Выбираем правильный 3D-принтер: FDM против SLA

В данной статье мы рассмотрим основные технологии 3d печати (но не все), с точки зрения рабочего процесса и материалов. О принципах работы 3d принтера в целом Вы можете прочитать здесь, о том как они появись здесь.

Как работает 3D-принтер

Сегодня существует несколько технологий 3D-печати. Самая популярная и самая простая — послойное нанесение.

Принтер этой технологии работает почти как машинка для шитья. Пластиковую нить с катушки заправляют в печатающую головку, там она расплавляется под действием высокой температуры, — и послойно наносится по контурам объекта. Когда печать заканчивается, то изделие легко отделяется от платформы уже готовое к использованию. Занимает такой процесс от нескольких минут до нескольких дней, в зависимости от размеров, сложности и качества.

Что такое 3D-принтер для металла

Это специальное устройство, которое дает возможность создавать металлические изделия и наносить специальные слои на формирующиеся детали. То есть формирование объекта принтером происходит послойно.

Первым делом при помощи компьютера и специальной программы создается виртуальная модель в трех плоскостях, разделенная на цифровые слои. В процессе печати объекта, из головки принтера на печатающую платформу выделяется жидкий металл или порошок, тем самым создавая начальный слой. Далее автоматически формируется следующий слой металла. Итак, слой за слоем, создается готовое изделие.

Что такое 3D-принтер для металла

Данное устройство дает возможность для изготовления самых разнообразных изделий. Используемые современные разработки очень конкурентоспособны на фоне стандартных методик производства металлических объектов.

FDM (Fused Deposition Modeling) или FFF (Fused Filament Fabrication)

Технология послойного направления материала. Это самая распространенная на рынке технология, а материалом, как правило является пластиковая нить определенного диаметра (самый распространенный мм). Среди пластиков самыми популярными являются ABS и PLA.

Все начинается с обработки трехмерной цифровой модели. Модель в формате STL загружается в ПО принтера, где выбираются настройки и модель подготавливается к печати («нарезается на слои»). При необходимости генерируются поддерживающие структуры, необходимые для печати нависающих элементов. 3d печать происходит посредством выдавливания («экструзией») расплавленного термопластика в виде последовательных слоев, застывающих сразу после экструдирования. Матрицей (основой) движения печатающей головки является 3д модель. Печатающая головка перемещается по 2-м плоскостям и еще по 1 плоскости перемещается печатная платформа. Конфигурации могут быть разными, однако самой популярной является схема, при которой печатающая головка с экструдером двигается в горизонтальной плоскости по 2-м осям а платформа опускается вниз на заданную при подготовке модели высоту слоя. По мере движения вниз материал (и поддерживающие структуры) выкладываются послойно на печатную платформу, при этом материал почти мгновенно остывает. По завершению печати платформа отъезжает вниз. после чего ее можно вынимать и извлекать готовую модель.

FFF является самой доступной по цене (как оборудование, так и услуги) технологией 3d печати и имеет ряд технологических особенностей:

1) В первую очередь стоит отметить сами слои — они, зачастую ощущаются тактильно, и всегда видны визуально. На поверхностях сложной (например овальной) формы, с малым изменением высоты это особо ощутимо. Так же слоистость сказывается на прочностных характеристиках детали: так прочность параллельно слоям может быть до 5 раз меньше, чем прочность поперек.

2) На прочность так же влияет параметр заполнения. Модели по умолчанию (как правило) печатаются с внешним контуром ( мм или более) внутри которого печатается сетчатая структура, различного рисунка (как правило квадраты или шестиугольники) по форме напоминающая соты. Это настраиваемый параметр заполнения, средне минимальное значение которого 10%, при выборе 10% сетчатая структура будет по объему занимать 10% внутреннего пространства модели. Чем выше параметр заполнения, тем больше прочность. Однако мы не рекомендуем 100% заполнение, так как некоторые тесты/исследования показывают, что наиболее прочными являются модели с заполнением 75%, так как внутри модели остается свободное пространство для амортизации при нагрузках.

3) Точность. Точность размеров и усадка материала так же являются важными нюансами при использовании технологии послойного направления материала. Точность размеров в среднем может быть в пределах +-1мм. в зависимости от используемого оборудования, материалов и параметров печати. Например, у нас допустимые расхождения для пластика ABS находиться в пределах 0.6 мм на 200 мм размера и редко превышают мм, что является очень хорошим показателем для описываемой технологии. Усадка происходит по причине быстрого (неравномерного) остывания материалов и проявляется в виде деформации уже напечатанных нижних слоев модели. Особенно это заметно, если печатать куб 10/10/10 см, углы, прилегающие к печатной платформе, будут загибаться наверх. Усадка варьируется от материала к материалу, так же зависит от настроек печати и расположения модели на платформе. Есть определенное количество способов, чтобы нивелировать лили свести к минимуму проявление усадки, однако многие модели (особенно при печати целиком) все равно будут в той или иной степени ей подвержены.

4) Материалы. В данной технологии преимущественно используются термопластики, и их количество постоянно расширяется. На сегодняшний день существует около нескольких десятков различных видов и модификаций пластиков для 3d печати, однако львиную долю среди них по прежнему занимают ABS и PLA пластики. Такое разнообразие обусловлено различными свойствами пластиков, как применительно к процессу 3д печати, так и готового изделия.

Конечно, это далеко не все, что можно сказать о технологии послойного наплавления, однако основные момент мы изложили. Все эти момент стоит учитывать как при разработке 3d модели, так и непосредственно при подготовке модели к печати и выборе материала.

Зачастую, для улучшения качества внешней поверхности (а иногда и прочности), применяется постобработка.

SLA-принтер: как работает

SLA (Stereolithography Apparatus) – это технология 3D-печати, основанная на использовании фотополимеров. Это считается первым технологическим прорывом в этой области, который совершен благодаря Чарльзу Халлу. Расходный материал отличается высоким уровнем пластичности, которая возникает благодаря воздействию мощного лазера. Лазерный источник располагает на дне чаши, в которой и находится термореактивная смола. Процесс более долгий, так как требуется время на затвердевание каждого слоя.

Как изменится сама 3D-печать?

Здесь можно выделить несколько отчётливых тенденций. Работы над повышением всеядности принтеров позволяют уже сейчас использовать их для создания достаточно прочных изделий из разнородных материалов с требуемым набором свойств. В будущем возрастёт число компонентов, пригодных в качестве сырья, равно как и улучшится качество создаваемых предметов.

По мере удешевления конструкции и снижения себестоимости произойдёт типичная подмена продаж функций продажами устройств. Всё больше людей будут осознавать целесообразность приобретения персонального принтера вместо размещения заказов онлайн и их выполнения на стороне.

Домашняя 3D-печать позволит не слишком задумываться о законности и этичности печатаемых изделий – ведь никто не увидит, не попытается запретить, устыдить или привлечь к ответственности.

Общие принципы технологии 3D-печати

Индустрия 3д-печати уже насчитывает несколько весьма разноплановых методов создания объемных моделей. Печать может осуществляться различными способами с применением весьма широкой гаммы материалов (от традиционных полимеров до экспериментальных случаев использования материалов на биологической основе), однако, в основе каждого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.

Читайте также:  Драйвер для HP Deskjet 3320 + инструкция как установить на компьютер

Технологии, применяемые для создания слоев

В работе – будет дополнено

Моделирование

Будет дополнено – следите за обновлениями

Общие принципы технологии 3D-печати

3D-печать

Ожидайте обновление

Постобработка

Ожидайте обновление

Основный принцип работы

  • на компьютере в специальной CAD-программе моделируется объект;
  • готовый объект, сохраненный в специальном формате, нарезается программой — слайсером, которая идет в комплекте с устройством, причём толщина каждого слоя определяется возможностями 3д-принтера и выбранными настройками;
  • каждый слой переводится в двоичный командный код, который получает устройство, и в соответствии с которым, согласно координатам, наносится слой материала;
  • слой за слоем формируется объект.

Технологии трёхмерной печати

Существует довольно большое число технологий, применяемых в 3D-печати. От технологии и технология зависят от используемого для печати материала.

В настоящее время для этого можно использовать: пластиковые нити, фотополимерные смолы, металлические порошковые сплавы; гипсовый композитный порошок, воск, а также разные строительные и кулинарные смеси.

Наиболее известны следующие технологии 3D-печати:

  • FDM;
  • SLS и SLM;
  • ламинирование;
  • фотополимерная печать;
  • печать гипсом;
  • строительная печать бетонной смесью и другие.

Послойное наплавление

Наиболее простая и популярная технология печати – это FDM или технология послойного наплавления.

Она подразумевает подачу пластиковой нити к специальному нагревательному элементу.

Посредством экструдера расплавленный пластик наносится в заданной печатной области. Экструдер закреплён на печатной головке, которая перемещается по рабочей зоне печати в горизонтальной плоскости. Как только слой будет напечатан, рабочая платформа опустится на величину слоя и работа продолжится снова.

Этот тип печати является наиболее доступным. И устройства, основанные на нём, стоят дешевле всего. Именно поэтому такие 3D-принтеры являются самыми востребованными для домашне-бытовых целей, то есть персонального использования.

Как работает?

Управление процессом печати осуществляется через компьютер, в который загружают 3d-модель будущего изделия. Именно на компьютере происходит моделирование изделий, задаются их габариты, формы и технические параметры.

Задача принтера же состоит в том, чтобы превратить эскиз из компьютера в материальный осязаемый объект. Независимо от модели устройства и конкретной технологии печати, создание изделия происходит послойно. Работа осуществляется быстрыми темпами и избавлена от негативного воздействия человеческого фактора — там, где глаз или рука мастера могли бы допустить погрешность, принтер предельно точно воспроизведет полученный от компьютера эскиз.

Принципиальная разница между печатью по металлу и пластику состоит в способе применения расходного материала — сейчас эти нюансы будут рассмотрены более детально.

Как работает?

По пластику

Работа 3d-принтера по пластику основывается на том, что расходные материалы плавятся до жидкой консистенции. Расходный материал, то есть пластик, подается в устройство в формате литой трубки и разогревается с помощью экструдера (этим термином специалисты обозначают печатающую головку принтера). Затем пластик расплавленной консистенции подается в нужные места через нижнюю часть экструдера.

Устройства для печати по пластику гораздо чаще применяются в домашних условиях или на предприятиях малого бизнеса, чем для печати по металлу. С их помощью удобно изготавливать сувенирную продукцию, элементы интерьера, различного рода макеты, прототипы одежды и обуви.

Эта методика ценится за высокое качество готовой продукции и обширные возможности ее кастомизации, экологичность производства и минимальное количество отходов, разнообразие материалов и предельно быстрое прототипирование.

По металлу

Во время печати головка устройства распыляет связующее вещество, то есть клей, на те места, которые указывает компьютер. Затем посредством вала на всю рабочую поверхность наносится металлическая пудра, которая застывает и затвердевает при попадании на клей. За нанесением одного слоя пудры следует нанесение очередного слоя клея и так далее.

Читайте также:  Выполнение двусторонней печати на принтере

Большинство моделей 3d-принтеров по металлу представляют собой промышленное оборудование весом свыше тонны. Их стоимость измеряется сотнями тысяч евро. Они востребованы в первую очередь для выращивания изделий со сложной геометрией, процесс литья или механической обработки которых является крайне трудоемким и ощутимо удорожает производство.

Как работает?

Чаще всего 3d-принтеры по металлу задействуют для создания:

  • ювелирных изделий;
  • индивидуальных медицинских имплантатов;
  • стоматологических мостов и зубных коронок;
  • прототипов деталей серийного производства, предназначенных для тестирований и испытаний (в первую очередь в автомобильной и авиационной промышленности).

По сравнению с традиционными методами, 3d-принтеры создают металлические детали с массой на 60% меньше. Также традиционное производство оставляет чрезмерно много отходов: так, для авиационной промышленности доля отходов может доходить до 90%, а 3d-печать поможет существенно сократить этот показатель и позволит предприятию сэкономить миллионы долларов в год. Наконец, по энергопотреблению 3d-принтеры значительно экономнее, чем традиционное заводское оборудование.

Как создаются модели для 3D-печати

Для обеспечения такого сложного процесса необходимо пользоваться специальными моделями, по которым будет строиться будущее изделие. Если вы только начинаете осваивать технологию, стоит научиться пользоваться стандартными программами и приложениями. Обычно в комплекте идёт установочный диск с базовой комплектацией и набором готовых фигур.

Можете найти приложение в интернете или создать фигуру в режиме онлайн. В данном разделе вам нужно пройти обучение, чтобы понимать основной порядок действий. После этого вы можете самостоятельно попробовать создать собственный макет будущей детали. Программа сама преобразует формат файла и отправит его на печать.

Подпишитесь на наши Социальные сети

Виды по материалу производства

Для простых принтеров необходимо приобретать картриджи с краской или заправлять их. В аппаратах, которые печатают объемные предметы, используют варианты других расходных материалов, которые заправляются в 3D принтер и определяют типы устройств.

Порошок

Виды по материалу производства

Обычно порошок применяется в лазерных аппаратах. Суть их работы следующая: печатающая головка наносит связующий материал на платформу, а затем на него тонким слоем насыпается порошок, который под действием лазера спекается с веществом. Действие повторяется до тех пор, пока не будет готов трехмерный предмет.

Интересно! Преимущество подобного принтера заключается в возможности собрать его самостоятельно. Кроме того, можно использовать металлическую пудру.

Принтеры, заправляющиеся гипсовым порошком, преимущественно используют для создания декоративных элементов интерьера. При работе обязательно используется связующее вещество. Для таких устройств подойдет не только порошок из гипса, но и из шпаклевки или цемента.

Фотополимер

Виды по материалу производства

Чтобы создать объемный объект, также применяется жидкий фотополимер – специальные светочувствительные смолы. Они могут различаться по твердости, цвету, прозрачности и другим характеристикам, но общая черта заключается в том, что все смолы меняют свои качественные характеристики под воздействием солнечного света, то есть – приобретают окончательный вид. При этом предметы получаются прочными и устойчивыми к воде и свету. Суть работы принтера: ультрафиолетовый лазер засвечивает места, заданные программой,  которые начинают затвердевать под действием УФ лучей.

Важно! Светополиграфические принтеры способны выполнить объемную печать высокой точности. Единственный недостаток – это медленная работа. Но благодаря отменному качеству получаемых изделий, на время не обращают внимания.

Воск – материал, который плавится при относительно невысоких температурах. Благодаря легкости работы с этим веществом контуры объекта получаются четкими и точными, что позволяет использовать принтер в сферах, где необходимо скрупулезное соответствие заданным параметрам (например, в медицине). Принцип работы устройства идентичен фотополимерным аналогам.

Нейлон

Виды по материалу производства

Нейлон схож с пластиком, но имеет лучшую сопротивляемость высоким температурам, а также способен впитывать влагу. Из такого материала в основном печатают шестерни и запчасти для механизмов, так как он токсичен. Кроме того, чтобы застынуть, ему нужно продолжительное время.