, он немедленно затвердевает, и печатающая головка начинает прижимать новый слой к затвердевшему слою.
2. Технология SLA (оборудование для стереолитографии). SLA-принтеры основаны на стереолитографическом методе, при котором используется для печати смола из фотополимера. Она становится твердой под ультрафиолетовым светом. Смола заливается в лоток, а на дно помещается экран с УФ-пикселями. Здесь на несколько секунд отображается нижний слой модели. Смола над экраном застывает в изображенный рисунок и прилипает к специальному подвижному столику над ним.
3. Технология SLS (селективное лазерное спекание). В принтерах SLS используется технология селективного лазерного спекания. В нем используется порошок специального производства. Данный порошок засыпается в оборудование, в котором он обрабатывается лазером, что приводит к затвердеванию. Затем засыпается еще один слой порошка, лазер снова помогает затвердеванию материала, связывая этот слой с предыдущим − и так далее по кругу. Наконец, оставшийся порошок можно посыпать на готовое изделие и снова использоваться.

Каждый из видов 3-D имеет свои плюсы и минусы.

1. SLS-принтеры имеют большие размеры и требуют дорогостоящего сырья. Эти станки часто используются для производства сложных компонентов.
2. SLA-принтеры чаще используются. Экраны из ультрафиолета повышают точность, но их трудно использовать в домашних условиях из-за применения токсичных светочувствительных смол.
3. FDM-принтеры более популярны среди любителей. Материал для него достаточно дешевый. Чтобы напечатать сложную форму с помощью таких принтеров нужно быть осторожным с дополнительными опорами. Однако, у этих типов принтеров медленная печать. Напротив, принтеры FDM достаточно просто применять в домашних условиях.

Порядок подготовки к печати

Организовать процесс от первоначального замысла до готовой детали из пластмассы – достаточно просто и это под силу даже школьнику. Изложим принципы 3-D печати.

Первоначальная модель

Для начала необходимо создать или загрузить 3D-модель детали. Исходная модель обычно хранится в формате STL, описывающая модель детали, как набор треугольников. Однако файл не может быть отправлен непосредственно на принтер. Для качественной печати подробная 3D-модель должна быть сначала разбита на слои, которыми может управлять принтер.

Измельчение или спайсинг

Программное обеспечение для измельчителя моделей (слайсера) практически ничего не требует − достаточно указать какой модели используется оборудование и выполнить настройку печати и указать все необходимые параметры. В соответствии с настроенными параметрами шредер автоматически генерирует специальный код (G-код) для 3-D, который описывает, как следует направлять печатающую головку, какую температуру использовать для нагревания и какую скорость сжимания выбрать, чтобы получить качественную пластиковую деталь. Остается только использовать G-код в принтер и дождаться завершения печати.

Весь процесс моделирования программа иллюстрирует, предоставляя интуитивно понятные подсказки даже для новичков.

Порядок обработки оборудования

После завершения изготовления пластиковой детали, ее обрабатывают наждачной бумагой или химическим разделительным составом. Это позволяет сгладить все шероховатости и придаст изделию законченный вид. В Интернете можно найти несколько советов, которые позволяют уменьшить недостатки узора и улучшить его внешний вид.

Расходные материалы для печати

Качество распечатанного объекта зависит в большей части от исходных материалов. Как упоминалось ранее, в 3D-принтерах FDM в качестве расходных материалов используются пластиковые нити, и есть возможность экспериментировать с различными видами пластика.

Пластик PLA подходит для экструзии и может при использовании температуры нагревания головки, превышающей 190°C, напечатать фигуры сложной формы. Биоразложение PLA очень полезно для окружающей среды, но не очень сильно.

PETG тверже PLA, но также подходит для принтеров при температуре около 200°C. Разновидности ПЭТ известны −  как одноразовые пакетики, так и емкость до газированных напитков.

Пластик ABS прочнее других типов. Однако печать высококачественного материала ABS требует высокой температуры экструзии около 250°C и стола, нагретого до 120°C, и не все модели могут этим воспользоваться.

Пластик HIPS имеют схожие тепловые свойства с ABS, но меньше спекаются, чем ABS, и от них можно легко избавиться с помощью органического растворителя. По этой причине HIPS применяются чаще всего для печати композитных изделий и для поддержки моделей из ABS.

Wood пластики производятся путем применения в качестве добавки древесной муки. Готовое изделие не только выглядит и пахнет деревом.

Катушки из пластика продаются повсеместно. При печати легко выбирать нужные расходные материалы и комбинировать детали с разными особенностями и цветами.

Итоговые выводы

В домашних условиях 3D-печать применять достаточно просто – при применении 3D-принтера можно создать столько деталей из пластика, сколько вы можете себе представить, включая корпуса, макеты и конструкции. При этом в распоряжении также существует огромная коллекция моделей, доступная в сети Интернет. Сломался часть в пылесосе или стеклоподъемнике? Нет проблем! Если у вас есть 3D-принтер в собственности, вы можете импортировать модели из Интернета, несколькими щелчками мыши прогнать их через программу спайсер, а затем отправить на печать. 3D-принтер дает возможность используя литье пластика на заказ заняться предпринимательской деятельностью или просто облегчить себе жизни в ежедневной жизни.