3D-принтер: виды, характеристики, технологии и схемы печати

3D-принтер – внешнее устройство компьютера, которое является ничем иным, как станком с числовым программным управлением (ЧПУ) предназначенным для быстрого получения прототипов изделий, спроектированных на ПК, методом послойной печати.

 

Основные характеристики 3D-принтера

Назначение

3D-принтеры выпускаются под конкретные задачи: архитектура, дизайн, медицина, образование, производство, протезирование, прототипирование.

Технология печати

Производители 3D-принтеров используют различные технологии печати. Чтобы у вас не возникло проблем, при выборе конкретной модели, рассмотрим основные виды 3D-печати. Именно от технологии печати зависят такие важные параметры, как минимальная и максимальная толщина слоя и скорость построения изделия. А также цена, как самого 3D-устройства, так и расходных материалов.

В зависимости от принципа создания заготовок, выделяют следующие виды 3D-печати:

• SLA — лазерная стереолитография,
• SLS (EBM, SLM) — селективное лазерное спекание,
• FDM — метод последовательного наплавления,
• DLP — технология цифрового проецирования,
• MJM — многоструйная укладка полимера.

 

Лазерная стереолитография

Суть SLA-технологии заключается в использовании жидкого фотополимера и специального реагента, который позволяет исходному материалу застывать под воздействием ультрафиолетового лазера.

Фотополимер заливается в ванну и нагревается до рабочей температуры. Затем в смесь погружается подвижная платформа, которая постепенно перемещается вверх. В этот момент ультрафиолетовый лазер производит засветку платформы снизу по заданным координатам, в следствие чего затвердевший полимер вначале прилипает к платформе, а последующие слои к ранее застывшему полимеру. Платформа многократно поднимается и опускается с предварительным перемешиванием фотополимера.  Процесс повторяется слоем за слоем, а изделие печатается снизу-вверх.

Большинство 3D-принтеров данного вида печатают тонкими слоями, у них небольшая погрешность.

 

Селективное лазерное спекание

Метод SLS основан на равномерном распределении специального порошка с последующим его плавлением под воздействием лазера, в соответствии с геометрией сечения каждого слоя изделия. По завершении печати, необходимо удалить порошок, снять изделие со вспомогательных подпорок и выполнить минимальные доработки по доведению детали до кондиции.

SLS 3D-принтеры также, как и SLA-модели, обладают высокой точностью печати и приемлемым качеством изделий.

 

Метод последовательного наплавления

Технология FDM наиболее распространена благодаря своей простоте. В печатающую головку (экструдер) 3D-принтера, подается полимер в виде нити, который подвергается плавлению при воздействии температуры, после чего он наносится на рабочую поверхность в заданную точку координат через специальное сопло. Готовые изделия необходимо подвергать постобработке, чтобы сгладить структуру слоёв.

3D-принтеры, использующие FDM-технологию, позволяют печатать изделия различных цветов.

 

Технология цифрового проецирования

DLP метод аналогичен лазерной стереолитографии. Отличие заключает в том, что засветка платформы осуществляется проекциями слоев 3D-модели, в следствие чего смола застывает в нужных областях.

Несмотря на продвинутый подход DLP-технологии, в сравнении с SLA-технологией, есть существенный минус — изделие должно остыть после печати, что может привести к возникновению деформаций.

 

Многоструйная укладка полимера

Принцип MJM-печати заключается в послойном нанесении расплавленного материала через несколько сопел одновременно. При печати модели необходимо использовать поддерживающие элементы (подпорки).

Технология MJM позволяет печатать высокоточные изделия.

 

Интерфейс подключения

3D-принтеры оснащаются одним или несколькими интерфейсами подключения:

• LAN – устройство соединяется с компьютером посредствам сетевого протокола и может входить в состав проводной локальной сети,
• USB – 3D-принтер подключается к компьютеру напрямую через usb-кабель,
• Wi-Fi – ЧПУ использует беспроводной протокол передачи данных по локальной сети,
• SD – устройство имеет картридер, что позволяет осуществлять печать изделий c SD-карт.

 

Программные требования

Обязательно учитывайте такие параметры 3D-принтеров, как:

• совместимость с операционными системами,
• возможность использования сторонних программ,
• поддерживаемые файловые форматы.

 

Конструктивные особенности 3D-принтеров

Принцип работы 3D-принтера основан на законах кинематики. Выделяют несколько схем 3D-печати, исходя из перемещений платформы и печатающей головки, которые могут двигаться относительно друг друга в различных плоскостях.

Существует четыре основные схемы печати:

• дельта,
• экструдер перемещается по осям Х и Y,
• экструдер меняет положение в пространстве по осям X и Z,
• экструдер движется по осям X, Y и Z.

I схема

Платформа находится в неподвижном состоянии, положение по осям x, y, z меняет только экструдер. Особенность модели — наличие высокого каркаса. Печатающая головка размещена на трёх стержнях, каждый из которых закреплен на подвижном блоке, размещённом на опоре, с возможностью вертикального перемещения.

Плюсы: высокая скорость печати, хорошая точность.

 

II схема — экструдер движется по осям Х и Y

Печатающая головка находится над платформой и способна двигаться влево-вправо или вперед-назад, а платформа вверх-вниз.

 

III схема — экструдер перемещается по осям X и Z

Экструдер, как в предыдущем типе, способен передвигаться влево или вправо, а также менять своё положение в пространстве по высоте. Платформа, в свою очередь, способна двигаться вперед или назад не меняя высоты.

 

IV схема – экструдер движется по осям X, Y и Z

Последняя схема предполагает использование неподвижной платформы. Как в случае со схемой «Дельта», экструдер способен перемещаться по трём осям [x, y, z], однако в данном случае нет сложного механизма фиксации печатающей головки.

 

Как выбрать 3D-принтер?

Рынок переполнен дешёвыми моделями 3D-принтеров потребительского уровня с ограниченным функционалом, которые, несомненно, подойдут для печати малогабаритных изделий. Данные 3D-принтеры имеют большую погрешность в точности и низкую скорость печати. Несмотря на это, открывается возможность ознакомиться с технологией 3D-печати и сделать простые детали.

3D-принтеры начального уровня

Установки данного плана годятся для моделирования, способны печатать методом FDM, в редких случаях поддерживают технологии SLA и SLS. В комплектации предоставляется одно сопло, используются недорогие полимерные материалы. У моделей низкая скорость печати, а также отсутствуют дополнительные функции.

Плюсы:

• подходит для знакомства с оборудованием,
• простая установка,
• возможность быстрой настройки.

Недостатки:

• открытая камера,
• поддерживает не все виды пластика.

Профессиональные 3D-принтеры

К особенностям профессиональных 3D-принтеров приписывают огромный функционал, плюс высокую скорость печати. Установки способны работать с широким спектром расходных материалов. При печати используются тонкие слои, поэтому изделия получаются гладкими.

Плюсы:

• возможность печати больших объектов,
• в комплекте несколько экструдеров,
• поддержка пластика от различных производителей.

Минусы:

• дорогая стоимость,
• сложность проведения ремонта.