Печатаем в 3D

154

Разбили свою любимую чашку? Теперь это не проблема: современный 3D-принтер создаст вам такую же за несколько часов. Получая чертежи в специальном формате, эти необычные устройства не печатают изображение — они создают трехмерные объекты.

CHIP расскажет о современных технологиях 3D-печати и устройствах для создания объемных моделей CHIP расскажет о современных технологиях 3D-печати и устройствах для создания объемных моделей Идея печатать объемные вещи родилась давно, когда на прилавках только появлялись первые матричные графические принтеры. Легко представить, что, если можно из линий составлять изображение, точно так же можно по слоям собирать объемные объекты. Дело оставалось за конкретной реализацией идеи. А каждая здравая идея, как правило, попадая в умы разных инженеров, находит несчетное количество реализаций. Не обошел стороной этот процесс и технологии объемной печати. Сегодня на рынке представлено сразу несколько методик — начиная с моделирования наплавлением быстро отверждаемого пластика и заканчивая лазерным отверждением фотополимеров. Многочисленные 3D-принтеры стали появляться сперва в лабораториях, а потом и в свободной продаже. CHIP поможет разобраться в существующих на сегодняшних день технологиях и устройствах, их достоинствах и недостатках. Кроме того, мы расскажем, где и за какую цену можно «напечатать» трехмерный объект в Интернете.

Технологии объемной печати

Методы создания трехмерных объектов разделяют на два базовых принципа – субтрактивный и аддитивный. Первый знаком человеку с древних времен и подразумевает обработку заготовки из нужного материала до получения требуемой формы.

В принципе, и старый рубанок вкупе с вашими руками можно образно представить как «объемный принтер». Конечно, на данный момент технологии ушли довольно далеко, и современный субтрактивный 3D-принтер работает в полностью автоматическом режиме с помощью фрез. Необычайными преимуществами этого метода является практически полное отсутствие ограничений по материалу заготовок, а также возможность получения на выходе готовых к использованию деталей с заданными характеристиками. Именно поэтому данная технология столь распространена в современных станках с числовым программным  управлением.

Второй базовый и наиболее распространенный сегодня принцип — аддитивный — подразумевает постепенное добавление материала до получения нужных форм.
Этот метод создания трехмерного объекта можно разделить на три подвида: наплавление, порошково-гранульное формирование и стереолитография. Рассмотрим более подробно каждый из них.

Перед печатью трехмерного объекта файл с чертежом импортируется из CAD-приложения в специальный формат — STL Перед печатью трехмерного объекта файл с чертежом импортируется из CAD-приложения в специальный формат — STL   Наплавление пластиковой нитью

Промышленное обозначение: FDM (Fused Deposition Modeling)

Относительно дешевым, но вполне универсальным методом объемной печати является наплавление. Оно основано на наложении отдельных «строк» предмета. В таких принтерах модель создается с помощью нити из расплавленного пластика, которой печатающая головка «плетет» контуры модели. Нить довольно быстро затвердевает, что позволяет, с одной стороны, снизить остаточные деформации при усадке, а с другой — за счет натяжения нити создавать значительно более сложные формы. Например, если нужно создать на модели «полку», печатающая головка просто пройдет по ее контуру, оставив приплавленную нить. Точность модели в этом случае зависит от толщины нити, и тут кроется один из главных недостатков технологии: данный показатель должен укладываться в строгие рамки. Чтобы печатающая головка не рвала нить, она должна быть достаточно толстой (обычно не менее 0,15 мм), а чтобы модель не страдала от сильной усадки материала и неравномерного  отверждения — достаточно тонкой (не более 0,5 мм). Также недостатком этого метода является неравномерная прочность модели вдоль хода нити.

 

Порошково-гранульное формование

Промышленное обозначение: DMLS (Direct Metal Laser Sintering), EBM (Electron Beam Melting)

Порошково-гранульное формование является на данный момент самой распространенной технологией объемной печати. Оно подразумевает послойное спекание порошка или гранул плавкого материала. Методы называются по-разному в зависимости от материала (пластик, металл, керамика) и способа спекания (с помощью лазера, термической головки, потока электронов и т. д.), но принцип у всех примерно одинаковый. Специальная головка наносит тонкий равномерный слой порошка или гранул, а затем в нужных местах порошок сплавляется с помощью мощного излучения. После этого процесс повторяется со следующим слоем. Преимуществами такого метода является практически полное отсутствие ограничений по конечной форме изделия, а также широкий перечень применяемых материалов. Например, DMLS-принтеры, работающие по принципу лазерного спекания, могут «печатать» объемные детали практически из любых металлических сплавов. При этом прочность конечных моделей, хотя и уступает изготовленным традиционным путем, позволяет использовать их в рабочих изделиях, а не только в качестве макетов. Кроме того, нет каких-либо существенных факторов, ограничивающих точность подобных принтеров. Как следствие, с их помощью можно изготавливать даже медицинские имплантаты или микроскопические детали. Однако у этого метода есть и свои недостатки. Например, нужно учитывать, что большинство материалов при интенсивном нагреве имеет свойство окисляться. Поэтому камеры, где проходит процесс, должны быть герметичны и заполнены инертной средой. В случае с электронно-лучевой печатью (EBM), в камере вообще должен быть глубокий вакуум. Кроме того, чтобы добиться низких показателей остаточных напряжений, температура порошка (а вместе с ним и всей камеры) должна быть близка к температуре плавления до самого окончания процесса. Все это значительно усложняет процесс и увеличивает стоимость оборудования. Так, если принтеры, работающие по методу наплавления могут стоить меньше 100 000 рублей, то цена современных порошково-лазерных моделей исчисляется в миллионах.

Стереолитография

Промышленное обозначение: SLA (Stereolithography technology)

Одной из наиболее многообещающих и весьма перспективных технологий является стереолитография. Этот метод во многом похож на порошковый, однако в нем вместо порошка используется специальный светоотверждаемый полимер, который постепенно засвечивается ультрафиолетовым лазером. Отличие этой технологии — в возможности получения очень гладких поверхностей, что делает данный метод наиболее подходящим в ситуациях, когда это качество является критичным. Основным же недостатком можно считать то, что светоотверждаемые полимеры — не самые дешевые расходные материалы.

Тенденции современной 3D-печати

Стоит отметить, что большинство современных 3D-принтеров не способны печатать готовые для использования в практических целях предметы. Этим объясняется и основная сфера применение данных устройств — прототипирование изделий. Однако макеты и прототипы — важный, но далеко не единственный вариант использования техники данного класса. Например, хотя изготовленный образец изделия часто не обладает требуемой прочностью, он может стать основой матрицы для последующего производства детали методом обычного литья. Аналогично напечатанные элементы часто используются при изготовлении оправок для производства композитных конструкций. В то же время некоторые методы, такие как спекание металлов, позволяют очень быстро получать детали чрезвычайной сложности. Да и не везде требуются высокие характеристики материала. Так, возможностей обычного полимерного пластика вполне достаточно для домашней утвари (например, абсолютно уникальной вазы) или детских игрушек. В будущем же 3D-принтеры будут повсеместно использоваться для изготовления штучных и мелкосерийных товаров. Уже сегодня мировые компании вкладывают миллиарды долларов в разработку 3D-принтеров, способных печатать целые дома. Так что современные представители данного класса — всего лишь первый шаг на пути к будущему человечества.

3D-печать в массы

Современная объемная печать предусматривает самые различные сферы использования, начиная с образования и медицины и заканчивая игрушками и украшениями.

Бюджетное решение: UP! Mini 3D Printer UP! Mini 3D Printer UP! Mini 3D Printer Недавно в нашей тестовой лаборатории побывал первый доступный 3D-принтер UP! Mini от компании 3DPHome. Устройство основано на технологии наплавления пластиковой нитью (FDM). Этот принтер может работать с нитями толщиной от 0,2 до 0,35 мм, что позволяет выполнять неплохие декоративные модели. К тому же пластик неплохо поддается обработке, что при некоторых дополнительных усилиях дает потрясающий результат. Рабочей зоны принтера — 120х120х120 мм — вполне достаточно для изготовления небольших фигурок. А если вам этого не хватает, модель можно сделать составной. Время печати зависит от количества материала, используемого в модели. Например, для пробы мы напечатали букву «С» из логотипа CHIP размером 100х107х15мм и массой 38 г. Это заняло у UP! Mini около полутора часов. Стоит отметить, что программное обеспечение заранее рассчитало время работы и массу материала, а также позволило сделать логотип полым (условно, так как внутри была создана сетка, чтобы обеспечить поддержку материала). Безусловно, печать более крупной модели займет больше времени. Шума при работе практически нет, и единственным дискомфортным моментом является запах расплавленного пластика. Усадка материала после печати умеренная, но всегда стоит помнить, что по вертикальной оси она происходит слегка нелинейно. То есть, если вы собираетесь сделать длинные тонкостенные элементы, лучше расположить их в плоскости слоя, чтобы избежать искажений. С другой стороны, степень неравномерности усадки невелика, и на небольших моделях практически не сказывается. Приятной особенностью UP! Mini является его стоимость, которая у эксклюзивного дистрибьютора составляет всего 39 900 рублей. Да и цена на расходные материалы относительно скромная: бобина весом 0,7 кг обойдется вам в 2700 рублей. Если вспомнить, что напечатанная нами модель весила всего 38 г, это очень неплохо.

3D-модели из Интернета

  Если в ваши планы еще не входит приобретение 3D-принтера, вы можете воспользоваться услугами, которые предлагаются в Сети, — например, сервисами invent3d.ru, midgart.ru или 3dprintspb.com. От вас потребуется просто загрузить собственные файлы 3D-моделей и дать задание на печать. Наполовину готовые трехмерные изображения различных объектов можно найти на сайтах, предоставляющих услуги 3D-печати (i.materialise.com илиshapeways.com), и при необходимости подправить их в соответствии со своимипотребностями. Можно заказывать изготовление объектов самых различных размеров. В соответствии с этим варьируется и стоимость услуг: например, десятисантиметровую фигурку вашего персонажа из любимой игры можно распечатать примерно за 4000 рублей.

  Волшебная ручка

Очень интересную идею выдвинули инженеры из компании WobbleWorks. Их продукт 3Doodler — это ручка, которая с помощью быстро застывающей полимерной нити позволяет рисовать прямо в воздухе. Более того, с ее помощью вполне можно создавать воздушные конструкции из отвержденных нитей. Забавным моментом является тот факт, что Питер Дилворт и Максвелл Боуг основали компанию на деньги обычных пользователей — через популярный сервис kickstarter.com. Но самое интересное в этом устройстве — это, пожалуй, его цена:  3Doodler стоит всего $75, что на фоне многотысячных аналогов смотрится весьма неплохо.

 

ПОДЕЛИТЬСЯ


Предыдущая статьяПредставлена бюджетная видеокарта NVIDIA GeForce GTX 650 Ti Boost
Следующая статьяРазноцветные планшеты Perfeo 7777HDA выходят на российский рынок
КОММЕНТАРИИ




Загрузка...