Як працюють 3D принтери

Історичний екскурс

Предком тривимірного моделювання прийнято вважати компанію Charles Hull. Ще в кінці 80-х розробники продемонстрували друк на 3D принтері, представивши перший у світі друкуючий пластиком агрегат. Сьогодні прототипування розвивається такими темпами, що можна надрукувати на 3D принтері практично з будь-якого матеріалу (паперу, тканини, металу, продуктів і навіть живих клітин) найрізноманітніші моделі.

Хто такий?

Друкуючий пластиком верстат складається з корпусу, напрямних для голівки екструдера, самого екструдера, робочої поверхні, крокових двигунів і електроніки. Для проєктування моделей використовується спеціальне програмне забезпечення для 3D принтера. Пальму першості серед різноманітних друкованих матеріалів тримають фотополімерна смола і термопластик.

У побутовому використанні великим попитом користується FDM і SLA-технологія. У першому випадку друк здійснюється планомірним нашаруванням пластику, а в другому — фотополімерна смола застигає під впливом променів лазера.

FDM-технологія (Fused Deposition Modeling)

Найпопулярнішою, як серед аматорів, так і професіоналів, вважається технологія пошарового наплавлення (FDM). Зазвичай, друк здійснюється за допомогою ABS і PLA пластиків, якість яких дозволяє отримати міцні і термічно стійкі вироби.

Щоб зрозуміти, як працює 3D принтер, не знадобитися багато часу. Перед запуском друкарської машини, в 3D-редакторі, наприклад 3DsMax або SolidWorks, розробляється цифровий 3D-модель, а потім в слайсері (спеціальний тип для підготовки створеної моделі перед відправкою на друк) генерується G-code, задає команди електроніці. Далі в екструдер заводиться нитка друкованого матеріалу, іменованого філамент, яка після розплавлення нагрівальним елементом видавлюється через сопло (їх може бути кілька) на робочий стіл — платформу.

Задана електронікою робота екструдера може мануально коригуватися по швидкості і температури нагріву. Швидкість роботи принтера впливає на якість готового виробу: чим нижче швидкість, тим рівномірніше поверхню виробу. Температура екструдера і робочої поверхні встановлюється залежно від обраного матеріалу, наприклад, для PLA пластику не потрібна висока температура нагріву, а ABS веде себе податливі на більш високих температурах.

Після того, як виставлені всі параметри і прогріта робоча пластина, екструдер починають промальовувати шари об'єкта, рухаючись по заданому маршруту. В процесі друку в одних принтерах на товщину шару поступово піднімається головка екструдера, у інших — опускається робоча поверхня. Для виготовлення складних моделей або конструкцій з висячими в повітрі елементами, необхідно друкувати опори і підкладку. Зазвичай, для цього вдаються до спеціального матеріалу — HIPS, який можна розчинити водою або легко відокремити від конструкції.

Основні характеристики 3D принтера

Домашній друкуючий верстат послужить не тільки в розважальних цілях, але і стане хорошим помічником у господарських справах. Щоб друк на 3d принтері завжди радувала око, вибираючи пристрій, необхідно враховувати ряд основних характеристик. Перше, на що варто звернути увагу — корпус принтера. Існують моделі з відкритою і закритою камерою. Закрита камера дасть змогу уберегти деталь від перепадів температури і попередить викривлення деталі при тривалій друку.

Роздільна здатність друку

Під поняттям роздільна здатність друку мається на увазі мінімальна висота одного шару. Чим вона менша, тим рівніше буде поверхню виробу, проте печатка тонким шаром займе набагато більше часу. Стандартне значення діаметра сопла — 0.4 мм або 400 мкм.

Область друку

Один з найбільш важливих показників, оскільки можливий розмір виробу безпосередньо залежить від області друку. Вимірюють цю зону по ширині, висоті і довжині, представляючи умовний паралелепіпед. «Золотий стандарт» у FDM-друку — розміри друкованої області дорівнює 200х200х180 мм.

Швидкість друку

Швидкість друку відповідає за точність. Швидкість побудови моделі буде набагато якісніше на невеликих швидкостях, але такий режим роботи передбачає велике навантаження на всі елементи 3D принтера.

Робоча поверхня

Для друку ABS пластиком необхідно вибирати тільки моделі з підігрівом столом, оскільки він забезпечує максимальну адгезію моделі, даючи змогу уникнути викривлення. PLA пластик не потребує підігріві платформи і добре показує себе в моделях з підігрівом столом.

Виробник

На вітчизняному ринку можна зустріти принтери європейського та американського походження, але, незважаючи на якісну зборку і функціональність, їх вартість часто завищена. Сервісне обслуговування заморських пристроїв клопітно, оскільки знайти деталі вельми проблематично. Непогані варіанти пропонують майстри з Піднебесної, але якість і довговічність китайських пристроїв часто залишає бажати кращого. Для побутових цілей непоганим варіантом стануть принтери вітчизняного виробництва. Ці машини здатні задовольнити потреби як початківця, так і досвідченого користувача, а витратні матеріали і деталі завжди в наявності за доступною ціною.

Вибираючи 3D принтер, необхідно чітко розуміти для яких цілей він вам потрібен. Якщо потреби обмежуються розвагою або навчанням дітей, невеликого принтера зі скромною областю друку і одним екструдером цілком достатньо. Якщо покупка 3D машини викликана бізнес-планом чи є необхідність у великих об'ємах друку, то варто розглядати пристрої з великою областю друку, двома (трьома) екструдерами і потужним блоком живлення (чим потужніший блок живлення, тим швидше нагрівається робоча поверхня і екструдер).