3D-принтер: что это и как он работает?

Термин 3D-печать

Термин 3D-печать имеет несколько синонимов, один из которых достаточно кратко и точно характеризует суть процесса: «аддитивное производство», то есть изготовление с добавлением материала. Термин был изобретен не случайно, потому что в этом основное отличие множества технологий 3D-печати от обычных методов промышленного производства, которые в свою очередь называются «субтрактивными технологиями», то есть «забирать». При фрезеровании, шлифовании, резке и других подобных процедурах излишки материала удаляются с детали, в случае аддитивного производства материал добавляется постепенно, пока не будет получен сплошной узор.
Скоро 3D-печать опробуют и на Международной космической станции
Строго говоря, многие традиционные методы могут быть классифицированы как «аддитивные» в самом широком смысле этого слова, например, литье или клепка. Однако следует иметь в виду, что в этих случаях либо требуется расход материалов для изготовления конкретных инструментов, используемых при производстве отдельных деталей (как в случае литья), либо весь процесс сводится к готовому — сделанные стыки (сварка, клепка и др.). Чтобы технология была отнесена к категории «3D-печать», необходимо строить конечный продукт из сырья, а не из пустых пространств, а формирование объектов должно быть произвольным, то есть без использования форм. Последнее означает, что для аддитивного производства требуется программный компонент. Проще говоря, аддитивное производство требует компьютерного управления, чтобы форму конечных продуктов можно было определять путем создания цифровых моделей. Именно этот фактор задержал широкое распространение 3D-печати до того времени, когда числовое управление и 3D-дизайн стали широко доступными и высокопроизводительными.

Технологии

3D-печать может производиться разными способами и с использованием разных материалов, но каждый из них основан на принципе послойного создания («роста») твердого объекта.

Типы технологий, используемых для создания слоев 1 2 3

Тип Технология Печать с использованием нескольких материалов одновременно Цветная печать Описание

Экструзия	Моделирование наплавленного осаждения (FDM)	возможно	возможный	Отверждение материала при охлаждении: дозирующая головка выдавливает капли нагретого термопласта на охлаждаемую базовую платформу. Капли быстро застывают и прилипают друг к другу, образуя слои будущего предмета
Робокастинг (прямая рукопись, DIW)	возможно	возможный	«Чернила» (обычно керамический шлам) выходят из сопла в жидком состоянии, но сразу принимают желаемую форму из-за псевдопластичности.
Фотополимеризация	Лазерная стереолитография (SLA)	невозможно	невозможно	УФ-лазер освещает жидкий фотополимер (через фотошаблон или постепенно, пиксель за пикселем)
SLA-DLP	невозможно	невозможно	Ультрафиолетовый фотополимер DLP
SLA-LCD	невозможно	невозможно	УФ-светодиодная матрица освещает фотополимер через ЖК-маску
Формирование слоя на выровненном порошковом слое	3D печать, 3DP	невозможно	возможный	порошковое связующее путем нанесения жидкого клея методом струйной печати
Электронно-лучевой синтез (EBM)	невозможно	невозможно	плавление металлического порошка из электронного луча в вакууме
Селективное лазерное спекание (SLS)	невозможно	невозможно	плавление порошка под действием лазерного излучения
Прямое лазерное спекание металла, DMLS	невозможно	невозможно	плавление металлического порошка под действием лазерного излучения
Селективное термическое спекание (СВС)	невозможно	невозможно	плавильный порошок с нагревательной головкой
Подача проволоки	Электронно-лучевое производство произвольной формы (EBF), Аддитивное электронно-лучевое производство (EBAM)	возможно	возможный	плавление материала проволоки под действием электронного излучения
Ламинирование	Производство ламинированных изделий (ЛОМ)	возможно	возможный	деталь создается из большого количества слоев рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер (или режущий инструмент) вырезает участок будущей детали по каждому контуру
Точечная подача порошка	Прямое лазерное покрытие, прямое электронное покрытие (направленное нанесение энергии)	возможно	возможный	поставляемый порошок расплавляется лазером или электронным лучом
Струйная печать	Многоструйное моделирование (MJM)	возможно	возможный	рабочий материал нанесен методом струйной печати

Примечания:

1. Густые керамические смеси также используются в качестве самоотверждающегося материала для 3D-печати больших архитектурных моделей 4 .
2. Биопринтеры — экспериментальные установки, в которых трехмерная структура будущего объекта (органа для трансплантации) печатается каплями, содержащими живые клетки 5. Дальнейшее деление, рост и модификация клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. В 2013 году китайские ученые начали печатать уши, печень и почки из живой ткани. Исследователи из Университета Ханчжоу Дяньцзы разработали трехмерный биопринтер под названием «Регеново». Сюй Минген, разработчик Regenovo, предсказал в то время, что полнофункциональные печатные органы, вероятно, будут созданы в течение следующих десяти или двадцати лет 6 7. В том же году исследователи из Университета Хасселта в Бельгии успешно напечатали новую челюсть для 83-летней бельгийской женщины 8. В начале 2016 года вице-президент центра «Сколково» Кирилл Кай сказал: «Щитовидная железа, напечатанная на российском 3D-принтере .. имплантирована и успешно функционирует в теле лабораторной мыши… Я собираемся распечатать и другие органы, мы говорим о почке, печени… Пока все это на лабораторном уровне, но это позволит разработать саму машину »9 .

Кроме того, для позиционирования печатающей головки используются различные технологии:

• Автономный, когда печатающая головка помещена на ее раму, и эта конструкция полностью перемещается за счет какого-то пропеллера, который приводит в движение раму 10 .
• Ручной, когда печатающая головка выполнена в виде ручки / карандаша, и пользователь сам подносит ее к той точке в пространстве, где он считает необходимым добавить быстро затвердевающий материал, высвобождаемый из наконечника. Такое устройство называется «3D-ручка» и может быть отнесено к 3D-принтерам с определенным удлинением. Возможны варианты с использованием термополимера, затвердевающего при охлаждении, и фотополимера, отверждаемого УФ-излучением 11 .
• Поворотный 3D-принтер: используйте одну (или несколько) осей вращения вместо линейного движения.
• Декартово, когда в дизайне используются три взаимно перпендикулярные направляющие, по каждой из которых движется печатающая головка или основание модели.
• С помощью трех параллелограммов, когда три двигателя расположены радиально-симметрично, они синхронно перемещают основания трех параллелограммов, прикрепленных к печатающей головке (см. Статью Delta Robot).

Методы 3D-печати

Существует огромное количество разнообразных технологий 3D-печати, а их названий еще больше из-за патентных ограничений. Однако вы можете попробовать разбить технологии по основным направлениям:

Экструзионная печать

Сюда входят такие методы, как наплавленное наплавление (FDM) и многоструйная печать (MJM). Этот метод основан на экструзии (экструзии) расходного материала с последовательным формированием готового продукта. Как правило, расходные материалы состоят из термопластов или композиционных материалов на их основе.

Плавка, спекание или склеивание

Этот подход основан на объединении порошкообразного материала в единое целое. Обучение проходит по-разному. Самый простой — это склейка, как в случае с 3D-струйной печатью (3DP). Эти принтеры наносят на строительную платформу тонкие слои порошка, которые затем выборочно связываются связующим материалом. Порошки могут состоять практически из любого материала, который можно измельчить в порошок: пластмассы, дерева, металла.
Эта принадлежащая Джеймсу Бонду модель Aston Martin была успешно напечатана на принтере Voxeljet SLS и столь же успешно взорвалась при съемке координат Skyfall вместо дорогостоящего оригинала
Наиболее популярными в этой категории являются технологии лазерного спекания (SLS и DMLS) и плавления (SLM), позволяющие создавать цельнометаллические детали. Как и в случае с 3D-струйной печатью, эти устройства наносят тонкие слои порошка, но материал не склеивается, а спекается или плавится с помощью лазера. Лазерное спекание (SLS) используется для работы как с пластиковыми, так и с металлическими порошками, хотя металлические гранулы обычно имеют оболочку с более низкой температурой плавления и после печати спекаются в специальных печах. DMLS — это вариант систем SLS с более мощными лазерами, позволяющими осуществлять прямое спекание металлических порошков без добавок. Принтеры SLM обеспечивают не только спекание частиц, но и их полное плавление, что позволяет создавать монолитные модели, не страдающие относительной хрупкостью, вызванной пористостью структуры. Как правило, принтеры для работы с металлическими порошками оснащаются вакуумными рабочими камерами или заменяют воздух инертными газами. Такое конструктивное усложнение вызвано необходимостью работы с металлами и сплавами, подверженными окислению, например, с титаном.

Стереолитография

Как работает SLA-принтер
В стереолитографических принтерах используются специальные жидкие материалы, называемые «фотополимерными смолами». Термин «фотополимеризация» относится к способности материала затвердевать под воздействием света. Обычно такие материалы реагируют на ультрафиолетовое облучение.
Смола переливается в специальную емкость с подвижной платформой, которая устанавливается на месте у поверхности жидкости. Слой смолы, покрывающий платформу, соответствует слою цифровой модели. Затем тонкий слой смолы обрабатывается лазерным лучом, затвердевая в точках контакта. По окончании экспонирования платформу вместе с готовым слоем погружают на толщину следующего слоя и снова проводят экспонирование.

Ламинирование

Схема работы 3D-принтеров по технологии ламинирования (LOM)
Некоторые 3D-принтеры строят модели из листовых материалов, таких как бумага, пленка, липкая пленка.
Слои материала наклеиваются друг на друга и вырезаются по контурам цифровой модели с помощью лазера или лезвия.
Эти установки подходят для создания прототипов и могут использовать очень экономичные расходные материалы, в том числе обычную офисную бумагу. Однако сложность и шумность этих принтеров в сочетании с ограниченными возможностями моделей, которые они производят, ограничивают их популярность.
Моделирование методом наплавления (FDM) и лазерная стереолитография (SLA) — самые популярные методы 3D-печати, используемые дома и в офисе).
Остановимся на этих технологиях подробнее.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком скучать с датами и вкратце расскажем историю 3D-печати.

Предшественник 3D-печати. В начале 1980-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с использованием фотополимера, жидкого вещества на акриловой основе. Технология печати была схожа с современной: принтер печатал объект по шаблону, слой за слоем.

Первая 3D-печать. Изготовление физических объектов с использованием цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры мало чем отличались от калькуляторов, и до выпуска Windows 95 он изобрел стереолитографию, предшественницу 3D-печати. Технология работала так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал затвердел и превратился в пластмассовое изделие. Модуль был напечатан на цифровых объектах и ​​стал настоящим бумом среди разработчиков: теперь стало возможным создавать прототипы с меньшими затратами.

Первый 3D-принтер. Источник: хабр

Производитель первого 3D-принтера. Два года спустя Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она запустила первую промышленную машину для 3D-печати и до сих пор остается лидером рынка. Правда, так принтер назывался по-другому — аппаратом стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новых технологий. В конце 1980-х 3D Systems запустила массовое производство стереолитографических принтеров. Но тогда появились и другие технологии печати — лазерное спекание и моделирование наплавкой. В первом случае лазер обрабатывался не жидкостью, а порошком. И большинство современных 3D-принтеров работают по слитному методу. Термин «3D-печать» вошел в употребление, и появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале 2000-х рынок разделился на два направления: дорогие сложные системы и доступные системы домашней печати. Технология стала применяться в конкретных сферах: впервые на 3D-принтере был напечатан блистер, который успешно имплантировали.

Распечатайте образец теста почек. Источник: BBC

В 2005 году появился первый качественный цветной 3D-принтер, который создавал серию деталей для себя и своих «коллег».

Что такое 3d принтер?

Принцип работы 3D-принтера основан на принципе постепенного (послойного) создания твердотельной модели, которая как бы «выращивается» из определенного материала, о чем мы поговорим позже. Преимущества 3D-печати перед обычными ручными методами построения моделей — высокая скорость, простота и относительно невысокая стоимость. Например, создание 3D-модели или какой-либо детали вручную может занять много времени, от нескольких дней до месяцев. Ведь сюда входит не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы — чертежи и схемы будущего изделия, которые еще не дают полного представления об окончательном результате. В результате затраты на разработку значительно увеличиваются, а период от разработки продукта до серийного производства увеличивается. 3D-технологии, напротив, позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость выполнять чертежи и расчеты на бумаге — ведь программа позволяет увидеть модель со всех сторон уже на экране и устранить выявленные недочеты в процессе создания, как и в случае ручного производства, но непосредственно во время разработки и создания модели за несколько часов. При этом практически исключена возможность ошибок, присущих ручной работе.

3d-принтер состоит из:

1. Кузов, выполняющий роль каркаса для установки элементов конструкции;
2. Направляющие, которые обеспечивают относительно свободное перемещение печатающей головки в заданном пространстве;
3. Печатающая головка (экструдер) — группа деталей, которые подают, нагревают и перемещают (выдавливают) расходный материал через сопло по рабочей поверхности;
4. Шаговые двигатели — структурные элементы 3D-принтера, отвечающие за плавное перемещение печатающей головки в заданном пространстве;
5. Рабочий стол — это строительная площадка для 3D-принтера, на которой осуществляется непосредственное создание трехмерного объекта;
6. Электроника — совокупность элементов, отвечающих за контроль и координацию действий принтера в процессе печати.

Экструдер (печатающая головка) 3d-принтера

Важнейший конструктивный элемент этого типа оборудования. Экструдер для 3D-принтера — это устройство, которое подает расплавленный пластик в рабочую зону машины. Сегодня существует уже огромное количество различных дизайнерских решений.

В частности, есть образцы оборудования, оснащенного сменными насадками различного диаметра. Также есть варианты принтеров с двумя экструдерами в конструкции. На таких образцах можно печатать двумя цветами или печатать на подложках из растворимого пластика PVA или HIPS.

Уход за экструдером 3D-принтера заключается в очистке его снаружи от пластиковых деталей, которые прилипают к процессу печати. Иногда, обычно при работе с некачественными расходными материалами, сопло экструдера может сильно забиться — в этом случае его нужно прочистить.

Рабочий стол 3д-принтера

Стол можно нагревать или нет. Для калибровки стола используются автоматические приводы (автоматическая калибровка) или пружинные болты (ручная регулировка). Обычно он покрыт стеклом, хотя есть варианты 3D-принтеров с перфорированной платформой. Также добавлен нагревательный элемент для обогреваемого стола.

Уход за этим элементом конструкции заключается в его калибровке и регулярной очистке поверхности.

Электроника и управление

Плату управления можно разместить в корпусе. У большинства 3D-принтеров есть карта на основе RAMPS. Но есть и варианты со своими решениями. Обычно достаточно проверить, работает ли кулер (если он нужен в данном проекте).

Что касается экрана управления 3D-принтером, следует отметить, что он присутствует далеко не на всех моделях данной категории оборудования. Обычно его можно найти везде, где можно распечатать с SD-карты.

Как происходит печать

Программное обеспечение для 3D-принтера

Сначала с помощью специального программного обеспечения создается модель будущего объекта, а затем она загружается в принтер, который по описанной выше технологии создает физический объект.

Это называется прототипированием. Но сейчас на их основе разработано много других принципов работы 3D-принтеров:

• Селективное лазерное спекание (SLS). Не секрет, что технологии 3D-печати уже внедрены практически во все сферы производства. Металлообработка не исключение, здесь применяется метод SLS. Материал представляет собой композитный порошок, содержащий частицы размером 50-100 мкм. Порошок наносится равномерно слой за слоем, после чего «запекается» лазером. Технология очень экономична и практически безотходна по сравнению с традиционной резкой, литьем, фрезерованием, сверлением и т.д.
• Многоструйное моделирование. Уникальная разработка американской компании 3D Systems, аналогичная стандартной струйной печати на обычных принтерах. В этом процессе задействовано несколько десятков и даже сотен сопел, расположенных рядами на печатающей головке. «Чернила» нагреваются, наносятся слоями на рабочую поверхность, а затем отверждаются при комнатной температуре.
• Стереолитография (SLA). Основной материал представляет собой смесь жидкого полимера со специальным реагентом, который служит для упрочнения пластика (он напоминает эпоксидную смолу). УФ-лазер отвечает за отверждение смеси в нужное время. Фигура построена на движущейся платформе, подключенной к небольшому «лифту», который перемещает заготовку вверх или вниз на определенное расстояние. Когда лазерный луч погружается в полимер, он останавливается в точках, требующих затвердевания. После формирования слоя подъемник поднимает или опускает заготовку.

Это лишь основные и наиболее распространенные методы, на самом деле существует множество более редких и узкоспециализированных вариантов — например, УФ-облучение через фотошаблон (SGC), послойное склеивание пленки, порошковое склеивание, ламинирование листов материала (ЛОМ) и другие.

Виды 3D-принтеров и принцип их работы

3D-принтеры используются для создания 3D-моделей путем наложения определенного материала в несколько слоев. Объект растет слой за слоем. Принцип послойного строительства получил название «аддитивные технологии». В качестве образца используется трехмерная цифровая модель. Сегодня существует множество типов 3D-принтеров. Они могут отличаться по принципу действия, размеру области печати и габаритам.

Порошковые 3D-принтеры

Используется принцип порошковой печати. Порошок наносится на поверхность, затем растворяется лазером или растворителем, после чего формируются слои созданного рисунка. Основным преимуществом такого оборудования является то, что порошковый принтер может работать с широким спектром веществ и материалов, такими как металл, гипс или стекло. Полученные модели могут быть цветными. Эти принтеры довольно дороги и требуют обслуживания.

Цена на такие модели начинается от 600000 рублей. Их покупают в дизайнерских бюро или крупных дизайн-студиях.

3D-принтеры на основе стереолитографии (SLA)

Основной принцип работы — лазерная печать. В качестве основного материала для печати можно использовать светочувствительную смолу. Под воздействием специального лазера или цифрового проектора первый слой смолы затвердевает, а затем формируется следующий слой. Эти шаги повторяются, пока модель не будет завершена. Преимущества включают идеально гладкую печать и минимальную толщину слоя. К недостаткам можно отнести ограниченную площадь (из-за низкого светового потока) и медленную скорость печати. Такой принт часто используется в ювелирной промышленности, где габариты готовой продукции не очень большие. Цена на такое оборудование начинается от 100000 рублей.

профессиональный 3D-принтер

Профессиональные 3D-принтеры (FDM)

Они используют технологию печати FDM. Они обладают дополнительным функциональным потенциалом, например, могут эффективно работать со слоями пластиковой проволоки минимальной толщины или самостоятельно. Эти принтеры имеют два экструдера и большую область печати, чем обычные принтеры. Изделия гладкие. Цена на устройства начинается от 100 000 руб.

3D-принтеры базового направления (FDM)

Доступный вариант оборудования. Конструкция проще, чем описано выше. Принцип действия основан на послойном плавлении пластиковой нити. Нить подается через сопло. Эти принтеры отличаются невысокой скоростью печати и небольшой рабочей зоной. Для работы используется широкий спектр распространенных видов пластмасс. Цена на такие принтеры намного демократичнее и начинается от 13000 рублей

Основные характеристики

Выбирая принтер, позвольте себе руководствоваться тремя вещами: бюджетом, объемом эксплуатации и техническими характеристиками. С первым решаете вы, с остальным мы поможем.

Область печати	Максимальный размер прототипа в трех направлениях, которые будет печатать принтер. Реже указывается в кубических сантиметрах, что менее информативно для потенциального покупателя. Обычно площадь на небольшой процент ниже указанных значений.
Расширение	Под расширением понимается минимальная толщина слоя материала. Чем он ниже, тем выше качество модели, ровнее поверхность и меньше требуется минимальной постобработки. В дорогих принтерах толщина наносимого слоя устанавливается оператором.
Экструдер	Экструдер или печатающая головка подготавливает (плавит) и наносит жидкий материал на основу (шаблон). Он состоит из патрубка, из которого подается расплавленный пластик, конвейера для подачи полимерной проволоки, датчика температуры для контроля температуры и механизма охлаждения. Модели с двумя или тремя экструдерами печатают цветные прототипы. Промышленные принтеры также доступны с двойными соплами.
Способы подключения	3D-принтеры подключаются к компьютерам и ноутбукам через классический USB или беспроводной Wi-Fi.
Встроенное программное обеспечение	Прошивка — интерпретирует команды операционной системы и реализует их — «сообщает» принтеру, что делать, чтобы напечатать 3D-модель.

Как выбрать 3D-принтер: обзор лучших бюджетных моделей.

Для чего нужен

В одних сферах человеческой деятельности 3D-печать упростила и ускорила работу, в других — открыла новые возможности. Основные области применения:

• Пищевая промышленность использует их для создания декоративных элементов тортов и пирожных.
• Мелкосерийное производство деталей, фигурок, сувениров.
• В архитектуре — для печати моделей зданий, построек и целых кварталов.
• В повседневной жизни или в образовании его используют как средство проведения экспериментов, создания механизмов.
• В конструировании и разработке — для прототипирования или прототипирования.
• В строительстве — размерные принтеры за несколько часов печатают здания из компаунда на цементной основе, они широко используются для возведения временных жилищных конструкций.
• В производстве — для печати полимерных деталей сложной геометрической формы, изготовления форм для плавки легкоплавких материалов.
• 3D в медицине — это точные копии органов и частей тела для экспериментов, тренировок, протезирования.

Из чего создаются изделия

Базовый материал может отличаться. Самый популярный и стартовый элемент — фотополимер. Он прост в обращении, имеет низкую температуру плавления и удобен для последующей обработки — измельчения. На смену ему пришел термопласт (типы АБС и ПЛА) — улучшенный материал с рядом преимуществ, в частности, он безопаснее и экологичнее.

Также его можно использовать:

• полипропилен нетоксичен и недорог;
• HIPS — удобен для многоуровневых конструкций со сложными шипами и опорами;
• стеклофил — прозрачный и невосприимчивый к ультрафиолету, механическим воздействиям и бактерицидному воздействию, поэтому часто используется в медицине;
• нейлон — высокая прочность и износостойкость;
• поликарбонат — широкий, комфортный для изделия температурный диапазон от -100 до +115 градусов;
• целлюлоза;
• полиэтилен;
• поливиниловый спирт: быстро схватывается, но растворяется при контакте с водой;
• flex — очень гибкий и эластичный;
• керамический состав — содержит только керамические частицы, но при печати создает эффект камня;

• ДЕРЕВО — аутентичная имитация дерева с сохранением свойств исходного материала, то есть с сильными характеристиками влагопоглощения;
• GLOW — люминесцентное вещество, способное поглощать и излучать свет;
• ABS Antistatic — это обычный полимер с антистатическим эффектом для изоляции от электричества;
• ПВС — быстро растворяющийся полимер, пригодный для временного склеивания элементов конструкции;
• ПВД — тонкий пластик, подходящий для вентилируемой упаковки продуктов;
• полиоксиметилен: стойкий, как металл, но легкий в обращении и легкий;
• ПЭТГ — полупрозрачный материал, образующий красивую глянцевую поверхность, подходящую для декоративных элементов;
• металл — в составе присутствуют элементы бронзы, алюминия и других веществ, на выходе предмет, напоминающий настоящее металлическое изделие.

по программному дизайну FORUM по программе ZWCAD KNOWLEDGE BASE

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

1. Выберите 3D-модель. Вы можете самостоятельно нарисовать изделие в специальном редакторе САПР или найти готовый чертеж — в Интернете полно моделей разной сложности.
2. Подготовьте 3D-модель к печати. Делается это методом нарезки (срез — деталь). Например, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно «разбить» на слои с помощью программ нарезки и отправить на принтер. В двух словах, слайсер показывает принтеру, как печатать объект: по какому контуру перемещать печатающую головку, с какой скоростью, какую толщину слоя нужно сделать.
3. Перенесите модель в принтер. Из слайсера трехмерный рисунок сохраняется в файле под названием G-code. Компьютер загружает файл на принтер и начинает 3D-печать.
4. Посмотри на печать.

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональной сфере.

Строительство. Стены из специальной бетонной смеси и даже многоэтажные дома печатаются на 3D-принтерах. Например, Андрей Руденко в 2014 году напечатал на строительном принтере замок размером 3х5 метров. На этих 3D-принтерах можно построить двухэтажный дом за 20 часов.

Лекарственное. Мы уже упоминали о печати органов, а также 3D-принтеры активно используются в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры: с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а коту без четырех ног сделали протезирование, которое распечатали на принтере.

Подробнее о 3D-печати в медицине читайте в статье в 3D-Pulse.

Космос. Оборудование для ракет и космических станций выполнено с использованием трехмерной печати. Технология также используется в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые будут расти на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос представил прототип лунного модуля с печатным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит ракетную фабрику, напечатанную на 3D-принтере.

Авиация. 3D детали печатают не только для космических кораблей, но и для самолетов. Инженеры лаборатории ВВС США могут напечатать на 3D-принтере компоненты самолета, например обшивку фюзеляжа, примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. Модели домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт, печатаются на трехмерных принтерах. В качестве материала обычно используется недорогой гипсовый композит.

Одно из необычных решений — конструкция бетонной баррикады американского дизайнера Джо Дуса. После террористических атак на врезавшиеся в толпу грузовики он предложил модель прочного и функционального заграждения в виде конструктора, которую можно распечатать на 3D-принтере.

В создании прототипа помогла UrbaStyle, компания, которая печатает бетонные формы на 3D-принтерах для строительства

Образование. 3D-печать используется для изготовления наглядных пособий для детских садов, школ и университетов. С 2016 года в некоторых школах Москвы появились трехмерные принтеры: на уроках химии дети смотрят на трехмерные модели молекул и проводят реакции в печатных пробирках, по физике изучают электрическую схему на трехмерном прототипе проводящей среды и даже ручки для себя печатать на уроках изобразительного искусства.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте Ассоциации 3D-образования».

3D-печать также помогает в повседневной жизни, производстве одежды, ювелирных изделий, картографии, производстве игрушек и дизайне упаковки.

Насколько функциональны печатаемые изделия?

Скажем так, все зависит от качества процесса и используемого пластика. На домашнем 3D-принтере можно распечатать рабочие механизмы для самодельных роботов или пластиковые футляры для гаджетов. Твердые пластиковые композиты с добавками углеродного волокна также доступны для опытных инженеров-любителей. Конечно, с сувенирами, игрушками или новой ручкой кастрюли проблем быть не должно. Самое замечательное, что у вас появится возможность создавать уникальные изделия или ремонтировать вещи, которые давно сняты с производства. Основная стоимость одной детали, как правило, будет выше, чем у товаров народного потребления, но и здесь бывают исключения. Как минимум такие же защитные чехлы для смартфона: 50-граммовый корпус из качественного АБС-пластика, напечатанный на 3D-принтере, будет стоить около 50 рублей, меньше затрат на электроэнергию, а аналогичный чехол из витрины будет стоить в 5-10 раз дороже.
Производство настольных 3D-принтеров в России уже идет полным ходом, а отечественные аналоги не хуже западных версий, и это не пустые слова. Пока никому из отечественных производителей не удалось получить полную замену комплектующих, но готовая продукция дешевле западных конкурентов и не уступает им ни по характеристикам, ни по качеству печати, и вам не придется далеко бежать за услуга. Помимо принтеров FDM, существуют машины, работающие со светоотверждаемыми жидкими смолами, спеченными лазером пластиком и металлическими порошками, и даже устройства, которые производят высокоточные трехмерные модели из листов простой бумаги, но это уже другая история.

Критика и проблемы

❌ Медленно и без гарантии: печать выполняется довольно медленно и недостаточно точно. Большая проблема в принтерах-любителях — это брак. Например, деталь может оторваться от подложки только во время печати, и все черт возьми. Или двигатели не будут откалиброваны, и сопло начнет размазывать нужные участки.

❌ Низкая эффективность: для печати детали размером 10 × 10 см требуется принтер размером не менее 50 × 50 см, который будет стоить несколько сотен долларов.

❌ Не самые прочные материалы: 3D-печать по-прежнему ограничивается пластиком и смолами. Существуют отдельные технологии печати на основе металлического порошка, но если вам нужна стальная деталь, вам понадобится не 3D-принтер, а обычный токарь и станок. Но не все детали можно сделать на машине.

❌ Не всегда понятно почему. В промышленности для создания прототипов используются 3D-принтеры, но в массовом производстве эти технологии не используются. Даже для домашнего использования непонятно: мелочи из пластика печатают на 3D-принтерах для любительских проектов . и все. Очень мало случаев, когда нормальный человек захочет распечатать что-нибудь полезное для дома.

Здоровье и безопасность

Выбросы углеродных наночастиц и процессы с использованием порошковых металлов легко воспламеняются и увеличивают риск взрыва пыли.

Был по крайней мере один случай серьезного ранения в результате взрыва, связанного с металлическими порошками, используемыми для печати плавленых нитей.

К другим распространенным проблемам со здоровьем и безопасностью относятся горячие поверхности от УФ-ламп и печатающих головок, высокое напряжение, ультрафиолетовое излучение от УФ-ламп и возможность повреждения движущимися механическими частями.

Проблемы, отмеченные в отчете NIOSH, были устранены за счет использования покрытых производителем крышек и сплошных корпусов с соответствующей вентиляцией, удержания рабочих подальше от принтера, использования респираторов, выключения принтера в случае его замерзания и использования более дешевых эмиссионных принтеров и нитей. Был, по крайней мере, один случай серьезных травм в результате взрыва, связанного с металлическими порошками, использованными для расплавленной нити. Было установлено, что средства индивидуальной защиты являются наименее желательным методом контроля, и рекомендуется использовать их только для дополнительной защиты в сочетании с утвержденной защитой от выбросов.

Также существуют риски для здоровья и безопасности в результате последующей обработки, выполняемой для улучшения деталей после печати. Эти операции последующей обработки могут включать в себя химические ванны, шлифовку, полировку или обработку паром для улучшения чистоты поверхности, а также общие методы вычитания, такие как сверление, фрезерование или токарную обработку для изменения формы. Любая техника удаления материала с печатного материала может привести к образованию частиц, которые можно вдохнуть или вызвать повреждение глаз, если не используются надлежащие средства индивидуальной защиты, такие как респираторы или очки. Едкие ванны часто используются для растворения материала подложки, используемого некоторыми 3D-принтерами, что позволяет им печатать более сложные формы. Эти ванны нуждаются в средствах индивидуальной защиты, чтобы предотвратить повреждение кожи.

Заключение

Что ж, мы разобрались, что такое принтеры, что это такое и с чем их едят, и пошагово прошли сам процесс печати на примере двух типов принтеров.

Если после прочтения у вас возникнет желание узнать об этом больше и, возможно, даже самому купить 3D-принтер и пройти каждый этап воплощения идеи объекта в физическую модель на собственном опыте, это здорово! Конечно, вы можете подумать, что все это так далеко от вас и кажется чем-то невероятным — это неправда. Сегодня гораздо проще купить 3D-принтер и начать печатать,

Посмотрите видео по этой теме, прочтите статьи. Для начала можно приобрести бюджетный вариант, этого хватит для обучения и первых шагов в сфере 3D-печати.

Посетите форумы по 3D-печати. Профессионалы также используют их для решения проблем, поиска новых способов решения проблем и простого общения. Возможно, вы поймете, что это то хобби, которое вы хотели приобрести в своей жизни!

Что ж, помните: для тех, кто движется вперед, нет преград. Удачи в пути!