Что такое 3d принтер, что он может и зачем вообще нужен

В каких промышленных областях применяют 3D принтеры

Такие принтеры используют в следующих областях:

• проектирование электроники бытового назначения;
• при разработке упаковочного материала;
• в ювелирном направлении;
• в игрушечном производстве;
• в аэрокосмической промышленности;
• производство автомобилей и т.д.

Отдельно стоит отметить применение данных устройств в медицинской сфере. Уже на протяжении нескольких лет с их помощью делается протезирование зубов. В отличие от прежних технологий, этот способ дешевле и надежнее, так как обладает высокой точностью. Еще одна сфера в медицине, где применяется техника, это 3D-прототипирования костей и суставов для создания имплантов.

Что такое 3D-печать

3Д-печать представляет собой процесс аддитивного (послойного) создания объектов, с применением твердого материала, на основе CAD-модели. Такая трехмерная модель STL-формата, отправляется на специальный принтер, который слой за слоем создает реальный объект из разных материалов.

Принтер для 3d печати может напечатать многие предметы, такие как колпачок для ручки, прищепки для белья, фурнитуру для мебели, пластиковые игрушки на елку, игрушки для детей и т.д. Они легко изготовят пластиковый чехол для телефона и даже оригинальные шахматные фигуры.

Самым крупными являются промышленные модели, профессиональные устройства чуть меньше, и домашние 3Д принтеры считаются самыми небольшими.

Технология 3D печати

Рассматривая виды и характеристики 3д принтеров нужно понять, что представляет собой технология 3D печати. Основная суть работы принтера — создание объемных моделей, обработка цифрового макета и реализация его в пластике или другом подходящем материале. В результате можно получить физический объект, который можно использовать по назначению. Для работы технологии требуется:

• 3D принтер — устройство для создания послойным способом макета, посредством использования специально созданной в компьютерной программе объемной 3D модели;
• подходящий материал для производства;
• средней мощности компьютер для обработки заданных параметров.

Технологии печати такова, что для начала работы прибора требуется его подключение к компьютеру, так же в некоторых моделях принтера можно загружать макеты на носителе информации (карты памяти и т.п.)

Разъем подключения и кард-ридер.

С помощью программы слайсера и будет создан объект, который будет «печататься» на принтере. Современные технологии позволяют производить печать из песка, бумаги, металла, воска. Активно используется даже шоколад. Процесс печати полностью роботизированный – человеку требуется только задать программу и нажать на старт.

FDM 3D–принтеры начального уровня

В данной категории представлены самые бюджетные варианты. Основу процесса печати составляют послойные направления FDM (Fused deposition modeling). Под воздействием высоких температур пластиковая нить плавится и наносится тонкими слоями создавая объемную модель. В недорогих моделях присутствует одно сопло для выдавливания нитей.

Наиболее известной среди бюджетных фотополимерных LCD 3D-принтеров, является модель Anycubic Photon Zero.

Среди достоинств принтеров начального уровня:

1. Небольшая цена.
2. Хорошо подходят для новичков, желающих познакомиться с работой данных устройств.
3. Просты в установке и настройке

Недостатки:

1. У такого принтера нет закрытой камеры.
2. Конструкция ненадежна по сравнению с профессиональными устройствами, часто такая техника состоит из стальной рамы
3. Отсутствует закрытый корпус, поэтому не все виды пластика используются для работы на устройстве. Это преимущественно PLA, SBS, PETG.

На что еще способны 3Д принтеры?

Использование 3D печати

актуально во всех современных отраслях. Электронные компоненты, ювелирные изделия, жилые дома, живые ткани и даже еда – все это можно создавать или формировать на специальных принтерах, используя подходящие расходные материалы. Сферы применения 3D печати:

• Дизайн;
• Промышленность;
• Производство;
• Разработка;
• Экспериментальная и научная деятельность;
• Сфера услуг;
• Медицина;
• Архитектура, строительство;
• Робототехника;
• Машиностроение;
• Приборостроение;
• Концептуальные разработки.

Посмотреть образцы

Цена

создания объектов зависит от используемого материала, объема печати, временных затрат и необходимости в постобработке напечатанных изделий, поэтомурасcчитывается индивидуально. Если у Вас есть вопросы СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ.

Мы расcчитаем стоимость и срок 3D печати Ваших изделий.

Технология склеивания порошков

Технология склеивания порошков – она же Binding powder by adhesives позволяет не просто создавать объёмные модели, но и раскрашивать их.

Принтеры с технологией binding powder by adhesives используют два вида материалов: крахмально-целлюлозный порошок, из которого формируется модель, и жидкий клей на водной основе, проклеивающий слои порошка. Клей поступает из печатающей головки 3D принтера, связывая между собой частицы порошка и формируя контур модели. После завершения печати излишки порошка удаляются. Чтобы придать модели дополнительную прочность, её пустоты заливаются жидким воском.

Технология склеивания порошков

Условные обозначения:

1-2 – ролик наносит тонкий слой порошка на рабочую поверхность; 3 – струйная печатающая головка печатает каплями связующей жидкости на слое пороша, локально укрепляя часть сплошного сечения; 4 – процесс 1-3 повторяется для каждого слоя до готовности модели, оставшийся порошок удаляется

В настоящее время 3D принтеры с технологией склеивания порошков изготавливаются компанией Z Corporation.

Полярные 3D-принтеры

Достаточно новая, но интересная кинематическая полярная схема представлена на рынке одноименной компанией Polar. Как следует из названия, в печати используется полярная система координат — вместо привычных XYZ, позиционирование экструдера задается радиусом и углом.

Платформа таких 3D-принтеров имеет круглую форму, вращается по кругу и двигается целиком по одной горизонтальной оси, при этом экструдер движется только вверх и вниз. Представьте себе виниловый проигрыватель – печатающая головка принтера работает по принципу иглы звукоснимателя, движущейся по пластинке. С той лишь разницей, что тут “пластинка” не только вращается, а “игла” наоборот ограничена в перемещениях.

SCARA

SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) — кинематика основанная на перемещении рабочего блока в горизонтальной плоскости за счет вращения в сочленениях рычажного механизма.

Построенные на данной схеме устройства отличаются очень высокой точностью и повторяемостью, намного выше чем у традиционных роботов-манипуляторов, низким уровнем шума и вибрации, компактностью. Если говорить о картезианских и SCARA-роботах сравнимых размеров и массы, то скара как правило не только точнее, но и быстрее.

В то же время, такие устройства дороги, имеют ограничения жесткости по осям XY, меньшую область работы и свободу движений.

Пример работы:

Разновидности картезианской кинематики CoreXY и H-Bot

Данные кинематические схемы часто встречаются в коммерческих сферах. Отличаются оригинальными методами позиционирования экструдера. В обоих кинематиках платформа передвигается вверх-вниз.

CoreXY имеет два закрепленных на раме двигателя, которые приводят в движение два ремня для перемещения каретки экструдера по осям XY.

Кинематика H-Bot для 3D-принтера основана на похожей механике, но с другим ременным приводом. В данном случае ремень один и натянут по форме, напоминающей обведенную по контуру букву H (аш), за что схема и получила название аш-бот.

При работе обоих двигателей в одну сторону, каретка движется по оси X, в разные стороны — по оси Y. Когда один из двигателей остается неподвижным, каретка перемещается по диагонали.    

Пример печати:

Технология 3D печати

Рассматривая виды и характеристики 3д принтеров нужно понять, что представляет собой технология 3D печати. Основная суть работы принтера — создание объемных моделей, обработка цифрового макета и реализация его в пластике или другом подходящем материале. В результате можно получить физический объект, который можно использовать по назначению. Для работы технологии требуется:

• 3D принтер — устройство для создания послойным способом макета, посредством использования специально созданной в компьютерной программе объемной 3D модели;
• подходящий материал для производства;
• средней мощности компьютер для обработки заданных параметров.

Технологии печати такова, что для начала работы прибора требуется его подключение к компьютеру, так же в некоторых моделях принтера можно загружать макеты на носителе информации (карты памяти и т.п.)

Разъем подключения и кард-ридер.

С помощью программы слайсера и будет создан объект, который будет «печататься» на принтере. Современные технологии позволяют производить печать из песка, бумаги, металла, воска. Активно используется даже шоколад. Процесс печати полностью роботизированный – человеку требуется только задать программу и нажать на старт.

Модели профессиональных 3D принтеров

Профессиональные устройства могут отличаться своим назначением, технологией и другими показателями.

Вот только несколько моделей, которые пользуются спросом у потребителей:

1. Stratasys Objet 24 – профессиональный принтер для высокодетализированной печати. В основу производства легла технология PolyJet 3D printing. Ее применяют для печати моделей для функционального тестирования. Устройство предпочитают дизайнеры и инженеры.
2. 3D systems Projet 3600 Dental – с его помощью можно построить экстремально четкие и гладкие детали. Аппарат приобретают стоматологии и ювелирные заведения.
3. MAKERBOT REPLICATOR Z18, LeapFrog Xeed и StarLight 3D – применяются в ювелирном деле. Относятся к профессиональным принтерам FDM.

Достоинства и недостатки дельта-ботов

Кинематика Delta, по сравнению с картезианскими моделями, имеет более высокую скорость печати, но меньшую точность на краях модели. Причина в том, что для движения экструдера задействованы все три точки крепления, их двигатели работают одновременно, что приводит к накоплению ошибок в позиционировании координат.

Другие преимущества:

• Малогабаритность. Конструкция высокая, но в длину и ширину не занимает много места.

• Отсутствие выступающих деталей. Можно самостоятельно увеличить жесткость рамы и закрыть корпус.

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• Возможность построить высокие вертикальные модели.

Недостатки:

• Высокая ценовая категория.

• Сложны для самостоятельной сборки. Новичкам будет сложно собрать конструкцию достаточно точно, поэтому рекомендуется использовать готовые решения, поставляемые в собранном виде.

• Специфика работы с полярными координатами: менее распространенное ПО и более дорогая электроника, т.к. выше требования к вычислительной мощности начинки.

Пример печати:

Преимущества картезианской схемы

Из всех видов кинематических схем FDM 3D-принтеров, картезианские показывают практически идеальную стабильность результатов. Расходные материалы для FDM имеют низкую стоимость и поставляются в широчайшем ассортименте цветов и материалов. Часто картезианские 3D-принтеры применяются в коммерческих целях – для печати на заказ и на продажу бытовых объектов, сувенирной продукции и украшений.

Картезианские 3D-принтеры уже давно и прочно обосновались в жизни любителей и профессионалов 3D-печати. Поэтому в сети множество тематических сообществ с исчерпывающей информацией об устройстве принтеров, работе с ними и создании моделей, от простых до сложных.

Модели, построенные на декартовой системе координат, можно разделять на составные части для печати, что позволяет создавать 3D-печатные объекты любого размера, не ограниченные объемом принтера. Многие 3D-принтеры поставляются в виде набора для сборки. Для новичков и тех, кто не хочет разбираться в устройстве принтера, производители поставляют готовые устройства. С ними печатать модели можно практически после распаковки.

https://youtube.com/watch?v=ej7tDcrgOmc

Плюсы и минусы полярной механики

Полярные 3D-принтеры позволяют создавать крупные объекты, при этом экономя средства за счет высокой энергоэффективности. Они пока имеют низкую точность, но в долгосрочной перспективе, возможно, производитель сможет решить эту проблему.

К таким 3D-принтерам относится модель Polar 3D. В данном 3D-принтере подогрев печатной платформы отсутствует, что затрудняет использование ABS. Имеет скромные габариты, хорошую производительность, но низкую точность, по сравнению с дельта-принтерами и моделями с декартовой системой координат. Производитель рекомендует приобретать модель для образовательных целей.

Пример печати:

ВТОРАЯ ГРУППА: экструдер X и Y, рабочая платформа Z

Во вторую группу нашей классификации входят 3D-принтеры, у которых экструдер во время работы перемещается вперёд – назад, вправо – влево, а рабочая платформа – только вверх и вниз.

Вторая группа классификации

Три самых популярных 3D-принтера второй группы – это Ultimaker, RapMen и MakerBot Cupcake.

3D-принтер Ultimaker

3D-принтер Ultimaker, разработанный немецкими инженерами, быстро завоевал популярность во всём мире. Принтер «оде» в деревянный корпус, он сложен в сборке, но отличается хорошей скоростью и качеством печати. Аналогами данной модели являются китайские устройства LX Maker Acrilic R1, LX Maker Special Plastic и LX Maker Double Nozzles.

3D-принтер RapMen

3D-принтер RapMen относится к категории Rep-Rap. Устройство можно опознать по облегчённому квадратному дизайну и крестообразным конструкциям на боковых панелях.

Самым популярным представителем второй группы, без сомнений, является 3D-принтер MakerBot. Его прародительница – модель Cupcake, была изготовлена из деревянного профиля, имела два экструдера и умела печатать двухцветные модели. На смену Cupcake 3D-принтер Thing-o-matic, и только потом появились всем известные устройства Replicator и Replicator 2.

3D-принтер MakerBot Replicator

О популярности Replicator свидетельствует огромное количество его «клонов», выпущенных предприимчивыми китайцами, среди которых устройства Come3D C120N, Wanhao Duplicator 4 Black DH и др.

Авиастроение

Постойте, скажут многие в нашем Telegram-чате, какие еще 3D-печатные двигатели? Разве это возможно? Вполне, причем аддитивное производство успешно используется во многих сферах машиностроения, включая авиационную и космическую промышленность, где 3D-печатные детали двигателей быстро становятся обыденным делом. Все дело в таких методах 3D-печати, как выборочное лазерное спекание (SLS) и наплавление (SLM). Эти методы позволяют создавать высокоточные детали, состоящие целиком из металлов и сплавов.

Скоро и 3D-пилоты будут?

В качестве сырья используются мелкодисперсные порошки, разогреваемые почти до температуры плавления, а затем спекаемые или сплавляемые по заданным контурам с помощью сверхточных лазеров. Хотя насчет прочности таких изделий изначально были определенные сомнения, многочисленные опыты развеяли страхи: плотность получаемых деталей почти аналогична литым аналогам, а возможность изготавливать сложнейшие компоненты целиком позволяет избегать формирования слабых зон, обычно появляющихся на месте сварочных швов.

3D-печатные детали двигателей, вплоть до форсунок, уже применяются на аппаратах компании SpaceX, Airbus активно и успешно испытывает 3D-печатные детали двигателей и несущих конструкций авиалайнеров, а отечественным примером можно считать 3D-печатные завихрители, созданные Всероссийским научно исследовательским институтом авиационных материалов (ВИАМ) для перспективных двигателей ПД-14, в настоящее время проходящих летные испытания.

Особенности профессиональных принтеров

Профессиональный 3d принтер выполняет те же функции, что и фотоаппараты и видеоаппаратура для профессионалов. То есть они облегчают работу фотографов и тех, кто занимается видеосъемкой.

У такого оборудования четко просматривается его назначение. Устройства могут делиться на промышленные, ювелирные, кулинарные, стоматологические, медицинские и т.д. Так, например, стоматологические принтеры предназначены только для стоматологической деятельности – для печати коронок, протезов и т.д.

Данные устройства имеют свои основные отличительные качества:

1. Высокая точность работы и детализированность.
2. Высокая производительность.
3. Скоростная печать.
4. Наличие дополнительных возможностей.
5. Достаточно высокая стоимость.

Так, у принтера FDM нередко присутствуют дополнительные печатные головки. Промышленный 3d принтер может даже выпускать небольшие серии готовой продукции, а также изготавливать высококачественные образцы для тестирования и презентаций.

Напечатанные с помощью данной техники объекты обладают высокой точностью и качеством.