Детально о 3 д принтерах и их принципе действия

Напечатать деталь из цветного пластика PLA и PETG на 3D-принтере в домашних условиях — это вам по силам. Освойте аддитивные технологии вместе с нами!

Как выбрать и на что обратить внимание?

Основные параметры выбора 3D принтера:

Как выбрать и на что обратить внимание?
  • технология печати — FDM для создания деталей из пластика и металлической нити, SLA для печати на жидком полимере, SLS для придания порошковому материалу нужной формы;
  • область печати — от размера рабочего стола зависят габариты готового изделия, небольшие домашние принтеры комплектуются площадкой 13х13х13 см, а область печати на производственных принтерах достигает 50х50х50 см;
  • скорость печати — устройства печатают со скоростью от 10 до 150 мм/с, скорость печати на домашних принтерах не превышает 20 мм/с;
  • программное обеспечение — от качества ПО зависит удобства управления техникой;
  • возможности — некоторые модели дополняются опцией изменения скорости печати, автоматическим отключением при длительном простое и регулятором температуры, позволяющим работать с разными материалами.

Организация работы и основные технологии

3Д-печать осуществляется по принципу полного цикла. Для трехмерного моделирования наши инженеры используют исходные данные — техническое задание, чертежи, описания изделий и спецификации, эскизы, фотографии. Специалисты по прототипированию создают объемную компьютерную модель, согласуют ее с заказчиком, при необходимости вносят исправления и корректировки. Если у клиента есть образец, для сбора данных о его размерах и форме применяется 3Д-сканер с лазерным излучателем. Полученная в результате сканирования объемная модель дорабатывается в САПР: устраняются артефакты, неровности, неточности, возникшие в ходе преобразования.

При подготовке к печати на 3D-принтере компьютерный прототип «нарезается» в специальной программе-слайсере на тончайшие слои. Толщина слоя влияет на качество будущего макета, гладкость поверхностей и точность контуров.

Для 3D-печати деталей применяются разные технологии и материалы:

  • FDM — моделирование из модельного, инженерного или пищевого пластика. Также можно заказать 3Д-печать из полимеров с особыми свойствами: химической или термостойкостью, радиопроницаемостью, повышенной прочностью. Материал выпускается в виде прутков, которые расплавляются и наносятся по контурам будущего изделия слой за слоем;
  • SLA — детализированное, высокоточное моделирование из фотополимера, который затвердевает под воздействием УФ-лучей. Этот материал для 3Д-печати стоит дороже пластика. Однако готовые изделия практически не нуждаются в доработке, за исключением удаления временных опор (если они применялись). Фотополимеры по характеристикам и внешне могут имитировать пластик, резину, дерево;
  • SLS — промышленное производство моделей из нейлона (полиамида), который спекается лазером. Печать 3D применяется для выполнения заказов на изготовление высокодетализированных, жестких и гибких, стойких к химическому воздействию изделий. Продукция может окрашиваться в разные цвета.

Детали, изготовленные на 3D-принтере, сортируются, проходят контроль качества. Отбраковываются компоненты с дефектами. Качественные изделия (или компоненты) зачищаются от поддержек, шлифуются, окрашиваются, собираются в цельную конструкцию и при необходимости проклеиваются.

Услугами нашей компании пользуются машиностроительные, ремонтные и сервисные предприятия, маркетинговые и рекламные агентства Москвы и других городов России, а также зарубежные фирмы. 3D-печать ускоряет процессы воспроизводства изделий, создания моделей и макетов, введения в эксплуатацию новейших разработок.

Виды и типы

Виды по технологии печати

Существует десяток технологий трехмерной печати:

По типу применяемых расходников

В качестве расходников применяется несколько материалов.

Порошки Печатающая головка наносит на подложку слой клея в нужных местах, валик – слой порошка (металлической пудры), спекаемого с веществом.
Гипс Предыдущий вариант, где вместо металлического порошка применяют гипс, шпаклевка, цемент обязательно со связующим компаундом.
Полимеры Жидкие фотополимеры затвердевают под воздействием электромагнитных излучений (метод SLA). Расплавленные пластиковые нити (PLA, PVA, ABS) послойно наносятся на подложку и шустро затвердевают.
Воск Доступный легко плавящийся материал для получения высококачественных деталей, прост в работе.
Читайте также:  Как настроить принтер brother dcp 1610wr через wifi

По конструкции

Различают несколько конструкций 3D-принтеров.

Где прижилась персонификация

Пока 3D-печать наиболее активно используется в медицине, где жизненно необходимо учитывать индивидуальные особенности человека. В первую очередь, технология полезна в ортопедии и стоматологии для изготовления протезов и имплантатов. Кастомизация особенно востребована при производстве протезов конечностей. С помощью 3D-сканирования определяются параметры пациента, создается цифровая модель протеза, которая печатается на 3D-принтере. При этом можно создать уникальный дизайн искусственной конечности. Например, выпускают детские протезы, стилизованные под любимых киногероев.

Еще одна сфера, где трехмерная печать используется для кастомизации товаров, — это производство ювелирных изделий и бижутерии. Есть предприятия, которые выпускают массовые изделия с помощью трехмерной печати, например, американские марки LACE, Nervous System и другие. Кастомизацией занимаются, в первую очередь, небольшие студии и мастерские, предлагающие эксклюзивные украшения. Они печатают созданные по эскизам заказчика цифровые модели или отливают их из драгоценных материалов по напечатанным на 3D-принтере формам.

Экономика инноваций Живая рука: кто в России создает бионические протезы

»Перспективы персонифицированного производства зависят от конкретного рынка, — считает Денис Власов, основатель компании «3DSLA — Российские 3D принтеры». — Почему 3D-технологии прижились у стоматологов и ювелиров? Это бизнесы, которые работают с уникальным клиентом. Кроме этого, стоматологические клиники или ювелирные мастерские имеют территориальную привязку, обслуживают определенный район. Поэтому могут варьировать цену, не особо рискуя, что все клиенты сбегут в соседний район».

Что касается большинства товаров, то здесь в 99% случаев работает цена. Особенно когда растет доля интернет-продаж. Набираешь в Google «купить авторучку дешевле всех» — и независимо от того, где ты находишься, покупаешь эту авторучку дешевле. Здесь побеждает массовое производство.

Где прижилась персонификация

Можно придумать множество товаров, которые могли бы быть кастомизированными. Но нужно ясно представлять кому вы их будете продавать. Найдется ли достаточное количество человек, готовых переплатить за кастомизацию, чтобы ваш бизнес мог существовать? «В своих расчетах нужно учитывать реальный покупательский спрос, а не желание заработать на хайпе, — говорит Власов. — Вывод прост: персонифицированное производство возможно тогда, когда оно будет давать примерно такую же цену, как и массовое».

Денис Алексеев, руководитель отдела разработок и производства АО «РОББО» (образовательная робототехника, резидент «Сколково»), уверен, что персонифицированное производство станет популярным трендом будущего. Но для того, чтобы привлечь массового потребителя в этот сегмент, необходимо преодолеть ряд технических и организационных моментов. Для конечного пользователя процесс заказа кастомизированного изделия должен быть максимально простым: с помощью нескольких действий заказать то, что он хочет, при этом быстро и удобным способом получить готовый товар. Стоимость индивидуальной продукции может быть больше, но это увеличение должно быть ценно для клиента.

Основные недостатки трехмерной печати:

  • низкая скорость производства;

  • часто невысокое качество продукции;

  • большая себестоимость изделия при попытке массового выпуска.

«По мере развития 3D-печати и увеличения парка 3D-принтеров возможности аддитивных производств будут расти, — говорит Алексеев. — Вероятно, в будущем распределенная сеть 3D-принтеров сможет составить конкуренцию традиционному массовому производству, локализованному на одном предприятии. В любом случае при этом должны быть решены вопросы качества и стоимости изделий, произведенных на 3D-принтерах».

Как выбрать 3D принтер

Выбирая принтер, в первую очередь надо определиться с тем, по какой технологии происходит печать. Прибор любительского уровня, а только такой потенциально может купить себе среднестатистический потребитель, а не целое предприятие, работают на основе разработки под названием Пластик Джет (PJP), в некоторых источниках она обозначается как Fused Deposition Modeling (FDM) или Fused Filament Fabrication (FFF). По сути это одно и то же.

Читайте также:  Как подключить принтер Samsung Xpress M2020W по Wi-Fi

Виды материалов для любительской печати

Как выбрать 3D принтер

В основном для печати на устройствах такого типа используется пластик с разными характеристиками. Фасуется он в виде пластикового шнура, намотанного на катушку, или нарезанного соломкой. Массово используется пластик двух видов: ABS и PLA.

АБС пластик безопасен, не токсичен, подходит для детских изделий, более того, с ним можно работать в присутствии детей. Изделия из него прочные, долго служат. Недостаток пластика – теряет товарный вид на солнце и на сильном морозе. Его чаще используют в профессиональном изготовлении деталей.

ПЛА пластик (полилактид) более хрупкий, служит не так хорошо. Зато он более пластичен и дает больше возможностей для сложных форм. Он является натуральным продуктом, так как производится из кукурузы и сахарного тростника. В утилизации он экологичен, на 100% разлагается на безопасные компоненты. Изделия из PLA устойчивы к истиранию, держат свою геометрию. Следовательно, пластик отлично подходит для движущихся элементов.  В целом, это скорее любительский вариант пластика.

Альтернативные материалы для 3D  печати

Как выбрать 3D принтер

Помимо пластика для работы на таких принтерах используют следующие материалы.

  1. Нержавеющая сталь. Используется только в профессиональном оборудовании. Дает большие возможности для изготовления деталей.
  2. Дерево. По факту не дерево, а смесь связывающего полимера с деревянной добавкой.  Этот материал стоит очень дорого, в работе особых навыков не требует. Изделия из него «теплые», внешне не отличить от дерева.
  3. Смола тоже стоит дорого. Из нее можно распечатать детали высокой точности, с великолепным качеством поверхности – гладкие и прочные. Под действием солнца смола теряет прозрачность.
  4. Нейлон. Применяется в основном для изготовления элементов промышленного и медицинского назначения.

Важно! Покупая материал для печати, следует учесть, что формат катушки и толщина шнура должны совпадать с рабочими характеристиками принтера.

Характеристики 3D принтеров

Как выбрать 3D принтер

Чтобы выбрать принтер или провести анализ для выявления лидера, надо понимать, какие характеристики устройств являются ключевыми.

  1. Область печати. Этот параметр определяет максимальный объем деталей, которые возможно создать с помощью данного оборудования. В документации указывается или объем в или предельные линейные размеры в мм.
  2. Разрешение печати (слоя). Это толщина слоя, которым наносится материал. Чем выше разрешение, тем тоньше наносится пластик, рельефы спокойные, поверхность качественная. Ниже эта величина – детали выходят более «топорными», без тонкой проработки. В некоторых приборах данный параметр может выставляться оператором.
  3. Экструдер. Это рабочий узел принтера, который отвечает за подготовку (разогрев) и выдачу материала. Пластик (или другое сырье) размягчается под действием высоких температур в сопле и подается на печать (экструдируется). В состав данного узла входит непосредственно сопло, транспортер для шнура (нити пластика), температурный контролер и охлаждающий механизм. 3D принтеры с одним экструдером за проход могут работать только одной нитью. Чтобы появилась возможность многоцветной печали, в приборе должно быть, по крайней мере, 2-3 экструдера. В промышленных устройствах возможен вариант одного узла с двойным соплом. Это дорого, и бытовые устройства так не оборудуются.

    3D принтер с двумя экструдерами

  4. Принтеры могут «коннектиться» с внешними устройствами (компьютером, смартфоном или просто внешней памятью) посредством USB и/или Wi-Fi. Не всегда это является обязательным условием для работы.
  5. Прошивка принтера (программное обеспечение). По умолчанию оно является предустановленным. В его обязанности входит распознание, обработка документов в формате stl для последующей печати. Создаются же эти файлы в профессиональных программах, вроде Скетчап и Autodesk Inventors Fusion.
  6. Дополнительные функции. Эргономика, дизайн и другие детали не вмешиваются в рабочие процессы в принтере, но часто определяют его стоимость.

3D принтеры могут поставляться как самостоятельный прибор (Assembled) или в формате конструктора, когда пользователь сам его собирает (DIY). Второй вариант стоит значительно меньше.

PETG (PET , PETT, ЗУЕП) пластик для 3D принтера

Что такое PTEG?

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является еще одним часто используемым пластиком во всем мире. Наиболее известен как полимер, используемый в бутылках для воды, он также содержится в волокнах одежды и пищевых контейнерах. Сырой PET редко используется в 3D-печати, его собрат — PETG является третьим по популярности материалом используемым для 3D-принтеров.

Буква «G» в PETG обозначает «модифицированный гликолем» в результате получается нить, которая является более точной, менее хрупкой и что наиболее важно, более простой в использовании, чем ее основная форма. По этой причине PETG часто считается промежуточным пластиком между ABS и PLA, поскольку он более гибкий и долговечный, чем PLA и им легче печатать, чем ABS.

При использовании PETG следует помнить о трех вещах, которые следует учитывать любителям 3D-принтеров:

  1. PETG гигроскопичен, то есть поглощает влагу из воздуха. Поскольку это отрицательно сказывается на печати, храните эту нить нужно в сухом прохладном месте.
  2. PETG имеет хорошую адгезию слоев, что делает эту нить 3D-принтера плохим выбором для поддержек
  3. PETG царапается легче, чем ABS.

Полиэтилентриметилентерефталат (PETT) является еще одним вариантом PET. Эта нить для 3D-принтера, более жесткая, чем PETG, популярна благодаря своей прозрачности.

Параметры печати:

  • Температура экструзии — 215-245°C

  • Температура стола — 20-80°C

  • Обдув — 20%

  • Межслойная адгезия — очень высокая

  • Адгезия к столу — средняя

Технические характеристики

  • Температура плавления — 222-225°C

  • Температура размягчения — 80°C

  • Температура эксплуатации — -40+70°C

  • Твердость (по Роквеллу) — R106

  • Относительное удлинение при разрыве — 50%

  • Прочность на изгиб — 76,1 МПа

  • Прочность на разрыв — 36,5 МПа

  • Модуль упругости при растяжении — 2,6 ГПа

  • Модуль упругости при изгибе — 1,12 ГПа

  • Температура стеклования — 80°C

  • Плотность — 1,3 г/с м³

  • Точность печати — ± 0,1%

  • Усадка при изготовлении изделий — 0,2%

  • Влагопоглощение — 0,12%

  • Коэффициент линейного (теплового) расширения — 8*10-5 /°C

Плюсы:

  • Отсутствие запаха при печати — позволяет печатать в домашних условиях не используя дополнительную вытяжку.

  • Отсутствие усадки, обеспечивает высокую точность размеров принтов.

  • Очень сильное спекание между слоями — можно печатать тонкостенные изделия с высокой прочностью.

  • Стойкость к ультрафиолету — напечатанные модели можно использовать на открытом воздухе.

  • Широкий температурный диапазон эксплуатации.

  • При печати не требуется закрытая камера.

  • Хорошее скольжение и ударопрочность — можно печатать шестерни, втулки и другие детали механизмов.

  • Не токсичен, можно печатать изделия контактирующие с продуктами питания.

Минусы:

  • Высокая текучесть требует тщательной настройки отката прутка, в противном случае будет много подтеков, впадин и паутинок на поверхности модели

  • Плохо печатаются маленькие детали и модели небольшими с выступами, поверхность получается неровной, т.к. PETG имеет высокую текучесть в нагретом состоянии

  • Высокая температура печати быстро выводит из строя фторопластовую вставку в хотэнде и заставляет задуматься о переходе на цельнометаллические термобарьеры.

  • За счет высокой адгезии между слоями, модели зачастую имеют более высокую прочность по сравнению с другими популярными пластиками

  • Хрупкий, трескается обычно не вдоль слоев на поперек, для деталей которые будут испывать нагрузки требуется достаточная толщина стенки, тонкие будут трескаться

  • Легко царапается

  • Низкая температура эксплуатации, выше 60 град. детали уже начинают размягчаться и деформироваться

Области использования PETG (PET , PETT) пластика

PETG — это универсальный материал, он отличается от многих других типов нитей для 3D-принтеров своей гибкостью, прочностью и ударопрочностью. Это делает его идеальной нитью для использования в объектах, которые могут испытывать постоянное или внезапное напряжение, такими как детали механизмов, детали принтера и защитные компоненты.

Где купить PETG пластик

В России есть несколько производителей нитей из этого плаcтика, наиболее известные — BestFilament, Filamentarno, Rec3D, FD plast, Picasso 3D, за рубежом — это ColorFabb, Esun, Prusa, MakerBot, Ultimaker. Самые дешевые производит FD Plast, далее по возрастающей Element, Filamentarno, BestFilament, Rec3D.