4 необходимые вещи для начала работы с 3d-принтерами

Зачем?

Первое, что нужно для себя понять — а зачем, собственно, нужен 3D-принтер? Что мы хотим — просто развлекаться и создавать модели и макеты? Использовать принтер для ведения бизнеса? Воплощать творческие фантазии? Бизнес, конечно, оценил 3D-печать давно: такие мировые промышленные гиганты, как Airbus, Boeing, General Electric, Ford, Siemens, NASA используют их постоянно; и это не говоря уже об инженерах, ученых, медиках и огромном количестве мелких предпринимателей.

Дома 3D-принтер открывает широчайшие возможности использования и применения своей фантазии, и поскольку самые дешевые модели стоят от 20 тыс. рублей и выше, они доступны практически каждому человеку с компьютером.

Применений на самом деле можно найти массу. Кто-то задумает сделать себе стол с макетами, воссоздающие какую-нибудь область реально существующую или фантастическую (скажем, поверхность планеты из «Звездных войн»). Кто-то напечатает себе солдатиков и вспоминает детство. А кто-то печатает паззлы детям, придумывая все новые и новые варианты. К тому же можно создать работоспособный макет чего-то более сложного.

А один индивидуум вообще напечатал себе пластиковый и полностью работоспособный пистолет, который не виден на металлодетекторах. В связи с этим законники некоторых стран уже начинают беспокоиться на тему срочного внесения поправок в соответствующие законы, дабы не превратить новую технологию в оружие массового уничтожения (хотя Форд тоже не отвечал за то, что кто-то совершал ограбления, пользуясь его машинами).

В общем, резюмируя, можно выделить несколько основных преимуществ 3D-принтеров: домашнее творчество, использование более сотни различных типов материалов (не только огромное количество самых разнообразных пластиков и полимерных смол, но и металлы, бумага, керамика, ткань, пищевые продукты, соль, лунный и марсианский грунт и даже живые клетки!), универсальность и снижение трудоёмкости (один принтер может заменить несколько сложных агрегатов), простота в использовании (об этом мы поговорим далее), экономичность, быстрота создание объектов и гибкость технологии.

Кстати, в сферу применения можно включить и медицину: инновационная биомедицинская печать сможет предложить в ближайшем будущем искусственные органы и ткани тела, а сегодня уже можно печатать протезы и хирургические имплантаты.

Типовая конструкция 3d-принтера

Индустрия 3D-печати переживает в настоящий момент этап бурного роста и развития, что привело к тому, что на сегодняшний день на рынке присутствует крайне широкая и весьма пестрая гамма образцов оборудования: от любительских принтеров, собранных своими руками в единичном экземпляре из подсобных деталей и элементов, до промышленных образцов, способных создавать высокоточные копии объектов с весьма сложной геометрией.

В целом, устройство 3D-принтеров на самом деле не очень сложное. Главные проблемы при изготовлении принтеров – обеспечить точность сборки и дальнейшей точности позиционирования по всем осям для экструдера, чтобы обеспечить качество печати.

Для того чтобы представить типовую конструкцию 3д-принтера рассмотрим самую распространенную (в настоящее время) технологию объемной печати – FDM (метод послойного наплавления).

Типовая конструкция 3D-принтера печатающего по методу послойного наплавления (FDM). (Визуализация: 3D Today)

3d-принтер состоит из:

Корпус, играющий роль скелета для монтажа конструкционных элементов;
Направляющие, осуществляющие сравнительно свободное перемещение печатающей головки в заданном пространстве;
Печатающая головка (экструдер) – группа частей, которая выполняет подачу, нагрев и вытеснение (экструзию) расходного материала через сопло на рабочую поверхность;
Шаговые двигатели – элементы конструкции 3д-принтера, отвечающие за равномерное перемещение печатающей головки в заданном пространстве;
Рабочий стол – строительная платформа 3D-принтера, на которой и осуществляется непосредственное создание трёхмерного объекта;
Электроника – набор элементов, отвечающий за управление и координацию действий принтера в процессе печати.

Подробнее остановимся на некоторых (наиболее важных) элементах базовой конструкции 3д-принтера.

Экструдер (печатающая головка) 3d-принтера

Наиболее важный элемент конструкции данного вида оборудования. Экструдер 3д-принтера – это узел, который обеспечивает подачу расплавленного пластика в рабочую зону аппарата. На сегодняшний день уже имеется огромное количество различных конструкторских решений.

В частности, имеются образцы оборудования оснащенные сменными соплами различного диаметра. Также есть варианты принтеров с двумя экструдерами в конструкции. Такие образцы способные печатать двумя цветами или осуществлять печать поддержек растворяемым пластиком PVA или HIPS.

Обслуживание экструдера 3д-принтера состоит в его очистке снаружи от налипших в процессе печати кусочков пластика. Иногда, обычно при работе с некачественными расходными материалами, сопло экструдера может довольно сильно засоряться – в этом случае приходится проводить его чистку.

Рабочий стол 3д-принтера

Стол может быть как нагреваемым, так и без такового. Для калибровки стола применяются либо автоматические приводы (автоматическая калибровка) или подпружиненные болты (ручная регулировка). Покрыт обычно стеклом, хотя есть варианты 3д-принтеров и с перфорированной платформой. Для нагреваемого стола еще добавляется и нагреваемый элемент.

Обслуживание данного элемента конструкции заключается в его калибровке и регулярной чистке поверхности.

Электроника и управление

Плата управления может находиться в корпусе. Большинство 3d-принтеров имеют плату на основе RAMPS. Но есть и варианты со своими решениями. Обычно достаточно проверять работает ли кулер охлаждения (если он необходим в данной конструкции).

Что касается экрана управления 3д-принтером, то он, следует отметить, присутствует отнюдь не на всех моделях данной категории оборудования. Обычно он есть там, где есть возможность печатать с SD карты.

3D Slash

И снова программа для начинающих, но в 3D Slash создание модели строится по другому принципу, если сравнивать с другими редакторами. Здесь вы словно играете в конструктор, складывая объекты из блоков или, наоборот, удаляя из объекта ненужные части по тому же принципу. Для этого предусмотрен ряд инструментов — резак, дрель, молоток и др.

В 3D Slash используется принцип поблочного строительства модели

Таким образом можно создавать интерьерные модели — их легко раскрашивать, накладывать текстуры, текст и т.д. А вот со сложными задачами наподобие создания скульптур 3D Slash не справится.

Еще одна особенность программы — возможность создать трехмерный логотип или 3D-текст. Для этого есть очень простой инструмент: надо импортировать нужное лого либо ввести текст, а программа сама превратит их в трехмерные.

Приложение полностью бесплатное и, что немаловажно, поддерживает онлайн-версию для браузера. Правда, русский интерфейс в ней не предусмотрен

Как?

Предположим, вы купили себе 3D-принтер, он стоит и занимает места примерно столько, сколько обычный принтер (или, скорее, МФУ), и далее нужно создать в специальной программе объект для печати. А программ таких множество: Google SketchUp, 3DCrafter, 3Dtim, BRL-CAD, FreeCAD и другие (тысячи их). Желательно, конечно, хоть что-нибудь понимать в CAD-моделировании, но и без этого программы достаточно просты для применения даже новичками.

После смоделированной 3D-версии наступает время её обработки специальной программой (называемой также «слайсером» или «генератор G-кода»). Исходный объект делится на множество тонких горизонтальных слоев и преобразуется в некий цифровой код, понятный 3D-принтеру. Другими словами, генератор создает набор команд, которые указывают 3D-принтеру, как и куда нужно наносить материал при 3D-печати данного объекта. Для пользователя данный этап работы не скажет ничего, потому что фактически принимать участие в нем он в нем не сказать чтобы будет.

А потом наступает волнительный момент печати (кстати, в Windows 8 есть даже поддержка драйвера 3D-печати для принтера MakerBot). Начинается построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.

Сам по себе процесс довольно прост. В самом начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на неё нижний слой объекта. После того, как сформирован первый слой, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий. Данный цикл повторяется до последнего слоя, то есть до момента завершения создания объекта.

Висящий в воздухе подбородок Ленина был напечатан на недорогом 3D-принтере с подпоркой,

которая в дальнейшем будет отломана, а подбородок – подрихтован.

Если же есть необходимость напечатать висящий в воздухе объект (например, гарцующую лошадь), то сегодня для таковых используется разнообразные подпорки, которые после завершения процесса отламываются или отрезаются, а место стыка шлифуется вручную. В дорогих (то есть хороших) принтерах для подпорок используется водорастворимый материал: после печати модели опускается в воду, где лишние подпорки растворяются.

Создание файла STL

После того, как вы спроектируете свою модель в программе CAD, у вас есть возможность сохранить файл в формате STL. В зависимости от программы и выполняемой работы, вам может потребоваться нажать «Сохранить как», чтобы увидеть параметр файла STL. Опять же, формат файла STL – это рендеринг или создание поверхности вашего объекта в виде сетки треугольников.

Когда вы выполняете 3D-сканирование объекта с помощью лазерного сканера или какого-либо цифрового устройства обработки изображений, вы обычно получаете не сетчатую, а цельную модель, как если бы вы создали нарисованный с нуля 3D-чертеж САПР.

Программы САПР делают большую часть этого довольно простым делом, выполняя работу за вас, однако, некоторые программы трехмерного моделирования дадут вам больший контроль над количеством и размером, например, треугольников, что может дать вам более плотную или сложную поверхность сетки, и, следовательно, лучшую 3D-печать.

Не вдаваясь в специфику различных 3D-программ, вы можете изменить несколько факторов, чтобы создать лучший файл STL:

Хордовый допуск/Отклонение. Это расстояние между поверхностью исходного чертежа и треугольниками мозаичного (сетчатого) проекта STL.
Контроль угла. Вы можете управлять промежутками (зазорами) между треугольниками и изменять углы (отклонения) между соседними треугольниками, чтобы улучшить разрешение печати – в частности, это означает, что у вас будет лучший сварной шов между двух поверхностей треугольника. Этот параметр позволяет увеличить степень наложения или мозаичности близких объектов (стандартная тесселяция).
Бинарный или ASCII. Двоичные файлы меньше по размеру и ими легче делиться с помощью электронной почты или загрузки/выгрузки. Преимущество файлов ASCII заключается в том, что они легче читаются и проверяются.