3d принтеры и их возможности в разных сферах жизни

Области применения 3D-принтера

Технология 3D печати открыла огромные возможности для производства практически во всех наиболее важных сферах человеческой жизни. Что можно сделать на 3D-принтерах, и где они применяются?

Производство оружия. Думаете, пистолет из пластмассы не будет работать? Еще как будет! Это доказал гражданин США, пронесший в аэропорт полноценный огнестрельный пистолет из пластмассы, который нельзя было засечь на металлодетекторах. А в 2012 году компания Defense Distributed представила оружие, которое может распечатать любой человек у себя дома на 3D-принтере, имея соответствующую модель. После этого в США был принят закон о запрете использования трехмерных технологий в изготовлении оружия.
Построить дом теперь стало еще проще: 3D-технологии пришли и в сферу строительства. Первый дом был «распечатан» в 2014 году, а целое здание, произведенное с помощью 3D-печати, было представлено широкой общественности в 2016 году.
В производстве трехмерная печать позволяет значительно ускорить процесс изготовления деталей.
Тестовые 3D-принтеры на данный момент способны воспроизводить человеческие органы. Для этого на специальную биологическую основу наносят клетки нужного типа. Но эта технология пока находится на стадии разработки.
Зато в области изготовления протезов 3D-принтеры уже активно используются. С их помощью производят различные импланты: частицы костей и хрящевых тканей.
Трехмерные принтеры участвуют и в создании дорогостоящей техники: например, беспилотный самолет Polecat был практически полностью изготовлен с помощью 3D-технологий.

Как можно заметить, ответ на вопрос о том, что можно сделать на 3D-принтере, довольно обширен. Скорее всего, эта область и дальше будет активно развиваться, и принесет немало плюсов человеческой цивилизации. Возможности 3D-принтера практически безграничны.

Проверка печатью: работает из коробки

Для печати необходимо подключить принтер в сеть и скачать Cura для необходимой платформы (Linux 64bit, Windows, macOS).

Предварительная настройка требует только указать область печати. Далее требуется подгрузить модель в Cura, сделать разметку модели и сохранить файл с кодом на карту памяти.

Печать осуществляется с помощью экрана принтера (используется прошивка Marlin). Удобно, понятно и просто.

Если нет — сайт производителя предлагает обратиться с вопросом. Потребуется только код с коробки/блока управления.

Качество печати из коробки сносное — на продажу не подойдёт, но для обучения и личных целей в самый раз.

Плюсы и минусы применения 3d принтера в строительстве

Во-первых, о быстроте технологии стройки 3d наслышан каждый. Поразительно, насколько облегчается технологический процесс: нет необходимости в привлечении дополнительной рабочей силы, покупки или аренды специальной и дорогостоящей строительной техники и оборудования. Скорость возведения 3d конструкции при этом впечатляет: до сих пор не поставлена точка в вопросе человеческого фактора. Понадобится ли в будущем специалист, который будет следить за всеми процессами 3d строительства домов, или нет, остается пока неизвестным. Возможно, вы самостоятельно сможете создать дом с нуля.
Во-вторых, перспективы для 3d строительства позволят возводить конструкции даже на территориях, где рельеф достаточно сложный. Профессионалы портала Stroyka.ru внимательно следят за современными тенденциями 3d моделирования.
В-третьих, строгие формулы и технические решения – это ваши верные помощники для воплощения любых самых смелых идей. Кроме того, не нужно переживать: 3d принтер делает идеально ровные рабочие поверхности (стены, потолок, пол), даже фундамент и все элементы – несущие, опорные. Кстати, метрах учитывается максимально точно.
В-четвертых, поверхности гладкие.
В-пятых, возможность создавать мельчайшие детали.
В-шестых, как правило, во время работы какие-либо профилактические мероприятия (простив сбоев, перегрева, расслаивания и др.) – отсутствуют.
В-седьмых, вы можете не отказывать себе в выборе подходящих материалов. Например, металлы, пластик, нейлон, стекло, керамика.
В-восьмых, если ваша строительная площадка, то принтер отлично впишется, ведь у него нет никаких лишних нависающих или поддерживающих элементов и структур.

В-девятых, вы можете сами планировать строительную кампанию, ведь своими руками сможете возвести дом, дачу или загородный коттедж.

Теперь о слабых сторонах 3d принтера.

Конечно, специалисты подчеркивают, что пока не изобретена модель, которая бы позволяла серьезно экономить денежные средства: расход электроэнергии вас может огорчить. Кроме того, оборудование быстро приходит в негодность, требует дорогостоящего обслуживания и ремонта.
Еще одним минусом отмечается узкая направленность: еще не поступил в продажу универсальный 3d принтер, который бы охватывал полный цикл работ. Некоторые модели, представленные на рынке, имеют невысокую прочность готовых строений. Поэтому остерегайтесь подделок. Покупайте только у сертифицированных производителей и посредников. Иногда можно неожиданно столкнуться с тем, что использовать придется исключительно узкий набор материалов (например, фотополимеров), а также подкреплять финиш интересной процедурой – ультрафиолетовой засветкой.
Строительную площадку, как правило, придется очищать (особенно от попадающих в окружающий воздух частиц порошка).
Многие потребители сталкиваются с настоящей проблемой: усадка оказывается катастрофической (до 50%). А значит, придется подвергнуть корректировке первоначальные подсчеты.

Какой принтер выбрать для дома?

Среди большого разнообразия моделей, все 3D принтеры можно разделить условно на 2 категории:

3D принтер с технологией послойного наплавления (FDM)
3D принтер, использующий для создания моделей фотополимерные смолы (SLA)

FDM принтер доступен для широкого круга пользователей. Именно такие в большинстве продаются на китайских торговых площадках. Для печати моделей в FDM принтере в основном используется пластик двух видов: PLA и ABS, отличающиеся друг от друга химическим составом.

PLA пластик – биосовместимый и экологичный, отличный вариант для печати дома. ABS пластик – изготавливается из нефти, более стойкий к серьёзным нагрузкам, агрессивным средам, и в целом является материалом промышленного назначения.

Стать обладателем такого принтера можно за 32 900 рублей, получив в подарок две катушки с пластиком, бесплатную доставку и обучение азами пользования устройства.

FDM принтер отличается простотой настройки и использования. Достаточно 30-ти минут, чтобы запустить создание своей первой трёхмерной модели даже самому неподготовленному пользователю.

В течении нескольких часов принтер будет слой за слоем создавать требуемую фигуру, накладывая расплавленный пластик, будто пирог, на производственную платформу.

Остаётся лишь наблюдать за магией создания уникальной вещи, нетерпеливо посматривая на часы.

Другой тип 3D принтера, фторополимерный (SLA), подходит для небольших компаний, стоматологических клиник и конструкторских бюро. Само устройство, как и расходные материалы, стоят существенно дороже, чем у FDM моделей, но и результат того стоит.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера. Таблица 1.

Выбрать 3D-модель	Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности
Подготовить 3D-модель к печати	Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать
Передать модель принтеру	Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать. Наблюдать за печатью

Параметры печати

О скорости пока речь и не идёт. Понятно, что создание одного объекта займет далеко не один час работы принтера, поэтому выбор 3D-принтера сегодня состоит в выборе между параметрами и решении, насколько тот или иной параметр важен.

И самый главный из них — разрешение печати. Здесь под этим понятием подразумевается минимально допустимая высота слоя материала, с помощью которого может печатать данный 3D-принтер. Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон, тысячной доле миллиметра). Понятно, что чем тоньше слои, тем меньше заметен переход между ними: в итоге поверхность объекта более гладкая, а детали — более выразительные. Обратная сторона высокого разрешения — увеличенное время печати, большая нагрузка на печатающие механизмы и быстрый износ. Разрешение печати зависит от технологии работы принтера, точности печатных механизмов, выбранного материала и настроек приложения.

На сегодняшний день самый точный 3D принтер может печатать с высотой слоя в 50 мкм.

Вторая важная характеристика — рабочий объём (он же — «область печати» или «зона печати»). От него зависит размер напечатанного объекта. Фактически он обозначает зону досягаемости (охвата) печатающей головки принтера в трех плоскостях.

Третий пункт — какими типами пластиковых нитей может печатать принтер. Самыми распространенными на сегодняшний день являются ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) и PLA (полилактид). Некоторые принтеры могут печатать обоими типами, некоторые — только одним из них. Но кроме этих двух типов есть и другие (ещё парочка самых распространенных — HIPS — ударопрочный полистирол и PVA — поливинилацетат), и все они обладают рядом физико-химических характеристик: растворимость в воде, гибкость, структура и запах, прочность и даже свечение в темноте. Возможность печати тем или иным пластиком обуславливается наличием/отсутствием подогрева платформы (который в идеале должен присутствовать), рабочим диапазоном температур экструдера (нагревательный элемент, который плавит пластик) и конструкцией камеры для печати. В идеале лучше всего выбирать принтер с максимальным количеством поддерживаемых нитей, чтоб не ограничивать себя — как сейчас, так и в будущем.

А последний пункт, как ни странно, — страна-производитель. Сейчас на российском рынке можно найти модели из США и Европы, китайские и российские. Американские и европейские модели зачастую завозят в Россию небольшими партиями, а сами компании-производители не имеют официальных представителей в России. Качество китайских моделей на порядки отстаёт от всех прочих, понятное дело, и тут выигрыш идёт больше уже в цене.

Как выбрать 3D принтер

Данные устройства достаточно сложные, поэтому решение, какой выбрать 3D принтер требует от пользователя определенных знаний и навыков. Тем, кто лишь начинает разбираться в этой сфере, следует, в первую очередь, определить для себя какой 3d принтер нужен. Они разделяются на два типа:

Устройства FDM (рис. 1). Используют послойное наплавление, материалом служит тонкая пластиковая нить. Она присутствует в печатающей головке и перемещается в трехмерном пространстве. В результате, происходит образование горизонтальных слоев пластика, слипающихся между собой. Эти движения повторяются с каждым слоем, и в конце рабочего процесса создается нужный объект. При таком способе печати самоделка получается небольших размеров, у них заметна некоторая шероховатость.
Принтеры SLA (рис. 2). Исходным сырьем служит жидкость, представляющая собой светочувствительную смолу. Под действием света жидкий материал становится твердым. В итоге получаются гладкие детализированные предметы. Они отлично подходят для медицинской, ювелирной и других областей, где требуется высокая точность в мелких деталях. Во время работы помещение должно качественно вентилироваться, так как в смоле содержатся токсические вещества. Оборудование и материалы относятся к дорогостоящим и в основном используются в профессиональной деятельности.

Тип используемого пластика

Часто стоит вопрос, какой пластик необходимо покупать? В полупрофессиональной сфере и дома используются принтеры FDM. Для них лучше всего подходят материалы категории PLA, называемые еще полимолочной кислотой. Нити из этого вещества дают устойчивые показатели, с их помощью успешно решаются многие DIY-задачи.

Не менее популярен пластик ABS, широко применяемый в технологиях работ под давлением. Он требует больше внимания, поскольку обладает повышенным коэффициентом усадки в сравнении с предыдущим материалом. Начинающим пользователям рекомендуется заняться пластиком и попробовать в работе 1 или 2 материала, чтобы научиться правильному обращению. Наиболее дешевым считается ABS, а экологически чистым – PLA.

Простота в использовании

К настоящему времени 3D-принтеры прошли нелегкий путь от громоздких сложных изделий, до современных устройств с максимально простым управлением. Сейчас подбирают приборы по следующим признакам:

Совершенство программного обеспечения, позволяющее полностью контролировать качество работы.
Наличие сенсорного экрана, где видна информация о каждом этапе печати. Можно корректировать различные составляющие, например, экструдеры и другие системы.

Всего этого нет в дешевых моделях, поэтому и цена их значительно ниже.

Один экструдер хорошо, а два лучше

По своему назначению экструдер является печатающей головкой 3D-принтера. Эту, наиболее важную деталь, остальные системы прибора лишь поддерживают в рабочем состоянии и обеспечивают перемещение в заданных направлениях.

В дорогих устройствах нередко устанавливаются два экструдера. Такая конструкция дает возможность использовать два разных цвета или материала при создании одного предмета, успешно преодолевать сложную геометрию объекта. Начинающим пользователям вполне достаточно 1-го экструдера в бюджетном принтере.

Стол с подогревом или камера

Дорогие устройства оборудуются специальными закрытыми камерами кубической формы. В закрытом пространстве крупные плоские предметы не коробятся и не деформируются. За счет этого удается получать детали высокого качества. В более дешевых принтерах камеры закрытого типа оборудуются подогревом.

Бюджетным моделям достаточно подогреваемых столов, а в некоторых приборах отсутствует и эта функция, если для работы используется только пластик PLA. В таких случаях для крепления деталей к столу применяется специальная пленка или клей.

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина.

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей;
рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
рама — соединяет все элементы принтера.

Все это управляется компьютером.

Вопросы, на которые стоит ответить перед тем как выбрать 3D принтер

Большой выбор моделей, простота использования, широкая популярность привели к тому, что 3D-принтеры стали доступны не только продвинутым пользователям, но и обычным потребителям. Тем не менее, при покупке устройства, перед каждым из них возникают одни и те же вопросы.

Для каких целей покупается 3D принтер

Персональные и профессиональные устройства существенно отличаются по своим размерам. Первые отличаются небольшими размерами печати – примерно 20см. У вторых этот показатель составляет от 0,5 до 3м. Существует специальное оборудование огромных размеров – до нескольких десятков метров, применяемое в сфере строительства, в авиа- и судостроении. С применением масштабирования, возможно создание объектов величиной в несколько сотен метров.

Есть ли опыт работы с 3D принтерами

Этот вопрос обычно задают начинающим пользователям. Однако, в домашних условиях подобными принтерами могут пользоваться и профессионалы. Сюда можно включить архитекторов, дизайнеров, художников и других людей творческих профессий. В любом случае без достаточного опыта будет сложно освоить высокоточное современное устройство.

Материал для 3D печати

От выбора материала для 3д принтера зависит наличие или отсутствие у него подогреваемого стола. Если они имеют высокую степень усадки (ABS, Nylon), то подогрев обязателен. Более эффективным считается закрытый корпус для создания вокруг объекта надежного теплового контура. Рекомендуется выбирать стол с подогревом, поскольку цена его ненамного превышает стоимость простого устройства без этой функции. Зато возможности 3D-принтера значительно расширяются.

Какой размер будет у напечатанных деталей

Тут все зависит от размеров рабочей зоны. Чем больше ее габариты, тем крупнее будут создаваемые детали. Данный показатель напрямую влияет на размеры самого принтера в большую или меньшую сторону. Нужно заранее определить место установки, иначе большая конструкция просто не поместится в помещении.

Какой бюджет покупки

Различные модели принтеров от разных производителей представлены в широком ценовом диапазоне. Самые простые и дешевые стоят в пределах 10 тысяч рублей, дорогие профессиональные устройства не имеют верхней планки. Поэтому, если прибор нужен лишь для тренировок и развлечений, не стоит покупать слишком дорогую модель. В первую очередь выбор зависит от сложности целей и задач, объемов предстоящих работ. Следует помнить и о расходных материалах, стоимость которых тоже существенно различается. Наиболее доступными считаются термопластики, а для серьезной работы потребуются дорогие качественные материалы.