26 Вересень
Що таке 3D друк? Як працює 3D принтер?
Ми прагнемо розповісти широкій аудиторії про можливості 3D друку, щоб більше українських компаній могли скористатися перевагами нових технологій. Тому підготували короткий путівник по 3D друку, в якому описані принципи роботи та перераховані основні види технології швидкого прототипування. Ми сподіваємося, що це допоможе вам краще зрозуміти 3D друк і стане трампліном для вашої креативності.
Готові побачити процес 3D друку? Короткий ролик про нашу роботу:
Що таке 3D друк?
Винайдений ученим на ім’я Чак Хулл в далекому 1986 році, 3D друк – процес читання цифрової віртуальної 3D моделі з наступною побудовою фізичного об’єкта. У той час, як Хулл заснував найбільшу компанію в світі, його винахід працював виключно на технології, названої стереолитографом (SLA). З тих пір були розроблені численні альтернативні технології 3D друку, такі як Моделювання методом наплавлення (FDM), Наплавлення нитки (FFF), Вибіркове лазерне спікання (SLS), PolyJetting і багато інших, хоча всі вони засновані на пошаровому створенні об’єктів.
Перший у світі 3D принтер “SLA-1”, 1983 рік.
Не дивлячись на безліч технологій 3D друку, найбільшого поширення набули SLA і FDM через невисоку вартість і порівняльну простоту принтерів. Ми розглянемо ці технології ближче і повернемося до решти пізніше.
Як працює 3D принтер?
Це широке питання, на яке ми частково відповіли вище. Щоб дійсно зрозуміти як працює 3D принтер, буде правильно розібрати окремі технології, які задіяні в 3D друку.
Як і двигуни автомобілів схожі між собою, але деякі працюють на бензині, дизельному паливі, а деякі й зовсім на сонячній енергії, також і 3D принтери використовують різні технології, але в підсумку виконують ті ж самі функції. Перш ніж ми розберемо кожну з цих окремих технологій, потрібно зрозуміти основні принципи передачі віртуальної 3D моделі на комп’ютері до 3D принтера.
Перший етап – підготовка моделі до 3D друку
Комп’ютери спілкуються власною мовою і не можуть звернутися по-людськи до 3D принтеру з проханням: “Друже, надрукуй мені іграшкового ведмедя”. Люди самостійно створюють віртуальні тривимірні моделі потрібної форми за допомогою спеціальних програм для моделювання та проектування. Форма віртуальної моделі задається сіткою, всередині якої знаходиться обсяг самого тіла. У файлі з моделлю записані координати кожної вершини цієї фігури (точки перетину ліній сітки), таким чином комп’ютер розуміє, на якій відстані один від одного знаходяться точки тіла.
Спеціальна програма 3D принтера, яка називається слайсер (від англійського “slice” – різати), розрізає тривимірні моделі на окремі плоскі шари, які потім будуть надруковані один за іншим. У програмі вказують швидкість і точність друку, температуру та інші параметри. Налаштування передаються спеціальними командами у форматі GCODE, які виконує 3D принтер.
Приклад GCODE, в якому вказані координати переміщення друкуючої головки по трьох осях
Після підготовки 3D моделі запускають 3D принтер, завантажують необхідний тип пластика і приступають до друку. Команди GCODE передаються принтеру або безпосередньо з комп’ютера через звичайний USB кабель, з можливістю коригування процесу в реальному часі, або створивши спеціальний * GCODE файл, в якому буде весь необхідний перелік команд, що дозволяє принтеру підготуватися до друку, надрукувати модель і завершити друк самостійно і практично без втручання з боку.
Технологія FDM
Моделювання методом наплавлення або Fused Deposition Modeling (FDM) було винайдено ученим на ім’я Скотт Крамп через кілька років після того, як Чак Хулл винайшов лазерну 3D друк. Крамп намагався дістати вигоду з розробки і в 1990 році заснував компанію Stratasys, яка запатентувала цю технологію під брендом FFF. З цієї причини сама найпопулярніша технологія 3D друку FDM часто згадується як Fused Filament Fabrication (FFF)
Принцип, за яким працює ця технологія, досить простий. Саме тому 95% всіх настільних 3D принтерів використовують FDM або FFF. Пластик, такий як PLA або ABS, у формі нитки подається в екструдер, серце принтера. У екструдері пластикова нитка розігрівається і переходить у рідкий стан. Механічні частини принтера слідують командам з файлу GCODE і переносять екструдер в потрібне положення строго за вказаними координатами. Коли екструдер досягає задану позицію, пластик виходить з гарячого сопла, приклеиваясь до столу принтера або попереднім верствам.
Через секунди після друку пластик твердне і надрукована модель стає жорсткою. Важливо стежити за правильною температурою пластика, основи принтера і повітря в приміщенні, інакше через нерівномірний остигання в деталі можуть накопичуватися внутрішні напруження, що призводить до деформації або втрати міцності.
Конструкції підтримки
Оскільки 3D принтер друкує моделі пошарово, для кожного нового шару необхідна опора на попередній, інакше новий шар пластику виявляється в повітрі і прогинається. Іноді форма моделей така, що нависають частини моделі не мають достатньої опори, в таких випадках програма принтера автоматично додає конструкцію підтримки з матеріалу, який розчиняється в спеціальній рідині. Після друку конструкція підтримки видаляється.
Видалення пластика підтримки
Внутрішнє наповнення і товщина стінок моделей
Залежно від необхідної міцності виробу, ми встановлюємо різну ступінь заповнення внутрішнього простору моделей. Починаючи від заповнення 0%, коли принтер друкує тільки оболонку моделі, і закінчуючи заповненням 100%, коли деталь повністю заповнена пластиком. Для прототипів раціонально використовувати заповнення 20%, зі збільшенням заповнення зростає і вага виробу, разом з ним вартість 3D друку, зі зменшенням деталь стає занадто крихкою.
Зовнішній вигляд заповнення 10%, 30% і 50%.
Товщина стінок деталі регулюється окремо. Для великих деталей вона зазвичай становить 1 міліметр.
Коротке відео про те, як працюють наші FDM принтери:
Технологія SLA або стереолітографія
Як ми зазначали вище, це була найперша технологія 3D друку, яка була винайдена в 1986 році компанією 3DSystems, володарем багатьох патентів. Як наслідок, технологія була дорогою і використовувалася рідше, ніж альтернативна FDM або FFF.
В основі SLA 3D друку лежить вплив проектора або лазера на рідкий фотополімер. Лазерний промінь прямує на зону, де будуть розташовані стінки моделі. Під впливом променя рідина твердне, після чого готові шари піднімають над рівнем рідини і процес повторюється, поки всі верстви моделі не будуть надруковані.
Технологія SLS або вибіркове лазерне спікання
Дана технологія спікають матеріали за допомогою потужного лазера. Шар за шаром лазер малює на поверхні порошку проекцію моделі в розрізі. Під впливом лазерного променя, окремі частки матеріалу спекаются, утворю цільну модель. Технологія дозволяє працювати з пластмаси, кераміку, скло та інше. У випадку з металами, лазер спікають суміш металевого порошку і спеціального клею. Після закінчення 3D друку металом, готову модель поміщають у піч, яка остаточно сплавляє частки металу і випалює з’єднує клей.
Така технологія друку в десятки разів дорожче FDM, оскільки ціна комплектуючих, витратних матеріалів та самих принтерів істотно дорожче. Такі принтери вимагають дбайливого догляду і практично неремонтопригодной. При друку фотополімером моделі зажадають додаткову обробку – полімеризацію в спеціальній камері, де під дією ультрафіолету модель остаточно затвердіє і буде готова. Що ми отримуємо натомість? – Точність, в 4-5 разів більшу, ніж у FDM технології, а так само можливість виготовляти тонкі і крихкі моделі зі складними нависаючими елементами, які неможливо відтворити за допомогою FDM.
Є ідея для 3D друку?
Ми готові, запускаємо 3D принтери!
Замовити 3D друк!
