База знаний

  • Полезная информация
  •  / 
  • Как работает 3D-принтер: технологии, используемые в современном оборудовании для трехмерной печати
Как работает 3D-принтер: технологии, используемые в современном оборудовании для трехмерной печати
Эра 3D

Эра 3D

04 октября 2017

1282

Как работает 3D-принтер: технологии, используемые в современном оборудовании для трехмерной печати

Мне нравится

3

Как устроено 3D-оборудование

По устройству 3D-принтеры отчасти схожи с оборудованием для плоской печати, но их ключевое отличие — вертикаль и глубина. Чтобы создавать объемные фигуры, в устройствах предусматривают:

  • экструдеры — если принтер работает на пластике (PLA, PVA, ABS, нейлон, поликарбонат и прочих видах), они разогревают материал и выдавливают его через печатающие головки;
  • рабочие платформы — поверхности, на которых печатается объект;
  • моторы (как правило, линейного типа), приводящие в движение органы принтера;
  • датчики для фиксации и ограничения подвижных узлов — у края рабочей поверхности или в иных случаях;
  • картезианские роботы — устройства, передвигающиеся по трем осям координат;
  • рамы, корпус и прочие составляющие, разрабатываемые изготовителями.

Кроме «механической» части, в 3D-принтерах предусматривают программную — ПО задает параметры объекта. Это упрощенное описание — каждый производитель стремится создать что-то уникальное, отличающее его от конкурентов, количество технологий и приспособлений растет с каждым днем.

Как работать на 3D-принтере

Последовательность действий тоже можно свести к единому алгоритму — с большей или меньшей степенью условности. Сначала нужно создать цифровое 3D-изображение, пользуясь специализированным ПО для трехмерного моделирования. Затем объект на компьютере «разрезают» на горизонтальные слои в предназначенной для этого программе-«слайсере» (генераторе G-кодов) и преобразуют в информацию, которую распознает принтер. Далее оборудование воссоздает модель с помощью используемого в нем материала. В зависимости от используемых технологий способ его наложения отличается.

Общий «послойный» принцип реализуется кардинально разными путями — пластик разогревают, металлическую пудру соединяют со связующим веществом и так далее. Однако, все 3D-оборудование можно описать по его ключевой характеристике — разрешению печати. Это минимальная высота слоя, который может создавать устройство, измеряется в микронах. Чем она меньше, тем более детализированные модели печатает оборудование.

Самые распространенные 3D-технологии

Сегодня существует около десятка часто используемых технологий — это если не считать всевозможные их модификации, с которыми экспериментируют изготовители. Однако, к «классическим» способам трехмерной печати относят прежде всего:

  • SLA — технология, получившая наиболее широкое распространение. Стереолитографический способ лазерной печати позволяет получать очень детализированные модели, поэтому он так популярен. Технология основана на послойном нанесении фотополимерного материала и его отвердении под лазерными лучами — после этого рабочая платформа смещается вниз. Фотополимер — полупрозрачный состав, который с легкостью обрабатывается, склеивается и поддается окрашиванию. Технологию используют, например, в компаниях 3D Systems и Uniontech — принтеры получаются низкошумными, с большой рабочей камерой и высокой точностью построения.
  • Способ, основанный на спекании порошкового реагента под лазерным лучом. Это технология, которую можно использовать и для пластиков, и для металла. В селективном лазерном сплетении используют также керамику. Вещество наносят на поверхность, потом обрабатывают лазерным лучом до спекания слоя. Готовые изделия механически прочны, поэтому принтеры на базе SLS можно использовать и в полнофункциональной среде.
  • Этот способ подходит для создания прототипов и конечных деталей из конструкционного термопластика, материалов производственного класса. Наложение их расплавленных слоев — «чистая», простая, удобная технология, реализуемая даже в офисных условиях. Готовые изделия устойчивы к нагрузкам, химически и механически прочны, могут иметь крайне сложную форму. Принтеры используют и вспомогательные материалы, которые растворяются — чтобы можно было создавать полости, отверстия, многоуровневые конструкции. Нити составов подаются в печатающую головку, а когда слой готов, платформа смещается.

Прочие технологии

Кроме «трех китов», существуют их многочисленные аналоги, модификации и перспективные, не так давно появившиеся технологии. Среди последних интересна DLP — новинка на рынке трехмерного прототипирования. В принтерах реализована технология цифровой обработки при помощи света. Вместо традиционных пластиков в них применяют фотополимерную смолу. Специальный проектор направляет луч на материал, обладающий свойством отвердевать под воздействием света. Разработчики позиционируют оборудование как эффективную и безопасную альтернативу FDM.

Среди вариаций на классические темы интересны технологии SLM и EBM. Первая работает с чистыми металлами и позволяет отливать изделие за единственный рабочий этап. Вторая основана на использовании электронных лучей, а не лазеров — в вакуумной камере допустимо обрабатывать даже титан. На электронно-лучевую плавку возлагают немалые надежды — используя специальную металлоглину, можно добиться высокой точности наплавления (стандартная проволока, к сожалению, ее пока не дает). Материал нагревают, и когда содержащиеся в нем клей и вода выгорят, стружка сплавится в монолит. EBM-печать — промышленный способ, отличающийся высокой степенью «прорисовки» и детализации.

Другие технологии, занимающие немалый процент рынка — это:

  • MJP (или MJM) — принтеры, поддерживающие этот способ, выпускает компания 3D System. Он основан на принципе многоструйного моделирования с использованием фотополимеров или восковых материалов — в том числе, нескольких цветов сразу. Рабочий процесс схож со струйной печатью: составы, разогретые до температуры плавления (она не очень высокая) подаются через сопла. В оборудовании можно использовать материалы для имплантирования, протезирования. Технология подходит для создания прототипов, шаблонов, форм, она «чистая» и безопасная.
  • PolyJet — аналог предыдущей технологии от компании Stratasys, названный по-другому из-за патентных нюансов. При сопоставимом качестве, высокой скорости построения и детализации, материалы для принтеров дешевле, среди них есть термоустойчивые. Составы отвердевают под воздействием ультрафиолета, позволяя создавать прототипы, мастер-модели и так далее.
  • LOM — принтер, использующий эту технологию, послойно склеивает пленки. Лазер выжигает формы на тонких листах материала, а потом они соединяются в объемную модель. В качестве материала можно использовать бумагу, пластики, керамику, металлы. Можно печатать полноцветно — принтер передает до миллиона оттенков.
  • LC — технология лазерной резки реализована в гибридных принтерах и позволяет за меньшее время получить жесткую, качественную конструкцию с высокой точностью печати.

Перечислив основные технологии, нужно уточнить — список этот не полон, так как производители постоянно предлагают что-то новое. Это и хорошо — ведь область использования 3D-техники только расширяется, служа нашей пользе и удобству.