Трехмерная печать позволяет создавать что угодно – от ручек до прототипов космических аппаратов. Оборудование, распечатывающее изделия в объеме, существенно расширяет потенциал человека в научном и производственном секторах. Ресурсы для печати доступны даже любителю, однако суть работы 3D-принтера ясна не каждому. Чтобы правильно пользоваться аппаратурой, стоит разобраться в основах ее функционирования.

Что такое 3D-принтер и для чего он используется

3D-принтер – это оборудование для изготовления объемных предметов посредством послойного построения. Если объяснять простыми словами, то трехмерный объект создается из комплекса скрепленных уровней. Общий принцип работы 3D-принтера – особая программа-слайсер генерирует G-код, разделяющий компьютерную модель на слои, которые машина распечатывает один за другим.

Устройство 3D-принтера

Каждое оборудование для 3D печати конструктивно отличается друг от друга, но состоит из основных узлов:

- исполнительного инструмента (хоттенд, лазер, печатающая головка);

- устройства нанесения материала или дозирования материала (рекоутер, хоппер, экструдер);

- приводы, обеспечивающие заданные движения исполнительных узлов для послойного изготовления;

- система управления;

- рама или герметичная камера.

Общая схема, по которой функционирует 3D-аппаратура, базируется на способности передвигаться в трех измерениях. В основу положен принцип действия «картезианского робота» (обеспечивающий линейное перемещение по Декартовым координатам – X, Y, Z).

Как работает 3D-принтер

Создание трехмерного объекта осуществляется по аддитивной технологии. При изготовлении модели слои материала наносятся снизу вверх, пока не образуется точный образ цифрового изображения. После формирования первого уровня поверхность стола сдвигается вниз на толщину слоя, и печатающая головка распределяет очередной слой. Процесс включает несколько непрерывных циклов, повторяющихся, пока на рабочей платформе не образуется задуманный предмет.

Построение 3D-объекта осуществляется в несколько этапов:
1.    В CAD-программе формируется цифровая модель изделия.
2.    Файл, сохраненный в специальном формате, нарезается на слои.
3.    Каждая часть переносится в двоичный код, отправляемый на прибор, изготавливающий объемный принт по заданным координатам.
4.    Послойное выращивание образца.

Чтобы обеспечить взаимодействие всех систем, важно грамотно устанавливать параметры печати и настройки оборудования. Для управления 3D-принтером разработаны специальные программы и приложения. Встроенное ПО позволяет регулировать основные показатели:

•    температура сопла, подающего филамент для выстраивания объекта;
•    уровень разогрева рабочей поверхности для лучшего сцепления расходного вещества с платформой;
•    скорость и дозировку подачи сырья.

Методы функционирования 3D-устройств

Несмотря на то, что у всех 3D-принтеров принцип работы одинаков, технологии и материалы они используют разные.

Стереолитография (SLA)

В 3D- принтере, использующем SLA-методы, на фотополимеры воздействует лазер. После облучения смола затвердевает и выстраивает слои согласно цифровой модели. Данный способ гарантирует точность построения экземпляра, но не поддерживает цветную печать. Также нельзя комбинировать ресурсы в одном цикле.

Технология SLS

Этот метод тоже основан на использовании лазера для послойного возведения образца. На платформу подается специальный полимер для построения основы. После распределения тончайшего слоя сырья лазерный луч равномерно скрепляет участки материала, формируя уровень. Данный вариант сложен в реализации, но не уступает в точности.

DLP-печать

Этот способ относительно нов, но базируется на тех же принципах. Взамен лазерной установки используется полоса светодиодов, направляемая проектором. Методика позволяет ускорить печать и добиться достойного качества готового продукта.

EBM-технология

Разработка предполагает целенаправленное воздействие на филамент специальными излучателями. Поток лучей расплавляет сырье, что позволяет формировать изделия любой конфигурации или размера. Методика дает возможность работать даже с некоторыми сплавами.

Метод послойного наплавления

FDM (FFF) -оборудование, работающее с пластиковыми филаментами. Полимерная нить проталкивается через разогретое сопло, плавится и укладывается слоями на рабочем столе. Процесс повторяется, пока не сформируется готовая 3D-модель.
Каждый 3D-принтер совместим с определенным ресурсом. Однако существует Polyjet-оборудование, способное печатать различными составами одновременно. Мультиматериальная технология позволяет создавать объекты, состоящие из элементов с разнообразными свойствами.

Заключение

Сегодня 3D-печать – не фантастическая разработка, а тщательно исследованная реальность. Технология востребована в промышленности, строительной и архитектурной сферах, медицине и дизайнерском секторе. В интернете можно найти массу чертежей 3D-моделей, готовых к печати, и прототипов различной сложности.

Производители предлагают 3D-принтеры, печатающие пластиком, металлом, керамикой, гипсом и даже экзотическими материалами. Оборудование создает предметы, практически идентичные виртуальным образам, поэтому сфера применения аддитивных технологий так широка.