3D-принтер — в каждый дом

Привет, Гиктаймс! Здесь, наверное, у каждого второго уже есть 3D-принтер, но всё же… Сегодня мы хотим немного поговорить об одном из символов этого десятилетия. Сегодня 3D-принтеры это уже не тренд и не модное увлечение, а вполне себе рабочие инструменты по созданию прототипов, готовой продукции, моделей и всевозможных запчастей, в том числе и запчастей для белковых форм жизни :) В новостях то и дело говорят, что на трёхмерном принтере то протез распечатают, то модель черепа, то кусок клюва, то собаке лапы починят – технология развивается, а в медицинских лабораториях потихоньку осваивают печать живыми клетками для воссоздания внутренних органов человека.

Ликбез

Для тех, у кого не стоит дома 3D-принтер (а то и два), наверное, стоит пояснить, чего достигли технологии за последнее время. Самих по себе способов произвести трёхмерный объект в полностью или почти полностью автоматическом режиме не так много. Собственно, основных подходов всего два: взять какой-либо объём материала и «убрать всё лишнее» (то есть часть материала уйдёт в отходы, и не факт, что их можно будет переработать и использоваться повторно) или взять и «нарастить» некоторое «ничего» до того, что нам требуется: отлить в форме, набрать послойно и склеить, сразу изготовить необходимой формы предмет послойно из вязкого полимера и «затвердить» его каким-либо способом.

Собственно, первый способ (вычитанием из материала «лишнего») в промышленности известен достаточно давно: вершиной технологий в данной области является многоосевой токарно-фрезерный станок с ЧПУ. Стоит как крыло от самолёта, занимает места примерно столько же, требует огромное количество энергии и дорогих инструментов, но в итоге позволяет создавать уникальные штуки в виде монолитных конструкций:

К сожалению, хоть такие станки и способны очень и очень на многое, они не всесильны. Создать пустотелый шар, куб или додекаэдр без единого шва или отверстия «вычитая» лишнее не выйдет.

Вот тут-то на помощь и придёт второй способ, а вернее – один из его подвидов. Трёхмерная печать.

Методы 3D-печати

Печать материалом «послойно» можно проводить совершенно разными способами. Наиболее популярные и известные методы: плавление порошка-сырца лазером в нужных местах для получения контуров слоёв (DLS/SLS), использование фотополимера с отверждением его при помощи лазера или другого мощного источника УФ-излучения с применением фото-маски (LSA), прямая печать расплавленным полимером.

Прямое лазерное спекание

Лазерное спекание – отличный способ получить детали из материалов, которые нельзя подавать в жидкой форме и быстро охлаждать, затрачивая при этом приемлемое количество энергии. Порошкообразные керамика, металл, пластик быстро и точечно разогреваются лазером до высокой температуры, после чего моментально «пристают» к уже готовому слою и быстро отдают полученную тепловую энергию, практически сразу возвращаясь к «твёрдому» состоянию.

Данная технология позволяет делать одни из самых точных и прочных деталей, применять совершенно космические материалы и работать с точностью ~ совпадающей с величиной применяемых гранул. Минусы есть, куда же без них. Цена принтера – одна из них. Кроме того, существует альтернативная система печати, объединяющая подачу порошка примерно тем же способом, что и в «классических» 3D-принтерах и моментальное «наплавление» частиц на имеющуюся модель. Она имеет свои плюсы, но минусы напрямую вытекают из конструкции «печатающей головки».



Конструкции сложной формы требуют либо печати поддержек и распорок, либо хитрого позиционирования модели. Теоретически, спасти ситуацию мог бы подвижный стол с большим количеством степеней свободы и осей, позволяющий перевернуть модель под нужным углом и продолжить печать «вертикально», но на практике с этим имеются некоторые проблемы, как финансовые, так и габаритные. В общем, технология не для дома. Пока.

Стереолитография

Стереолитография также часто применяет лазер, но работает по иному принципу. Некоторые химические соединения (фотополимеры) могут находиться в жидком или вязком состоянии, пока не будут проэкспонированы светом с нужной длиной волны. После этого в структуре полимера происходят практически необратимые изменения, и в точке, на которую попал «правильный» свет полимер застывает. Таким образом, шаг за шагом, модель «проявляется» в специальной ванне с раствором. Процесс чем-то напоминает выращивание кристаллов, вот только за рост в правильном направлении отвечает либо сфокуссированный в одной точке лазерный луч, либо спроецированное через специальную маску изображение нового слоя.



Чисто теоретически, стереолитография является самым точным методом трёхмерного создания объектов: схожая техника используется для создания микропроцессоров, и минимальные значения получаемых стркутур измеряются нанометрами. К сожалению, такая точность в домашних условиях на данный момент недостижима (да и не нужна. по большому счёту), а вот десятки-сотни микрометров вполне реальны.

Всё со стереолитографией хорошо, кроме одного печального факта: в выборе материала вы ограничены фотополимерами и различными смолами. Они бывают разные по прочностным характеристикам, но почти всегда уступают по прочности металлам и керамике. Ещё одним неприятным моментом является цена самого принтера: мощный лазер или УФ-проектор дешёвыми не бывают. Основное применение таких принтеров – печать высокоточных образцов для ювелирной промышленности, для изготовление по ним форм и последующей выплавки готовых изделий.

«Классическая» трёхмерная печать

Третий, самый популярный и известный метод – прямая послойная печать расплавленным пластиком. Принтеров такого формата – великое множество, всевозможных размеров, конструкций, с одной, двумя, тремя печатающими головками.



Отличаются такие принтеры как по точности, так и по возможностям, но самое главное – именно они совершили большую «революцию» в популяризации самого явления любительской 3D-печати: аппаратная простота, высокая конкуренция у разных проектов, доступность комплектующих и расходных материалов привела к тому, что цены упали с нескольких тысяч долларов до 3-5 сотен.

Подробно расписывать все возможности, типы пластиков и прочие особенности конструкций в сотый раз никакого смысла нет: GT уже обладает отличной подборкой материалов, которые описывают работу с фабберами (так называют 3D-принтеры за рубежом).

Трёхмерной печати посвящен целый хаб: 3D-принтеры, в котором помимо обзоров всевозможных моделей принтеров и технологий встречаются весьма интересные публикации как с личным опытом пользователей, так и опытом работы принтеров российского производства. Ну и с новостями индустрии, конечно же.

Например, вот здесь пользователь Stas_cake делится своим опытом по улучшению качества трёхмерной печати. За полгода работы с самодельным (или, скорее, самосборным) принтером удалось добиться весьма впечатляющих результатов!

Вот небольшая публикация от пользователя 3Dgeek о сырье для трёхмерной печати российского и китайского производства.

Рассказ пользователя Cyberon об отечественном стереолитографическом 3D-притере.

Ещё одна публикация о стереолитографии, на этот раз от пользователя Slavik_Kenny – он делится опытом по применению DLP-проектора в качестве источника УФ-излучения для отвердевания смолы.

Пользователь MagisterLudi рассказывает о том, как трёхмерная печать из металла позволяет создавать уникальные детали и экономить немалые деньги.

Ну а если вам до сих пор не удалось убедить жену / семью / начальство / сотрудников / друзей, что такая штука, как 3D-принтер вам точно пригодится — покажите им вот эту картинку. Быть может, они сразу придумают какое-нибудь интересное применение фабберу для себя, а там и до покупки рукой подать!



В магазинах М.Видео продаются 3D-принтеры 3D Systems Cube Silver 381000, 3D Systems CubeX 401383 и 3D Systems CubeX Trio 401385 – если интересно, мы можем сделать обзор какого-нибудь из них.



Раз уж мы на GT и здесь все такие продвинутые — не сочтите за трудность, ответьте на пару вопросов, расскажите о своём опыте в трёхмерной печати, о своём принтере, о плюсах и минусах – сделаем своеобразную перепись адептов 3D печати.

Спасибо за внимание