Как работает 3D-принтер: подробный технический обзор процесса печати

Вы технически подкованы и взволнованы 3D-печатью? Или просто хотите понять, как работает 3D-принтер? Оставайтесь — мы провели глубокое исследование процесса и методов производства 3D-объектов.

3D-принтеры используют передовые технологии проектирования и производства 3D-объектов. Принтер работает как струйный, управляется с компьютера. Если интересно, как работает 3D-принтер — погружаемся в детальное руководство.

Настольные 3D-принтеры используют CAD (компьютерное проектирование) на материалах для 3D-печати. Принтер экструдирует расплавленный пластик через микроскопическое сопло.

Технология 3D-печати — послойное наращивание широкого спектра материалов: композиты, пластики, биоматериалы. Послойная технология называется FDM-моделированием или аддитивным производством.

Может ли 3D-принтер напечатать что угодно?

3D-принтер отлично работает с селективной лазерной синтеризацией — аддитивной техникой.

3D-принтер может напечатать почти всё. Но есть ограничения, описанные ниже.

• Есть ли у 3D-принтеров ограничения по печати?

3D-принтеры имеют способность «maker movement» и печатают почти любой объект. Порошковая наплавная технология (powder bed fusion) и 3D-принтер позволяют печатать любой предмет. Можно печатать 3D-деталь по одному слою, используя мелкий порошок или металлический порошок.

Однако ограничение — объем печати (build volume). Чем больше принтер, тем крупнее формы и объемы объектов.

• Программа-слайсер (3D Slicer)

Слайсер — ПО 3D-принтера, загружает информацию 3D-модели в цифровой файл для настольного принтера. Определяет пределы возможностей печати.

Чем продвинутее слайсер, тем лучше модели. Определяет вариативность: больше опций печати.

• Что может напечатать 3D-принтер?

Посмотрев на поперечное сечение напечатанных объектов, оцените уникальность технологии. 3D-принтеры печатают почти любой материал, форму, объект, который вы можете вообразить.

Питаемые порошковой технологией, поперечным сечением 3D-принтеров и стереолитографией (SLA), создают модели, прототипы, выкройки и многое другое.

• Примеры объектов для 3D-печати

Интересно: дом можно напечатать 3D-печатью (технология SLA).

Принтеры печатают кузовные детали авто/судна, коробку для телефона, Tesla Cybertruck, кормушку для питомца. Аддитивное производство дает варианты далеко за этим списком.

Как работает 3D-печать? [Пошагово]

Шаг 1: Создание

Создание черновика/трехмерного цифрового файла объекта — первый шаг. Нужны современные технологии для создания изображений желаемых предметов.

• Проектирование (Design)

Проектирование — важный шаг. Используйте CAD (Computer-Aided Design) для дизайнов быстрого прототипирования в 3D. Профессионалы разных отраслей строят платформы на CAD для 3D-печати с лазерной резкой.

Помимо CAD, много другого ПО для файлов 3D-печати: AutoCAD, Blender, SolidWorks, SketchUp, Photoshop.

• 3D-сканирование (Scanning)

3D-сканирование — альтернатива CAD. Файл для сканирования — распечатанный объект, сканируемый из тысяч изображений из множества цифровых файлов в сети.

Технология 3D-сканирования дает цифровые копии после анализа реальных объектов.

3D-сканирование используется в реверс-инжиниринге профи. Позволяет менять/модифицировать образ после сканирования. Обеспечивает вариативность дизайнов в 3D-проекте.

• Скачивание (Downloading)

Скачивание изображений объектов для 3D-печати — важный аспект создания. Если не хотите проектировать сами — скачайте картинки объектов для лучших дизайнов, сэкономите время.

Известные сайты с платными моделями: Shapeways, GrabCAD, MyMiniFactory, YouMagine.

Шаг 2: Формат STL

Любой файл 3D-печати требует проектирования. STL — самый частый формат. STL = Stereolithography. Историческое название: от первого процесса 3D-печати.

Второй шаг после завершения CAD-дизайна. Выбрав совместимый STL, отправляете образ объекта на принтер.

Формат 3D-печати должен быть спроектирован с учетом процесса печати — тогда заработает на этапе печати.

Шаг 3: Нарезка (Slicing)

Нарезка — процесс разрезания 3D-модели на сотни/тысячи горизонтальных слоев, инструкций для машины. Иначе: перевод 3D-файлов в инструкции принтера.

Нужно правильно настроить принтер для лучшего результата.

• G-код (G-Code)

После нарезки генерируется новый формат — G-код. Язык машины, единственный способ общения с 3D-принтером.

3D-принтеры создают объект на G-коде, экструдируя горячий пластик из сопла с нужными настройками.

Принтер следует CAD-линиям — пути сопла при струйной печати или слоеном наплавлении для модели/объекта.

• Сервис-провайдеры

Можете настроить параметры под свой принтер для правильного кода и упрощения. Знания кодинга не нужны для настройки. Но если нужно — есть профессиональные сервисы.

С нарезкой провайдеры справятся сами.

Шаг 4: Печать модели/объекта

Принтеры состоят из множества сложных подвижных частей. Обращайтесь аккуратно для долгой службы. Большинство не требуют наблюдения во время экструзии.

Автоматически следуют встроенному G-коду. Пока сырье не кончилось и нет программных сбоев, останавливающих систему.

Какие материалы использует 3D-принтер?

Много материалов для 3D-моделей. Чаще всего — ABS и PLA филаменты. Это лишь часть длинного списка поддерживающих материалов.

Часто используемые сырья:

• ABS пластиковые филаменты

ABS — нефтяной термопласт. Большинство моделей из него превосходят по прочности, гибкости, долговечности другие пластики (PLA).

ABS — самый популярный филамент для литья под давлением. Ценится за вариативность сополимеров и легкость обработки — лидер среди инженерных полимеров.

При печати ABS нужны меры безопасности — один из наименее безопасных популярных пластиков.

• PLA пластиковые филаменты

PLA — элитный и популярный филамент. В отличие от ABS, PLA — растительный пластик (полилактид). Кукурузный крахмал — главное сырье.

Дешевле нефтяного ABS, очень прост в использовании. PLA — самый частый натуральный материал в 3D-печати, самый безопасный термопласт для моделей.

PLA предпочтительен для пищевой упаковки вместо нефтяных пластиков (ABS).

• Смола (Resin)

Смола широко используется в 3D-печати и производстве. Помогает охлаждению пластиковых филаментов в аддитивном производстве. Применяется в SLA, DLP, MultiJet, CLIP.

Типы смол: литейная (castable), гибкая (flexible), прочная (tough).

Из-за низкой усадки — во многих применениях. Высокая химическая стойкость — жесткий и тонкий материал.

Сколько стоит использование 3D-принтера?

• Стоимость 3D-принтеров

Цена зависит от факторов. Главные: технология печати, материалы, дизайн и постобработка объекта.

• Технологии 3D-печати

Принтеры основаны на разных технологиях. Покупая, учитывайте технологию для цены принтера и аддитивного процесса.

Технологические элементы: размер принтера, скорость, точность, технология печати.

• FDM технология печати

Базовый FDM-принтер под задачи — от $200. Не сравним с лучшими: нет скорости, точности, точности топовых. Но даст доступ к 3D-печати за очень мало денег.

• Продвинутые технологии печати

Чем сложнее принтер, тем дороже. Пример: SLS-принтер ~$5000. Делает продвинутые процессы, недоступные базовым. Покупайте только для действительно продвинутых задач.

• Стоимость материалов для 3D-печати

Работа принтера зависит от типа пластикового филамента. Выбирая филамент, учитывайте совместимость с принтером и цену.

Цена филамента напрямую влияет на общую стоимость работы. Нефтяные (ABS) дороже биоразлагаемых растительных (PLA).

Дешевле всего материалы для FDM. Термопласты часты в 3D-печати. К счастью, доступны.

Стоимость высококлассных материалов

Материал дорог, если нужны высококлассные FDM-модели. Сложный процесс требует лучших материалов.

Цена растет с технической сложностью и ценностью материала.

Пример: смола для продвинутых принтеров. Материал для PolyJet дороже SLS-полимеров. Разница — вариативность материалов на рынке.

Материалы для SLM и DMLS дороже недавних аналогов.

Заключение

Статья глубоко отвечает на вопрос «Как работает 3D-принтер?» Провели вас через аспекты: объекты, материалы, стоимость.

С этой информацией вы готовы извлечь максимум из 3D-печати и производства.