Принцип действия 3D-принтера

Технология трехмерной печати появилась не так давно, но сейчас ею мало кого удивишь. 3D-принтеры все чаще стали применяться не только на крупных предприятиях, но и для личных целей. Несмотря на то, что методика доступна уже несколько лет, не всем понятно, как работают эта техника. Ознакомимся с особенностями 3D принтера, устройством и принципом работы. Чтобы разобраться в вопросе, следует понять, что вообще собой представляет это приспособление.

История возникновения

Первые упоминания были еще в 80-х годах 20 века, но в то время компьютерные технологии развивались слабо, поэтому разработки объемной печати были «заморожены». Массовое продвижение началось с 2005 года – именно тогда возможности ПК начали активно совершенствоваться. Тогда публика увидела трехмерный принтер, причем цветной. С тех пор инструменты менялись: разрабатывали обновленное ПО, позволяющее контролировать выполнение задачи. В итоге был создан полноценный 3D-печатник, которому под силу «изготовить» чехол для смартфона или любую другую вещь, вплоть до аналогичной.

Преимущества

Появилась разработка не так давно. Сперва она была слишком дорогой для широкого потребления. Но время идет, и ситуация изменилась. На полках магазинов все чаще встречаются эти изобретения. Среди их достоинств отмечают:

  • экономичность. Конечно, речь идет не о крупномасштабном проекте, где нужно собрать множество компонентов. Но, к примеру, для изготовления прототипов или небольших тиражей – отличное решение;
  • скорость производственного цикла. Привычные методы производства занимают дни и недели. Для современных может потребоваться всего несколько часов;
  • качество. На любом крупном предприятии действует контроль качества. В случае с описываемой технологией все обстоит куда проще – нет травм на станках, рабочий процесс автоматический и так далее;
  • количество отходов. В 21 веке встал вопрос об экологическом загрязнении планеты. Последнему способствуют нынешние методы производства. Поэтому на замену, хоть и частичную, пришли 3Д-технологии.

 

Что представляет собой

Что представляет собой

Это агрегат, формирующий физические объекты. «Строятся» они путем последовательного накладывания слоев. Достаточно смоделировать желаемое на компьютере.

В наши дни есть не так много разновидностей, работающих с различными расходными веществами. Подобное воссоздание позволяет делать механизмы и компоненты, выдерживающие большие нагрузки. Что до эксплуатации, напечатанные детали не уступают тем, которые были произведены привычным методом. Несмотря на разнообразие, принцип работы 3D принтера един. Сперва выделим, из каких компонентов он состоит.

Устройство

Эти механизмы схожи со своими 2D-аналогами. Отличие в том, что продвинутые, современные установки, печатают ощутимые вещи, те, к которым можно притронуться. Помимо стандартных «длины» и «ширины» учитывается «глубина». Внутренняя компоновка едина и включает следующие компоненты:

  • экструдер. Отвечает за нагрев и выдавливание вязкого пластика;
  • платформа, на которой проводятся работы;
  • мотор;
  • фиксаторы. Так называют датчики, контролирующие процесс (не дают «выскочить» за пределы рабочей зоны);
  • рама;
  • картезианский робот, двигающийся в трех осях.

Как работает

Перейдем к главному. Общий принцип действия 3D принтера не сложен. Все начинается с программы 3D-моделирования, где «собирается» будущий предмет (при большом размере его «собирают» по частям). После файл обрабатывают особым алгоритмом, формирующим G-код. Он содержит цифровую модель где обозначены горизонтальные дорожки (определяют «маршрут» каретки). Таким образом, послойно, поверх основания размещается гибкое (размягченное) вещество, пока «сборка» не будет завершена.

На данный момент существует семь способов трехмерной распечатки. Многие из них актуальны лишь в промышленности. Для любительского применения или малого бизнеса востребованы более простые и компактные устройства. Среди них:

  • Fused Deposition Modeling. Так называются FDM-принтеры. Наиболее распространенный тип для объемного моделирования. Расходник в первую очередь подогревается, далее подается на площадку, проходя через сопло экструдера. Таким образом создается объект, габариты которого зависят от размеров и параметров площадки. Печать этого вида реализует типография в Воронеже – winnerprint.ru;
  • Polyjet. Разработанная в 2000 году технология, сейчас принадлежащая компании Stratasys. Принцип работы 3D принтера этого образца следующий: трехмерные элементы создаются в результате полимеризации фотополимера, на который действует ультрафиолетовое излучение. Сам фотополимер относится к дорогим и хрупким видам пластика, поэтому в быту оборудование почти не встречается. Тем не менее, они обеспечивают точную детализацию моделирования, поэтому востребованы в сферах медицины и промышленности.

Есть и другие способы, но бытовыми их не назовешь.

Как управляют принтером и какое ПО используют

Большинство рабочих процессов управляются компьютером:

  • температура сопла;
  • с какой скоростью должна подаваться пластиковая нить;
  • функционирование мотора.

Сейчас базовая система классической разновидности – Arduino (имеет открытую архитектуру). Рабочую программу подбирают отталкиваясь от модели техники. По рекомендациям производителей, использоваться должно лишь официальное ПО.

Характеристики принтеров

Ключевой параметр – разрешение. Это минимально допустимая высота печатаемого слоя. Единица обозначения – микрометр (0,001 мм). Толщина влияет на конечный вид объекта. Если слой тонкий, то переходов практически не будет видно, а предмет получится гладким и более выразительным.

Чрезмерно тонким он тоже не должен быть, так как это увеличит время, необходимое для распечатки. Также это повысит нагрузку, приводя к преждевременному износу.

От чего зависит разрешение:

  • технология;
  • точность;
  • выбранный материал;
  • настройки ПО.

Еще одна важная характеристика – рабочий объем. От этого зависит допустимая конечная величина подделки. То есть это зона, куда «дотянется» печатающая головка. Она, в свою очередь, работает в трех плоскостях. Размеры объема выражаются в цифрах: длина, ширина и высота (измеряются в мм). При этом область выглядит как воображаемый параллелепипед. Есть модели с «цилиндром» (обозначается диаметром и высотой).

Также встречается понятие «поддерживающие конструкции». Оборудование печатает снизу-верх, «опираясь» на платформу. Чтобы создать деталь «в воздухе», необходима основа, поверх которой будут накладываться слои. В этом случае образовываются поддерживающие конструкции (прутья, идущие от рабочей поверхности до необходимой детали). По окончании манипуляций излишки, служащие поддержкой, удаляются.

Где применяется

Сфер достаточно: от создания непрофессиональных подделок до бизнеса. Методика сразу приглянулась студентам-архитекторам и предпринимателям. Что можно:

  • проектировать и создавать, например, крышки, рукоятки, шестеренки и так далее. Не так давно начали выпускать автомобильные комплектующие;
  • Делать уникальные эксклюзивные сувениры, аксессуары и копии искусства. Например, Фемида из гипса, высотой в 30 см, обойдется дороже, по сравнению с точной копией;
  • сканировать в трех плоскостях и, на основе данных, копировать дубликат;
  • проектировать новые аппараты, мебель, инсталляции и многое другое.

Ювелирная промышленность, дизайн, архитектура, проектирование – это не полный перечень сфер, где актуальна объемная печать.

Не так давно в качестве расходного материала использовался только пластик. Сейчас перечень расходников вырос. Основанием, к примеру, может служить имитация натурального дерева. Материалом работы не обязательно должен быть полимер – подойдет и нейлон. Дизайнерам приглянулась эта идея, в результате чего на свет начали появляться целые коллекции одежды.

«Пластиковая распечатка» популярна среди коллекционеров – с легкостью дублируются модели автомобилей, предметы искусства и много другое.

Заключение

3D-печать — это перспективная технология, которая постепенно будет набирать обороты. Особенно если учесть, что наряду с пластиком, используются и другие расходные материалы. В статье рассмотрели кратко принцип работы 3Д принтера, его особенности и области применения. Конечно, цена, минимум в 30000 рублей способна отпугнуть покупателей, но покупка считается выгодной, если приносит собой прибыль или развивает навыки.