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.

HDG Explains : How Does 3D Printing Work?

3D printing has becomе a much more mainstream technology, with printing machines available at just about every price point. Most people who want а 3D printer can probably find a model they can afford. Despite this, 3D printing is still so new that few people know how it works. 

This is why now is a good time to answer the question “How does 3D printing work?”. There’s a very good chance you’ll have to use one eventually!

Additive vs Subtractive 3D Printing

There are two broad categories of 3D printing. The 3D printers that you can buy yourself are almost all “additive” machines. In other words, they build 3D objects by adding material (usually in layers) until the object is complete. The 3D printers people think of when they hear “3D printer” is almost always of the additive variety.

Subtractive 3D printing is very different. Here you start with a fixed amount of material and then remove material until only the finished object is left. A sculptor making a statue out of marble is using a subtractive method. Subtractive machines are usually found in large workshops and industrial settings. CNC milling (computer numerical control) systems are probably the best-known example.

We’ll only be concentrating on additive machines from here on out, since they’re relevant to the average consumer. Just know that subtractive machines belong to the same extended family of 3D printers as the one you might put on a desk.

Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering

The three main methods of additive 3D printing are FDM (fused deposition modelling), stereolithography (SLA) and selective laser sintering (SLS).

The da Vinci FDM Printer

FDM is the most common consumer-grade system. With these types of printers a filament of material is passed through a hot print head. The print head is precisely positioned in 3D-space and deposits a layer of material according to exact programmed instructions. There are different approaches to FDM, but we’ll get to that in a moment.

The Nobel SLA Printer 

Stereolithography is much less common in consumer systems. These printers use lasers to cure a liquid resin into a solid plastic material. Usually, the object is “pulled” from a vat of resin, forming layer by layer as it rises from the material. In recent years SLA printers have become more compact and affordable. So it’s a real alternative to FDM printers, depending on what type of final model you settle on.

Selective laser sintering (SLS) uses a powerful laser to fuse a polymer powder. The actual powder acts as a support structure for the print, so this type of printing doesn’t need special scaffolding. SLS is not a type of FDM you’ll find on the desktop. It’s still an industrial technology for now.

Cartesian & Delta Robot Printers

A Delta Robot Printer

The most common type of FDM printer is the cartesian 3D printer. The name refers to cartesian coordinates. That’s the XYZ coordinates we all learned in school. The print head can be moved to any XYZ coordinate within the print volume space. The math is simple, the printers are pretty affordable and print quality is precise. 

However, depending on how granular the XYZ coordinates are, curved surfaces might not be as smooth as they could be, requiring some manual finishing work.

Delta robot printers take a different approach. The print head is mounted to three arms that run on three rails. By varying the height of each arm, the print head can swing. This design allows for the print head to swing in true curves and also allows for tall objects to be printed within the print volume.

Basically, the longer the rails are, the taller the model can be. Rather than XYZ coordinates, delta robot printers use trigonometry to calculate print head position. The end result is that they can’t reach quite the same print resolution as cartesian printers.

To really understand the delta robot concept, you need to see it in action. Have a look at this video by Johann Rocholl and you’ll quickly get the concept.

Notice the articulation on the arms and how freely and smoothly the print head can move.

3D Printer Materials

3D printers use a variety of materials, but there are two plastics that are by far the most common in consumer-grade applications: ABS and PLA.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) is exactly the same plastic that LEGO bricks are made of. This plastic is susceptible to warping when cooling down and needs a printer with a heated print bed. It’s quite impact resistant, but not particularly strong. It’s suitable for making prototype parts and even final parts that aren’t load-bearing.

PLA (Polylactic Acid) has a low melting point, doesn’t warp much, is easy to work with and has fewer failed prints. It’s also far too brittle for any practical use, but it is brilliant for creating smooth, detailed models that are only meant to be looked at.

The good news is that most consumer 3D printers will work with both of these inexpensive materials. So you can change them out as your needs require.

Nylon filament is another option and there are even printers that use wood or metal as a material. Next-generation printers can also handle more than one filament at a time, allowing for mixed material or multi-color prints.

The Typical 3D Printing Process

If you’ve never made a 3D print yourself, you’re probably curious about how it actually works from a user perspective. While using a 3D printer isn’t as easy as knocking out 2D prints on a laser or inkjet printer, it’s not nearly as difficult as you might think.

After setting up the printer according to the manual, with calibration and levelling done correctly, you first need a model to print.

You can make your own model, using something like Zbrush or AutoCAD, but most people are likely to download a model from an online site. The first stop should definitely be Thingiverse, which is quite possibly the most famous collection of user-submitted models. However, there are many alternatives.

After getting a model in a compatible format, you’ll open it up in the software that came with your printer. They all look and work differently, but the basic concept is the same. You may also want to first treat a 3D model with Meshmixer, which ensures that a 3D model is solid and suitable for printing.

In the 3D printer software, you’ll pick the size and quality of the model and the software will convert it into “slices” representing each print layer. It will also calculate the “scaffolding” that has to be printed to support the model while it’s being made. This stuff can be broken off when the print is done.

With all that prep work behind you, the print can begin. Depending on the quality settings, you might be in for a long wait! High quality prints vary from a few hours to a few days. Thankfully, some 3D printers let you monitor the progress of your print remotely via an app.

Once the print is done, you’ll remove it from the bed and then break it free of the scaffolding. In many cases you’ll have to finish the model using sandpaper and special cutting tools to remove imperfections. Some people even paint their models! The only real limit is your creativity.

If you’re itching to buy a 3D printer, these are our best picks and if you’re on a budget, these are more pocket friendly options.

Related posts

• HDG объясняет: что такое CAPTCHA и как это работает?

• HDG объясняет: как работает GPS?

• HDG объясняет: как работает дополненная реальность?

• HDG объясняет: что такое SFTP и FTP?

• HDG объясняет: что такое компьютерный сервер?

• 4 ситуации, когда совместное использование местоположения в реальном времени может спасти жизнь

• HDG объясняет: что такое Ethernet и чем он лучше Wi-Fi?

• Выборы Hacking 101: Is It Safe, чтобы проголосовать Электронно?

• Руководство HDG по созданию скриншотов загрузочных сред

• Что означает окончание срока службы для программного обеспечения и стоит ли вам об этом заботиться?

• HDG объясняет: что такое API?

• 99 лучших бесплатных программ для Windows, о которых вы могли не знать

• Как удалить вирус с ярлыка на USB с помощью CMD

• HDG объясняет: что такое SQL, T-SQL, MSSQL, PL/SQL и MySQL?

• HDG объясняет: что такое база данных блокчейна?

• HDG объясняет: что такое кейлоггер и как его удалить с моего компьютера?

• Получить ключ безопасности беспроводной сети в Windows

• Создайте резервную копию образа системы Windows 10

• 5 крутых вещей, которые можно сделать со старой оперативной памятью

• HDG объясняет: что такое режим полета на вашем смартфоне или планшете?