Научно-технический прогресс не стоит на месте. Еще десятилетие назад изготовление пластиковой вещи или детали в домашних условиях казалось действительно очень трудоёмким и дорогостоящим процессом. Необходимо было найти качественный пластик, изготовить пресс-форму или форму для литья, приобрести необходимую аппаратуру для нагрева и охлаждения исходного материала. Однако теперь пластиковые детали можно буквально печатать дома, причём весьма дёшево — достаточно всего лишь приобрести 3D-принтер.
В настоящей статье мы попробуем разобраться что такое 3D-принтер, как он работает и что необходимо для его работы, сопутствующее программное обеспечение. Поверхностно рассмотрим ассортимент наиболее доступных 3D-принтеров на рынке.
3D-принтер — это устройство для послойного создания трёхмерного объекта на основе цифровой трёхмерной модели. Деталь словно «выращивается» в принтере из исходного материала. Кстати, чаще всего исходным материалом является пластик, но об этом чуть позже.
Рис. 1. 3D-принтер MakerBot Replicator Mini
Существует несколько различных технологий 3D-печати, разница между которыми заключается в методах создания трёхмерной модели, а именно в способах наложения слоёв. Ниже структурированы наиболее распространённые из них:
1) SLA-технология — лазерная стереолитография. Создаваемый объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения.
2) DMLS-технология — селективное лазерное спекание. Создаваемый объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного излучения.
3) EBM-технология — электронно-лучевая плавка. Технология аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме.
4) FDM-технология — моделирование методом наплавления. Создаваемый объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала, чаще всего это пластик. Эта технология — наиболее дешёвая, распространённая и подходящая для домашних условий. Её мы более подробно рассмотрим далее.
Рис. 2. Внешний вид печатающих устройств
Технология печати методом послойного наплавления (FDM) была разработана С. Скоттом Крампом. На данное время технология получила наибольшее распространение среди любителей, создающих принтеры с открытым исходным кодом, а также коммерческих организаций по причине истечения срока действия оригинального патента. В свою очередь, широкое распространение технологии привело к существенному снижению цен на 3D-принтеры, использующие данный способ производства.
Рис. 3. FDM-технология
Среди множества принтеров, принцип работы которых основан на FDM технологии, особого внимания заслуживает проект RepRap (Replicating Rapid Prototyper). Одна из принципиальных целей данного проекта — способность принтера к самовоспроизведению. Более же глобальной целью — философией проекта является возможность предоставить людям дешёвую настольную производственную систему.
Рис. 4. Принтер RepRap Prusa Mendel
Принтеры RepRap для изготовления предметов использует полимеры:
– Термопластики — PLA, ABS, PCL, HDPE и т. д.
– Дюропластики — PET и др.
По своей форме исходный материал-полимер напоминают нить или проволоку. При печати она подаётся в так называемый экструдер, где полимерная нить нагревается и плавится. Через сопло экструдера раскалённая нить подаётся на рабочий стол по программно-заданной траектории. Положение экструдера регулируют несколько шаговых двигателей, работа которых регулируется при помощи микроконтроллера Arduino и опять-таки задаётся программно, причём автоматически. Принтер сам разделяет цифровую 3D-модель на слои и создаёт траекторию для экструдера (см. рисунок 5).
Рис. 5
К слову о цифровой 3D-модели — её можно создать в любой программе автоматизированного проектирования, будь то Компас-3D, 3D Max или Rhinoceros 3D, в последствие преобразовав её в STM-файл, читаемый принтером.
Принтеры RepRap могут работать как и периферийное устройство к ПК, соединяясь с ним при помощи USB-кабеля, так и автономно.
Цены на настольные RepRap 3D-принтеры варьируются в пределах от десяти тысяч рублей до двадцати пяти, в зависимости от страны производителя, качества комплектующих, наличия или отсутствия стеклянного или деревянного корпуса и т. д. В цену принтера обычно включён и стартовый набор расходного материала- пластика, цена за один килограмм которого может достигать пятисот рублей.
Часто в интернет-магазинах можно встретить конструкторы для самостоятельной сборки, их цена более привлекательна по сравнению с уже собранными, но и за качество сборки покупатель берёт ответственность на себя.
Цена же на профессиональные и промышленные 3D-принтеры начинается от пятидесяти тысяч и уходит далеко в бесконечность, потому и позволить их себе в качестве игрушки может далеко не каждый.
Стоит отметить, что в последнее время начали появляться гигантские 3D-принтеры печатающие жилые дома жидким бетоном и даже простейшие кулинарные 3D-принтеры. Сложно представить, что из себя будут представлять эти технологии через 10 лет, но уже сейчас понятно, что 3D-технологии предстают перед человечеством очень перспективной и занимательной разработкой.
Литература:
- https://ru.wikipedia.org/
- http://3dtoday.ru
