Виды 3д принтеров: классификация по используемым материалам и технологиям печати

Виды 3д принтеров: классификация по используемым материалам и технологиям печати

Появление 3d принтеров открыло новую эру технологий – теперь стало возможным напечатать объемный предмет. Назначение получаемых трехмерных изделий может быть самое разное – от игрушек до медицинских протезов.

В основу работы берется цифровая модель (или чертеж), которая потом воплощается в свою точную реальную копию. Подобные устройства встречаются разной мощности и комплектации, в домашних и промышленных вариантах.

Существующие на сегодняшний день виды 3д-принтеров применяют самый различный материал, чтобы получить объемную печать.

Классификация принтеров по типу используемых материалов

Заправляемый в технику расходник определяет типы 3d-принтеров. Лазерные агрегаты спекают и ламинируют порошок.

Струйный 3д-принтер поочередно склеивает слои используемого исходного материала, затем происходит его спекание. Следующий шаг – охлаждение.

Здесь могут использоваться виды фотополимерного пластика, смол, порошков, силикона, металла и восковые компоненты. Рассмотрим, как работает такая техника на разных материалах.

Порошок

Принцип действия техники проявляются в следующих действиях:

  • исходя из предоставленной модели, печатающая головка начинает наносить в определенные места специальное связующее вещество;
  • на него тонким валиком будет нанесен порошок, который спекается с веществом.
  • далее процесс повторяется.

Подобное устройство вполне реально собрать собственными руками – достаточно иметь необходимые комплектующие. Еще один бонус «в копилку» такого аппарата – работа с пудрой из металла.

Гипс

Гипсовый вариант тоже заправляется порошками, но уже соответствующими – от гипса до шпаклевки, цемента и тому подобных. Обязательно наличие связующего вещества. Такие принтеры чаще всего применяются в создании интерьерных украшений. Изделия здесь получаются самые разнообразные.

Фотополимер

Для изготовления объектов в этом случае используются жидкие фотополимеры. Интересен принцип создания фигурок. Ориентируясь на компьютерную модель, ультрафиолетовый лазер будет засвечивать определенные места.

В дальнейшем они будут затвердевать под действием ультрафиолета. Такая засветка будет осуществляться и через специально подготовленный фотошаблон – только здесь будет применяться ультрафиолетовая лампа.

Шаблонная заготовка будет меняться с каждым новым слоем.

Если техника выбрана стереолитографическая, то можно наслаждаться высокой точностью выполнения объемной печати. Единственный минус – низкая скорость работы, но если точность является актуальным показателем, то на время выполнения не обращают внимания.

Воск

Подобный аппарат печатает при помощи воска – материала с низкой плавящейся температурой. В этом свойстве есть свой бонус – легкость работы. Вот почему четкость и точность выполненных контуров является безукоризненной.

Как добиться цвета

Чтобы сделать объекты самой разной цветовой гаммы, в технике используется специальная головка. Здесь присутствует сразу несколько экструдеров – компонентов, способных плавить и наносить используемый расходный материал.

Есть еще один способ, именуемый «сублимация». Этот вид принтера используется, если необходимо перенести изображение (например, с фото) на рельефную поверхность. Для осуществления задуманного в определенных местах нагреваются красители – из-за температурного воздействия происходит испарение, и остается нужный рисунок.

Технологии трехмерной печати

В отношении используемых технологий применяется специальная классификация, которую будет полезно знать каждому будущему владельцу 3д-принтера:

  • FDM;
  • Polyjet или MJM;
  • LENS;
  • LOM;
  • SLA;
  • SLS;
  • 3DP;

FDM

Это самая популярная технология в рассматриваемых устройствах. При FDM (fused deposition modeling) агрегат будет выдавливать расходник через специальное сопло слой за слоем. Сюда входят:

  • мэйкерботоподобные устройства;
  • Stratasys-принтеры;
  • агрегаты, используемые в кулинарии (заправкой идут сырные продукты, тесто, глазурь);
  • медицинские аппараты (медицинский гель с живыми клетками).

Polyjet

Интересен и MJM (Multi Jet Modeling), который подразумевает методику многоструйного моделирования. Процесс похож на обычный струйный из-за подачи материала через небольшие сопла (их может быть несколько сотен). После застывания предыдущего слоя и будет формироваться заданная трехмерная модель.

Расходниками являются фотоплимеры и пластик, подходит и специальный воск. Обычно такую объемную печать применяют в изготовлении медицинских имплантатов, зубных протезов и слепков.

Есть и недостатки использования такой технологии – очень дорогой исходный материал и хрупкий результат. Применение обычно находит в медицине и промышленном прототипировании.

LENS

При LASER ENGINEERED NET SHAPING выдутый из сопла расходник сразу попадает под фокус лазерного луча, что чревато мгновенным спеканием.

Использование металлического порошка помогло в изготовлении объектов из стали и титана, что дало возможность эксплуатации 3Д-принтеров в промышленности.

Многие сплавы реально перемешивать и получать непосредственно в процессе. Так, например, получают турбиновые титановые лопатки для турбин.

LOM

С Laminated Object manufacturing тонкие и уже проламинированные листы вырезаются лазером, склеиваясь, спекаясь или спрессовываясь в трехмерный объект. Так можно напечатать пластиковые, алюминиевые и бумажные 3D-объекты.

Несмотря на легкость исходного материала, бумажные модели получаются очень прочными, а их себестоимость выйдет практически копеечной. Но сразу надо приготовиться к тому, что такое изделие будет сопровождаться большим количеством отходов. Хотя и последнего можно избежать, если расположить на одном листе сразу несколько небольших объектов.

SLА

Чтобы понять, как работает Stereolithography, надо представить ванну, наполненную жидким полимером. Проходящий по ее поверхности лазерный луч полимеризирует слой. После готовности одного из слоев, платформа опустит деталь, чтобы жидкий полимер заполнил пустоты. Потом ситуация меняется: деталь поднимается наверх, а сам лазер располагается внизу.

Подобный принтер нельзя держать дома:

  • из-за токсичности фотополимера;
  • по причине дороговизны обслуживания.

SLS

Selective laser sintering напоминает вышеописанный вид технологий, но здесь вместо фотополимера используется запекаемый лазером порошок. Можно не опасаться, поломки в процессе работы детали, а в качестве расходника вполне вероятно использовать сталь, нейлон, бронзу, титан, керамику, стекло, литейный воск и другие материалы.

Технология подразумевает создание сложных вещей. Она отлично подходит, например, для создания каких-либо прототипов – например, для ювелирных изделий. Незапеченный порошок будет служить поддержкой для нависающих элементов – значит, не надо формировать какие-то специальные поддерживающие корпусы.

3DP

3DP-метод заключается в нанесении на материал клея, за ним слоя свежего порошка и далее всё по новой. В результате получается похожий на гипс материал (sandstone). Если в этот клей добавить краску, то получатся цветные объекты.

Технология безопасна для бытового и офисного использования. Для материалов подойдут стеклянный, костный, резиновый и даже состоящий из древесных опилок порошки.

  Можно делать и съедобные фигурки (с использованием шоколадного или сахарного порошков) – только в этом случае берется специальный пищевой клей.

Резюмируя сказанное

3D-печать привлекает большое количество людей, интересующихся ею из-за личного любопытства или в производственных целях.

Для тех, кто не имеет никакого опыта в данной сфере, не составит труда обучиться искусству объемной печати, как на виртуальных, так и реальных курсах. Важнее будет другое: для каких конкретно целей планируется покупать подобный аппарат.

Правильная расстановка приоритетов в сочетании со знанием используемой для той или иной области применения технологии позволят использовать технику на все сто процентов.

Источник: http://Tehnika.expert/cifrovaya/printer/3d-vidy.html

3d-принтер

3D-принтер — это периферийное устройство, осуществляющее 3D-печать методом послойного формирования физического объекта по заданной цифровой 3D-модели.

Благодаря определенной простоте базовой конструкции оборудования, позволяющего осуществлять объемную печать, разработки в данной области ведутся как простыми людьми — энтузиастами 3d-печати (фактически каждый может собрать свой собственный 3d-принтер своими руками), так и крупными отраслевыми компаниями и центрами разработки.

Современные 3d-принтеры могут печатать как различными полимерными материалами (основная доля расходных материалов), так и металлом, специализированными строительными составами, продуктами питания и био-материалами.

3д-принтеры уже сегодня применяются как для бытового так и для профессионального прототипирования объектов. На сегодняшний день помимо условно «стандартных» образцов оборудования, имеются разработки и конструкции, осуществляющие печать еды, принтеры применяемые в медицине и принтеры способные печатать малоэтажные дома и небольшие конструкции.

Также отметим, что 3д-принтеры в частности и 3д-печать в целом активно используются в образовании, робототехнике и ряде других социально-значимых и инновационно-перспективных направлений.

Следует отметить, что 3d-принтеры — это одна из немногих категорий оборудования имеющих реальную возможность к самовоспроизведению (в частности, проект RepRap).[1]

Виды 3d-принтеров

Классификация 3д-принтеров ведется по нескольким ключевым параметрам, основными из которых являются: применяемая технология 3d-печати; материал печати; уровень качества и стабильности размеров получаемых изделий.

В последнем случае различают домашний (настольный) 3d-принтер и 3d-принтер профессионального класса, демонстрирующий более стабильные размеры напечатанных объектов, повышенную производительность (скорость печати) и качество прототипирования.

Оборудование профессионального класса активно применяется в различных конструкторских бюро (с целью создания моделей и прототипов разрабатываемой продукции или конструкций), а также для целей мелкосерийного производства широкой гаммы изделий (сувенирная продукция, индивидуализированные корпуса электроники и тому подобное).

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:

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

Подробнее остановимся на некоторых (наиболее важных) элементах базовой конструкции 3д-принтера[2].

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.

Читайте также:  Конвекторы, встраиваемые в пол: электрические, водяные, установка

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.

Принцип работы 3д-принтера

Как уже было замечено, на сегодняшний день в индустрии насчитывается уже несколько подвидов методов 3д-печати, а также весьма обширный набор соответствующего оборудования и конструкций.

Для того, чтобы рассмотреть принцип работы 3d-принтера обратимся к его ключевому элементу (головке экструдера) и методу объемной печати, использующей пластиковую нить.

Процесс 3д-печати:

Нить (филамент) поступает в печатающую головку (экструдер), после чего осуществляется разогрев нити до ее жидкого состояния. Далее полученная масса выдавливается через сопло экструдера.

При этом шаговые двигатели с помощью зубчатых ремней приводят в движение Экструдер, который перемещается по направляющим в заданном направлении и наносит пластик на платформу слой за слоем согласно заданной модели.

[3]

3d-принтер — производители

Технология 3d-печати с одной стороны еще находится на этапе своего зарождения и становления, с другой стороны базируется на весьма проработанных технологических решениях из ряда других областей (в частности, экструзии полимеров).

Данные обстоятельства в совокупности с развитием интернета, значительно ускорившего и упростившего обмен информацией в мировых масштабах, привели к тому, что теми или иными успехами в области разработки, конструирования и производства оборудования для 3d-печати могут похвастаться очень многие компании по всему миру.

Подавляющее большинство таких компаний (на сегодняшний день) занимается сборкой оборудования из готовых конструкционных элементов по находящимся в свободном доступе конструкторским схемам с минимальными изменениями и новациями. Однако на рынке уже есть и свое лидеры, — относительно крупные компании, сравнительно (учитывая возраст самого рынка 3д-печати) давно работающие в данной области. Список наиболее заметных из них представлен ниже.

Ведущие производители:

  • 3D Systems (США);
  • EnvisionTEC (Германия);
  • Stratasys (США);
  • MX3D (Нидерланды);
  • Rapid Shape (Германия);
  • DWS s.r.l. (Италия);
  • Wuhan Binhu Mechanical & Electrical (Китай);
  • MakerBot Industries (США);
  • RepRapPro (Великобритания);
  • Magnum (Россия);
  • Ultimaker (Нидерланды);
  • PICASO 3D (Россия).

В общем и целом свое разработчики и (или) производители 3д-принтеров имеются практически в каждой цивилизованной стране мира. По различным оценкам экспертов и аналитиков, на сегодняшний день в мире можно купить 3d-принтер по меньшей мере от 300 компаний.

В Европе (как можно заметить из приведенного выше списка) центральное место занимают немецкие, голландские и итальянские компании, что вполне коррелирует с тем какое место на международном рынке занимают местные компании-производители оборудования для переработки полимеров. Также заметное место на мировом рынке аддитивных технологий занимает и Великобритания, где по разным оценкам насчитывается как минимум 15 компаний, разрабатывающих и изготавливающих оборудование для объемной печати.

В Азии безусловным лидером рынка выступают китайские компании. Однако и кроме них здесь есть заметные игроки и из других стран региона: Индия, Япония, Южная Корея, Тайвань и даже Таиланд и Гонконг.

На постсоветском пространстве безусловным лидером по количеству отраслевых компаний, работающих в области разработки и изготовления 3d-принтеров и вспомогательного оборудования, выступает Российская Федерация, на территории которой (по различным оценкам) уместилось по меньшей мере 36 предприятий, главные из которых представлены выше. Также следует отметить, что свое отраслевые фирмы имеются в Украине, Беларуси, Литве и Латвии.

В Северной Америке, помимо мирового лидера — США, свое функционеры в области разработки, производства и внедрения оборудования для печати 3dp присутствуют и в Канаде.

В заключении отметим, что есть свое компании-производители и в таких странах, как Израиль; Бразилия, Новая Зеландия и Австралия, хотя их можно в прямом смысле слова «пересчитать по пальцам» и заметного влияния на мировой рынок они (на данный момент) не оказывают.

Узнать больше про 3d-принтер:

Также, для получения более полной картины по тематике 3д-печати в целом и 3д-принтеров в частности рекомендуем воспользоваться поиском по сайту (вверху страницы).

Источник: https://mplast.by/encyklopedia/3d-printer/

Виды 3D принтеров и трехмерной печати

Прежде чем рассматривать виды 3D принтеров и трехмерной печати стоит понять, что это вообще такое.

3Д принтер – это устройство, которое послойно создает физический объект по виртуальной трехмерной модели. При помощи такого устройства можно изготавливать практически любые объекты.

Необходимые модели разрабатываются при помощи специального программного обеспечения для трехмерного моделирования.

В современных 3Д принтерах применяется две основные технологии печати:

Эти технологии также подразделяются на отдельные подвиды, которые могут различаться по расходным материалам, которые используются для печати. В качестве расходных материалов в наше время может использоваться фотополимерная смола, порошок, силикон, различные металлы, воск, фотополимеры, а также разные виды пластика.

Принцип работы 3D принтера зависит от его типа и от применяемых расходных материалов – это может быть:

  • Лазерная печать;
  • Спекание;
  • Послойное плавление и накладывание пластика;
  • Ламинирование;
  • Плавление порошка;
  • Полимеризация фотополимерного пластика путем воздействия на него лазером;
  • Послойное склеивание расходного материала;
  • Вакуумная электронно-лучевая плавка порошка.

Кроме этого существуют такие 3D принтеры, которые способны печатать одновременно двумя и более разными материалами или выполнять многоцветную печать. В связи с этим помимо технологии печати принтеры подразделяются и следующие типы:

  • Монохромный – устройство, печатающее одним цветом;
  • Принтеры с разрешением 3D-прототипирования. Такие устройства позволяют изготавливать самые мелкие детали;
  • Цветной 3D принтер, позволяющий создавать разноцветные физические объекты;
  • 3D принтер с камерой обдува, который самостоятельно выполняет финишную обработку изделия.

Итак, давайте подробнее рассмотрим типы 3Д принтеров.

Первый порошковый 3Д принтер был разработан в нидерландском университете в городе Твенте. Устройство работает по технологии спекания порошка с использованием связующего вещества.

То есть печатающая головка наносит связующее вещество на определенные места (в соответствии с компьютерной моделью), после чего вал наносит тонкий слой порошка.

Далее головка снова наносит связующее вещество, после чего вал наносит тонкий слой порошка и так далее.

Не смотря на то, что на первый взгляд кажется, что такой принтер должен иметь сложную конструкцию это отнюдь не так. Его достаточно просто собрать. Более того, он изготовлен из стандартных комплектующих, которые весьма просто найти.

Кроме этого такой принтер способен работать и с другим типом порошков – металлическая пудра. Для этого порошковый принтер должен работать по технологии запекания.

1.2. Гипсовый 3D принтер

Гипсовый 3Д принтер относится к виду порошковых устройств, но он способен работать только со связующими веществами и исключительно со строительными порошками, такими как гипс, цемент, шпаклевка и так далее.

Гипсовый 3Д принтер работает по такому же принципу, как и порошковый аппарат. С его помощью можно создавать самые разнообразные изделия из строительных порошков. Такие устройства часто используются в дизайнерских студиях для создания украшений интерьера.

1.3. Фотополимерный 3D принтер

Данная технология работает по принципу постепенного создания объекта их жидких фотополимеров.

В процессе создания ультрафиолетовый лазер засвечивает определенные места (в соответствии с компьютерной моделью), которые под воздействием ультрафиолета затвердевают. Конечно, процесс засветки достаточно длителен, а каждый слой измеряется в микронах.

Засветка фотополимера может также осуществляться и при помощи ультрафиолетовой лампы через специальный фотошаблон, который меняется с каждым новым слоем. 

Стереолитографический 3D принтер отличается высокой точностью. Даже персональные модели не сильно уступают в точности профессиональным аппаратам. Конечно, для достижения такой точности пришлось принести в жертву скорость, однако в некоторых случаях точность изготовленных моделей имеет наибольшее значение.

1.4. Лазерный 3D принтер

Лазерный 3Д принтер работает по разным технологиям – плавление, спекание или ламинирование.

Технология плавления заключается в том, что используемый порошок предварительно разогревается до температуры близкой к плавлению. После этого луч лазера плавит порошок, формируя слой. Далее слой должен застыть, после чего насыпается следующая порция порошка, и лазер наносит следующий «рисунок».

Такие принтеры способны работать практически с любыми термопластичными материалами. При этом скорость печати может достигать нескольких десятков мм/час. Конечно, есть и отрицательная сторона медали. Поверхности изготовленных деталей при помощи такого принтера является слишком шероховатой, а также требуется весьма длительное время для подготовки к работе.

Однако есть существенное преимущество, которое заключается в том, что такие устройства способны работать с металлическими порошками.

Это позволяет создавать настоящие металлические изделия, которые не уступают по прочности деталям, изготовленным традиционным способом.

Конечно, в случае с металлическими порошками после печати изделие нуждается в последующей обработке – в насыщении бронзой и запекании в специальной печи.

Технология спекание заключается в том, что лазер выжигает в порошке из легкосплавного пластика контуры изготавливаемой детали. После завершения процесса излишки порошка просто стряхиваются с поверхности готового изделия.

Ламинирование – это процесс, при котором изделие изготавливается из большого количества слоев расходного материала. Эти слои накладываются друг на друга и склеиваются. В процессе наложения слоев лазер вырезает в каждом из них нужный контур в соответствии с компьютерной моделью.

1.5. Сублимационный 3D принтер

Данный тип 3Д принтера является собой устройство, которое используется для переноса изображений на рельефные объекты. Это осуществляется путем нагревания специальных красителей в определенных местах, которые под воздействием температуры начинают испаряться и оставлять рисунок на поверхности каких-либо изделий.

1.6. Восковой 3D принтер

Как вы уже догадались из названия, такой принтер печатает воском. Воск – это уникальный материал, который имеет низкую температуру плавления, Благодаря чему с ним очень просто работать. Именно по этой причине многие дизайнеры выбирают именно этот материал.

Наверное, каждый хотя бы раз в жизни бывал в музее восковых фигур, или видел модели по телевизору. Конечно, изделия в человеческий рост 3D принтер не сделает, однако точность моделей, сделанных при помощи трехмерной печати, просто поражает.

Читайте также:  Какой абразив нужно использовать для пескоструя: виды, советы по выбору

2. Презентация 3D-печати: Видео

2.1. Цветной 3Д принтер

Цветной 3D принтер позволяет создавать модели разных цветов. Такая возможность достигается благодаря тому, что в принтере используется печатающая головка с несколькими экструдерами – устройствами, которые плавят и наносят расходный материал, к примеру, пластик. 

Такие устройства уже сегодня пользуются огромным спросом, в особенности для изготовления различных дизайнерских украшений и детских игрушек. Как правило, в качестве расходного материала такой 3D принтер использует пластик.

3. Материал для 3Д принтера

В зависимости от типа принтера необходимо использовать соответствующие материалы. К примеру, порошковый аппарат может работать только с порошками и связующими веществами. Поэтому прежде чем покупать тот или иной 3Д принтер необходимо определиться с тем, в каких целях он будет использоваться.

Конечно, стоит понимать, что разные материалы для 3Д принтеров имеют различную стоимость. Также они могут иметь разное качество. Более распространенные и крупные бренды предоставляют качественные материалы, из которых получаются наиболее прочные изделия. Поэтому не стоит экономить на материалах.

Помимо всего прочего технология трехмерной печати постоянно развивается, появляются новые принтеры, которые имеют уникальный принцип работы. Также ведутся активные разработки расходных материалов, и с каждым годом их список становится все длиннее.

Источник: http://www.techno-guide.ru/informatsionnye-tekhnologii/3d-tekhnologii/vidy-3d-printerov-i-trekhmernoj-pechati.html

Виды 3D принтеров и технологии работы 3Д печати + видео | Статьи и обзоры

С помощью современных 3d принтеров можно напечатать практически любой трехмерный объект, а возможные ограничения в печати прежде всего связаны с материалом, с которым может работать тот или иной принтер. Наиболее распространены принтеры, которые печатают объекты из PLA и ABS пластика.

О материалах для 3d принтеров мы расскажем позже, а пока давайте разберемся в основных видах 3d принтеров.

Попробуем также разобраться в том, какие технологии существуют для печати 3d объектов, какие принтеры будут стоить дорого (прежде всего, предназначенные для промышленного производства), а какие можно купить и для домашнего использования. Начнем.

FDM или FFF

Технология FDM (fused deposition modeling) подразумевает под собой печать с помощью сопла-дозатора, из которого выдавливается какой-либо материал и постепенно наносится на объект слой за слоем, выстраивая трехмерную модель. В качестве материалов для этого вида 3d печати чаще всего выступают пластики (в виде нитей на катушке), но не только.

Например, FDM принтеры можно использовать в качестве кулинарного помощника (в этом случае заправляется глазурь, сыр, тесто и др. необходимые для блюда компоненты) или FDM принтер можно использовать в медицине (в этом случае заправляется специальный медицинский гель с набором живых клеток – как правило, используется в биомедицине).

Технология FDM печати была разработана С. Скоттом Трампом еще в конце 80-ых годов прошлого века и на рынок вышла в 1990 году. Другое название этой технологии печати FFF (Fused Filament Fabrication) или “Производство методом наплавления нитей” – оно было придумано для обхода юридических ограничений для аббревиатуры FDM, которая принадлежит компании Stratasys.

Этот вид 3d принтеров наиболее распространен в качестве бытовых 3d принтеров, так как является наименее затратным в обслуживании. В производстве FDM принтеры чаще всего применяются для быстрого прототипирования или быстрого моделирования объектов, например, мелкосерийной партии каких-либо деталей.

В быту такие принтеры могут использоваться для самых различных целей, например, для печати игрушек, сувениров или украшений.

Polyjet

Основой этой технологии является следующий принцип: при помощи маленьких сопел фотополимер наносится на какую-либо поверхность и сразу полимеризуется под воздействием УФ излучения. Данная технология печати была разработана израильской компанией Objet в 2000 году, однако теперь она принадлежит компании Stratasys.

Отличительными особенностями этого вида 3d принтера является то, что можно использовать широкий диапазон материалов (фотополимерный пластик разного состава, цвета и плотности), использовать небольшую толщину слоя (до 16 микрон – подходит для создания мелких и гладких деталей) и относительно быстро печатать за счет использования жидких материалов.

Polyjet – это единственная технология, по крайней мере сегодня, которая позволяет комбинировать сразу несколько материалов в одном прототипе! Но есть и недостатки, главным из которых является тот факт, что можно печатать только с использованием фотополимерного пластика (как правило, фотополимерные пластики очень дорогие).

Применяется технология Polyjet в основном в промышленности, медицине и образовании, хотя на сегодняшний день есть и бытовые модели 3d принтеров для различных целей.

LENS

3D печать в данном случае основана на том, что материал в виде порошка наносится на сфокусированный луч лазера и моментально спекается. По такому принципу слой за слоем выстраивается вся трехмерная модель.

Данная технология 3d печати (LENS – LASER ENGINEERED NET SHAPING) используется для создания деталей из металла и поэтому именно она открыла двери 3d принтерам в большую промышленность, что повлияло, собственно, на рост популярности 3d принтеров в целом по всему миру.

Эти виды 3d принтеров, по мимо всего прочего, имеют еще одно большое преимущество – порошки можно смешивать и получать различные сплавы уже непосредственно в момент печати (спекания). Наиболее известным производителем оборудования для этого вида печати является компания Optomec.

LOM

Технология LOM (laminated object manufacturing) заключается в том, что тонкие ламинированные листы вырезаются лазером (ножом), а затем спекаются (прессуются) вместе. В итоге получается, что трехмерный объект состоит из слоев, которые прочно склеены между собой.

Таким образом можно распечатывать 3d модели из бумаги, пластика и даже алюминия (в последнем случае используется тонкая фольга). Как правило, объекты, которые были получены при помощи данного вида 3d печати, потом нуждаются в дополнительной обработке (удаления лишних слоев, шлифованию и др.).

Главным преимуществом технологии LOM можно назвать низкую себестоимость производства, так как расходные материалы являются общедоступными и стоят относительно недорого, а к минусам можно отнести то, что точность изделий несколько ниже, чем при печати с помощью других технологий (например, стереолитографии или SL).

SL (Stereolithography)

Главная идея стереолитографии (SLA или SL) заключается в том, что жидкий фотополимер застывает под воздействием УФ излучения – модель постепенно опускается в некий объем расходного материала, выравнивается и обрабатывается УФ лучами, что заставляет фотополимерную жидкость застывать в местах соприкосновения с лучом. Для печати в данной технологии используются фотополимерные смолы, которые, к сожалению, стоят недешево. Это, пожалуй, главный недостаток данной технологии. Преимуществ у стереолитографии гораздо больше: высокая точность деталей (толщина до 10 микрон), относительно высокая скорость печати, не требует какой-либо особой обработки после печати, можно печатать модели с самой сложной геометрией. Область применения данных видов 3d принтеров самая разнообразная – от промышленности до бытового использования.

LS (Laser sintering)

Лазерное спекание (LS) во многом похоже на стереолитографию, но вместо жидкого полимера здесь используются металлические порошки, которые спекаются под воздействием лазера.

К преимуществам данной технологии 3d печати можно отнести эффективный расход материалов, доступность материалов, так как их можно найти в широком ассортименте практически в каждой стране, а также тот факт, что при печати не нужно использовать опоры для прототипов.

Главные недостатки этого метода: пористость исходной модели, некоторые из порошков являются взрывоопасными, спекание порошков происходит при высоких температурах, поэтому получившиеся детали долго остывают.

Главным образом, этот метод 3d печати эффективно используется в промышленности для изготовления мелких партий деталей или каких-либо сложных составляющих устройств, которые не выгодно заказывать большими партиями.

3DP 

Технология 3DP (Three dimensional printing) или “Струйная трехмерная печать” заключается в следующем: на материал в порошковой форме наносится клей, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так весь цикл печати.

Данная технология была изобретена в 1993 году в MIT (Массачусетском технологическом институте).

Главными преимуществами этой технологии можно назвать возможность добавлять краску в клей (печать разными цветами), возможность использовать в домашних условиях и для бытовых нужд, можно использовать разные материалы в виде порошка (стекло, резина, бронза, дерево и др).

Также стоит отметить, что в данном виде печати нет необходимости для создания дополнительных опор для прототипа. Главными недостатками можно считать то, что на выходе получается достаточно грубая модель (печать до 100 микрон) и что часто требуется дополнительная постобработка получившейся детали.

Какие-либо изделия, рассчитанные на сильное механическое воздействие, распечатать методом  3DP не получиться. Основное назначение таких 3D принтеров – это печать сувениров и подарков, макетов, а также, если в качестве связующего элемента использовать пищевой клей, печать сладостей, конфет. 

Источник: https://bycommer.com/p/pubs/vidy-3d-printerov

Материалы для 3D-принтера: обзор, характеристики и применение :

Рынок 3Д-печати активно развивается. Сегодня можно получить объёмную модель практически любой сложности. При этом расширяется и список материалов, из которых можно изваять изделие. Они различаются плотностью, стоимостью, прочностью и другими характеристиками. О материалах для 3D-принтера и пойдёт речь в этой статье.

Как происходит процесс 3Д-печати?

В общем, способов реализовать 3Д-модель существует множество. Однако практически все они сводятся к одному — накладывание материала для 3D-принтера слой за слоем и его последующее затвердевание. Основные способы выглядят таким образом:

  • Экструзия. Наиболее часто используемый способ. Раздаточная головка выливает на специальную охлаждающуюся платформу материал, который застывает, связывая и формируя модель. С помощью данного подхода возможно создание деталей разного цвета.
  • Фотополимеризация. В основе лежит методика засвечивания особого фотополимера лазером по шаблону, который в итоге превращается в реальную модель.
  • Формирование слоя на выровненном слое порошка. Данный способ плавит специальный порошкообразный состав, склеивая его или спекая.
  • Подача проволочного материала. С помощью электронного воздействия подаваемый проволочный материал для 3D-принтера плавится, и ему придаётся нужная форма.
  • Ламинирование. За основу берётся большое количество слоёв материала, которые накладываются друг на друга. Затем в этой структуре лазер вырезает нужные контуры и пазы.

Применение 3Д-печати

Технология ещё только развивается, с каждым днём становясь все совершеннее. На сегодняшний день ЗД-печать может применяться в следующих задачах:

  • Создание образцов или макетов продукции. Например, чтобы оценить сложную деталь до её промышленного изготовления, инженеры могут распечатать прототип на 3Д-принтере и изучить его.
  • Мелкосерийное производство различных деталей.
  • Печать фрагментов человеческого скелета применяется при протезировании и имплантировании.
  • Создание компонентов оружия.
  • Строительство.
  • Пищевое производство.

Основные материалы для 3D-принтера

Составов для создания моделей известно много, в зависимости от направленности применения детали. Стоит более подробно рассмотреть каждый тип в отдельности.

ABS-пластик

Наверное, самый популярный расходный материал для 3D-принтера. Ещё встречается под именем “акрилонитрилбутадиенстирол”, или АБС.

Обладает хорошими механическими свойствами. Часто применяется для создания сложных несущих конструкций.

Его невысокая стоимость и доступность повлияла на его повсеместное использование как в бытовых условиях, так и в промышленных масштабах.

Читайте также:  Подключение двигателя от стиральной машины: варианты применения, схема подключения

Несмотря на то что АВС-пластик как готовое изделие абсолютно экологически безопасен, при его нагревании в процессе производства возможны выбросы паров акрилонитрила. Правда, ввиду небольшой скорости работы принтера количество вредных веществ довольно мало, и для безопасного производства достаточно будет обеспечить хорошую вентиляцию помещения.

АБС-пластик не следует применять для изготовления посуды, так как он вступает в реакцию с этанолом.

Из технических характеристик АБС-пластика стоит выделить высокую температуру стеклования, которая равна 105 градусам. Пределы прочности на изгиб и разрыв составляют 41 и 21 МПа соответственно. По факту, конечно, многие производители смешивают пластик с различными составами. А это значит, что на практике некоторые свойства будут разными.

Плюсы и минусы АБС-пластика

С помощью данного расходного материала для 3D-принтера можно создавать цветные модели благодаря тому, что пластик обладает богатой гаммой. АБС-пластик абсолютно не боится влаги, различных кислот и масел. Его теплостойкость достигает 115 градусов в зависимости от конкретного производителя.

Ударопрочность и эластичность АБС-пластика для 3D-принтера позволяет создавать надёжные детали и модели. Он также отлично растворяется в ацетоне, что даёт возможность применять постобработку готовой детали его парами для придания гладкости и законченного вида изделию.

Из серьёзных минусов АБС-пластика для 3D-принтера стоит выделить его неспособность выдерживать длительное воздействие обыкновенного солнечного света. А его взаимоотношения с различными элементами, содержащимися в пище и продуктах ограничивают его применение, так как возможно выделение токсичных материалов.

ПЛА-пластик

Данный вид материала для печати на 3D-принтере состоит из полилактида. Он является биоразлагаемым веществом и содержит в себе молочную кислоту. Производится данный материал из кукурузы или сахарного тростника.

Натуральность ПЛА-пластика не ограничивает его применение в любой области.

Плавится ПЛА при температуре свыше 170 градусов. Однако для размягчения достаточно уже и 50. Значения прочности на разрыв и изгиб — 57,8 и 55,3 МПа соответственно. Размер, при котором возможно создание детали, — 0,3 мм, что позволяет придать модели высокую точность исполнения.

У ПЛА-пластика практически отсутствуют серьёзные отрицательные стороны. Разве что повышенная хрупкость и недолговечность. А положительные выглядят следующим образом:

  • нетоксичность, возможно применение в пищевых отраслях и производствах;
  • обладает широкой цветовой гаммой, что позволяет реализовать самые смелые творческие замыслы;
  • отпадает необходимость в применении нагретой платформы при создании модели;
  • гладкая поверхность готового изделия;
  • высокая детализация и качество печатаемой продукции.

PET-пластик

Данный представитель выделяется из всего обзора материалов для 3D-принтера. Во-первых, из полиэтилентерефталата, или ПЭТ, изготавливаются обыкновенные пластиковые бутылки. Во-вторых, его повсеместная доступность сделала материал одним из самых популярных. Существуют даже специальные перерабатывающие установки для бытового применения и изготовления ПЭТ-нитей.

По прочности и гибкости свойства ПЭТ-пластика схожи с АБС. При этом слои отлично схватываются, обеспечивая модель высокой степенью прочности.

Средняя температура печати такого вида материала составляет около 212-224 градусов.

Нейлон

Отличный материал для печати на 3D-принтере деталей, предназначенных для использования в сложных механизмах. Обладает хорошим коэффициентом скольжения и прочности. Однако его свойства предполагают более высокий технологический уровень оборудования для создания моделей.

Температура плавления от различных производителей может варьироваться от 178 до 218 градусов. Для экструзии же это значение составляет от 235 до 260 градусов.

Применение нейлона схоже с АБС-пластиком — ему нужна подогретая платформа. При этом процесс наложения слоёв проходит более гладко, позволяя создавать детализированные модели.

Плюсы и минусы нейлона

Данный материал обладает высокой износоустойчивостью и эластичностью. Имеет способность противостоять большому количеству различных растворителей. Легко подвергается постобработке механическим способом при доведении модели до конечного результата.

Из недостатков нейлона стоит выделить большую гигроскопичность, то есть способность впитывать влагу. Поэтому перед моделированием рекомендуется материал немного просушить. Это поможет избежать проблем при производстве. При пиролизе могут выделяться токсичные пары.

Бетон

Как бы странно это ни звучало, но такие принтеры уже существуют. Правда, используется особый состав цементной смеси.

С помощью строительного 3D-принтера можно создавать полноценные дома и конструкции. При этом время «создания» стены высотой в 6 метров может занять всего несколько часов.

К сожалению, технология в России ещё находится в состоянии зародыша, зато активно развивается на западе.

Металл

В качестве строительного материала для создания металлических деталей используется специальный порошок.

В данном виде производства используются специальные дорогостоящие промышленные 3D-принтеры. Условно их можно разделить на 3 категории:

  1. К первой группе относятся модели, конструктивно схожие с обычными принтерами для пластика. Для них характерно использование мягких металлов — свинец, олово и т. д.
  2. Вторые используют металлический порошок со специальным клеящим веществом. После производства модель приходится обжигать для набора полной прочности.
  3. Это промышленные 3D-принтеры, порошок в которых обжигается путем воздействия на него лазера.

По сути, только последний является «реальным» средством печати изделий из металла.

Основные сплавы

Среди материалов имеется большой набор сплавов и отдельных элементов. Стоит в них немного разобраться:

  • титан – очень прочный материал, активно использующийся в медицине ввиду своей биосовместимости, обладает небольшим весом и хорошей сопротивляемостью к ржавчине;
  • нержавеющая сталь – различные сплавы из стали знамениты своей прочностью и доступностью;
  • алюминий и производные – лёгкий сплав с небольшой плотностью, отлично поддаётся различным видам обработки.

Плюсы и минусы металлического порошка

Как и свойственно металлам, их порошок после преобразования в форму будет обладать высокой прочностью. При этом детализация объекта доступна на достойном уровне, вплоть до 0,025 мм. Устойчивость к высоким температурам позволяет использовать модели в самых разных отраслях. После того как изделие вышло из строя или по ненадобности его можно переплавить.

Что касается минусов, то есть всего один, но довольно существенный. Технология 3Д-печати металла очень сложна. Поэтому оборудование, как правило, стоит дорого.

К тому же организовать такое производство в бытовых условиях будет затруднительно.

Заключение

В статье было рассмотрено, какие материалы используют 3D-принтеры, их характеристики и свойства, а также области применения. Так как технология относительно новая, то имеет много тонкостей и нюансов.

Они разбираются и решаются практически «методом тыка», вплоть до настроек 3D-принтера.

Но заинтересованность многих сфер в быстрой и качественной печати готовых изделий есть, а значит, и технология будет развиваться и оттачиваться.

Источник: https://www.syl.ru/article/346104/materialyi-dlya-d-printera-obzor-harakteristiki-i-primenenie

Классификация 3D принтеров и 3D сканеров

За последние несколько лет 3D технологии стали инновационным решением для получения объемных изображений. Использование 3D устройств открывает новые возможности в области научных исследований, медицине, архитектуре, тяжелой, текстильной,  пищевой и ювелирной промышленности.

Нужно помнить, что решение приобрести определенный 3D принтер или сканер должно соотноситься с потребностями, материальными возможностями и конкретной областью применения.

Чтобы найти подходящий вариант, существуют классификации 3D принтеров и сканеров, отвечающие разным запросам и использующие разные принципы работы.

Для начала рассмотрим виды 3D принтеров.

LENS(LASER ENGINEERED NET SHAPING)

Эта технология 3D моделирования применяется в тяжелой промышленности для создания металлических крупногабаритных объектов. Частицы порошка спекаются лазером в нужную форму.

Плюсы и минусы:

+ порошки можно смешивать для получения различных сплавов

+ высокая точность

– дороговизна технологии

SL (Stereolithography)

Материалом такому принтеру служит специальное вещество, изменяющее свои свойства подвоздействием света (фотополимер). Объект формируется из фотополимерного вещества под воздействием ультра-фиолетовых лучей. Пользуются SL для получения предметов сложной формы. Применяется этот принтер как в промышленности, так и в быту.

Плюсы и минусы:

+ прочность материала

+ точность деталей

+ быстрота печати

+ высокая точность

+ постобработка не нужна

– дороговизна технологии

3DP

Струйная трехмерная печать, использующая порошок и клей в виде порошка. Так, частицы слоёв склеиваются между собой. Чтобы сделать объект цветным, в клей добавляют краску. При помощи 3DP можно создавать макеты, подарки, сувениры, сладости (при использовании пищевого клея), а ещё в медицине для печати органических тканей.

Плюсы и минусы: + легкость в использовании + можно применять разные материалы в виде порошка (в том числе бронза, резина, стекло, дерево и др)

– требуется дополнительная постобработка

FDM или FFF

Материал, которым печатает FDM принтер напоминает катушки нитей или прутиков из термопластика. Из дозатора выдавливается термопластик, на основе которого создается трехмерный объект. Термопластик заменяют на тесто для создания кулинарных объектов или на медицинский гель для печати органов.

Плюсы и минусы + низкая затратность в обслуживании  +разнообразие материалов +быстрота печати

– относительно низкая точность

Polyjet

При помощи маленьких  дозаторов фотополимер наносят на  поверхность и полимезируют под воздействием ультра-фиолетового излучения. Применяется как в промышленности, медицине, образовании, так и в бытовых целях.

Плюсы и минусы: + возможность использования разных материалов + небольшая толщина слоя + быстрая печатать  благодаря использованию жидкого материала

+ можно соединять нескольких материалов в одном объекте

LOM (laminated object manufacturing)

Тонкие ламинированные листы разрезаются лазером и под прессом соединяются. В итоге получается, что трехмерный объект состоит из слоев, которые прочно склеены между собой. На этом принтере можно создавать 3d модели из бумаги, пластика и даже алюминия (фольги). Из-за низкой точности LOM чаще всего применяют для создания прототипов.

Плюсы и минусы: + можно с легкостью удалить испорченные слои и сделать их заново + низкая себестоимость – требуется постобработка

– низкая точность

LS (Laser sintering)

Металлический порошок спекается при помощи лазера. LS принтер применяется для моделирования мелких деталей, а также промышленных и медицинских прототипов.

Плюсы и минусы: + эффективный расход материалов + доступность материалов +  требуется опора для прототипов – взрывоопасность порошков

– детали долго остывают 

Технология лазерного спекания эффективно используется в промышленности для изготовления мелких партий деталей или каких-либо сложных составляющих устройств, которые не выгодно заказывать большими партиями. Как правило, LS используется для создания промышленных и медицинских прототипов. 

Если функцией любого 3D принтера является воспроизведение реального объекта на основе 3D модели, то 3D сканер играет противоположную роль – устройство анализирует реальный объект и строит, на основе полученной информации, 3D модель. Классификация 3D сканеров менее обширная: бывают контактные и бесконтактные сканеры. Бесконтактные, в свою очередь, делятся еще два вида – лазерные и оптические.

Контактные сканеры

Контактные сканеры по сути исследуют требуемый объект «на ощупь». Плюсы и

+ высокая детализация

+ независимость от световых условий

+ возможность сканирования призматической части объекта

+ ценовая доступность

– медленный процесс анализа

– ограничение в сканировании подвижных объектов

Бесконтактные сканеры

Лазерные сканеры.
Лазеры в таких сканерах работают по принципу триангуляции, вычисляя информацию об объекте при помощи облака точек.

Оптические сканеры. Чаще всего оптические сканеры имеют в своей конструкции две видео камеры в связке с кинопроектором. Применяется для реверс-инжинеринга, сканирования ювелирных украшений, часто применяется в медицине

Источник: https://pechatnick.com/articles/klassifikaciya-3d-printerov-i-3d-skanerov

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector