Существует ли устройство, способное создать практически все, что угодно — от игрушки до кухонных принадлежностей и деталей для космической ракеты? Это звучит как научная фантастика, но 3D-принтеры делают все. Они превращают цифровые проекты в осязаемые объекты, создавая их слой за слоем с точностью швейцарских часовщиков. Что такое 3D-печать, где найти бесплатные проекты для 3D-принтера, из чего сделаны объекты, создаваемые такими устройствами — ответы на эти и другие вопросы вы найдете в нашем руководстве с самой важной информацией о мире 3D-печати.
Что такое 3D-принтер?
3D-принтер – что это? Проще говоря, это передовое производственное устройство. 3D-принтер преобразует цифровую модель в физический трехмерный объект. Как? Устройство наносит последовательные слои материала. Обычно это пластик, металл, смола, а в новейших принтерах — керамика. Весь процесс называется аддитивным производством и он успешно применяется в различных отраслях: от промышленности и создания прототипов до медицины.
Хотя первые 3D-принтеры были созданы еще в 1980-х годах, трехмерная печать развивается очень быстрыми темпами. В 2023 году мировой рынок 3D-печати оценивался более чем в 20 миллиардов долларов, и ожидается, что в ближайшие годы он будет расти более чем на 20% в год.
Что такое 3D-принтер и как он работает?
Работа 3D-принтера похожа на создание предметов из кубиков Lego. Каждый блок представляет собой тонкий слой. Если их наложить друг на друга, они образуют единое целое. 3D-принтер работает аналогично, но вместо блоков он использует специальные материалы, например, пластик или смолу.
Работа печатника начинается с обработки цифрового макета объекта, который мы хотим получить. Дизайн делится на слои, и устройство получает всю необходимую информацию для правильной печати каждого из них. Принтер использует полученные инструкции и создает объект слой за слоем.
Как выбрать пластик для 3d принтера
Выбор пластика для 3D-принтера зависит от многих факторов, включая тип принтера, требования к механическим свойствам изделий, а также условия эксплуатации. В Украине большой выбор пластика для 3D-принтеров можно найти в интернет-магазине filament. Вот несколько основных типов пластиков, с которыми можно работать на 3D-принтерах:
PLA (Polylactic Acid)
- Преимущества: Легко печатается, имеет низкую температуру плавления (около 180–220°C), экологически чистый (биоразлагаемый), не выделяет вредных запахов при печати.
- Недостатки: Обладает ограниченной устойчивостью к высоким температурам (деформируется при температуре более 60°C).
- Для кого подходит: Для начинающих, изготовление моделей для визуализации, декоративных изделий.
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
- Преимущества: Прочный, устойчивый к ударам, обладает высокой термостойкостью, в частности до 100°C.
- Недостатки: требует высокой температуры печати (220–250°C), может выделять вредные пары, поэтому лучше использовать принтер с вентиляцией.
- Для кого подходит: Для создания более прочных и долговечных изделий, таких как детали автомобилей или бытовых приборов.
PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)
- Преимущества: Обладает хорошей прочностью и гибкостью, устойчив к воде и химикатам, менее подвержен деформации по сравнению с ABS.
- Недостатки: Требует внимательной настройки температуры печати (220–250°C), немного сложнее для печати, чем PLA.
- Для кого подходит: Для изготовления деталей, подвергающихся механической нагрузке или эксплуатации в условиях повышенной влажности.
Nylon (Полиамид)
- Преимущества: Очень крепкий, износостойкий, гибкий, стойкий к истиранию, подходит для механических деталей.
- Недостатки: требует высокой температуры для печати (240–270°C), имеет тенденцию к впитыванию влаги, что может повлиять на качество печати.
- Для кого подходит: Для изготовления деталей, подвергающихся механическим нагрузкам, таким как gears, инструменты.
TPU (Thermoplastic Polyurethane)
- Преимущества: Гибкий и эластичный пластик, устойчивый к износу, ударам и химическим воздействиям.
- Недостатки: Может быть трудно печатать, поскольку имеет тенденцию к деформации из-за своей гибкости.
- Для кого подходит: Для создания гибких изделий, таких как чехлы для телефонов, прокладки или амортизаторы.
HIPS (High Impact Polystyrene)
- Преимущества: Прочный пластик похож на ABS, но снижает возможность деформации во время печати.
- Недостатки: Необходимо поддерживать высокие температуры во время печати.
- Для кого подходит: Для создания крепких моделей, а также как материал для поддержки в сложных печатях (может быть растворен в лимите).
Выбор в зависимости от задачи:
Для бытового использования и начинающих: PLA – удобен, безопасен и прост в печати.
Для более сложных и механически груженых изделий: ABS, PETG, или Nylon.
Для гибких изделий: TPU.
Кроме того, обратите внимание на характеристики принтера: не все модели способны работать со всеми видами пластиков.
Технология 3D-печати
Технологии 3D-печати различаются в зависимости от используемого материала, разрешения и долговечности получаемого объекта.
FDM/FFF
Самая популярная технология, которая подразумевает использование термопластичных нитей, т.е. катушек из пластика. Материал расплавляется и наносится слой за слоем. Принтеры FDM/FFF (моделирование методом послойного наплавления/изготовление методом послойного наплавления) достигают разрешения до 0,05 мм и могут использовать широкий спектр материалов (включая PLA, ABS, PETG, TPU, углеродное волокно или металлические композиты). Преимуществами являются простота использования и относительно низкая цена, с другой стороны, поверхность объекта не всегда идеальна, как и долговечность.
Стереолитография (SLA)
3D-принтеры, работающие по этой технологии, отверждают жидкую смолу с помощью лазера или УФ-излучения (DLP). Новейшие модели принтеров предлагают впечатляющее разрешение до 0,025 мм, скорость печати до 1–3 см в час и возможность печати прозрачных элементов или элементов, требующих точности. Технология SLA может использовать специализированные смолы со свойствами, аналогичными резине или керамике. Созданные таким методом объекты имеют гладкую поверхность и долговечны — поэтому такие принтеры используются, например, в медицине.
Также стоит упомянуть технологию спекания порошков, т.е. SLS (селективное лазерное спекание). Что это подразумевает? Мощный лазер спекает полимерный или металлический порошок в последовательные слои трехмерных объектов. SLS чаще всего используется в промышленности (например, в авиации или автомобилестроении).
Как печатает 3D-принтер?
Подготовка 3D-модели
Прежде чем 3D-принтер начнет творить чудеса, необходимо подготовить отпечаток, чтобы машина могла обработать модель. Вы можете создать трехмерную модель самостоятельно (в программе САПР) или загрузить готовую модель из онлайн-базы данных. Ниже вы найдете ценные базы данных готовых 3D-моделей.
Конвертировать в формат STL
Следующим шагом является преобразование цифровой модели в формат STL, также с использованием программного обеспечения САПР (например, AutoCAD или Blender). Принтер должен «понимать», как выглядит объект, который он собирается создать, — поверхность объекта описывается сеткой треугольников.
Разбиение модели на слои и генерация G-кода
Теперь трехмерная модель «разрезается» на сотни или даже тысячи очень тонких слоев (техническое название — нарезка). Принтер получает подробные инструкции для каждого слоя (записанные в виде G-кода). Эти данные предоставляют информацию о траектории, по которой должно двигаться сопло принтера, скорости движения и количестве материала, используемого во время печати.
Начало печати
Первый слой
3D-принтер обработал модель? Отличный. Теперь можно приступать к печати. Все начинается с нагрева рабочего стола и сопла для экструзии нити. Самым важным является первый слой, который создает основу оттиска и базу для последующих слоев. Насадка движется горизонтально, и после завершения первого слоя стол опускается на свою высоту. Процесс повторяется для следующего слоя.
Нанесение последующих слоев
Сначала создаются стенки объекта, которые затем заполняются с помощью 3D-принтера. Работой устройства управляет электронный «мозг» принтера, который контролирует, среди прочего: температура (отвечает за хорошее сцепление слоев), скорость и количество подаваемой нити.
Сколько времени занимает печать? Это зависит от размера и сложности объекта. Простые отпечатки займут несколько минут, а более сложные могут занять до нескольких часов.
Охлаждение и завершение печати
Важно, чтобы объект после печати остыл. Иногда может потребоваться дополнительная обработка, например, удаление опор для выступающих элементов, сборка или покраска.
