инструкция как работать с нуля для новичков и чайников, как выглядит

Первое знакомство с 3D-принтером: подробная инструкция для новичка

Трехмерная печать стала все чаще внедряться в нашу повседневную жизнь. Благодаря новым технологиям появилась возможность без особого труда напечатать от маленькой детали до крупного здания. Радует и ассортимент продукции — сегодня можно встретить модельный ряд, включающий как доступные по цене устройства, так и более дорогостоящие. Но как работать с  3D-принтером ? Этот вполне нормальный вопрос возникнет у любого новичка, именно по этой причине постараемся на него ответить максимально просто и доступно.

Что такое 3D-принтер и как он работает?

3D-устройство состоит из самого принтера и компьютера, который управляет всеми процессами. Принцип работы подобной конструкции состоит в создании 3D-моделей путем наложения слоев жидкого материала. Существует большое количество моделей принтеров — от больших промышленных до компактных, но у всех них один принцип работы и составные детали:

• Экструдер — печатная головка, через которую проходит нить. Головка разогревает нить до полужидкого состояния и равномерно подает материал на рабочую поверхность.
• Рабочая поверхность — платформа для печати, на которой формируется 3D-модель.
• Двигатели — механизмы, отвечающие за точность движения и скорость печати.
• Датчики — электронные устройства, которые ограничивают подвижные детали по заданным координатам.
• Рама — конструкция, соединяющая все детали принтера.

Принцип работы 3D-принтера: особенности

Работа с целью построения трехмерной модели начинается с построения эскиза, который создается в специальной программе. После чего ПО самостоятельно формирует план движения печатной головки и последовательность печати. 3D-модель воспроизводится путем сильного нагрева пластика и его равномерного распределения.

3D-принтер применяют во многих сферах. Перечислим некоторые из них:

• Архитектура — создание макетов зданий.
• Медицина — зубное протезирование, изготовление макетов органов для изучения.
• Строительство — изготовление домов по технологии 3D-печати.
• Образование — наглядное пособие для изучения трехмерной печати.
• Автомобилестроение — создание деталей тюнинга, макета прототипов и других изделий.

Это незначительный список отраслей, где активно применяется 3D-печать. Сегодня принтер может себе позволить практически каждый предприниматель и просто увлекающийся человек.

По особенности конструкции выделяют следующие принтеры:

• RepRap — самовоспроизводящие принтеры, способные создавать собственные копии.
• DIY-kit — аппарат приходит в разобранном виде с инструкцией, на сборку которого потребуется достаточное количество времени.
• Готовые — модели доставляются в собранном виде и уже готовые к эксплуатации.
• Коммерческие и промышленные — устройства, способные печатать металлом, бетоном, полимерами и другими материалами.

Как пользоваться 3D-принтером: советы новичкам, с чего начать

Овладеть техникой трехмерной печати — дело несложное, если следовать рекомендациям и советам. Специально для тех, кто планирует постичь азы 3D-моделирования, был подготовлен актуальный список вопросов и подробных ответов на них.

Установка принтера

Для начала вам потребуется аккуратно распаковать коробку и удалить все ограничители. Следующий этап — установление принтера на поверхности при помощи строительного уровня. Это позволит разместить устройство максимально ровно, что обеспечит более качественную печать.

На заметку. В комплект некоторых моделей 3D-принтеров входит уровень для установки.

Далее вам потребуется подключить принтер к компьютеру и установить необходимые драйверы. Диск с программным обеспечением идет в комплекте с 3D-устройством.

Подготовка к работе

Для начала работы необходимо сделать калибровку рабочей поверхности — без этого печать качественных изделий невозможна. Подобный процесс осуществляется автоматически или вручную. В приложенной инструкции есть подробная информация о том, как выполнить калибровку в ручном режиме.

Проверка проходимости экструдера

Следующий важный шаг — настройка экструдера. В первую очередь, вам потребуется проверить его сопло. Если принтером уже пользовались, следует очистить сопло от застывших частиц, которые будут мешать проходимости материала.

Заправка 3D-принтера

После того как экструдер освобожден от застывших элементов, наступает следующий этап — заправка принтера. Нить заправляется в экструдер напрямую с катушки. Но есть один нюанс — для этого необходимо сначала его прогреть. Для заправки нити придется приложить небольшие усилия с целью ослабить прижимной механизм.

Работа с моделями

Создавать модели можно в разных программах, предназначенных для трехмерного моделирования. Процесс изготовления трехмерных деталей — творческий, требующий тщательной подготовки. Чем качественнее и детальнее прорисовать модель, тем лучше на выходе будет 3D-макет.

Начало печати

После создания модели в программе и подготовке принтера к работе необходимо отправить файл на печать и ждать получившийся результат. Скорость печати зависит от модели принтера и его технических характеристик, а также от используемого материала.

Обработка готового изделия

3D-изделия, полученные в результате печати на принтере, обычно не радуют пользователя идеальным внешним видом: детали имеют неровную поверхность. Но это характерно для моделей 3D-принтеров на FDM, SLA- и DLP-устройства отличает более высокое качество печати. Владельцам принтеров FDM отчаиваться не стоит — простая обработка изделий придаст изделиям привлекательный внешний вид и сделает поверхность гладкой.

Несколько действенных способов для последующей обработки напечатанных 3D-деталей:

• Механический — осуществляется методом ошкуривания поверхности наждачной бумагой или специальной губкой для шлифовки.
• Химический — обработка поверхности агрессивными растворителями, такими как ацетон и дихлорэтан.
• Смешанный — в этом случае используются два вышеперечисленных способа обработки.

Какие могут быть ошибки и как их избежать?

Технологию 3D-печати под силу освоить даже новичку, но, несмотря на это, изготовление первых изделий вызывает у пользователя волнение. Простая эксплуатация, подробные инструкции и рекомендации в интернете позволят каждому человеку разобраться практически с любой моделью принтера. Но есть несколько полезных лайфхаков, знание которых поможет избежать типичных ошибок новичков:

• Откалибруйте и протестируйте 3D-принтер перед началом работы.
• Следите за правильным расширением файла для качественной печати.
• Не вынимайте готовое изделие из принтера сразу после его обработки: это может нанести вред детали и спровоцировать появление дефектов.
• При возникновении ошибок в процессе 3D-печати попробуйте перезапустить устройство – чаще всего это помогает.
• Если перезагрузка принтера все же не помогла, попробуйте изменить настройки или введите модель заново.
• При сборке устройств для трехмерной печати четко следуйте приложенной инструкции.
• Используйте только подходящие материалы для вашего 3D-принтера.
• Подписывайтесь на полезные каналы по теме трехмерной печати и читайте статьи.

Следование вышеперечисленным советам позволит вам настроить 3D-принтер, подготовить к его работе и, самое главное, — напечатать первые трехмерные изделия. Выбирайте модель в соответствии с бюджетом и возможностями, а освоить основы 3D-моделирования и получить первые детали будет несложно, если следовать инструкции и рекомендациям.

• 21 марта 2021
• 10024

Получите консультацию специалиста

Как работает 3D-принтер, что можно напечатать на 3D-принтере

3D–принтер — это технология, которая позволяет создавать реальные объекты из цифровой модели. Всё началось в 80-х годах под названием «быстрое прототипирование», что и было целью технологии: создать прототип быстрее и дешевле. С тех пор многое изменилось, и сегодня 3D-принтеры позволяют создавать всё, что вы можете себе представить.

Оглавление:

• Что такое 3D–печать?
• Как работает 3D-принтер?
• Что можно напечатать?

3D-принтер позволяет создавать объекты, которые практически идентичны их виртуальным моделям. Именно поэтому сфера применения данных технологий так широка.

Что такое 3D-печать?

3D-печать — это процесс аддитивного производства, потому что, в отличие от традиционного субтрактивного производства, трехмерная печать не удаляет материал, а добавляет его, слой за слоем — то есть выстраивает или выращивает.

1. На первом этапе печати данные из чертежа или 3D–модели считываются принтером.
2. Далее идет последовательное наложение слоев.
3. Эти слои, состоящие из листового материала, жидкости или порошка соединяются друг с другом, превращаясь в окончательную форму.

При производстве ограниченного количества деталей 3D-печать будет быстрее и обойдет дешевле. Мир 3D-печати не стоит на месте и поэтому на рынке появляется все больше различных технологий, конкурирующих между собой. Разница их заключается в самом процессе печати. Одни технологии создают слои путем размягчения или плавления материала, затем они обеспечивают послойное нанесение этого самого материала. Другие технологии предусматривают использование жидких материалов, обретающих в процессе твердую форму под воздействие разнообразных факторов.

Для того, чтобы что-то напечатать, сначала вам понадобится 3D-модель объекта, который вы можете создать в программе 3D-моделирования (CAD — Computer Aided Design), или использовать 3D-сканер для сканирования объекта, который вы хотите печатать. Есть также более простые варианты, такие как поиск моделей в Интернете, которые были созданы и доступны другим людям.

После того, как ваш проект готов, все, что вам нужно сделать, это импортировать его в Слайсер, программа которая адаптирует модель в коды и инструкции для 3D–принтера, большинство программ с открытым исходным кодом и распространяются бесплатно. Слайсер преобразует ваш проект в файл gcode, готовый к печати как физический объект. Просто сохраните файл на прилагаемой SD-карте и вставьте его в свой 3D–принтер и нажмите печать.

На весь процесс может уйти нескольких часов, а иногда и несколько дней. Все зависит от размера, материала и сложности модели. Некоторые 3D-принтеры используют два различных материала. Один из них является частью самой модели, другой выступает в роли подпорки, которая поддерживает части модели, нависающие в воздухе. Второй материал в дальнейшем удаляется.

Как работает 3D-принтер?

Хотя существует несколько технологий 3D-печати, большинство из них создают объект, наращивая множество последовательных тонких слоев материала. Обычно настольные 3D-принтеры используют пластиковые нити (1), которые подаются в принтер податчиком (2). Нить плавится в печатающей головке (3), которая выдавливает материал на платформу (4), создавая объект слой за слоем. Как только принтер начнет печатать, все, что вам нужно делать, это подождать — это просто.

Конечно, когда вы станете продвинутым пользователем, игра с настройками и настройкой вашего принтера может привести к еще лучшему результату.

Что можно напечатать на 3D-принтере?

Возможности 3D-принтеров безграничны, и теперь они становятся обычным инструментом в таких областях, как инженерия, промышленный дизайн, производство и архитектура. Вот некоторые типичные примеры использования:

Персонализированные (Custom) модели

Создавайте персонализированные продукты, которые полностью соответствуют вашим потребностям с точки зрения размера и формы. Сделайте что-то, что было бы невозможно с помощью любых других технологий.

Быстрое прототипирование

Трехмерная печать позволяет быстро создать модель или прототип, помогая инженерам, дизайнерам и компаниям получить обратную связь по своим проектам за короткое время.

Сложная геометрия

Модели, которые трудно даже представить, могут быть легко созданы на 3D-принтере. Эти модели хороши для обучения других по сложной геометрии интересным и полезным способом.

Снижение затрат

Стоимость деталей и прототипов конечного использования 3D-печати низкая благодаря используемым материалам и технологии. Сокращается время производства и расход материала, так как вы можете многократно печатать модели, используя только необходимый материал.

Как выбрать и купить 3D-принтер? →

3D-печать: что это такое, как это работает и примеры

3D-принтеры могут показаться кадрами из научно-фантастического фильма, но они доказали свою полезность в самых разных отраслях. | Изображение: Shutterstock

Как работают 3D-принтеры?

3D-печать является частью семейства аддитивных технологий и использует те же методы, что и традиционный струйный принтер, хотя и в 3D. Аддитивное производство описывает процесс создания чего-то слоями, непрерывно добавляя материал, пока не будет завершен окончательный дизайн. Этот термин чаще всего относится к литью и 3D-печати.

Для создания трехмерного объекта с нуля требуется сочетание передового программного обеспечения, порошкообразных материалов и точных инструментов. Ниже приведены несколько основных шагов, которые предпринимают 3D-принтеры для воплощения идей в жизнь.

Как работает 3D-принтер?

3D-принтеры относятся к аддитивному производству. 3D-принтеры используют компьютерный дизайн для понимания дизайна. Когда дизайн готов, материал, который можно подавать через горячее сопло или прецизионный инструмент, печатается слой за слоем, чтобы создать трехмерный объект с нуля.

 

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Первым этапом любого процесса 3D-печати является 3D-моделирование. Для максимальной точности — а также потому, что 3D-принтеры не могут волшебным образом угадать, что вы хотите напечатать — все объекты должны быть спроектированы в программном обеспечении для 3D-моделирования. Некоторые конструкции слишком сложны и детализированы для традиционных методов производства. Вот где на помощь приходит программное обеспечение САПР. 

Моделирование позволяет типографиям настраивать свою продукцию до мельчайших деталей. Способность программного обеспечения для 3D-моделирования обеспечивать точность проектирования — вот почему 3D-печать считается настоящим прорывом во многих отраслях. Это программное обеспечение для моделирования особенно важно для такой отрасли, как стоматология, где лаборатории используют 3D-программное обеспечение для разработки элайнеров, точно подходящих для конкретного человека. Это также жизненно важно для космической отрасли, где они используют программное обеспечение для проектирования некоторых из самых сложных частей ракетного корабля.

 

3D-ПРИНТЕРЫ ИСПОЛЬЗУЮТ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И НАРЕЗКИ, ЧТОБЫ УПРАВЛЯТЬ ПРИНТЕРОМ ПРИ СОЗДАНИИ КАЖДОГО ОБЪЕКТА. Видео: Digital Trends

 

Нарезка модели

После создания модели пришло время ее «нарезать». Поскольку 3D-принтеры не могут концептуализировать концепцию трех измерений, как люди, инженерам необходимо разбить модель на слои, чтобы принтер мог создать конечный продукт.

Программное обеспечение для нарезки сканирует каждый слой модели и сообщает принтеру, как двигаться, чтобы воссоздать этот слой. Слайсеры также сообщают 3D-принтерам, где «заливать» модель. Эта заливка придает 3D-печатному объекту внутренние решетки и колонны, которые помогают формировать и укреплять объект. После того, как модель нарезана, она отправляется на 3D-принтер для фактического процесса печати.

 

Процесс 3D-печати

Когда моделирование и нарезка 3D-объекта завершены, наступает время для 3D-принтера. Принтер действует в основном так же, как традиционный струйный принтер в процессе прямой 3D-печати, когда сопло перемещается вперед и назад, распределяя воск или пластикоподобный полимер слой за слоем, ожидая, пока этот слой высохнет, а затем добавляя следующий уровень. По сути, он добавляет сотни или тысячи 2D-отпечатков друг на друга, чтобы создать трехмерный объект.

Материалы для 3D-печати

Существует множество различных материалов, которые принтер использует для воссоздания объекта в меру своих возможностей. Вот несколько примеров:

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС)

Пластик, которому легко придать форму и который трудно сломать. Тот же материал, из которого сделаны LEGO.

Нити из углеродного волокна

Углеродное волокно используется для создания предметов, которые должны быть прочными, но при этом очень легкими.

Проводящие нити

Эти пригодные для печати материалы все еще находятся на экспериментальной стадии и могут быть использованы для печати электрических схем без использования проводов. Это полезный материал для носимой техники.

Гибкие нити

Гибкие нити позволяют создавать гибкие, но прочные отпечатки. Эти материалы можно использовать для печати чего угодно, от наручных часов до чехлов для телефонов.

Металлическая нить

Металлическая нить изготовлена ​​из тонко измельченных металлов и полимерного клея. Они могут быть из стали, латуни, бронзы и меди, чтобы получить истинный внешний вид металлического предмета.

Древесная нить

Эти нити содержат мелкоизмельченный древесный порошок, смешанный с полимерным клеем. Они, очевидно, используются для печати объектов, похожих на деревянные, и могут выглядеть как более светлое или темное дерево в зависимости от температуры принтера.

Процесс 3D-печати занимает от нескольких часов для очень простых отпечатков, таких как коробка или мяч, до нескольких дней или недель для более крупных детализированных проектов, таких как полноразмерный дом.

Сколько стоят 3D-принтеры?

Стоимость 3D-принтеров варьируется в зависимости от размера, специализации и использования. Самые дешевые 3D-принтеры для любителей начального уровня обычно стоят от 100 до 500 долларов. Более продвинутые модели могут стоить от 300 до 5000 долларов. Промышленные 3D-принтеры могут стоить до 100 000 долларов.

 

Процессы и методы 3D-печати

Здесь также представлены различные типы 3D-принтеров в зависимости от размера, детализации и масштаба проекта. Каждый тип принтера будет немного отличаться в зависимости от того, как будет напечатан объект.

Моделирование методом наплавления (FDM)

FDM, вероятно, является наиболее широко используемой формой 3D-печати. Это невероятно полезно для изготовления прототипов и моделей из пластика.

Технология стереолитографии (SLA)

SLA — это тип печати для быстрого прототипирования, который лучше всего подходит для печати сложных деталей. Принтер использует ультрафиолетовый лазер для изготовления объектов в течение нескольких часов.

Цифровая обработка света (DLP)

DLP — одна из старейших форм 3D-печати. DLP использует лампы для получения отпечатков с более высокой скоростью, чем печать SLA, поскольку слои высыхают за секунды.

Непрерывное производство жидкости на границе раздела фаз (CLIP)

CLIP является одним из наиболее быстрых процессов, использующих фотополимеризацию в ванне. Процесс CLIP использует технологию цифрового синтеза света для проецирования последовательности УФ-изображений на поперечное сечение 3D-печатной детали, что обеспечивает точно контролируемый процесс отверждения. Затем деталь запекают в термальной ванне или печи, вызывая несколько химических реакций, которые позволяют детали затвердеть.

Распыление материала

Распыление материала наносит капли материала через сопло небольшого диаметра слой за слоем для создания платформы, которая затвердевает под действием УФ-излучения.

Впрыскивание связующего 

Впрыскивание связующего использует порошковый основной материал, равномерно наложенный вместе с жидким связующим, который наносится через струйные сопла, чтобы действовать как клей для частиц порошка.

Моделирование плавленым напылением (FDM)

FDM, также известное как Изготовление плавленых нитей (FFF), работает путем разматывания пластиковой нити с катушки и пропускания через нагретое сопло в горизонтальном и вертикальном направлениях, формируя объект сразу после расплавления. материал твердеет.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Одна из форм сплавления в порошковом слое, SLS сплавляет мелкие частицы порошка вместе с помощью мощного лазера для создания трехмерной формы. Лазер сканирует каждый слой на порошковом слое и выборочно сплавляет их, затем понижает слой порошка на одну толщину и повторяет процесс до завершения.

Multi-Jet Fusion (MJF) 

Другая форма порошковой сварки, MJF использует подметающую руку для нанесения порошка и руку со струйным принтером для выборочного нанесения связующего сверху. Затем для точности вокруг агента детализации применяется агент детализации. Наконец, тепловая энергия применяется, чтобы вызвать химическую реакцию. Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) также использует тот же процесс, но конкретно с металлическим порошком.

Листовое ламинирование

Листовое ламинирование связывает материал в листах под действием внешней силы и сваривает их вместе с помощью послойной ультразвуковой сварки. Затем листы фрезеруются на станке с ЧПУ, чтобы сформировать форму объекта.

Направленное нанесение энергии

Направленное нанесение энергии широко распространено в металлургической промышленности и осуществляется с помощью устройства 3D-печати, прикрепленного к многоосевой роботизированной руке с соплом для нанесения металлического порошка. Порошок наносится на поверхность и источник энергии, который затем расплавляет материал, образуя твердый объект.

Как работают 3D-принтеры?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 5 февраля 2023 г.

Даже лучшие художники изо всех сил стараются показать нам, что представляют собой объекты реального мира. выглядеть во всей своей трехмерной (3D) красе. Большую часть времени это не имеет значения — просмотр фотографии или эскиза дает нам достаточно хорошая идея. Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: моделью, которую можно потрогать, подержать и чувствовать. Единственная проблема в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут делать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). [1] Ура, тогда на 3D-принтеры

, которые немного работают как струйные принтеры, и создавать 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость. [2] Как именно они работают? Давайте поближе!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка 3D-принтера Invent, медленно, слой за слоем, выстраивая объект, распыляя расплавленный голубой пластик из точно движущегося сопла. Фото капрала. Джастин Апдеграф, любезно предоставленный Корпусом морской пехоты США.

Содержимое

1. От прототипов ручной работы к быстрому прототипированию
2. Как работает 3D-принтер?
3. В: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? О: АБС-пластик!
4. Преимущества и недостатки
5. приложений
   • Медицина
   • Аэрокосмическая промышленность и оборона
   • Визуализация
   • Индивидуальные продукты
6. Будущее 3D-печати
7. Узнать больше

От прототипов ручной работы к быстрому прототипированию

Прежде чем появились такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеенные из маленьких кусочков картона или пластика.

Они могли взять дней или даже недель, чтобы сделать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или изменений было трудным и трудоемким, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и которые могут помешать дизайнерам вносить улучшения или принимать комментарии в последнюю минуту на борту: «Слишком поздно!»

Фото: Качественный быстрый прототип космического самолета, сделанный из воска из чертежа САПР НАСА. Фото предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

С появлением более совершенных технологий, идея под названием для быстрого прототипирования (RP) возникла в 1980-х годах. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно в течение нескольких часов или дней. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование. [3] 3D-печать — логическое продолжение этой идеи, в которой дизайнеры продуктов делают свои собственные быстрые прототипы, в часы, используя сложные машины аналогично струйным принтерам.

Как работает 3D-принтер?

Фото: Типичный 3D-принтер среднего класса от Stratasys (это uPrint SE Plus). Фото Джона Дж. Мура предоставлено армией США и DVIDS.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Вы бы начните с блока твердого дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая предмет, «спрятанный» внутри. Или если вы хотели сделать архитектурную модель дома, вы бы построили это как настоящий, сборный дом, наверное, путем вырезания миниатюры копии стен из картона и склеивание их между собой. Теперь лазер может легко вырезать дерево по форме, и это не выходит за рамки сферы возможностей научить робота склеивать картон вместе, но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер, управляемый с компьютера. Он строит 3D-модель по одному слою за раз, начиная с снизу вверх, многократно печатая одну и ту же область методом, известным как моделирование осадконакопления методом плавления (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D-CAD. разбивка на множество двумерных, поперечных слои — эффективно разделяйте 2D-отпечатки, которые расположены один поверх другого. другой, но без бумаги между ними. Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накопится слишком много объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и соединяет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолетового излучения.

Работа: Один из первых в мире трехмерных FDM-принтеров, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне напечатана модель (розовая, 40). на базовой пластине (темно-синий, 10), которая перемещается в горизонтальном (X–Y) направлении, а печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении. Сырье для печати поступает из пластикового стержня (желтый, 46), расплавляемого печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается сжатым воздухом из большого бака и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним. Произведение из патента США 5 121 329.: Устройство и метод создания трехмерных объектов С. Скоттом Крампом, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

В: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? О: Пластик!

В то время как струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете создать 3D-модель, набрасывая цветную воду или черную пыль! То, что вы можете моделировать, это пластик.

3D-принтер, по сути, работает путем выдавливания расплавленного пластика через крошечное сопло, которое перемещается точно под компьютером. контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера вы получаете либо потрясающе выглядящую 3D-модель, либо множество 2D-линий пластика, грубо наложенных друг на друга — как глазурь для торта с плохим контуром! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot. Вы можете увидеть маленькую катушку из необработанного красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует много типов пластика, каждый из которых отличается как химически (по своему молекулярному составу), так и физически (по своему молекулярному составу). как они ведут себя по отношению к теплу, свету и так далее). Неудивительно, что 3D-принтеры используют термопласты (пластики, которые плавятся при нагревании и затвердевают при повторном охлаждении), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо PETG (полиэтиленгерефталатгликоль ).

Возможно, наиболее известный как материал, из которого изготавливаются кубики LEGO®, АБС-пластик также широко используется в салонах автомобилей (иногда и в наружных деталях, таких как колпаки), для изготовления внутренностей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (это довольно скорее всего, мышь и клавиатура, которыми вы сейчас пользуетесь, изготовлены из АБС-пластика). Так почему же этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это композит из жесткого пластика (акрилонитрила) с синтетическим каучуком (бутадиен-стирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре немногим более 100°C (220°F), что является достаточно прохладным, чтобы плавиться внутри принтера без перегрева, и достаточно горячим, чтобы модели, напечатанные из него, не выдержали. не тают, если их оставить на солнце. После затвердевания его можно отшлифовать до гладкости или покрасить; Другое полезное свойство АБС заключается в том, что в необработанном виде он имеет беловато-желтый цвет, но можно добавить пигменты (цветные химические вещества в краске), чтобы сделать его практически любым цветом. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик либо в виде небольших гранул, либо в виде нитей (например, пластиковых струн).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более безвреден для окружающей среды, хотя он мягче и менее долговечен. PETG — это промежуточный вариант, он ближе по прочности к ABS, легко формуется и относительно легко перерабатывается.

Вам не обязательно печатать в 3D пластиком: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и схватывается. В июле 2011 года исследователи из Эксетерский университет Англии представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты с помощью расплавленного шоколада!

Дополнительная литература

• Полимеры для 3D-печати: методы, свойства и характеристики Джоанны Издебской (ред.). Эльзевир, 2022.

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator™ — типичный недорогой 3D-принтер для самостоятельной сборки. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов. Принтеры B9 теперь поставляются в готовом виде по цене от 10 000 до 25 000 долларов. ценовой диапазон. Фото предоставлено Windell H. Oskay, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. по лицензии Creative Commons.

Производители 3D-принтеров утверждают, что они работают в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы в течение нескольких часов, а не дней. Хотя 3D-принтеры высокого класса по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов США), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а машины значительно дешевле. также доступны (вы можете купить комплектные принтеры всего за несколько сотен долларов). [4] Они также достаточно малы, безопасны, просты в использовании и надежные (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как дизайнерские/инженерные школы).

С другой стороны, отделка производимых ими моделей обычно уступает тем, которые производятся на машинах RP более высокого класса. Выбор материалов часто ограничивается одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере, может быть лучше для грубых, ранних визуализаций новых продуктов; более сложные машины RP могут использоваться позже в процессе, когда проекты ближе к завершению и такие вещи, как точная поверхность текстура важнее.

Фото: высокопроизводительный жидкометаллический 3D-принтер Xerox ElemX, разработанный для печати новых или замены металлических компонентов с использованием алюминиевого сплава. Фото Ленни Уэстона предоставлено ВМС США и DVIDS.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос «Как сколько способов вы можете использовать фотокопировальный аппарат?» Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределом является точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена более 30 лет назад. но по-настоящему он начал набирать обороты только в последние пару десятилетий. [5] Большая часть технологий все еще относительно нова; даже в этом случае область применения 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: Пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr с разрешения US NIH Image Gallery и 3D Print Exchange.

Жизнь — это путешествие в один конец; подверженные ошибкам, стареющие люди со складками, рушащиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания замещающих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать. У нас уже есть видел напечатанные на 3D-принтере уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мышцы (из Корнельского университета). 3D принтеры есть также использовался для производства искусственных тканей (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожи (в партнерстве косметических гигантские L’Oreal и Organovo). Хотя мы далеки от того, чтобы иметь полные 3D-печатные замещающие органы (такие как сердце и печень), дело быстро движется в этом направлении. Один проект, известный как тело на чипе, находится в ведении Института регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине. печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет с помощью своего рода искусственной крови.

Помимо замены частей тела, 3D-печать все чаще используется для медицинского образования и обучения. В детском саду Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операции на Реплики детских сердец, напечатанные на 3D-принтере. В другом месте то же самое техника используется для репетиций операций на головном мозге.

Авиакосмическая и оборонная промышленность

Проектирование и испытания самолетов — дело сложное и дорогое: Боинг Внутри Dreamliner находится около 2,3 миллиона компонентов! Хотя компьютерные модели могут быть использованы для проверки довольно многих аспектов того, как самолеты поведение, точные прототипы все еще должны быть сделаны для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать — это простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в больших количествах, военные самолеты, скорее всего, будут сильно настроены, а 3D-печать позволяет проектировать, тестировать и производить малосерийные или единичные детали как быстро и рентабельно.

Фото: ВМС США тестируют 3D-принтеры на кораблях с один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самостоятельным, с меньшей потребностью носить с собой запасные части и материалы, особенно в военное время. Это напечатанное на 3D-принтере подводное беспроводное зарядное устройство. типичные объекты, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера предоставлено ВМС США.

Космические корабли еще сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «изготавливаются» в крошечных количество — иногда только один когда-либо сделан. Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может сделать многое больше смысла в 3D-печати одноразовых компонентов. Но зачем даже делать космические части на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов), использующих 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные части), вдали от Земли, всякий раз, когда они им нужны. Но даже обычные космические проекты, созданные на Земле, могут извлечь выгоду из скорость, простота и низкая стоимость 3D-печати. Последний, поддерживающий человека NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере с помощью Stratasys.

Фото: Запчасти и ремонт не проблема. Крупный план 3D-принтера Lulzbot Taz 6, используемого для изготовления запасных частей на борту военного корабля США. Фото Кристофера А. Велоиказа предоставлено ВМС США и DVIDS.

Визуализация

Изготовление прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое использование 3D-печати: визуализация того, как новые проекты будут смотреть в трех измерениях. Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что они могут видеть и трогать. 3D-принтеры все чаще используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы не можем (пока) 3D печатать материалы таких как кирпич и бетон, существует широкий спектр пластиков доступны, и их можно покрасить, чтобы они выглядели как реалистичное здание заканчивается. Точно так же 3D-печать сейчас широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Так как многие повседневные вещи лепятся из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похоже на готовый продукт — идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Индивидуальные продукты

От пластиковых зубных щеток до оберток от конфет — современная жизнь здесь-сегодня, уехало-завтра — удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят готовое массовое производство. именно поэтому так популярны дорогие «дизайнерские лейблы». в будущем, многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, высоко персонализированные продукты, изготовленные на заказ в соответствии с нашими точными требованиями. Спецификация. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже в 3D-печати. Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, несколько лет назад стартап под названием Заззи попытался повторить что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам, таким как Shapeways, каждый может сделать свои собственные безделушки на 3D-принтере, либо для себя, либо для продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Индивидуальные продукты» — это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: пища, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию. Готовка требует времени, умения и терпения, ведь приготовление аппетитного Еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большую часть пищи можно экструдировать (выдавливать через сопла), ее можно (теоретически) также могут быть напечатаны в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Ученые Лаборатории игриво напечатали странные объекты из сахар. В 2013 году Нью-Йорк Таймс обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатайте всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в В процессе он случайно наткнулся на работу Хода Липсона из Корнельского университета, кто верит, что когда-нибудь еда может быть напечатана на 3D-принтере лично, чтобы соответствовать точные потребности вашего тела в питании. Что плавно переносит нас в будущее…

Фото: Теоретически вы можете создавать 3D-принтеры из любого сырья, которое вы можете использовать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных сахарным песком. «CandyFab 4000» (взломанный старый плоттер HP) всегда интересным народом в Evil Mad Scientist Laboratories. Фото предоставлено Уинделлом Х. Оскеем, www.evilmadscientist. com, опубликовано на Flickr в 2007 г. по лицензии Creative Commons.

Будущее 3D-печати

Многие люди считают, что 3D-печать станет не просто приливной волной дерзких пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой она управляет. Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяют нам делать наши собственные вещи, есть ограничение того, что вы можете сделать самостоятельно с дешевым принтером и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды, скорее всего, появятся, когда 3D-печать повсеместно применяется крупными компаниями в качестве основного опора обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей для настройки существующих продуктов, поэтому доступность готового массового производства будет в сочетании с привлекательностью уникального, сделанного на заказ ремесленного ремесла. Во-вторых, 3D-печать — это, по сути, роботизированная технология, поэтому она снизить себестоимость производства до такой степени, что однажды опять же, быть рентабельным для производства товаров в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время дешево собирают (плохо оплачиваемые люди) в таких местах, как Китай и Индия.