Введение в 3D печать

В этой статье мы разберемся с 3д печатью. Что это такое? Почему она становится популярной? И какие виды 3д принтеров бывают?

3д печать – это технология, которая позволяет создавать объемные детали методом послойного наплавления материала. Так же такие устройства способны создавать модели крайне высокой сложности гораздо быстрее и качественнее, чем старыми методами типа фрезеровки, литья, токарной обработки. Принтеры делятся на несколько видов: по металлу, строительные, по глине, фотополимерные и FDM.

3д принтеры по металлу, которые печатают металлическим порошком или металлическим прутком посредством выжигания каждого слоя очень мощным лазером. Давайте разберемся в отличиях этих принтеров.

SLM, DMLS, EBM Все эти технологии в качестве сырья используют металлический порошок. В SLM принтерах порошок наносится тонким слоем на всю область печати, после чего внутри камеры, наполненной инертным газом, лазер выжигает рисунок слоя и так повторяется раз за разом, пока модель не напечатается полностью. После печати останется только «откопать» деталь и сдуть с нее лишний порошок. DMLS очень похожа на SLM, но здесь порошок наносится только на печатающийся участок и сразу же приваривается. За счет этого деталь получается немного прочнее. EMB крайне похожа на SLM, но вместо лазера используется электронный луч. Поэтому скорость работы повышается, а прочность увеличивается.

В отличие от токарной обработки и фрезеровки, 3д печать позволяет создавать детали со сложной внутренней геометрией. Так же несомненный плюс – использование одного станка, а не целого набора. Именно поэтому крупные компании отдают предпочтение 3д принтерам. Еще подобные устройства используются для создания форм, которые будут использоваться для литья.

Используются на очень крупных производствах, например Boeing, Ford и Уралвагонзавод.

3д принтеры по бетону имеют конструкцию, похожую на FDM принтеры, только печатающая головка выдавливает жидкий бетон. Таким способом все чаще сооружают небольшие здания, потому что это очень быстро, качественно и дешево.

3д принтеры по керамике и глине. По большей части это все те же FDM, но вся конструкция рассчитана на большие нагрузки, но главное отличие в печатающей голове. В ней все сделано для продавливания пластичной глины, а не твердого прутка пластика. Чаще всего подача осуществляется с помощью давления воздуха или шнека (механическая подача). У каждой системы есть свои плюсы, но механическая подача, по моему мнению, лучше. Она лучше контролирует подачу за счет того, что принтер точно знает, какой объем выдавливается в данный момент времени. А подача с помощью сжатого воздуха является практически отдельной системой и при этом для каждого материала абсолютно разные настройки. Подводя итоги, стоит сказать, что готовых моделей принтеров по глине довольно мало, большинство проектов – частные разработки, так что если захотите собрать подобное устройство, желательно иметь опыт работы с FDM принтерами.

Фотополимерные принтеры печатают специальными смолами, которые отвердевают под действием ультрафиолета. Являются наиболее точными 3д принтерами и используются там, где нужна крайне высокая точность, например стоматология, моделирование и изготовление ювелирных изделий. За это они платят довольно низкими прочностными характеристиками и малой областью печати. Основных видов всего три: SLA, DLP и LCD.

SLA

то самый первый вид фотополимерных принтеров. Засветка ультрафиолетом происходит с помощью лазера, который устанавливается под ванночкой со смолой или над ней. Такие принтеры самые точные и имеют самую большую область печати, однако громоздкие, дорогие и очень медленные. Получается так, что они нужны профессионалам, где нужна максимальная точность, либо большая область печати.

DLP

Такие принтеры работают по такому же принципу, что и предыдущие, но засветка происходит с помощью проектора, который высвечивает каждый слой полностью, то есть один слой — один «кадр». Подобные принтеры довольно быстрые, но используют дорогие комплектующие, то есть подойдут для небольших студий или мастерских, где важна скорость работы.

LCD

Крайне похожи на DLP, однако вместо проектора используют матрицу светодиодов и LCD экран, который и «вырисовывает» каждый слой. Однако они несколько медленнее DLP, потому что светодиоды довольно слабые и времени на каждый слой тратится больше. Несомненный плюс – цена. Подобный принтер можно купить до 200$, а значит они подходят для домашнего хобби (однако стоит учесть токсичность и сильный запах многих смол).

FDM

Самые популярные «домашние» FDM (англ. Fused deposition modeling), которые печатают из пластика, смотанного в катушки в виде нити. Эта технология отличается невысокой стоимостью оборудования и используемых материалов. В каждом подобном принтере есть печатающая головка (хотенд), которая плавит пластик и укладывает его в дорожки. Так же есть три оси, по которым ходит головка, а также электроника (блок питания, материнская плата, драйверы, экран), которая питает все элементы и управляет частями принтера. Именно эти принтеры наиболее популярны в студиях 3д печати из-за своей универсальности. Пластики для этих устройств бывают термостойкие, прозрачные, резиноподобные, износостойкие, водорастворимые, экологически чистые, наполненные стекловолокном, металлическим порошком и еще очень много видов. Так же есть возможность печатать металлическими материалами.

В этом методе используются обычные домашние принтеры, которые печатают специальным пластиком. После печати модель обжигается в печи, где сгорает пластик и остается только металлическая основа. Однако за низкую цену оборудования приходится платить низким качеством готовой детали. Такие модели получаются пористыми, то есть не самые прочные и красивые; имеют большую усадку, что влечет за собой низкую точность получаемой модели. То есть такие принтеры имеют смысл только на мелких производствах при отсутствии средств на более профессиональные решения.

На одном и том же принтере можно печатать разными материалами, выполняющими разные задачи. Например, такая печать используется компаниями intel, msi и АСКОН. И именно в конструкции этих принтеров мы будем подробнее разбираться в последующих статьях.