Что такое 3D-принтер?

Что такое 3D-принтер?

3D-принтер — это устройство, которое производит трехмерные объекты путем наложения слоев напечатанных поперечных сечений на основе 3D-данных.

3D-принтеры могут быть изготовлены с использованием различных методов, включая метод FDM (моделирование методом послойного наплавления), метод SLA (стереолитография), метод SLS (селективное лазерное спекание), метод струйной печати, метод струйного порошкового ламинирования и метод струйного порошкового ламинирования.

Для домашнего использования часто используются два типа 3D-принтеров: «метод литографии с термическим плавлением» и «метод оптической литографии».

Применение, принципы и преимущества каждого типа 3D-принтера

1. Метод моделирования методом послойного наплавления (FDM)

Применение
Производство фигур, моделей и т. д.

Принцип
Термопластичная смола выбрасывается через тонкое сопло диаметром около 0,5 мм для печати.

Преимущества

• Недорогой основной блок
• Печать возможна при низких затратах благодаря недорогим материалам
• Основное направление в качестве 3D-принтера общего назначения

Недостатки

1. Требуются вспомогательные материалы
2. Внешний вид смоделированного объекта ухудшается из-за следов укладки, образующихся во время печати

Материалы для печати
Смола PLA, смола ABS и т. д.

Рисунок 1. Метод ламинирования термическим плавлением

2. Метод стереолитографии (SLA) 

Применение
SLA используются для создания макетов, сценического реквизита и т. д.

Принцип
Печать выполняется путем воздействия света на светоотверждаемую жидкую смолу для ее отверждения.

Преимущества
Легко обрабатывать после моделирования, можно создавать прозрачные печатные материалы.

Недостатки

• Печатные материалы уязвимы для солнечного света
• Трудоемкая последующая обработка печатных материалов

Печатные материалы
Эпоксидные смолы, акриловые смолы и т. д.

Рисунок 2. Оптический метод изготовления

3. Метод селективного лазерного спекания (SLS)

Применение
Детали для промышленного оборудования и медицинские имплантаты

Принцип
Печать выполняется путем повторения селективного нагрева и спекания порошковых материалов по одному слою за раз.

Преимущества
Крупномасштабные, прочные структуры могут быть напечатаны без необходимости использования вспомогательных материалов

Недостатки

• Оборудование, включая сам принтер, является дорогостоящим
• Печатные материалы имеют шероховатую поверхность.

Печатные материалы
Нейлон, металлические материалы, такие как титан и т. д.

Рисунок 3. Метод производства добавок спеканием порошка

4. Метод струйной печати

Применение
Производство медицинских деталей и мелкосерийной продукции

Принцип
УФ-отверждаемый материал помещается на двухмерную поверхность, как если бы он был напечатан на обычном принтере, а затем отверждается УФ-излучением для получения отпечатка.

Преимущества
Простота установки и печать с высоким разрешением

Недостатки
Отпечатанные материалы хрупкие и уязвимы для солнечного света.

Печатные материалы
Эпоксидная смола, акриловая смола, смола ABS и т. д.

Рисунок 4. Метод струйной печати

5. Метод струйного порошкового ламинирования

Применение
Медицинские детали, мелкосерийное производство продукции

Принцип
Печать выполняется путем нанесения клея на гипс и его застывания. Цветные структуры можно создавать с помощью красителей.

Преимущества
Простота установки и печать с высоким разрешением

Недостатки
Печатные материалы имеют низкую прочность

Материалы для печати
Гипс, смола, металл, песок и т. д.

Рисунок 5. Метод струйного порошкового ламинирования

Как использовать 3D-принтер

3D-принтеры можно использовать для создания слоев спроектированной структуры путем расплавления смолы.

В этом разделе объясняется, что вам нужно подготовить, и сама процедура.

Что вам нужно подготовить

• Персональный компьютер
• 3D-принтер
• Программное обеспечение 3D CAD для проектирования трехмерных чертежей CAD
• Программное обеспечение для нарезки
  Программное обеспечение для нарезки может преобразовывать 3D-данные в данные траектории инструмента.
• Нить
  Филамент — это материал для ламинирования; его тип зависит от метода ламинирования 3D-принтера, но начинающие пользователи чаще всего используют смолу PLA и смолу ABS.

Этапы послойного создания структуры на 3D-принтере

• • Чтобы ламинировать структуру, создайте 3D-данные с помощью программного обеспечения 3D CAD.
  • Преобразуйте 3D-данные в формат STL, чтобы 3D-принтер мог их считывать.
  • Преобразуйте данные STL в данные траектории инструмента.
  • Активируйте 3D-принтер.
  • Удалите вторичные материалы, которые приварены к конструкции в качестве вспомогательных материалов.
  • Обработка поверхности заусенцев и т. д. для получения гладкой поверхности.

Рисунок 6. Преобразование данных 3DCAD в данные траектории инструмента

Материалы нитей, которые можно обрабатывать

3D-принтеры ограничены в материалах, с которыми они могут работать, в зависимости от типа оборудования и метода плавления материала.

Например, 3D-принтер, который может работать со смолами, может работать как с обычными мягкими, так и с твердыми смолами. Некоторые типы 3D-принтеров могут работать с широким спектром материалов.

Здесь мы сосредоточимся на смоле и металле как материалах нитей, с которыми можно работать.

Нить из смолы

Наиболее часто используемые типы нитей из смолы как для начинающих, так и для продвинутых пользователей — это смолы PLA и ABS.
Другие материалы из смолы включают нейлон, гипс, резину и материалы на основе эпоксидной смолы.

• Смола PLA
  Эта смола синтезируется из переработанных материалов, состоящих из полимолочной кислоты, которая в основном производится из кукурузы и т. д.
• Смола ABS
  Синтетическая смола, состоящая из акрилонитрила, бутадиена и стирола.

Нить из металла

Типы металлических нитей включают нержавеющую сталь, латунь, титан, платину, серебро и золото.

Другие специальные материалы включают нити, содержащие бронзу в виде порошка.