HDG объясняет: как работает 3D-печать?

3D-печать стала гораздо более распространенной технологией, поскольку печатные машины доступны практически в любой ценовой категории. Большинство людей, которым нужен 3D-принтер, вероятно, смогут найти модель, которую они могут себе позволить. Несмотря на это, 3D-печать все еще настолько нова, что мало кто знает, как она работает. 

Вот почему сейчас самое время ответить на вопрос « Как(How) работает 3D-печать?». Есть очень хороший шанс, что в конце концов вам придется его использовать!

Аддитивная и субтрактивная 3D-печать(Additive vs Subtractive 3D Printing)

Существует две широкие категории 3D-печати. Почти все 3D-принтеры, которые вы можете купить сами, являются «аддитивными». Другими словами, они создают 3D-объекты, добавляя материал (обычно слоями) до тех пор, пока объект не будет завершен. 3D-принтеры, о которых люди думают, когда слышат «3D-принтер», почти всегда относятся к аддитивному типу.

Субтрактивная 3D-печать очень отличается. Здесь вы начинаете с фиксированного количества материала, а затем удаляете материал, пока не останется только готовый объект. Скульптор, создающий статую из мрамора, использует метод вычитания. Вычитающие машины обычно находятся в крупных мастерских и промышленных предприятиях. Фрезерные системы с числовым программным управлением ( ЧПУ(CNC) ), вероятно, являются самым известным примером.

С этого момента мы будем концентрироваться только на аддитивных машинах, поскольку они имеют отношение к среднему потребителю. Просто знайте, что субтрактивные машины принадлежат к тому же расширенному семейству 3D-принтеров, что и тот, который вы могли бы поставить на стол.

Моделирование методом наплавления, стереолитография и селективное лазерное спекание(Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering)

Три основных метода аддитивной 3D-печати — это FDM (моделирование методом наплавления), стереолитография ( SLA ) и селективное лазерное спекание ( SLS ).

Принтер да Винчи FDM(The da Vinci FDM Printer)(The da Vinci FDM Printer)

FDM является наиболее распространенной системой потребительского уровня. В этих типах принтеров нить материала пропускается через горячую печатающую головку. Печатающая головка точно позиционируется в 3D-пространстве и наносит слой материала в соответствии с точными запрограммированными инструкциями. Существуют разные подходы к FDM , но мы вернемся к этому чуть позже.

Принтер Nobel SLA(The Nobel SLA Printer) (The Nobel SLA Printer )

Стереолитография(Stereolithography) гораздо реже встречается в потребительских системах. Эти принтеры используют лазеры для отверждения жидкой смолы в твердый пластиковый материал. Обычно объект «вытаскивают» из чана со смолой, формируя слой за слоем по мере того, как он поднимается из материала. В последние годы принтеры SLA стали более компактными и доступными. Так что это реальная альтернатива FDM - принтерам, в зависимости от того, какую конечную модель вы выберете.

При селективном(Selective) лазерном спекании ( SLS ) используется мощный лазер для сплавления полимерного порошка. Фактический порошок действует как опорная структура для печати, поэтому этот тип печати не требует специальных лесов. SLS — это не тип FDM , который вы найдете на рабочем столе. Пока это промышленная технология.

Картезианские и дельта-роботы-принтеры(Cartesian & Delta Robot Printers)

Робот-принтер Delta(A Delta Robot Printer)(A Delta Robot Printer)

Наиболее распространенным типом FDM - принтера является декартовый 3D-принтер. Название относится к декартовым координатам. Это координаты XYZ , которые мы все выучили в школе. Печатающая головка может быть перемещена в любую координату XYZ в пространстве объема печати. Математика проста, принтеры доступны по цене, а качество печати точное. 

Однако, в зависимости от того, насколько детализированы координаты XYZ, изогнутые поверхности могут быть не такими гладкими, как могли бы быть, что потребует ручной доводки.

(Delta)Роботизированные принтеры Delta используют другой подход. Печатающая головка крепится к трем рычагам, которые перемещаются по трем направляющим. Изменяя высоту каждого рычага, печатающая головка может качаться. Эта конструкция позволяет печатающей головке качаться по истинным изгибам, а также позволяет печатать высокие объекты в пределах объема печати.

По сути, чем длиннее рельсы, тем выше может быть модель. Вместо координат XYZ дельта-роботы-принтеры используют тригонометрию для расчета положения печатающей головки. Конечным результатом является то, что они не могут достичь такого же разрешения печати, как декартовы принтеры.

Чтобы действительно понять концепцию дельта-робота, вам нужно увидеть его в действии. Посмотрите это видео Иоганна Рохолла(Johann Rocholl) , и вы быстро поймете суть.

Обратите внимание(Notice) на сочленение рычагов и на то, насколько свободно и плавно может двигаться печатающая головка.

Материалы для 3D-принтеров(3D Printer Materials)

В 3D-принтерах используются самые разные материалы, но есть два вида пластика, которые на сегодняшний день наиболее распространены в потребительских приложениях: ABS и PLA .

ABS ( акрилонитрил-бутадиен-стирол(Acrylonitrile Butadiene Styrene) ) — это точно такой же пластик, из которого сделаны кубики LEGO . (LEGO)Этот пластик подвержен деформации при охлаждении и требует принтера с подогревом печатной платформы. Он довольно ударопрочный, но не особо прочный. Он подходит для изготовления прототипов деталей и даже конечных деталей, не несущих нагрузки.

PLA ( полимолочная кислота(Polylactic Acid) ) имеет низкую температуру плавления, не сильно деформируется, с ним легко работать и у него меньше неудачных отпечатков. Кроме того, он слишком хрупок для любого практического использования, но прекрасно подходит для создания гладких, детализированных моделей, которые предназначены только для того, чтобы на них смотреть.

Хорошая новость заключается в том, что большинство потребительских 3D-принтеров будут работать с обоими этими недорогими материалами. Таким образом, вы можете изменить их по мере необходимости.

Нейлоновая(Nylon) нить — еще один вариант, и есть даже принтеры, в которых в качестве материала используется дерево или металл. Принтеры следующего поколения также могут работать с более чем одной нитью одновременно, что позволяет печатать из смешанного материала или многоцветные.

Типичный процесс 3D-печати(The Typical 3D Printing Process)

Если вы никогда не делали 3D-печать самостоятельно, вам, вероятно, интересно, как это на самом деле работает с точки зрения пользователя. Хотя использование 3D-принтера не так просто, как создание 2D-печати на лазерном или струйном принтере, это не так сложно, как вы думаете.

После настройки принтера по мануалу, с правильно выполненной калибровкой и выравниванием, в первую очередь нужна модель для печати.

Вы можете создать свою собственную модель, используя что-то вроде Zbrush или AutoCAD( Zbrush or AutoCAD) , но большинство людей, скорее всего, скачают модель с онлайн-сайта. Первой остановкой определенно должен быть Thingiverse , который, возможно, является самой известной коллекцией моделей, представленных пользователями. Однако есть много альтернатив(alternatives) .

Получив модель в совместимом формате, вы откроете ее в программном обеспечении, входящем в комплект поставки вашего принтера. Все они выглядят и работают по-разному, но основная концепция одна и та же. Вы также можете сначала обработать 3D-модель с помощью Meshmixer , который гарантирует, что 3D-модель будет твердой и пригодной для печати.

В программном обеспечении для 3D-принтера вы выбираете размер и качество модели, а программное обеспечение преобразует ее в «срезы», представляющие каждый слой печати. Он также рассчитает «строительные леса», которые необходимо напечатать для поддержки модели во время ее изготовления. Этот материал может быть сломан, когда печать будет сделана.

Когда все подготовительные работы позади, можно приступать к печати. В зависимости от настроек качества вам может понадобиться долгое ожидание! Печать высокого качества занимает от нескольких часов до нескольких дней. К счастью(Thankfully) , некоторые 3D-принтеры позволяют удаленно отслеживать ход печати через приложение.

Как только отпечаток будет готов, вы снимите его с кровати, а затем освободите от строительных лесов. Во многих случаях вам придется дорабатывать модель, используя наждачную бумагу и специальные режущие инструменты для устранения дефектов. Некоторые люди даже раскрашивают свои модели! Единственным реальным ограничением является ваше творчество.

Если вам не терпится купить 3D-принтер, это наш лучший выбор(best picks) , а если у вас ограниченный бюджет, это более удобный вариант.



About the author

Я разработчик бесплатного программного обеспечения и сторонник Windows Vista/7. Я написал несколько сотен статей на различные темы, связанные с операционной системой, включая советы и рекомендации, руководства по ремонту и рекомендации. Я также предлагаю консультационные услуги, связанные с офисом, через мою компанию Help Desk Services. Я хорошо понимаю, как работает Office 365, его функции и способы их наиболее эффективного использования.



Related posts