На мой взгляд, у технологии 3D-печати есть возможность стать по-настоящему революционной в будущем. Во-первых, FDM быстро развивается: совершенствуется встроенное программное обеспечение, добавляются новые датчики и т.д. В то же время количество русской документации растет в геометрической прогрессии, что вполне понятно для неспециалистов.
3D-принтер: большой потенциал объемной печати
3D-принтеры или трехмерные принтеры — это устройства для изготовления трехмерных моделей. Эти высокоспециализированные устройства обладают неограниченными возможностями и сегодня используются во всех областях жизни современного человека. Уже несколько лет 3D-принтеры доступны и для домашнего использования, что также привлекает некоторые малые предприятия.
История этого устройства берет свое начало в середине 1980-х годов, но слабое развитие компьютерных технологий «заморозило» активное использование 3D-печати в быту и на производстве.
Использование 3D-принтеров началось только в 2005 году с улучшением возможностей компьютеров. Затем общественности был представлен первый 3D-принтер, печатающий в цвете. Впоследствии технология претерпела множество изменений, и было разработано современное программное обеспечение для управления процессом печати. Например, пользователи имеют доступ к модулю, позволяющему «печатать» чехлы для мобильных телефонов или новые 3D-принтеры.
Первый 3D-принтер
Как это работает
Общий принцип работы 3D-принтера теоретически прост и понятен. Объект или часть объекта создается в программе 3D-моделирования (большие модели делятся на несколько элементов). Затем файл отправляется в специальную программу для обработки (для формирования G-кода), где и используется данная техника. G-код делит цифровую модель на сотни горизонтальных полос, которые определяют траекторию движения печатной каретки. Расплавленный материал наносится на подложку слой за слоем, создавая осязаемый объект.
Схематическое изображение 3D-принтера
Всего существует семь основных технологий для 3D-печати, но большинство из них используется только в промышленности. Для «пластиковой печати» в любительском секторе и для малого бизнеса были разработаны относительно компактные и недорогие устройства.
- Технология Fused Deposition Modelling (также известная как FDM-принтеры) все чаще используется для 3D-моделирования и приготовления пищи. Материал нагревается и подается через сопло печатающей головки на платформу. Объект «выращивается» в плоскости, и его размеры ограничены параметрами платформы.
- Технология Polyjet была разработана в 2000 году и в настоящее время принадлежит компании Stratasys. 3D-объекты создаются путем полимеризации фотополимера под воздействием ультрафиолетового света. Поскольку фотополимер — дорогой и хрупкий пластик, он редко используется в быту, но устройства применяются в медицине и промышленности (для создания прототипов) благодаря точным деталям моделирования.
В тематических видеороликах, подобных этому, вы можете узнать все о том, как работают современные 3D-принтеры для «пластиковой печати». Также часто демонстрируется, как машина работает с различными материалами для производства предмета.
Управление процессом печати
Обычно пользователь должен выполнить определенные настройки непосредственно перед началом процесса печати.
- Подключите аппарат к компьютеру через USB-кабель.
- Откалибруйте движение насадки относительно платформы.
- Регулируйте и контролируйте нагрев платформы и сопла.
- Следите за соотношением температур.
- Управление процессом печати (экструдер) — установка скорости подачи материала, замена пластиковых катушек.
Печать контролируется компьютером. Чтобы создать объект от замысла до результата, пользователю необходимы специальные программы для 3D-моделирования и управления станками.
Современные технологии еще не позволяют создать принтер, в котором все операции выполняются нажатием нескольких кнопок, поэтому необходимо изучить некоторые специальные программы и основы моделирования.
Перед печатью оператор калибрует принтер, выравнивая его относительно поверхности стола. Базовая прошивка принтера состоит из набора настроек по умолчанию, в то время как оператор производит более точную настройку в зависимости от используемого оборудования. Например, для производства объемных элементов на основе ABS или PLA предписаны разные температуры плавления. Во время процесса печати оператор контролирует работу с помощью программного обеспечения. Весь процесс создания модели может занять от нескольких часов до дня, и ключевым фактором является точность: точные объекты с детальной обработкой занимают больше времени, чем объекты с более грубым внешним видом.
Помимо челюстных имплантатов, могут быть изготовлены и другие сложные детали, необходимые для реконструкции человеческого скелета. Например, смоделированный и впоследствии напечатанный имплантат человеческого черепа позволил восстановить целостность черепа человека после тяжелой травмы.
Сначала немного терминологии.
Вероятно, наиболее широко используемой технологией 3D-печати является процесс FDM, изобретенный в 1980-х годах, то есть послойная печать расплавленным материалом (обычно пластиком).
Тончайшая нить жидкого пластика подается через экструзионную головку на специальную рабочую платформу, где она охлаждается и затвердевает. Слой завершен. Платформа опускается на толщину одного слоя — обычно 50-100 микрон (это 0,05-0,1 мм!) — и все повторяется до тех пор, пока 3D-модель не будет выровнена. Для ускорения процесса печати принтер оснащен вентиляторами, которые нагнетают воздух на модель.
Для печати объектов со сложной геометрией 3D-принтеры автоматически создают специальные приспособления. Многие из них, например, Leapfrog Creatr с двумя экструдерами, могут печатать двумя разными видами пластика, используя в качестве подложки водорастворимый PVA-пластик. Это устраняет необходимость вручную отделять субстрат от готового продукта — просто замочите его в воде, и готово! Это принцип, по которому работает большинство современных 3D-принтеров для дома и офиса.
Почему технология FDM остается актуальной на протяжении стольких лет и почему мы говорим с вами об этом? Секрет его успеха прост — он позволяет печатать твердые 3D-объекты любой формы быстро и с высоким разрешением.
Например, мы в 3Dprint54 печатаем:
— Пластмассовые детали для бытовых приборов, включая подвижные пластмассовые детали,
— аксессуары и детали для современных устройств (чехлы для мобильных телефонов, ключи для клавиатур, прототипы деталей и зажимы для устройств),
— Автомобильные детали (адаптеры, крепежи, шестерни, обшивки, кронштейны, колпаки колес, номерные знаки…),
— Предметы домашнего обихода (крепления для полок, крючки для одежды и т.д.),
— Аксессуары и подарки (рамки для очков, брелоки, ювелирные изделия…),
— Персонализированные деловые реликвии (флешки, ручки, значки, эмблемы компании…).
Этот список не является исчерпывающим! Но существуют также сканеры, которые могут легко создавать копии трехмерных объектов, от пуговиц до расчесок, от вешалок для одежды до разбрызгивателей для газонов.
Главное преимущество 3D-печати и сканирования заключается в том, что любой человек может самостоятельно построить практически все, что ему нужно, не выходя из дома — не нужно искать это в магазинах, не нужно ждать доставки…
Чуть подробнее о том, кому и чем может быть полезен 3D-принтер.
Как и большинство технологических инноваций, 3D-принтеры изначально разрабатывались для крупных и средних производств: Фабрики, заводы, исследовательские центры… Отсюда громоздкий размер и высокая цена. Однако сегодня 3D-технологии становятся все более востребованными и используются частными покупателями и представителями малого бизнеса. То есть для нас.
Основное назначение 3D-принтеров — не развлечение, а работа и обучение. Если вы архитектор или дизайнер (или готовитесь стать им), вы можете использовать 3D-принтер для создания визуальных моделей и чертежей с точно заданными параметрами.
Художники оценят легкость, с которой они могут создавать уникальные объекты для инсталляций, кукольники — кукол и аксессуары для кукол, модельеры — легкость, с которой они могут создавать отдельные предметы одежды и обувь, аксессуары или даже целые костюмы.
А аниматоры откроют для себя новые возможности технологии stop-motion.
Непрофессионалы, люди с творческими увлечениями, также могут использовать 3D-принтеры для тех же целей. Сферы применения 3D-печати в мире хобби многочисленны: поклонники фильмов, аниме и компьютерных игр, коллекционеры и любители моделирования могут печатать фигурки любимых персонажей, детали авиамоделей для сборки и многое другое. Современные 3D-принтеры позволяют печатать объекты в двух или даже трех цветах. И, конечно, напечатанные модели при желании можно раскрасить вручную.
Это не означает, что 3D-печать используется только в искусстве. Он все чаще используется в медицине, причем не только врачами, но и самими пациентами. 3D-принтеры уже используются во всем мире для печати протезов рук и ног для взрослых и детей.
Напечатать протез зачастую намного дешевле, чем купить «традиционный» вариант, не говоря уже о том, что пациент может полностью адаптировать протез к своим потребностям и вкусам, а… Кто сказал, что протез не может быть красивым?
