Классификация 3D-принтеров: от технологий до материалов

Появление 3D-принтеров открыло совершенно новый период в мире современных технологий, поскольку стало реально напечатать самостоятельно практически любой объёмный предмет. Основа работы таких устройств обычно сводится к созданию цифровой модели, которая потом воплощается в настоящую копию. Но подобные приборы бывают совершенно разной мощности и комплектации, а также функционируют на базе всевозможных материалов. Поэтому владельцам принтеров стоит разбираться в этих отличиях, чтобы знать, какой вариант и когда именно будет уместно использовать.

Классификация принтеров по типу используемых материалов

Именно расходник, который заправляется в 3D-принтер, определяет конкретный тип устройства. Сейчас создано несколько десятков вариаций, которые отличаются по своей плотности, технике и сфере применения. Зная свойства каждого из них, получится подобрать максимально качественную базу для будущего изделия.

Глина/керамика

Частично копируя свойствами керамики, рассматриваемая 3D-нить для печати включает в себя специальную смесь глины и полимера. Единой характеристикой для них является хрупкость, поэтому для безошибочной обработки и печати стоит соблюдать осторожность. Загруженный материал постепенно нагревается в печи после печати, а керамические частицы филамента спекаются, создавая слегка усохший, но твёрдый образец, готовый к остеклению и последующей обработке керамики.

Фигурки

Справка! Одним из лучших примеров глины для печати является LAYCeramic от Lay Filament, которая гарантирует почти аутентичные результаты.

Керамическую нить советуют применять, когда необходимо воссоздать глиняную посуду ручной работы и точно повторить столь уникальную фактуру из искусственной замены.

Гипс

Главное преимущества гипса заключается в простоте, эффективности и универсальности в 3D-печати для повтора различных объектов. В таком случае прибор также заправляется соответствующими порошками, начиная от обыкновенного гипса и заканчивая более сложными аналогами в виде шпаклевки, цемента и тому подобных версий. Данный материал равномерно распределяется по поверхности рабочего стола, поверх идёт профессиональное клеящее средство, после чего повторно наносится тонкий слой гипсового порошка.

фигурки из гипса

Внимание! Напечатанные изделия могут иметь любой оттенок, ведь цветовой спектр в отдельных моделях принтеров достигает почти 6 млн палитр.

За счёт наличия связующего вещества такие принтеры нередко применяются для создания интерьерных украшений – гипс прекрасно подходит для изготовления формы, которую потом можно декорировать уже вручную.

Воск

Вещество, которое следует применять для восковой 3D-печати, с натуральным воском не имеет ничего общего, кроме наименования, заниженной зольности и похожих температур плавления. Этот материал нужен для изготовления выплавляемых моделей – формочек для литья металлов. Впоследствии воск из заготовок выплавляется и вместо него заливается уже расплавленный металл.

свечи из воска

Подобным способом создаются украшения высокого качества и копии металлических деталей для техники. Здесь задействовано параллельно несколько технологий — струйная печать или FDM. Вдобавок тут имеется отдельный бонус – лёгкость исполнения, поэтому чёткость и точность повторяемых контуров оценивается безукоризненно.

Пластик

Здесь для создания очередных объектов придётся задействовать жидкие фотополимеры, которые имеют интересный принцип создания фигурок. Ссылаясь на загруженную заранее компьютерную модель, ультрафиолетовый лазер постепенно засвечивает выделенные по схеме зоны. Чуть позже они начнут плавно затвердевать. Поскольку воздействие осуществляется через специально подготовленный фотошаблон, применяется ультрафиолетовая лампа. А шаблон будет меняться с каждым следующим слоем.

ваза

Единственный недостаток – низкая скорость работы, хотя подобная технология 3D-печати нужна для элементов деталей из металла. Именно она сделала принтеры такими популярными, что повлияло на спрос и востребованность таких устройств в будущем.

Дерево

Когда необходима печать объектов, которые выглядят максимально похожими на дерево и имеют аналогичные характеристики, то стоит приобрести PLA-wood с добавлением древесного волокна. На рынке существует множество филаментов для 3D-принтера, созданных по формуле самых распространенных пород. Одним из креативных применений является создание моделей, используемых в архитектуре. Но эстетическая и тактильная привлекательность такого материала достигается благодаря снижению гибкости и прочности.

модель из дерева

Важно! Стоит быть осторожным с температурой, при которой вы печатаете филаментом с древесиной: чрезмерное количество тепла непременно приведёт к сгоревшему или карамельному виду.

Металл (сталь/алюминий/золото)

Настоящие металлы здесь тоже не применяются: по факту это лишь смесь специального порошка и PLA/ABS. Хотя такая основа всё равно позволяет создавать прототипы, которые имеют внешний вид металла. Для аддитивных установок готовый материал выпускается в форме мелкодисперсных сферических гранул с размером зерна 4–80 микрон, а сама технология сосредоточена на сплаве при помощи иттербиевого лазера.

модель из металла

Справка! Сейчас существует около 20 материалов из металла, число которых постоянно увеличивается за счёт не просто стандартных смесей, но и уникальных высокотехнологичных веществ.

Подобным методом изготавливаются функциональные детали и технические прототипы, штампы, прессовые вставки и всякие элементы пресс-форм для литья. Но из-за них придётся чаще менять сопла: применяемые компоненты немного абразивны, что значительно повышает степень износа.

Поликарбонат

К числу самых новейших материалов относят PC или обыкновенный поликарбонат. Согласно многочисленным отзывам это чрезвычайно прочный, легкий и прозрачный термопластик. Он прекрасно подходит для производства различных бытовых продуктов (компакт-диски, пуленепробиваемые стекла, снаряжение, стекла для солнцезащитных очков, подводные маски, чехлы для телефонов) – материал нашёл своё применение в самых разных отраслях.

фигурка черепа

Завышенная ударная вязкость здесь гораздо надёжнее, чем у стекла или акрила. А вот плотность меньше половины плотности стекла: это свидетельствует о хорошей прочности к ударам и аналогичной прозрачности.

Песок

Значение «песок» в 3D-печати объединяет группу специальных порошкообразных материалов, куда включены такие виды, как: кварцевый, керамический, хромированный и циркониевый песок, оксид. Обычно упомянутые варианты используются при литейном производстве в машиностроении и промышленности. Впрочем, известны случаи их применения в смежных сферах – архитектуре или дизайне.

детали

Принцип действия техники с песком очень прост: печатающая головка принтера начинает наносить специальное связующее вещество, поверх него порошок и так повторяет однообразное действие многократно. Дополнительно стоит отметить, что устройства, которые ориентированы на песок, без проблем взаимодействуют и с пудрой из металла.

Полиамид

Полиамид – уникальный порошковый материал, спекаемый лазером. Полный список полиамидов широк и включает в себя простые пластики и параллельно специальные вещества. Столь востребованный пластик шероховат, поэтому при его использовании на конечном изделии могут быть заметны гранулы или горизонтально ориентированные полосы (следы от слоёв печати).

протез

Внимание! Данный изъян поверхности можно исправить при завершающей постобработке за счёт мини-дрелей и профессиональных шлифовальных насадок.

Обычно он применяется для изготовления уже конечных изделий, тестирования и мелкосерийного производства, гарантируя стабильную производительность и многочисленные копии.

Резина

Специальный материал, который по своим свойствам очень близок к настоящей резине и практически на 100 % повторяет её главные свойства. Этот материал хорошо подойдет для печати таких гибких вещей, как кнопки, уплотнители, амортизаторы и даже покрышки для радиоуправляемых моделей. Техника тоже не отличается сложностью: поверхности склеиваются при помощи синтетических каучуков или паяльного фена. Обычно в наборе к 3D-принтеру идёт катушка, упакованная в многоразовый вакуумный пакет с силикагелем, чтобы при хранении вещество не портилось.

Силикон

Долго данный материал не использовался в 3D-печати, поскольку плохо поддавался нагреву, что изначально делало его непригодным для рассматриваемой технологии производства. Но сейчас многочисленные области применения силикона вытекают из разнообразных свойств материала: устойчивость к воздействию агрессивных сред, отсутствие токсического действия, эластичность и прозрачность.

деталь

Чаще всего из него повторяют модели игрушек, масок, мягких тапочек, элементов суставов, кнопок и даже пневматических патрубков сложной формы. База из силикона не поддается механической обработке и поэтому обладает высокой износостойкостью.

Разновидности 3d печати

Современных технологий 3D-печати на теперешний момент создано немало: регулярно появляются свежие версии, а также происходит непрерывная модификация уже известных схем и формул. Поэтому владельцу 3D-принтера необходимо оставаться в курсе новинок, чтобы ориентироваться во всём многообразии моделей и учитывать их технологические характеристики.

SLA – стереолитография

Представленный метод основан на облучении жидкой фотополимерной смолы лазером для повтора твёрдых физических моделей. Воссоздание запланированной модели проводится поэтапно, слой за слоем: каждый вычерчивается лазером, согласно заложенным в систему данным. Подобное облучение приводит к полимеризации (затвердеванию) материала в точках соприкосновения с лучом. Многие не рекомендуют держать такое устройство дома из-за токсичности фотополимера.

DLP

Альтернативный способ цифровой светодиодной проекции позволяет снизить себестоимость 3D техники. По сравнению с лазерными установками, DLP принтеры создают проекцию изображение целого слоя до затвердевания полимерной смолы, а потом наносится новый слой материала и следует рисунок нового слоя будущей модели. С момента появления такие приборы составляют серьёзную конкуренцию аппаратам, работающим по смежной технологии SLA.

FDM/FFF/PJP

Представленная группа принтеров действует по единому принципу: они выдавливают какой-то определённый материал слой за слоем через сопло-дозатор. Пока это самая популярная технология в рассматриваемых устройствах, куда входят мэйкерботоподобные аналоги. Печать на основе подобной техники отличается высоким качеством, скоростью и прочностью финальных изделий. Вдобавок она совместима с большинством ранее упомянутых материалов.

SLM

Принцип работы данной технологии заключается в лазерном сплавлении металлического порошка. Для этого камера принтера наполняется необходимым материалом при помощи специального подающего механизма. Потом база распределяется по платформе очень тонкими слоями посредством ровняющей лопатки. Далее мощный лазер соединяет двухмерные кусочки будущего изделия путем выборочного сплавления. На финальных этапах платформа опускается, и весь процесс повторяется заново до полного построения выбранной вещи.

 Справка!  Стоит помнить, что ёмкость при печати по SLM заполняется специальным инертным газом, что не дает металлу вступать в реакцию. В качестве материала часто используются сталь, кобальт-хромовые и другие смеси, титан, а также драгоценные металлы.

LCD

Этот формат печати очень похож на ранее упомянутый принцип DLP, хотя сам алгоритм обладает существенным преимуществом — низкой стоимостью принтеров. Обычно к принтерам схожей конструкции относятся устройства, работающие с засветкой фотополимера светодиодной УФ-матрицей с использованием в качестве маски доработанного LCD-дисплея. Они имеют хорошую совместимость с прочими технологиями, но перед применением полимеров для других типов требуется предварительная проверка по каждой подборке.

SLS

Смысл лазерного спекания порошковых компонентов заключается в степени нагрева материала печати и используемых материалов. В подобных конструкциях всегда есть небольшая ванна с жидким полимером, где луч лазера проходит по поверхности, после чего в обработанных зонах полимер под воздействием УФ полимеризуется. Едва один слой будет готов, платформа с деталью опускается, жидкий полимер переходит в пустоту и запекается следующий слой. Так происходит по кругу, пока не будет закончено всё изделие целиком.

 Внимание!  После печати таким способом необходима постобработка объекта — удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют.

LPD

Протокол, также известный под названием «протокол построчной печати», — сетевая версия прикладного уровня для передачи объёмных предметов на печать, является стандартом де-факто для UNIX-систем, предоставляющим базовые возможности. Тут файл данных, предназначенный для печати на принтере, сначала помещается во временную область (каталог на диске), где периодически сканируется зона спулинга. По факту столь специфическая область представляет собой последовательный набор очередей заданий на реализацию копий, которые выполняются в стандартной очереди.

Polyjet

Очередной метод печати был изобретён израильской компанией Objet в 2000 г. Его суть сводится к тому, что фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел (наподобие струйной печати), после чего моментально полимеризуется на поверхности изготавливаемой вещи под воздействием УФ-излучения. Основными материалами здесь являются фотополимеры и пластик, хотя порой подходит и специальный воск. Как правило, столь объёмную печать используют при изготовлении медицинских имплантатов, зубных протезов и слепков. Заодно тут допускается получение многоцветных вариантов и вещей с различными свойствами (эластичные в сочетании с твёрдыми).

3 DP

Процесс создания дубликатов по этой inc-jet-технологии базируется на связывании материала в предварительно заданных зонах уникальным клеящим веществом. Перед стартом печати будущая 3D-модель требуемого объекта должна быть разрезана специальной САПР-программой на горизонтальные слои, после чего сама форма уже передаётся на печать в специальном G-коде. Выбранный метод заключается в нанесении на материал клея, за ним слоя свежего порошка и далее всё заново. В итоге получается похожий на гипс материал (sandstone) – данный способ абсолютно безопасен для бытового и офисного использования.

 Справка!  Конечный результат может иметь грубую поверхность и невысокое разрешение – это главный изъян 3 DP.

UDP

Протокол пользовательских датаграмм считается один из ключевых элементов набора сетевых протоколов для интернета. Именно благодаря UDP компьютерные приложения могут посылать макеты на принтер при необходимости предварительного сообщения для установки специальных каналов передачи или путей данных. Здесь применяется стандартная модель передачи для обеспечения надёжности, упорядочивания или целостности данных. По факту это довольно ненадёжный сервис: датаграммы могут прийти не по порядку, дублироваться или вовсе исчезнуть без следа, что сразу сказывается на красоте готового изделия.

DMLS

Прямое спекание металлов лазером – уникальный приём аддитивного производства металлических изделий, созданный фирмой EOS. Технологию DMLS нередко путают со смежными принципами SLS и SLM. Процесс неизменно включает в себя порошковый материал: он идёт в рабочую камеру в чётком количестве, необходимом для нанесения одного слоя. Потом специальный валик выравнивает вещество в ровный слой и удаляет лишнее из камеры, а лазерный луч спекает частицы друг с другом и с предыдущим уровнем согласно контурам, заданным цифровой моделью.

 Важно!  Центральной особенностью технологии считается очень высокое разрешение печати – в среднем около 20 микрон.

CJP

Очередная цветная струйная печать – тоже разновидность трёхмерного способа, которая подразумевает тонкое нанесение порошкообразных расходных материалов с выборочным использованием связующего полимера. Важным отличием этой новинки являются разноцветные элементы в моделях. В свою очередь, неизрасходованные материалы не убираются из рабочей зоны во время процесса, а служат дополнительной опорой для следующих уровней, что позволяет реализовать предметы высокой геометрической сложности.

EBM

Техника, которая называется электронно-лучевая плавка – ещё один метод аддитивного производства металлических изделий быстрого производства. В основе утверждённой схемы лежит использование электронных пучков высокой мощности для сплавки материала в вакуумной камере с появлением последовательных слоев, дублирующих контуры объёмной модели. Подобное плавление совершается при высоких фоновых температурах, достигающих порядка 700–1000 °C, что даёт возможность создавать детали без остаточного механического напряжения, который бывает вызван градиентом температур между уже охлажденными и ещё горячими участками.

Clip

Инновационная схема и принцип её действия заключается в использовании света и кислорода для отверждения светочувствительной смолы. Согласно описанию, такой подход схож с типичной и широко известной стереолитографией, где для отверждения светочувствительной смолы применяется лазер или прожектор. Здесь механическая 3D-печать внезапно превращается в фотохимический процесс, позволяющий использовать тонкую настройку и гарантирующий быстрое изготовление объектов и отсутствие эффекта расслоения. Кислород активно применяется как подавляющий агент, предотвращающий отвердевание смолы в отдельных зонах.

DLS

Наиболее распространенный алгоритм печати, который заключается в том, что под воздействием ультрафиолетового света корректируются физические свойства смол. Каждый слой засвечивается, после чего последующий уровень становится твёрдым. По факту это альтернативный метод SLA, который необходим вместо лазерных установок. Такие варианты проецируют изображение полноценного слоя, после наносится другой слой строительного вещества, и так постепенно формируется будущий прототип. 3D-приборы, работающие по технологии DLS, демонстрируют высокие результаты.

MJ

Многоструйное моделирование – фирменный способ печати на базе аддитивного производства, разработанный организацией 3D-Systems. Данная технология применяется в серии профессиональных устройств ProJet. Так, воспроизведение слоёв осуществляется с помощью специальной печатной головки, дополненной массивом сопел: их численность в современных моделях варьируется от 96 до 448 штук. В случае с фотополимерами каждый законченный слой обрабатывается ультрафиолетовым излучателем для дальнейшей полимеризации.

LOM

Если рассматривать этот вариант планировки объёмных фигур, то в нем используются ламинированные пласты, которые вырезаются с помощью ножа или лазера и склеиваются. Сначала фиксируется тонкий лист материала, который отрезается чётко по контуру, потом укладывается следующий лист и так снова. На финальной стадии все листы прессуются или спекаются. А когда для печати объёмных моделей необходима тонкая фольга, то она спекается благодаря встроенной ультразвуковой вибрации и прессуется в требуемый формат.

LDM

Очередную технологию разработал производитель принтеров WASP, ориентируясь для начала на глину. Методика жидкого нанесения выбранного вещества решает многие технические проблемы, связанные с созданием 3D-материалов. Подобный алгоритм позволяет чётко контролировать поток глиняного материала, подающегося на экструдер: от начала до конца процесс синхронизирован с шаговым двигателем, который обещает последовательную подачу базы. Такой подход предотвращает образование воздушных пузырей, деформаций и прочих изъянов, которые в итоге рискуют вызвать разрушение керамических изделий.

MJM

MJM имеет немало общего с FDM-технологией и тоже именуется многоструйной. Трехмерная печать осуществляется за счёт равномерного выдавливания расходного материала через многочисленные сопла, расположенные в печатающей головке. Эти элементы зафиксированы линией в несколько рядов, численность и расположение которых зависит от конкретной модели. В процессе печати головка неспешно передвигается в горизонтальной плоскости вдоль предметного стола, а из каждого миниатюрного сопла разбрызгивается жидкий полимер. Сразу после пройденного блока под влиянием УФ-излучения материал оперативно застывает и приобретает прочность.

Binder jetting

Аналог струйной печати посредством нанесения порошка и склеивания его связующим веществом BJ разработан специально для производства литейных форм. Цифровая модель заданной формы делится поэтапно на слои, переносится в аддитивную установку, где на предварительно подготовленный уровень песчаной смеси наносится отвердитель. Так в зоне построения создается отвержденная часть профессиональной смеси, точно повторяющей 3D-объект. Таким способом получится качественно печатать масштабные детали, что более рентабельно, чем иные методы производства.

DMT

Данная технология считается одним из самых эффективных видов 3D-печати металлических изделий за счёт прямого послойного построения в процессе сплавления мелкодисперсных частиц порошка лазером непосредственно по CAD-модели. В процессе DMT материал в требуемом количестве подается точечно в область плавления, образованную поверх заготовки при воздействии лазерного излучения. Благодаря такой организации подачи порошка возникает целый перечень уникальных преимуществ.

SDL

Селективное прессование запатентовано компанией Mcor Technologies: подобная печать начинается с подготовки в специальном программном обеспечении. Модели заранее компонуются и размещаются в виртуальной рабочей камере принтера, делятся на слои, устанавливается глубина пропитки и в конце формируется задание на печать. Все операции выполняются в уникальном программном обеспечении, которое идёт в комплекте с самим устройством.

MIM

Литьевое прессование металлов – высокотехнологичный процесс формования сложных изделий, изготавливаемых из мелкодисперсных смесей полимерного связующего с металлическими наполнителями. Этот способ производства деталей сложного профиля без отходов материала и последующей механической обработки считается сегодня самым малозатратным при серийном производстве. Причём металлический порошок получают путём распыления металла с размером частиц от 5 до 20 микрон.

Специальные приборы для 3D-печати привлекают большое количество людей, но далеко не все действительно разбираются во встроенном функционале таких устройств. Поэтому правильная расстановка приоритетов в сочетании со знанием существующих технологий и различных материалов для печати позволят использовать столь уникальную технику по максимуму.

  • 14 февраля 2020
  • 569

Комментарии

  • Ещё никто не оставил отзывов к записи.

Написать комментарий

Оцените статью

Подпишитесь
на полезные статьи