3D-печать: характеристики, возможности, доступность
16 февраля 2017
Рубрика: Технологии.
Автор: Сергей Выборнов.

Все знают о возможности переноса текстовой и графической информации на бумажные и прочие подобные носители — распечатке. Многие слышали о возможности печатать трехмерные объекты. Но для большинства эти возможности воспринимаются как нечто абстрактное, удаленное как во времени, так и в пространстве.

Так, в новостях мы по­лучаем информацию о том, что где-то в Китае с помощью 3D-принтера был распечатан дом, что в европейских странах готовят прототипы протезов конечностей человеческого тела, изготовленные посредством 3D-печатной технологии, о том, что в Америке в ближайшем будущем из специальных органических материалов будут распечатываться живые человеческие органы для замены поврежденных вследствие болезней или несчастных случаев (например, аварий).

Таким образом, большинство людей считают, что 3D-печать — узконаправленная, специализированная, дорогостоящая и пока футуристическая область. Да, в настоящее время трехмерная печать еще не получила такого широкого распространения, чтобы можно было говорить о ее общедоступности и популярности. Однако, у нас уже есть сообщество «3D-печатников» в социальном мессенджере Viber, в котором пользователи и обладатели 3D-принтеров делятся проблемами и их решениями, связанными с трехмерной печатью, а также обмениваются созданными ими моделями. Рассмотрим основные принципы и понятия 3D-печати, после чего попробуем дать обоснованное подтверждение того, что к печати пространственных моделей сегодня могут иметь доступ многие желающие. Печать моделей, созданных программами объемного моделирования либо отсканированных специально созданными 3D-сканерами, происходит тремя основными способами. Самый доступный, распространенный, но в то же время наименее качествен­ный — это послойное нанесение филамента (особого пластика) по заданной специальной программой траектории. Эта программа, называемая «Слайсер», «разрезает» подготовленную модель на слои, и в специальном редакторе подготавливает текст последовательно выполняемых команд (называемый G-code) для принтера. Благодаря моторам, установленным на каждую из трех осей принтера, печатающая головка (управляется двумя осями — X и Y), из которой выдавливается нагретый расплавленный пластик, наносит его заданной в программе толщиной на специально подготовленную ровную поверхность (ось Z). После нанесения одного слоя ось Z поднимается (или опускается) на заданное расстояние и процесс повторяется снова.

Послойное нанесение филамента (особого пластика) по заданной специальной программой траектории

Стереолитография

Второй способ печати трехмерных объектов называется стереолитография. При печати этим методом рабочая область принтера заполняется специальной смолой, особенностью которой является способность затвердевать при попадании на нее света. Чаще всего она твердеет под воздействием ультрафиолетового излучения. Посредством управляемого лазерного луча обводится слой заданного размера, затем платформа сдвигается по вертикали для создания следующего слоя. При ускоренном просмотре на процесс печати создается впечатление, что модель просто вытягивается из жидкой среды.

Третий способ трехмерной печати — так называемое «спекание» или «склеивание»

Принтеры с прямоугольной областью печати и с формой в виде цилиндра с круглым основанием (столом)

Качество данной печати в разы превышает экструзионную печать, описанную в первом способе, но и стоимость оборудования и материалов также достаточно высока. И, наконец, третий способ трехмерной печати — так называемое «спекание» или «склеивание», при котором на заранее заполненную определенным материалом (любой материал, измельченный до порошкообразного состояния) поверхность наносится по заданному шаблону клейкое вещество, которое быстро застывает. После застывания одного слоя происходит нанесение клея на следующий слой, и так до окончания печати. Качество деталей, получившихся данным способом, схоже с предыдущим. Спекание происходит схожим методом, только вместо клейкого вещества по заданному шаблону проходит лазерный луч, расплавляя материал, нанесенный тонким слоем, после чего наносится следующий слой и т.д.

Филамент (или пластиковая нить)

А теперь рассмотрим, чем же печатают 3D-принтеры. Филамент (или пластиковая нить) бывает нескольких видов. К основным и наиболее распространенным относятся: ABS — пластик, получаемый из нефтепродуктов. Плавится при высоких температурах, имеет достаточную прочность и жесткость. Имеет небольшую токсичность при нагревании, в связи с этим не рекомендуется к применению для изготовления посуды и прочих подобных продуктов. PLA — данный вид пластика получается из переработки сахарной свеклы, кукурузы или тростника, что делает его нетоксичным и безопасным, но это же обуславливает его относительную недолговечность. Помимо основных, существует множество других видов пластика, в их числе нейлон, поликарбонат, полиэтилен и др. Все виды пластика имеют в своем ассортименте большое количество цветов и текстур (так, например, существует пластик, похожий на дерево или металл).

После настройки принтера можно приступать к печати. Для начала необходимо подготовить модель, ее можно создать самостоятельно, используя любую из множества программ трехмерного моделирования (например, AutoCAD, 3DSMax, SolidWorks, Blender и др.), а можно скачать готовые модели из Интернета. Загружаем готовую модель в программу «Слайсер» и готовим G-code. Далее возможны 2 пути:

  1. Сохраняем G-code на флеш-накопителе, вставляем его в слот для чтения карт на принтере, через экран управления принтера выбираем нужную деталь и запускаем печать;
  2. Используя программу RepetierHost, печатаем модель напрямую с компьютера.

У каждого из путей есть свои плюсы и минусы. При печати с карты памяти нет необходимости при процессе печати держать компьютер включенным (3D-печать — достаточно продолжительное действие: например, на печать детали размером 10х10х10 см со средним качеством детализации и 40% заполнением может потребоваться от 2 до 8 часов), но управлять такой печатью с помощью элементов управления 3D-принтера сложно и неудобно. С другой стороны, управляя печатью с компьютера, в любой момент можно поставить печать на паузу, изменить настройки G-code и т.д. Но, помимо необходимости продолжительного поддержания компьютера во включенном состоянии, существует возможность его зависания, отключения по каким-либо причинам (сон, вирусы, недостаток памяти и пр.). Если произойдет нечто подобное, печать прервется и возобновить ее с прежнего места (без обширных знаний команд G-code и измерений текущего положения головки принтера, детали и стола) будет невозможно. Печать различными пластиками требует установку температур стола и экструдера. Так, для печати PLA-пластиком стол можно не подогревать совсем, а экструдер достаточно прогреть в среднем до 200 градусов. При печати пластиком ABS необходим подогрев стола до 100 градусов (а иногда и выше) и экструдера до 250–270 градусов. Также ABS-пластик очень не любит сквозняков и любого другого снижения температуры. Поэтому необходимо учитывать все условия печати и расположения принтера еще на этапе подготовки модели к печати. В заключение хочется отметить, что 3D-печать — завораживающий процесс. В сообществе обладателей 3D-принтера ходит перефразированная пословица: «Бесконечно можно смотреть на 4 вещи: как горит огонь, как течет вода, как кто-то работает и как печатает 3D-принтер».

Автор: Сергей Выборнов, преподаватель ТГПУ

Orphus system
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте