Немного о 3D-печати

Первые 3D-принтеры появились достаточно давно, еще в 80-х годах XX века. За прошедшее время технологии печати шагнули далеко вперед, и сейчас на рынке представлено множество моделей, в которых реализованы различные типы печати. Самые популярные и доступные 3D-принтеры работают на базе технологии FDM (Fused Deposition Modeling — моделирование методом наплавления).

Принцип работы у них прост: пластиковая нить, которую называют филаментом, поступает в нагреватель, где расплавляется, а затем выбрасывается через крошечное отверстие печатающего сопла. Движущуюся головку принтера можно сравнить с очень точным клеевым пистолетом, но расплавленный пластик вытекает из сопла 3D-принтера (экструдера) гораздо более тонкой струйкой. Последовательным прохождением головки принтер способен выстраивать очень тонкие слои пластика, каждый последующий из которых накладывается на предыдущий.

Если внизу ничего нет — например, когда вы печатаете арку или поверхность крыши, — принтер создает специальную опору, которую можно убрать после завершения печати. Некоторые модели выстраивают рельеф путем охлаждения потоком воздуха. Создавать можно все что угодно, это зависит от вашей фантазии и физических размеров принтера.

Если вы решились на покупку такого устройства, стоит обратить внимание на несколько моментов.

Во-первых, точность и скорость. Под точностью обычно понимают высоту слоя при печати — чем она меньше, тем выше точность. В настоящее время самый точный 3D-принтер способен печатать с высотой слоя 50 мкм. Под скоростью подразумевают скорость выращивания модели, измеряемую в квадратных сантиметрах в час. При печати стоит обратить внимание на то, что чем выше точность, тем ниже скорость, и наоборот. К примеру, принтеры с точностью до 150 мкм подходят для дома.

Во-вторых, следует учитывать заявленную точность печати и соответствие материалов и узлов, из которых изготовлен 3D-принтер. Иногда производители заявляют очень высокую точность печати (например, 50 мкм — меньше, чем размер пиксела у iPhone), а корпус принтера собирают из фанеры, которая не обеспечивает жесткой конструкции и подобной точности.

Большинство принтеров совместимы с каким-то одним типом пластиковой нити — как правило, это ABS (акрилонитриловый бутадиеновый стирол) или PLA (полимолочная кислота, представляющая собой, по сути, полиэстер).Самыми распространенными сейчас являются ABS и PLA. Одни принтеры могут печатать обоими видами, другие — только одним из них. Но, помимо них, могут использоваться и остальные нити, обладающие разными свойствами: растворимость в воде; свечение в темноте; большая гибкость; структура и запах древесины; повышенная прочность и т.д.

Вполне вероятно, что большинство из пластиков вам и не понадобятся, но вряд ли можно знать об этом заранее. И потому, если вы любите экспериментировать или еще толком не знаете, какого типа модели и из чего планируете печатать, выбирайте 3D принтер с максимальным количеством поддерживаемых типов пластиковых нитей.

Многие производители поставляют 3D-принтеры в коробке с отдельными элементами, сборкой которых занимается сам пользователь. Если подход типа «сделай сам» вас не устраивает, выбирайте предварительно собранную модель.

На заре развития трехмерной печати сборка принтера представляла собой очень сложный процесс, включающий распайку контактов на печатной плате (а зачастую еще и поиск недостающих компонентов). К настоящему времени эта процедура существенно упростилась. Наборы вроде Ultimaker содержат не так много элементов, не требуют пайки, сверления и вырезания, а все компоненты соединяются друг с другом стандартными винтами или болтами.

Еще один вариант — приобрести все необходимые компоненты в ближайшем магазине. Если у вас достаточно опыта и терпения, то вы сумеете собрать принтер RepRap (Replicating Rapid Prototyper). Принтеры RepRap обычно состоят из широко распространенных элементов и компонентов, которые можно распечатать на самом 3D-принтере. Использование распечатанных компонентов исключает необходимость организации производства на заказ, но в процессе сборки вы должны иметь доступ к другим 3D-принтерам

И последнее, на что следует обратить внимание, — программное обеспечение для печати. Оно указывает принтеру, как следует осуществлять перемещения при печати того или иного объекта. Также оно позволяет регулировать скорость выталкивания пластиковой нити из экструдера, температуру нагрева филамента, скорость формирования слоев и их толщину.

У некоторых 3D-принтеров нужное ПО не входит в комплект поставки. Если его нет, стоит зайти на сайт производителя и поискать соответствующие ссылки или рекомендации.

Тем же, для кого 3D-печать в новинку, мы решили прояснить несколько актуальных вопросов. Для этого мы пообщались с Михаилом Локтевым, инженером-проектировщиком компании Foto-Business.

– Для чего нужна 3D-печать?

– Упрощенно говоря, принтер берет какую-либо трехмерную модель и реализует ее в пластике или каком-нибудь другом материале и упрощает работы по созданию какого-либо объекта. Это собственно то, с чего все начиналось – быстрое и простое прототипирование. Вы инженер, разработали новую ручку для двери или шестеренку. Перед тем как запустить ее в серию и истратить большие инвестиции резонно ее проверить. Что делалось раньше – брались пластилин, напильник, дорогостоящий станок с ЧПУ, который из дерева, металла делал эту модель. Но станок может вырезать далеко не все, да и на настройку его, чтобы сделать какую-то деталь придется потратить много времени. Принтер же позволяет, грубо говоря, за время от 20 минут до 20 часов сделать то же самое, только практически без какого либо участия человека. Модель есть, достаточно нажать несколько кнопок и процесс пошел. Одни из первых, кто был нашими заказчиками – это киношники, им постоянно нужно изготавливать для фильмов какие-либо предметы и чтобы было недорого. К примеру, пистолет или бластер – напечатал, покрасил как нужно и готово. Принтеры покупают и госкорпорации, которым нужно изготовить какой либо макет, ведь есть вещи секретные, военные разработки, двойного назначения. Но они не хотят чтобы, прототипирование проводилось на стороне и лишние люди были допущены к ним. Купить и разместить станок в КБ – это не всем по карману, а принтер решает эту проблему и позволяет избавиться от утечки информации. Справедливо это и для коммерческих структур.

Пластик эисключительно пластичный материал. Мы можем делать очень мелкосерийные детали без значительных затрат на пресс-формы и литье. Опять же персонализированная продукция, сувениры. Сейчас много бизнесов основано студентами, к примеру печатают чехлы для телефонов под заказ с силуэтами чего-либо, логотипом или именем заказчика. Это достаточно дешево.

Принтер позволяет упростить существующие технологические процессы, улучшить какую-либо деталь, доработать ее. К примеру, пришел заказчик из пищевой промышленности, они постоянно что-то меняют в форме хлебобулочных изделий. Перед тем как запустить их в серию, надо посмотерть, как это будет выглядеть. Печатают и форму, и сам образец.

– Применяется ли пищевой пластик в печати и можно ли печатать кухонную утварь?

– Скажем так, PLA-пластик – органический материал с точки зрения химического состава теоретически абсолютно безопасный, но подвергать его воздействию высоких температур при приготовлении еды я бы не стал. А вообще пластиков сейчас появляется великое множество – светящиеся, с запахом дерева, гибкие, токопроводящие и т.д. Не исключено, что и для создания посуды скоро будут, потенциал для химии огромный и есть куда двигаться. Главное, чтобы были задачи, это подталкивает производителей.

– Трудно ли освоить печать на принтере, не зная программ трехмерного моделирования?

– На самом деле нет ничего сложного. В зависимости от упорства – от нескольких часов до нескольких дней, но это время необходимо для освоения самого принтера – ведь такой принтер сейчас, как модный гаджет. Знание же программ моделирования не требуется, хотя и не помешает. В интернете полно файлов-моделей, оптимизированных для печати. К примеру чехлов для iPhone каких только нет. Загружаете, печатаете. Если же хочется чего-то своего, есть помимо сложных программ, множество простых визуальных редакторов.

– Какова стоимость расходных материалов?

– Себестоимость печати с использованием хорошего качественного пластика составляет около 1,5—1,7 руб за грамм. Стоимость готовой модели зависит от заполнения. Стоит учесть, что принтер позволяет печатать как тонкостенные, так и полностью заполненные модели, все можно регулировать.
Пластик поставляется в катушках по 1 кг и купить его достаточно просто.

– Так ли уж нужно заботиться о вентиляции помещения, могу ли я, к примеру, поставить принтер у себя дома?

– Ситуация такова: PLA-пластиком можно печатать без проблем в домашних условиях. С пластиком ABS все сложнее, от него выделений заметно больше, стоит позаботиться об отдельном, хорошо проветриваемом помещении. Зато он заметно прочнее.

– Какой средний ресурс жизни 3D-принтера?

– У некоторых американских моделей ресурс составляет при ежедневной постоянной нагрузке около двух-трех месяцев. Отечественные модели, к примеру PrintBox 3D One, заметно лучше – ресурса механизма хватает на несколько лет эксплуатации, с китайскими все сложнее — качество непостоянное.

– Как вы относитесь к самосборным принтерам?

– Самосборный принтер – это, на мой взгляд, обманка. Тот человек который способен собрать такой аппарат, сделает это и без покупки комплекта. 95 %, решивших сэкономить таким образом, его просто не соберут или будут очень долго мучиться с ним. Чтобы принтер печатал хорошо, нужно как следует повозиться.

Редакция выражает благодарность компании Foto-Business (www.foto-business.ru) за участие в подготовке материала.