3D-печать: строим будущее слой за слоем
Трехмерный всем привет!
В онлайн-магазине Masteram появилась интереснейшая категория товаров — 3D-принтеры. Невероятные девайсы с безграничным функционалом в области проектирования.
В этой статье мы войдем в мир 3D-печати, объясним вам что это, как работает, и почему 3D-моделинг связан как с NASA, так и с праздником Хэллоуина.
Содержание
- Понятие 3D-печати, его появление и развитие
- Технологии трехмерной печати
- FDM (Fused Deposition Modeling) или FFF (Fused Filament Fabrication)
- SLA (Stereolithography)
- SLS (Selective Laser Sintering)
- Менее распространенные технологии
- Филамент как основное сырье в области 3D
- Самые популярные виды филамента
- Критерии выбора пластиковой нити
- Преимущества и недостатки 3D-печати
- Выводы
Понятие 3D-печати, его появление и развитие
3D-печать — это процесс создания трехмерных объектов путем наложения слоев материала по компьютерной модели. 3D-печать берет начало в далеких 1980-х, когда появились первые патенты на технологии изготовления объектов методом наслаивания материала. Однако настоящий скачок развития произошел в 2005 году с появлением проекта RepRap (сокращенно от Replicating Rapid Prototyper), созданного доктором Эдрианом Байером из Университета Бата в Великобритании. RepRap был открытым проектом для создания доступного 3D-принтера, способного к самовоспроизведению, путем печати собственных комплектующих.
Проект RepRap стал революционным для индустрии, так как сделал возможным создание недорогих 3D-принтеров для домашнего использования. Принцип открытого доступа к конструкции принтера и применения простых, доступных материалов привел к увеличению числа энтузиастов, которые начали активно развивать и совершенствовать проект. В результате появились десятки модификаций и новых моделей, которые стали основой для многих коммерческих 3D-принтеров.
Благодаря RepRap домашняя 3D-печать стала доступна широкой аудитории, и с тех пор любой мог самостоятельно создавать объекты и прототипы. Это движение способствовало развитию современного рынка настольных 3D-принтеров, где популярные технологии, такие как FDM, стали доступны для хоббистов и предпринимателей во всем мире.
Технологии трехмерной печати
Различают несколько основных технологий, каждая из которых имеет свои особенности и области применения. Рассмотрим самые распространенные из них.
FDM (Fused Deposition Modeling) или FFF (Fused Filament Fabrication)
Одна из самых популярных технологий, особенно среди домашних пользователей. Принцип работы FDM-принтера заключается в экструзии расплавленного пластика через сопло, двигающееся в трех измерениях, слой за слоем создавая макет. Пластик, например PLA, ABS или PETG, является основным материалом для печати, а сама технология является относительно дешевой и простой. Недостатки включают в себя ограниченную детализацию, по сравнению с некоторыми другими технологиями, а также возможность деформаций для определенных материалов, таких как ABS.
SLA (Stereolithography)
SLA является технологией фотополимеризации, где используется жидкая смола, твердеющая под воздействием лазера или света определенной длины волны. Эта технология обеспечивает высокую точность и гладкую поверхность, что делает ее идеальной для деталей с тонкими элементами или ювелирных изделий. Однако процесс медленнее и дороже, а материалы (смолы) часто требуют дополнительной обработки и специального хранения, ведь в основном токсичны при использовании без средств индивидуальной защиты и в неподходящих помещениях.
SLS (Selective Laser Sintering)
А вот здесь используются лазеры для спекания порошковых материалов, таких как нейлон, в объемные объекты. SLS позволяет создавать очень прочные и сложные детали без использования поддержек, что особенно ценно для промышленного прототипирования. Однако оборудование дорогостоящее и требует сложного обслуживания, поэтому SLS чаще используется в профессиональных или производственных средах.
Менее распространенные технологии
Есть и другие технологии, такие как DLP (Digital Light Processing), MJF (Multi Jet Fusion) и EBM (Electron Beam Melting). Каждый из них имеет свои преимущества и подходит для конкретных применений: от высокоточной медицинской печати до быстрого промышленного производства.
Выбор 3D-печатной технологии зависит от потребностей: домашние пользователи часто выбирают FDM из-за доступности и низких затрат, тогда как SLA используется для моделей, требующих высокой точности. Для промышленного прототипирования и производства наиболее пригодны SLS или MJF.
Филамент как основное сырье в области 3D
Сейчас в магазине Masteram представлены принтеры, работающие по принципу FDM, и подходят как для домашнего использования, так и для профессионального. Потому пока что мы рассмотрим исключительно эту технологию.
Итак, материалом для FDM-печати является термопластическое волокно — филамент. Специальный материал в виде нити, который подается на экструдер принтера, расплавляется и накладывается слоями для создания объекта. Филаменты изготавливаются из разных материалов, отличающихся свойствами и областью применения.
Самые распространенные диаметры филамента
- 1,75 мм – подходит для большинства современных 3D-принтеров, поскольку легче подается и позволяет более детальное нанесение.
- 2,85 мм (или 3 мм) – чаще используется в профессиональных и промышленных принтерах, придает лучшую прочность и скорость печати, но требует более мощного экструдера.
Ключевые особенности
Филаменты классифицируют по температуре плавления, прочности, гибкости, стойкости к износу и воздействию химических веществ. Это определяет их свойства и пригодность к разным типам печати.
Самые популярные виды филамента
| Филамент | Описание | Свойства | Применение |
|---|---|---|---|
| PLA (Полилактид) |
Биоразлагаемый | Прочный | Прототипы, декоративные изделия, объекты, не подвергающиеся большим нагрузкам |
| Легкий в использовании | С незначительной усадкой | ||
| Обеспечивает качественную печать даже на базовых 3D-принтерах | Нетоксичен | ||
| ABS (Акрилонитрил-бутадиен-стирол) |
Прочный, стойкий к ударам и высоким температурам | Не деформируется при охлаждении | Механические детали, корпуса электроники, предметы с повышенными требованиями к прочности |
| Печать требует закрытой камеры во избежание деформаций | |||
| PETG (Полиэтилентерефталат-гликоль) |
Комбинирует простоту печати PLA с прочностью и гибкостью ABS | Устойчивый к влаге | Пищевые контейнеры, бутылки, детали для внешнего использования |
| Химически инертный | |||
| Гибкий, крепкий | |||
| TPU (Термопластичный полиуретан) |
Эластичный | Устойчивый к растяжению | Протекторы, амортизаторы, обувь, аксессуары |
| Подходит для печати гибких деталей | Износостойкий | ||
| ASA (Акрилонитрил-стирол-акрилат) |
Подобен ABS, но устойчив к ультрафиолету, что делает его пригодным для наружного применения | Устойчивый к погодным условиям, прочный | Уличное оборудование, автомобильные детали, компоненты, подвергающиеся воздействию солнечного света |
| Nylon (Нейлон) |
Очень прочный материал с высокой стойкостью к истиранию | Гибкий | Шестерни, подшипники, механические компоненты с большой нагрузкой |
| Высокая механическая прочность | |||
| Устойчивость к трению |
Критерии выбора пластиковой нити
Выбор филамента для FDM-печати зависит от того, какими свойствами должен быть наделен будущий готовый объект. Каждый материал имеет свои преимущества и ограничения, что позволяет производить как простые декоративные предметы, так и высоконагруженные функциональные детали. При выборе материала следует учитывать несколько основных факторов:
- Назначение изделия: если вам нужны декоративные модели, PLA подойдет идеально. Для деталей, подвергающихся нагрузкам, лучше выбирать более прочные материалы, например ABS или PETG.
- Механические свойства: некоторые материалы (например, нейлон или TPU) обеспечивают дополнительную гибкость и прочность, что важно для механических компонентов.
- Устойчивость к внешним воздействиям: если изделие будет использоваться на открытом воздухе, лучше выбирать материалы, устойчивые к ультрафиолету и влаге, например, ASA или PETG.
- Температура печати и особенности принтера: некоторые материалы, такие как ABS или нейлон, требуют высоких температур для плавления или закрытой камеры для равномерного охлаждения. Следует также проверить, отвечает ли требованиям материала сам принтер.
Пытаясь максимально упростить вам поиск необходимого материала, мы в конечном итоге вывели золотую формулу:
✓ Начинайте с простых в использовании материалов, таких как PLA, если вы новичок.
✓ Ознакомьтесь с температурными параметрами принтера, чтобы подобрать соответствующий материал.
✓ Учитывайте особенности хранения филамента: например, нейлон и TPU поглощают влагу, поэтому их следует хранить в сухом месте.
Выбор правильного филамента оказывает ощутимое влияние на качество и функциональность напечатанных объектов. Поэтому важно ориентироваться на технические характеристики материала, ведь ваш 3D-макет будет обладать идентичными свойствами. Если вам необходима помощь в выборе, вы всегда можете обратиться к нам.
Преимущества и недостатки 3D-печати
Преимущества
- Быстрое изготовление прототипов: 3D-печать позволяет быстро превратить цифровую модель в физический объект, что особенно полезно для прототипирования и тестирования.
- Снижение отходов материала: в отличие от традиционных производственных методов, 3D-печать использует материал только там, где это требуется, уменьшая отходы.
- Возможность создания сложных форм: 3D-принтер может изготовлять сложные детали с полостями и геометриями, которые трудно или невозможно создать другими методами.
Недостатки
- Ограничение в размерах печати. Большинство 3D-принтеров имеют ограниченное пространство печати, что может быть преградой для создания крупногабаритных объектов. Однако у нас вы можете найти ELEGOO Neptune 4 MAX с объемом печати 420×420×480 мм, что является значительным преимуществом среди большинства популярных 3D-принтеров
- Высокая стоимость оборудования и материалов. Качественные принтеры и материалы, особенно профессиональное использование, могут стоить соответственно. Но 3D-печать уже сейчас очень быстрыми темпами становится доступной в повседневной жизни. Принтеры больше не стоят, как автомобиль, а цена материала не столь высока, учитывая количество моделей, которое можно напечатать из одной катушки филамента.
- Потребность в особых условиях для определенных видов печати. Например, для печати металлом необходима среда с высокой температурой, что делает практически невозможным работу в домашних условиях. Действительно, такие материалы, как ABS, требуют термокамеры для стабильной усадки и печати. Тем не менее ими можно печатать и на открытом принтере: стоит помнить, что необходимо использовать клей для адгезии и избегать сквозняков в помещении. А если вы хотите облегчить себе жизнь, то используйте материал ASA, как раз представленный у нас на сайте, и довольно неплохо оптимизированный для «открытой» печати.
Как видите, несмотря на незначительные недостатки, технология 3D-печати, это весьма перспективное направление, уже занявшее устойчивую позицию во многих нишах. Но какое же будущее его ждет?
Выводы
3D-печать продолжает развиваться быстрыми темпами и ее возможности расширяются во многих отраслях, в частности, в производстве, медицине, строительстве, пищевой промышленности и даже космических исследованиях. Инновационные материалы – от биосовместимых для имплантатов до ведущих для электроники – расширяют спектр применения.
Благодаря усовершенствованию технологий, таких как SLS (селективное лазерное спекание) и MJF (мультиджет-фьюзинг), растет скорость печати и возможность массового производства сложных объектов. Это позволяет создавать персонализированные медицинские протезы и даже органы. В перспективе 3D-биопечать может стать обычной практикой в хирургии и трансплантологии.
Наконец, стало возможным и производство деталей для космических аппаратов непосредственно в космосе, что значительно снижает потребность в транспортировке. Благодаря большим принтерам, которые могут использовать бетон и другие стройматериалы, постепенно развивается сфера строительства, что позволяет создавать жилые объекты быстро и экологично.
Первый в Украине частный 3D-дом: построен для семьи погибшего военнослужащего в рамках благотворительного проекта «Объединенные ради помощи» (г. Ирпень, Киевская обл.). Принтер: 3D UTU
3D-печать пищи становится реальностью и используется для создания индивидуализированных блюд в заведениях и для миссий в космосе. В будущем это может изменить годами устоявшиеся каноны питания.
Вдобавок это занятие может стать неплохим развлечением (в настоящее время положительные эмоции важны как никогда.) На домашнем принтере вы напечатаете не только разнообразные полезные безделушки, но и предметы интерьера и даже праздничные аксессуары. Елочные игрушки, которые никогда не разобьются (уберите кошек от экранов), декоративные украшения и другой реквизит любой формы и дизайна. Уверяем, на Хэллоуин вы сможете изготовить самые страшные маски, скелеты, пауков и реалистичные клыки вампира. Неплохо, не правда ли?
Хотя 3D-технологии имеют большие перспективы, они сталкиваются и с вызовами: от высокой стоимости оборудования и материалов до потребности в стандартизации для промышленных процессов. Но с развитием материаловедения, усовершенствованием принтеров и постепенным снижением стоимости, 3D-печать имеет потенциал стать основой персонализированного производства и революционных решений во многих отраслях.
Учитывая, что это безгранично широкая сфера, вместить все в одной статье очень сложно. Поэтому мы и дальше будем предоставлять вам необходимую информацию, советы и идеи, чтобы ваш путь в этом новом мире обладал-таки тремя измерениями: комфортом, простотой и идеальной адгезией :-)
