3D-принтер — історія створення, як працює, і що можна надрукувати

3D-моделювання — неймовірно складний процес, розповідати про який можна дуже довго. Але ми з вами сьогодні розберемо декілька типів 3D-принтерів, подивимося як працює кожен, і в чому їхня відмінність.

Історія виникнення 3D-принтера

Мотоцикл, надрукований на 3D-принтері

До появи таких речей, як комп'ютерне проектування (CAD) і лазери, моделі і прототипи ретельно вирізалися з дерева або склеювалися з маленьких шматочків картону або пластику. На їх створення могли піти дні або навіть тижні, і зазвичай вони коштували цілий статок. Внесення змін або доробок було важким заняттям і забирало багато часу, особливо якщо використовувалася стороння компанія з виготовлення моделей, і це могло відштовхнути дизайнерів від внесення поліпшень або прийняття коментарів в останню хвилину: «Занадто пізно!».

З появою більш досконалих технологій в 1980-х роках виникла ідея під назвою швидке прототипування (RP) як рішення цієї проблеми: це означає розробку моделей і прототипів більш автоматизованими методами, зазвичай за певну кількість годин або днів, а не за тижні, як при традиційному прототипуванню. 3D-друк є логічним продовженням цієї ідеї, в якій дизайнери продуктів створюють свої власні швидкі прототипи буквально за години, використовуючи складні пристрої, схожі на струменеві принтери.

Робота 3D-принтера

Давайте уявимо, що ви будуєте звичайний дерев'яний прототип автомобіля. Ви б почали з бруска з цільного дерева і вирізали його внутрішню частину, як скульптор, поступово відкриваючи об'єкт, «захований» усередині. Або, якщо ви хочете створити архітектурну модель будинку, ви б побудували її як справжній збірний будинок, вирізавши мініатюрні копії стін з картону і склеївши їх разом. Але через деякий час тепер лазер навчився легко вирізати з дерева форму, і цілком можливо навчити робота склеювати картон, але 3D-принтери працюють абсолютно по-іншому.

Стандартний 3D-принтер схожий на струменевий принтер, керований з комп'ютера. Він створює 3D-модель по одному шару, від низу до верху, шляхом багаторазового друку на одній і тій самій області способом, відомим як моделювання методом пошарового наплавления (FDM). Працюючи повністю автоматично, принтер створює модель протягом декількох годин, перетворюючи 3D-креслення CAD в безліч двомірних шарів з поперечним перерізом, ефективно розділяючи 2D-відбитки, які знаходяться один над одним, але без паперу між ними. Замість того щоб використовувати чорнило, обсяг яких ніколи б не збільшився, принтер наносить шари розплавленого пластику або порошку і сплавляє їх разом за допомогою клею або ультрафіолетового світла.

Чому використовується пластик для роботи 3D-принтера

Насправді це суміш твердого і міцного пластику (акрилонітрил) з синтетичним каучуком (бутадієн стирол). Він ідеально підходить для 3D-друку, тому що твердий при кімнатній температурі і плавиться при температурі трохи вище 100° C, а це відносно небагато, щоб плавитися всередині принтеру без занадто сильного нагрівання (при такій температурі кипить вода в чайнику або в каструлі на плиті). Після схоплювання пластик можна відшліфувати або пофарбувати.

Ще однією корисною властивістю пластика для 3D-принтера є те, що він має біло-жовтий колір в необробленому вигляді, але можуть бути додані пігменти (хімічні барвники), щоб надати йому практично будь-який колір. Залежно від типу принтера, який ви використовуєте, ви подаєте на нього пластик у вигляді маленьких кульок або ниток (наприклад, пластикових ниток).

Вам не обов'язково друкувати в 3D за допомогою пластику: теоретично ви можете друкувати об'єкти, використовуючи будь-який розплавлений матеріал, який досить швидко твердіє і схоплюється. У липні 2011 року дослідники з англійської Ексетерського університету представили прототип харчового принтера, який може друкувати тривимірні об'єкти з використанням розплавленого шоколаду.

Давайте тепер розглянемо кілька технологій 3D-моделювання та дізнаємося, в чому ж відмінності між ними!

Якими бувають 3D-принтери?

FDM — класична технологія 3D-моделювання

Ми дізналися, яким чином працює 3D-принтер. І згадали таку річ як моделювання методом пошарового наплавления FDM. Це одна з найбільш стандартних і звичайних технологій, що використовуються в 3D-моделюванні. Але існують і інші методи створення об'єктів із пластику, а саме:

• Стереолітографія.
• SLS.
• Polyjet.

Коротко поговоримо про кожну.

Класичний вид 3D-моделювання — FDM

Технологія FDM працює за принципом клейового пістолета і накладає шари пластику один за іншим. Це найпопулярніший метод моделювання, а під час розробки технології проводилися різні досліди з термоклеем. Використовуються пластики ABS і PLA. Через гаряче сопло виходить розплавлений пластик, який застигає при охолодженні всього в декілька градусів після того, як був виведений з принтера. Це дозволяє зробити відразу точний малюнок, який був запрограмований комп'ютером.

Стереолітографія

Ця технологія заснована на тому, щоб вирощувати об'єкти з фотополімерної смоли за допомогою спеціального освітлення. Відрізняється від FDM тим, що об'єкти виходять більш гладкими і якісними, оскільки тут пластик не видавлюється ниткою з гарячого сопла. Ділиться на SLA і DLP.

Cтереолітографія за допомогою лазера — SLA. Цифрове моделювання, використовуючи спеціальний проектор, називається DLP. Що краще? Думаю, що SLA, оскільки, як ми бачимо на фото нижче, об'єкт DLP злегка пікселізованний, оскільки створює модель за допомогою проектора, а SLA — завдяки швидко рухаючому безперервному лазерові. Але за швидкістю цифрове моделювання обганяє лазерне.

SLS — 3D-моделювання за допомогою лазера і порошку

Тут використовується спеціальний порошок, на який направляється лазер. Він сплавляє частки порошку, утворюючи модель запрограмованого спочатку об'єкта. Далі принтер знову розсипає порошок, і знову за допомогою лазера його плавить.

Говорячи про акуратність, то фігура виходить кращою аніж при FDM або стереолітографії. SLS-принтери дуже дорогі. Їх вартість починається від 200 тисяч доларів і вище.

Polyjet

У цій технології використовується фотополімерна смола і ультрафіолетове випромінювання. Масштаби принтера величезні, але фішка в тому, що можна друкувати з великою кількістю різних матеріалів одночасно, а не тільки з одного пластику. Таким чином створювали навіть кросівки.

На відео нижче можна побачити продукти, виготовлені за допомогою технології Polyjet.

Висновок

3D-моделювання раніше було чимось недосяжним, майбутньою ерою технологій, а зараз це все прийшло в сучасний світ. Використовується в теперішній час навіть в медицині для створення штучних протезів, а також в ремонті і створенні різної техніки. Я особисто багато разів бачив, як зламану кнопку регулювання гучності iPhone друкували на FDM-принтері, шліфували межі і встановлювали на місце зламаної. Купити найзвичайніший принтер можна за 500-1000 доларів і не перейматися, якщо щось пластикове в будинку зламається.

На цьому все. Ми розібрали, як саме працює 3D-принтер і поговорили про технології тривимірного моделювання. Заходьте в наш Telegram і залишайте коментарі. Всього найкращого!