Схема работы 3d принтера: как он работает, что делает описание

Опубликовано: 31.12.2022 в 21:04

Автор: admin

Содержание

Краткий обзор — «Принцип работы 3D принтера» как печатает принтер

3Д-технологии открывают перед человечеством просто невероятные возможности. Об этом знают многие. Принцип работы 3Dпринтера, тем не менее, известен далеко не всем. И почти все уверены, что это что-то немыслимо сложное. Безусловно, технологии и возможности оборудования сильно отличаются. При этом спектр расходных материалов также велик. Но, есть нечто общее, определяющее единый принцип работы, не углубляясь в вопросы технологии. Но сначала нужно определиться, что такое 3Д-принтер.
Это устройство, которое позволяет из расходного материала создавать объёмные предметы разной степени сложности. Эти объекты должны быть смоделированы в специальной CAD-программе и переданы на печать в виде файла определённого формата.

Основный принцип работы

Если кратко, принтер для объёмной печати, независимо от типа используемого материала и применяемой технологии, работает по следующему принципу:

на компьютере в специальной CAD-программе моделируется объект;
готовый объект, сохраненный в специальном формате, нарезается программой – слайсером, которая идет в комплекте с устройством, причём толщина каждого слоя определяется возможностями 3д-принтера и выбранными настройками;
каждый слой переводится в двоичный командный код, который получает устройство, и в соответствии с которым, согласно координатам, наносится слой материала;
слой за слоем формируется объект.

Именно таким образом осуществляется 3D-печать и видео это иллюстрирует прекрасно. Детальный принцип работы оборудования будет определяться используемой технологией.

Технологии трёхмерной печати

Существует довольно большое число технологий, применяемых в 3D-печати. От технологии и технология зависят от используемого для печати материала. В настоящее время для этого можно использовать: пластиковые нити, фотополимерные смолы, металлические порошковые сплавы;

гипсовый композитный порошок, воск, а также разные строительные и кулинарные смеси.

Наиболее известны следующие технологии 3D-печати:

FDM;
SLS и SLM;
ламинирование;
фотополимерная печать;
печать гипсом;
строительная печать бетонной смесью и другие.

Каждая отдельно взятая технология имеет свои характерные особенности, сферу применения и сложности. На некоторых стоит остановиться более подробно.

Послойное наплавление

Наиболее простая и популярная технология печати – это FDM или технология послойного наплавления. Она подразумевает подачу пластиковой нити к специальному нагревательному элементу. Посредством экструдера расплавленный пластик наносится в заданной печатной области. Экструдер закреплён на печатной головке, которая перемещается по рабочей зоне печати в горизонтальной плоскости. Как только слой будет напечатан, рабочая платформа опустится на величину слоя и работа продолжится снова.

Этот тип печати является наиболее доступным. И устройства, основанные на нём стоят дешевле всего. Именно поэтому такие 3D-принтеры являются самыми востребованными для домашне-бытовых целей, то есть персонального использования.

Фотополимерная печать

Фотополимерная печать осуществляется несколько иначе. Материал также наносится послойно, но он изначально находится в жидком состоянии в специальной ванне. Слой за слоем на материал воздействует лазерный или ультрафиолетовый луч, и платформа поднимается вверх. То есть объект как бы выращивается. Под действием излучения материал полимеризуется и твердеет.

Так как такая технология позволяет получать изделия с высочайшей точностью, в том числе и тонкостенные, то она является более перспективной и обладает более широкими возможностями. Именно она используется на сложных производствах и предприятиях.

Востребованы подобные устройства и в медицинской сфере, открывая широчайшие возможности изготовления высокоточных хирургических шаблонов и даже протезов.

Взгляд в будущее

Возможно, в будущем технологии существенно изменятся, и принцип работы трёхмерных принтеров тоже будет иным. Но пока что, независимо от технологии и материала, сферы применения и сложности оборудования основополагающий принцип остаётся неизменным. При работе с гипсом послойно наносится клеевой слой и порошок. А с кулинарными 3Д-принтерами дело обстоит аналогично строительным устройствам – слой за слоем формируется объект. При помощи экструдера, смесь послойно наносится, а застывание происходит естественным путем. И даже в медицине биосовместимые элементы и органы формируются послойно, согласно запрограммированной слайсером информации.

Принцип работы 3д принтера

Это устройство, которое позволяет из расходного материала создавать объёмные предметы разной степени сложности. Эти объекты должны быть смоделированы в специальной CAD-программе и переданы на печать в виде файла определённого формата.

Основный принцип работы
Фотополимерная печать
Как устроен 3D-принтер
Как происходит печать
Области применения 3D-печати
Конструктивные особенности 3D-принтеров
Слой за слоем: как работает 3D-принтер

Основный принцип работы

на компьютере в специальной CAD-программе моделируется объект;

готовый объект, сохраненный в специальном формате, нарезается программой — слайсером, которая идет в комплекте с устройством, причём толщина каждого слоя определяется возможностями 3д-принтера и выбранными настройками;

каждый слой переводится в двоичный командный код, который получает устройство, и в соответствии с которым, согласно координатам, наносится слой материала;

слой за слоем формируется объект.

Технологии трёхмерной печати

Наиболее известны следующие технологии 3D-печати:

FDM;

SLS и SLM;

ламинирование;

фотополимерная печать;

печать гипсом;

строительная печать бетонной смесью и другие.

Послойное наплавление

Наиболее простая и популярная технология печати – это FDM или технология послойного наплавления.

Она подразумевает подачу пластиковой нити к специальному нагревательному элементу.

Посредством экструдера расплавленный пластик наносится в заданной печатной области. Экструдер закреплён на печатной головке, которая перемещается по рабочей зоне печати в горизонтальной плоскости. Как только слой будет напечатан, рабочая платформа опустится на величину слоя и работа продолжится снова.

Этот тип печати является наиболее доступным. И устройства, основанные на нём, стоят дешевле всего. Именно поэтому такие 3D-принтеры являются самыми востребованными для домашне-бытовых целей, то есть персонального использования.

Фотополимерная печать

Как устроен 3D-принтер

Общая схема, по которой работают все 3D-принтеры, основана на возможности линейно двигаться в трех измерениях.

Приборы оснащают высокоточными шаговыми двигателями и контроллером, отвечающим за порядок перемещения этих двигателей.

Автоматизированная система передвигает печатающую головку, в нужный момент выдавливая материал (например, расплавленную пластмассу).

Слой за слоем создается фигурка, изначально заложенная в программу.

В основе лежит принцип работы «картезианского робота» (устройство, способное передвигаться по картезианским координатам, более известным каждому школьнику, как Декартовы координаты – X, Y, Z).

Примерная схема печатающей головки 3d принтера

Экструдер. Именно эта деталь чаще всего совершенствуется в новых моделях и считается самой сложной и тонкой частью механизма. Состоит из термальной головки и привода, выдавливающего нить пластика. Работает так: в принтер заправляется катушка с нитью, привод разматывает и выталкивает ее, подавая к термальной головке (называемой также камерой). Головка обычно представляет собой нагреваемый алюминиевый элемент, который расплавляет нить. В полужидком состоянии вещество выдавливается через отверстие печатающей головки.

Линейный двигатель. От его разновидности зависит скорость печати 3D-принтера и долговечность устройства. Для каждой оси координат используется отдельный гладкий стержень, работающий вместе с подшипниками. Подшипники бывают пластиковыми, стальными, бронзовыми и т.д. Бронзовые сложнее всего калибровать во время сборки, но зато они менее шумные.

Фиксаторы. Чтобы линейные приводы не выходили за пределы рабочего поля, нужны ограничители – фиксаторы. На функциональность работы они не влияют, но их наличие делает печать значительно более точной и аккуратной. Встречаются модели с оптическими или механическими фиксаторами.

Платформа. Поверхность размером 100-200 кв.мм., на которой будет создаваться готовая фигура. Производители обычно делают платформу подогреваемой – это нужно, чтобы не допустить трещин или разрывов на модели, обеспечить сцепление между отдельными слоями, а также между первым слоем и самой платформой. Площадка изготавливается обычно из алюминия или стекла – вещества с хорошей проводимостью тепла.

Как происходит печать

Программное Обеспечение для 3d принтера

Сначала с помощью специального программного обеспечения создается модель будущего объекта, затем ее загружают в принтер, который по описанной выше технологии создает физический объект.

Такой способ называется прототипированием. Но сейчас есть еще несколько принципов работы 3D-принтеров, разработанных на его основе:

Стереолитография (SLA). В роли основного материала выступает смесь жидкого полимера со специальным реагентом, служащим для отвердевания пластика (напоминает эпоксидку). Ультрафиолетовый лазер отвечает за полимеризацию смеси в нужный момент. Фигура строится на подвижной платформе, соединенной с небольшим «лифтом», перемещающим заготовку вниз или вверх на расстояние одного слоя. Когда лазерный луч погружается в полимер, то останавливается на местах, которые должны затвердеть. После формирования слоя лифт поднимает или опускает заготовку.

Выборочное лазерное спекание (SLS). Не секрет, что технологии 3D-печати внедрены уже почти во все области производства. Не стала исключением и металлообработка, именно здесь применяется метод SLS. В качестве материала выступает композитный порошок, содержащий в составе частицы размером 50-100 мкм. Порошок равномерно наносится слой за слоем, после чего «запекается» лазером. Технология очень экономичная и практически безотходная, если сравнивать с традиционной резкой, литьем, фрезеровкой, сверлением и т.д.

Многоструйное моделирование. Уникальная разработка американской компании 3D Systems, похожая на стандартную струйную печать в обычных принтерах. В процессе задействовано несколько десятков или даже сотен сопел, которые рядами выстроены на печатающей головке. «Чернила» нагреваются, слоями опускаются на рабочую поверхность, затем отвердевают при комнатной температуре.

Это лишь основные и наиболее распространенные методы, на самом деле существует масса более редких, узкоспециализированных вариантов – например, УФ-облучение через фотомаску (SGC), послойное склеивание пленок, склеивание порошков, ламинирование листовых материалов (LOM) и другие.

Области применения 3D-печати

Технология нашла применение практически во всех сферах деятельности человека:

образовании;

архитектуре;

науке;

машиностроении;

медицине;

кулинарии;

приборостроении;

производстве одежды и обуви.

Шоколадный 3d принтер

Пицца, распечатанная на 3d принтере

Макет дома, распечатанный на 3d принтере

Автомобиль, распечатанный на 3d принтере

Конструктивные особенности 3D-принтеров

Принцип работы 3D-принтера основан на законах кинематики. Выделяют несколько схем 3D-печати, исходя из перемещений платформы и печатающей головки, которые могут двигаться относительно друг друга в различных плоскостях.

Существует четыре основные схемы печати:

дельта,

экструдер перемещается по осям Х и Y,

экструдер меняет положение в пространстве по осям X и Z,

экструдер движется по осям X, Y и Z.

I схема

Платформа находится в неподвижном состоянии, положение по осям x, y, z меняет только экструдер. Особенность модели — наличие высокого каркаса. Печатающая головка размещена на трёх стержнях, каждый из которых закреплен на подвижном блоке, размещённом на опоре, с возможностью вертикального перемещения.

Плюсы: высокая скорость печати, хорошая точность.

ЗагрузкаДельта

II схема — экструдер движется по осям Х и Y

Печатающая головка находится над платформой и способна двигаться влево-вправо или вперед-назад, а платформа вверх-вниз.

ЗагрузкаЭкструдер движется по осям Х и Y

III схема — экструдер перемещается по осям X и Z

Экструдер, как в предыдущем типе, способен передвигаться влево или вправо, а также менять своё положение в пространстве по высоте. Платформа, в свою очередь, способна двигаться вперед или назад не меняя высоты.

ЗагрузкаЭкструдер перемещается по осям X и Z

IV схема – экструдер движется по осям X, Y и Z

Последняя схема предполагает использование неподвижной платформы. Как в случае со схемой «Дельта», экструдер способен перемещаться по трём осям [x, y, z], однако в данном случае нет сложного механизма фиксации печатающей головки.

Слой за слоем: как работает 3D-принтер

Самый доступный и потому самый распространённый способ 3D-печати, при котором готовый предмет создаётся из жидкого пластика или композитных материалов, которые проходят через печатающую головку-экструдер и послойно отверждаются лазером. Готовый слой смещается вниз, и печатается новый, и так до тех пор, пока не будет готов весь элемент. FDM-принтеры являются одним из самых простых способов 3D-печати, подобные устройства можно даже собрать самостоятельно. Ну, или купить готовые решения, которых на рынке присутствует множество.

Стереолитография (SL или SLA)

По своему принципу действия этот вид 3D-печати похож на предыдущий, только в нём исходным материалом выступает жидкая смола (акриловая, эпоксидная, виниловая) или пластмасса. Луч лазера послойно «запекает» исходный материал, формируя готовый предмет. Затем он промывается от остатков смолы или пластмассы и подвергается окончательному отверждению с помощью ультрафиолетового света. Стереолитография позволяет печатать элементы с тонкой деталировкой и после завершения всех процедур готовая деталь получается прочной и химически стойкой, но обратной стороной медали является очень высокая стоимость таких 3D-принтеров.

Cелективное лазерное спекание (SLS)

Ещё один способ послойной печати предметов, в котором лазер спекает порошок — металлический, пластиковый или керамический — слой за слоем, формируя готовый объект. Существует методика плавки (SLM), которая отличается более мощными лазерами и возможностью работать с чисто металлическим порошком без всяких добавок — так формируются монолитные элементы, лишённые пористости, характерной для обычного спекания.

Как правило, толщина нити и самих слоев составляет доли миллиметра: типичный диаметр сопла варьируется от 0,3 до 0,8 мм, тогда как толщина слоя составляет от 50 до 300 микрон. Для сравнения, толщина человеческого волоса колеблется в пределах 80-100 микрон. Очевидно, что печать тонкой нитью занимает достаточно долгое время. Действительно, типичный производственный цикл с легкостью может измеряться часами, а то и превышать сутки: здесь все зависит от выбранного диаметра сопла, толщины индивидуальных слоев и габаритов самого изделия. Чем выше толщина нити и слоев, тем меньше времени уйдет на печать, но и качество поверхностей будет ниже.

Расходные материалы

Одним из самых привлекательных факторов FDM-печати остается огромное разнообразие относительно недорогих расходных материалов. Два наиболее популярных пластика АБС(акрилонитрилбутадиенстирол) и ПЛА (полилактид).

С первым вариантом знакомы абсолютно все из нас – это наиболее широко используемый промышленный пластик, из которого изготовлена ваша любимая кофемолка, шариковая ручка, защитный кожух смартфона и множество других бытовых вещей.

Второй представляет собой экологичную альтернативу, будучи органическим, биоразлагаемым полимером, изготавливаемым из кукурузы или сахарного тростника.

Пусть ПЛА и не так долговечен, его можно смело выбрасывать в мусор, так как под воздействием среды через несколько месяцев полилактид превратится в безвредный компост.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как работают 3D-принтеры?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 24 апреля 2021 г.

Даже лучшие художники изо всех сил стараются показать нам, что представляют собой объекты реального мира.
выглядеть во всей своей трехмерной (3D) красе. Большую часть времени
это не имеет значения — просмотр фотографии или эскиза дает нам
достаточно хорошая идея. Но если вы занимаетесь разработкой новых
продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям,
ничто не сравнится с прототипом: моделью, которую можно потрогать, подержать и
Чувствовать. Единственная проблема в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени.
машины, которые могут делать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до
полмиллиона долларов). Ура, тогда на 3D-принтеры , которые немного работают
как струйные принтеры, и создавать 3D-модели слой за слоем до 10 раз
скорость и пятая стоимость. Как именно они работают? Давайте
поближе!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка 3D-принтера Invent,
медленно, слой за слоем, выстраивая объект, распыляя расплавленный голубой пластик из точно движущегося сопла.
Фото капрала. Джастин Апдеграф, любезно предоставленный Корпусом морской пехоты США.

Содержание

От прототипов ручной работы до быстрого прототипирования
Как работает 3D-принтер?
В: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? О: АБС-пластик!
Преимущества и недостатки
приложений
- Медицина
- Аэрокосмическая промышленность и оборона
- Визуализация
- Индивидуальные продукты
Будущее 3D-печати
Узнать больше

От прототипов ручной работы к быстрому прототипированию

Фото: Качественный быстрый прототип космического самолета, изготовленный из воска
из чертежа САПР НАСА.
Фото предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Прежде чем появились такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и
лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или
склеенные из маленьких кусочков картона или пластика. Они могли взять
дней или даже недель, чтобы сделать и обычно стоит целое состояние. Получающий
внесение изменений или изменений было трудным и трудоемким,
особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и
которые могут помешать дизайнерам вносить улучшения или принимать
комментарии в последнюю минуту на борту: «Слишком поздно!»

С появлением более совершенных технологий,
идея под названием для быстрого прототипирования (RP) возникла в 1980-х годах.
как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и
прототипы более автоматизированными методами, обычно в течение нескольких часов или дней.
чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование. 3D печать
является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают
свои собственные быстрые прототипы, в часы, используя сложные машины
аналогично струйным принтерам.

Как работает 3D-принтер?

Работа: Один из первых в мире трехмерных FDM-принтеров,
разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне напечатана модель (розовая, 40).
на базовой пластине (темно-синий, 10), которая перемещается в горизонтальном (X–Y) направлении, а печать
головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении. Сырье для печати поступает из пластикового стержня (желтый, 46), расплавляемого печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется
термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается сжатым воздухом из большого бака и
компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним. Произведение из патента США 5 121 329.: Устройство и метод создания трехмерных объектов С. Скоттом Крампом, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г. , любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Вы бы
начните с блока твердого дерева и вырежьте внутрь, как
скульптор, постепенно раскрывая предмет, «спрятанный» внутри. Или если
вы хотели сделать архитектурную модель дома, вы бы построили
это как настоящий, сборный дом, наверное, путем вырезания миниатюры
копии стен из картона и склеивание их между собой. Теперь
лазер может легко вырезать дерево по форме, и это не выходит за рамки
сферы возможностей научить робота склеивать картон
вместе, но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер, управляемый
с компьютера. Он строит 3D-модель по одному слою за раз, начиная с
снизу вверх, многократно печатая одну и ту же область методом, известным как
моделирование осадконакопления методом плавления (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D-CAD.
разбивка на множество двумерных, поперечных
слои — эффективно разделяйте 2D-отпечатки, которые расположены один поверх другого.
другой, но без бумаги между ними. Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накопится слишком много
объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и
соединяет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолетового излучения.

В: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? О: Пластик!

В то время как струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни то, ни другое: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! То, что вы можете моделировать, это
пластик. 3D-принтер
по сути работает путем выдавливания расплавленного пластика через крошечное сопло, которое перемещается точно под компьютером.
контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества
принтера вы получаете либо потрясающе выглядящую 3D-модель, либо множество 2D-линий пластика, грубо наложенных друг на друга — как глазурь для торта с плохим контуром! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot. Вы можете увидеть маленькую катушку из необработанного красного пластика.
(«нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера предоставлено
ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует много типов пластика, каждый из которых отличается как химически (по своему молекулярному составу), так и физически (по своему молекулярному составу). как они ведут себя по отношению к теплу, свету и так далее).
Неудивительно, что 3D-принтеры используют термопласты (пластики, которые плавятся при нагревании и затвердевают при повторном охлаждении), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо PETG (полиэтиленгерефталатгликоль ).

Возможно, наиболее известный как материал, из которого изготавливаются кубики LEGO®, АБС-пластик также широко используется в салонах автомобилей (иногда и в наружных деталях, таких как колпаки), для изготовления внутренностей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (это довольно скорее всего, мышь и клавиатура, которыми вы сейчас пользуетесь, изготовлены из АБС-пластика). Так почему же этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это композит из жесткого пластика (акрилонитрила) с синтетическим каучуком (бутадиен-стирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре немногим более 100°C (220°F), что является достаточно прохладным, чтобы плавиться внутри принтера без перегрева, и достаточно горячим, чтобы модели, напечатанные из него, не выдержали. не тают, если их оставить на солнце. После затвердевания его можно отшлифовать до гладкости или покрасить; Другое полезное свойство АБС заключается в том, что в необработанном виде он имеет беловато-желтый цвет, но можно добавить пигменты (цветные химические вещества в краске), чтобы сделать его практически любым цветом. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик либо в виде небольших гранул, либо в виде нитей (например, пластиковых струн).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более безвреден для окружающей среды, хотя он мягче и менее долговечен. PETG — это промежуточный вариант, он ближе по прочности к ABS, легко формуется и относительно легко перерабатывается.

Вам не обязательно печатать в 3D пластиком: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и затвердевает. В июле 2011 года исследователи из
Эксетерский университет Англии представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты с помощью расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator™ — типичный недорогой самодельный 3D-принтер.
Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он поставляется в собранном виде
в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.
Фото предоставлено Windell H. Oskay, www.evilmadscientist.com,
опубликовано на Flickr в 2012 г.
по лицензии Creative Commons.

Производители 3D-принтеров утверждают, что они работают в 10 раз быстрее, чем
другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для
люди, которым нужны быстрые прототипы в течение нескольких часов, а не дней. Несмотря на то что
высококлассных 3D-принтеров они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов США), они
часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в
по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а машины значительно дешевле.
также доступен (вы можете купить комплект для 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).
Они также достаточно малы, безопасны, просты в использовании и
надежные (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как
дизайнерские/инженерные школы).

С другой стороны, отделка производимых ими моделей обычно
уступает тем, которые производятся на машинах RP более высокого класса. Выбор
материалов часто ограничивается одним или двумя, цвета могут быть грубыми,
и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере,
может быть лучше для грубых, ранних визуализаций новых продуктов; более
сложные машины RP могут использоваться позже в процессе, когда
проекты ближе к завершению и такие вещи, как точная поверхность
текстура важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос «Как
сколько способов вы можете использовать фотокопировальный аппарат?» Теоретически единственным ограничением является ваше
воображение. На практике пределом является точность
модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и
материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад.
но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно
технология все еще относительно новая; даже в этом случае область применения 3D-печати
довольно удивительно.

Медицина

Фото: Пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска.
Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr с разрешения US NIH Image Gallery и 3D Print Exchange.

Жизнь — это путешествие в один конец; подверженные ошибкам, стареющие люди со складками,
рушащиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая
возможность создания замещающих частей тела и тканей. Вот почему
врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать. У нас уже есть
видел напечатанные на 3D-принтере уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги
(от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и
Bespoke) и мышцы (из Корнельского университета). 3D принтеры есть
также использовался для производства искусственных тканей (Organovo), клеток
(Samsara Sciences) и кожи (в партнерстве косметических
гигантские L’Oreal и Organovo). Хотя мы далеки от того, чтобы иметь
полные 3D-печатные замещающие органы (такие как сердце и печень),
дело быстро движется в этом направлении. Один проект, известный как
тело на чипе,
находится в ведении Института регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине.
печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет с помощью своего рода
искусственной крови.

Помимо замены частей тела, 3D-печать все чаще
используется для медицинского образования и обучения. В детском саду Никлауса
Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операции на
Реплики детских сердец, напечатанные на 3D-принтере. В другом месте то же самое
техника используется для репетиций операций на головном мозге.

Авиакосмическая и оборонная промышленность

Проектирование и испытания самолетов — дело сложное и дорогое: Боинг
Внутри Dreamliner находится около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что
компьютерные модели могут быть использованы для проверки довольно многих аспектов того, как самолеты
поведение, точные прототипы все еще должны быть сделаны для таких вещей, как
испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать — это простой и эффективный способ
сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в больших количествах, военные
самолеты, скорее всего, будут сильно настроены, а 3D-печать
позволяет проектировать, тестировать и производить малосерийные или единичные детали как
быстро и рентабельно.

Фото: ВМС США тестируют 3D-принтеры на кораблях с
один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самостоятельным,
с меньшей потребностью носить с собой запасные части и материалы, особенно в военное время. Это напечатанное на 3D-принтере подводное беспроводное зарядное устройство.
типичные объекты, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера предоставлено
ВМС США.

Космические корабли еще сложнее самолетов и имеют дополнительные
недостаток в том, что они «изготавливаются» в крошечных
количество — иногда только один когда-либо сделан. Вместо того, чтобы идти на все расходы
изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может сделать многое
больше смысла в 3D-печати одноразовых компонентов. Но зачем даже делать
космические части на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в
пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к
производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться
бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов), использующих 3D.
принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные
части), вдали от Земли, всякий раз, когда они им нужны. Но даже
обычные космические проекты, созданные на Земле, могут извлечь выгоду из
скорость, простота и низкая стоимость 3D-печати. Последний, поддерживающий человека
NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере с помощью Stratasys.

Фото: Запчасти и ремонт не проблема. Крупный план 3D-принтера Lulzbot Taz 6, используемого для изготовления запасных частей на борту военного корабля США.
Фото Кристофера А. Велоиказа предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером
гораздо более широкое использование 3D-печати: визуализация того, как новые проекты будут
смотреть в трех измерениях. Мы можем использовать такие вещи, как
виртуальная реальность для
это, конечно, но люди часто предпочитают то, что они могут видеть и
трогать. 3D-принтеры все чаще используются для быстрого и точного
архитектурное моделирование. Хотя мы не можем (пока) 3D печатать материалы
таких как кирпич и бетон, существует широкий спектр пластиков
доступны, и их можно покрасить, чтобы они выглядели как реалистичное здание
заканчивается. Точно так же 3D-печать сейчас широко используется для
прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Так как многие
повседневные вещи лепятся из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть
очень похоже на готовый продукт — идеально подходит для фокус-группы
тестирование или исследование рынка.

Индивидуальные продукты

От пластиковых зубных щеток до оберток от конфет — современная жизнь
здесь-сегодня, уехало-завтра — удобно, недорого и одноразово.
Однако не все ценят готовое массовое производство.
именно поэтому так популярны дорогие «дизайнерские лейблы». в
будущем, многие из нас смогут пользоваться преимуществами
доступные, высоко персонализированные продукты, изготовленные на заказ в соответствии с нашими точными требованиями.
Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары
уже в 3D-печати. Так же, как веб-сайт Etsy создал
всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy теперь воспроизвел
что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам, таким как
Shapeways, каждый может сделать свои собственные безделушки на 3D-принтере, либо для себя, либо для
продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера
(даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Индивидуальные продукты» — это не просто вещи, которые мы покупаем и используем:
пища, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию. Готовка требует времени,
умения и терпения, ведь приготовление аппетитного
Еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите.
Поскольку большую часть пищи можно экструдировать (выдавливать через сопла), ее можно
(теоретически) также могут быть напечатаны в 3D. Несколько лет назад,
Зло Безумный
Ученые Лаборатории игриво напечатали странные объекты из
сахар. В 2013 году Нью-Йорк Таймс
обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу
распечатайте всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в
В процессе он случайно наткнулся на работу Хода Липсона из Корнельского университета,
кто верит, что когда-нибудь еда может быть напечатана на 3D-принтере лично, чтобы соответствовать
точные потребности вашего тела в питании. Что плавно переносит нас в будущее…

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-принтеры из любого исходного материала, который вы можете использовать.
ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных сахарным песком.
«CandyFab 4000» (взломанный старый плоттер HP) всегда интересным народом
в Evil Mad Scientist Laboratories. Фото предоставлено Уинделлом Х. Оскеем, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2007 г. по лицензии Creative Commons.

Будущее 3D-печати

Многие люди считают, что 3D-печать станет не просто приливной волной
дерзких пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности
и мировая экономика, которой она управляет. Хотя 3D-печать будет
безусловно, позволяют нам делать наши собственные вещи, есть
ограничение того, что вы можете сделать самостоятельно с дешевым принтером и
трубка из пластика. Реальные экономические выгоды, скорее всего, появятся, когда
3D-печать повсеместно применяется крупными компаниями в качестве основного
опора обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит
производители предлагают гораздо больше возможностей для настройки существующих продуктов,
поэтому доступность готового массового производства будет
в сочетании с привлекательностью уникального, сделанного на заказ ремесленного ремесла.
Во-вторых, 3D-печать — это, по сути, роботизированная технология, поэтому она
снизить себестоимость производства до такой степени, что однажды
опять же, быть рентабельным для производства товаров в Северной Америке и
Европа, которую в настоящее время дешево собирают (плохо оплачиваемые люди)
в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность
(поскольку для изготовления одних и тех же вещей потребуется меньше людей), снижение
себестоимости продукции в целом, что должно привести к снижению цен и
больший спрос — и это всегда хорошо, для потребителей, для
производителей и экономики.

Фото: два вида печатающей головки (иногда называемой «инструментальной головкой») 3D-принтера.
Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено
Корпус морской пехоты США.

Как работают 3D-принтеры?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 24 апреля 2021 г.

Содержание

От прототипов ручной работы до быстрого прототипирования
Как работает 3D-принтер?
В: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? О: АБС-пластик!
Преимущества и недостатки
приложений
- Медицина
- Аэрокосмическая промышленность и оборона
- Визуализация
- Индивидуальные продукты
Будущее 3D-печати
Узнать больше

От прототипов ручной работы к быстрому прототипированию

Как работает 3D-принтер?

Работа: Один из первых в мире трехмерных FDM-принтеров,
разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне напечатана модель (розовая, 40).
на базовой пластине (темно-синий, 10), которая перемещается в горизонтальном (X–Y) направлении, а печать
головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении. Сырье для печати поступает из пластикового стержня (желтый, 46), расплавляемого печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется
термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается сжатым воздухом из большого бака и
компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним. Произведение из патента США 5 121 329.: Устройство и метод создания трехмерных объектов С. Скоттом Крампом, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.