О 3D печати, простым и доступным языком

Многие из нас слышали о таком явлении как 3D печать. Но не многие действительно понимают, что это действительно такое. Связано это с тем, что такое достаточно инновационное направление, использует множество различных способов для достижения конечного результата - физического воплощения объемного прототипа модели.

Обратимся к Википедии: 3D-печать или прототипирование - это технология, которая позволяет послойно создавать физические объекты на основе цифровой 3D-модели.

соответственно, 3D-принтер - устройство, которое использует метод послойного создания объекта по компьютерной 3D-модели.

------------------

3D печать возможна с использованием необходимого оборудования и программного обеспечения. Но об этом чуть позже. Для начала остановимся на общих принципах изготовления деталей в производстве цельных (монолитных) частей. 

Все изделия, которые подпадают под данную категорию (не имеющие сочленений и не склеенные) создаются путем:

- создания (отливки, прессования) детали из сыпучих или жидких материалов.  Это требует изначально создать затратную форму для литья объекта (клише). Данный способ подходит для создания серийных объектов. Затраты на производство маленьких партий таким способом будут довольно высокими;

или путем:

- вырезки (выпиливания) детали из куска заранее подготовленного материала. Этот способ используется для производства предметов, стоимость материала которых не критична, или отходы которых в дальнейшем можно подвергнуть переработке (дерево, металл). Отрицательной стороной здесь может быть усиленный износ режущего инструмента, и большие затраты на электроэнергию. 

На практике процесс обработки усложняется еще и тем, что невозможно точно обработать внутреннюю структуру объекта. Она остается недосягаемой для режущего инструмента или просто заливается сплошным слоем при отливке.

Чтобы решить эту проблему прибегают к различным хитростям: создают объект из двух частей, вспенивают материал перед созданием объекта (тот же газо/пеноблок). Но эти способы не дают хирургической точности внутренней структуры и только усложняют процесс производства детали.

Иное дело 3D печать! Во время нее, объект создается очень качественно. Точность современных домашних принтеров уже достигла 0,1 мм, а опытные разработки позволят достичь позиционирования в 0,01мм!

- Скорость работы. Разработка прототипа в программе 3D-моделирования, и воплощение задумки в материале происходят за считанные часы, а то и минуты.

- Малая материалоемкость и низкая отходность позволяют не тратить лишний материал. За исключением поддерживающих структур под нависающими поверхностями.

- Изготовление продукции различными партиями, от одного до нескольких тысяч, без принципиального изменения себестоимости одного образца.

- Идеальная внутренняя структура. Возможность создать  объект больших размеров, который при этом будет иметь минимальный вес, и строится за считанные минуты. Принтер создаст внутри вашего объекта геометрически прочную структуру заполненную воздухом. Это просто мечта для авиамоделистов!

Теперь вы можете изменить вес Вашего объекта одним кликом мышки. Вам нет нужды что-то высчитывать самим. Современное ПО для 3D принтеров сделает все за Вас. Так же, правильная внутренняя структура позволяет создавать гибкие объекты, ударопрочные объекты и многое другое.

Технология 3D печати имеет и массу других преимуществ:

- отходы легко подвергаются переработке, что позволяет вновь пускать их в производство,

- большое разнообразие материалов которое уже сейчас насчитывает десятки видов пластика, полимеров и композитных материалов,

- долговечное и удобное хранение материалов не требующее особых условий,

- низкая себестоимость за счет исключения человеческого труда,

- автономность процесса создания 3D объекта не требующая постоянного присутствия человека,

и многое другое.

Итак, перейдем к описанию видов технологии и различию между ними.

Из той же Википедии можно узнать, что основных видов трехмерной печати объекта только две: лазерная и струйная. Каждая из этих технологий, в свою очередь подразделяется еще на несколько подвидов, имеющих подчас довольно кардинальные отличия друг от друга. Некоторые из них не получили широкого распространения, и до сих пор являются достаточно специфичными, и имеющими довольно узкое применение.

В данной статье мы рассмотрим только те технологии, которые нашли применение в портативных и не дорогих устройствах для 3D печати в настоящее время или в скором времени займут прочное положение на рынке недорогих домашних решений.

Этими технологиями являются: SLA, SLS, FDM.

1) SLA (Laser Stereolithography) - или лазерная стереолитография. Это одна из самых первых технологий трехмерного прототипирования которая увидела свет в 1986 году и была запатентована компанией 3D Systems Inc  

При данной технологии объект формируется лучом лазера на тонком слое специального жидкого фотополимера, который моментально затвердевает под его воздействием. далее объект смещается на толщину нового слоя (вверх или вниз в зависимости от конструкции аппарата), и над старым слоем формируется новый, который намертво с ним сцепляется.

Таким образом объект как бы выращивается, на медленно двигающейся подложке, и на основании которой и был сформирован первый слой.

2) SLS (Selective Laser Sintering) - технология по своей сути очень близкая к SLA и отличающаяся от нее тем, что вместо жидкости в качестве фотополимера выступает измельченный порошок, который по тому же принципу твердеет под лучом лазера, формируя слой за слоем в объеме будущей детали.

Каждый новый слой порошка формируется механическим приспособлением (валиком), которое равномерно распределяет его по поверхности перед включением лазера.

3) FDM (Fused Deposition Modeling) - технология, основанная на наплавлении разогретого материала по контуру слоя будущего объекта, при помощи подачи его через специальное тонкое формовочное сопло. После формирования одного слоя платформа опускается на его толщину, подобно тому как это происходит по технологии SLA, и головка с соплом (экструдер) начинает формировать следующий слой. Т.е. здесь можно также сказать о том, что деталь "вырастает" на передвижной платформе.

Каждый из трех рассмотренный способов 3D печати, имеет свои достоинства и недостатки, в той или иной мере отраженные в их распространении на рынке бюджетных устройств и также их стоимости.

Но это тема для следующей статьи. Там и будут рассмотрены все плюсы и минусы данных технологий, и что немаловажно, приведены примеры их практической реализации, в аппаратах уже разработанных по их принципам.

Ссылки по теме

• 3D-принтеры
• 3D-сканеры
• Расходные материалы для 3D принтеров и 3D сканеров
• MakerBot Replicator 5th GEN (5 поколение)