3D-принтер: игрушка или полезный инструмент?
[contents]
Благодаря появлению 3D-принтеров была реализована возможность создания объектов из различных материалов. С помощью этих устройств можно изготовить как чехлы для мобильного телефона и держатели полотенец, так и компрессоры для газовых турбин. Наиболее востребованы 3D-принтеры технологии FDM, работающие по принципу послойного наплавления.
Конструкционные особенности
Помимо корпуса в 3D-принтере имеются направляющие, ограничивающие движение печатающей головки (экструдера). За перемещение последней отвечают шаговые двигатели. Управленческие функции возложены на электронику. В число важных элементов входит рабочий стол, предназначенный для «выращивания» объекта.
Расходные материалы
В качестве исходного сырья для 3D-принтеров выступают пластиковые нити (филаменты), реализуемые в виде намотанных на катушки отрезков. Стоимость одного килограмма дешевого сырья стартует от 500 рублей. При необходимости имитации песчаника/древесины указанная сумма возрастает в несколько раз, что объясняется присутствием натуральных наполнителей.
Принципы работы
В 3D-принтерах реализован способ послойного нанесения филамента. Первыми «выкладываются» нижние слои. Поступающая в печатающую головку нить подвергается разогреву. Выдавливание филамента через сопло экструдера становится возможным благодаря переходу расходного материала в жидкое состояние. Печатающая головка движется за счет шаговых двигателей, оснащенных зубчатыми ремнями. Траектория движения экструдера ограничена направляющими.
Методика программирования 3D-принтера
Запуск процесса печати на 3D-принтере невозможен без предварительной зарисовки будущего изделия. Изображение должно быть трехмерным. Облегчить это действие призваны САПР (системы автоматизированного проектирования или CAD-редакторы). Схемы подходящих образцов чехлов, крючков и других деталей/устройств (к примеру, квадрокоптеров) размещены на страницах соответствующих тематических сайтов. При отсутствии навыков проектирования доступен вариант заказа требуемого изделия у профессионала.
Приглянувшаяся модель подвергается разбивке на отдельные слои. Осуществить эту процедуру помогают специальные приложения, именуемые слайсерами. Сам процесс получил название «слайсинг». «Нарезанные» тонкими слоями изображения загружаются в память принтера с целью послойного воссоздания выбранного объекта. В различных устройствах реализованы разные принципы изготовления изделий. Отличаются 3D-принтеры друг от друга и используемыми расходными материалами.
Слайсеры специализируются на формировании подробных инструкций для 3D-принтеров, в которых прописываются направления движения экструдера, толщина слоев, скорость выдавливания расходного материала и т.д. Файлы для 3D-принтера имеют кодировку g-code. Для загрузки программы в устройство могут быть задействованы USB провод либо флэш карта.
Процедура печати начинается с подачи филамента в печатающую головку. Расплавленный материал выходит сквозь тонкое сопло. За счет возможности передвижения головки в двух плоскостях удается получить на выходе выложенный нитью слой. По окончании воспроизведения одного среза опускается платформа либо приподнимается головка 3D-принтера, после чего запускается печать нового слоя поверх предыдущего. Подобная технология позволяет воссоздавать копии оригинальных изделий.
Многообразие моделей
В зависимости от конструкционных особенностей и используемых расходных материалов различают несколько разновидностей 3D-принтеров. Стоимость промышленных агрегатов, способных спекать слои из мельчайшей металлической стружки, достигает нескольких сотен тысяч долларов. Любители останавливают выбор на настольных аналогах, рассчитанных на пластиковую нить. В наши дни за 20 000 рублей и выше можно подыскать вполне приличное устройство.
Отлаженные конструкторы в собранном виде часто могут похвастать дополнительным функционалом. Как правило, они оснащены дисплеями сенсорного типа и способны осуществлять автоматическую калибровку. Помимо этого, такие 3D-принтеры могут подогревать рабочую камеру, а их стоимость превышает 200 000 рублей. В указанных устройствах реализована технология моделирования послойным наплавлением (Fused Deposition Modeling или FDM).
Перспективы использования
Эксплуатационные характеристики получаемых объектов зависят от качества расходных материалов и типа 3D-принтера. Ориентированные на домашнее использование устройства успешно справляются с задачей создания пластиковых корпусов для гаджетов и деталей для самодельной роботизированной техники. Продвинутые инженеры-любители отдают предпочтение прочным композитам из пластика, в составе которых присутствуют углеволоконные добавки.
Спектр применения 3D-принтеров довольно обширен. Помимо игрушек и сувениров с их помощью создаются практичные вещи, включая ручки для сковородок, оригинальные полочки или держатели для полотенец. Что немаловажно, уникальные устройства позволяют вернуть к жизни любимые вещи за счет возможности их ремонта самостоятельно изготовленными деталями. Себестоимость последних, как правило, оказывается более высокой, нежели у произведенных промышленных способом аналогов. В число приятных исключений входят защитные чехлы для телефонов. Себестоимость изделия из ABS-пластика приемлемого качества (масса 50 г) исчисляется 50 рублями, к которым плюсуются расходы на электричество. В случае приобретения подобного изделия в магазине покупка обойдется в несколько раз дороже.
3D-принтеры настольного формата выпускаются как за рубежом, так и в России. В перечень преимуществ отечественных устройств входят низкая стоимость, достойные печатные характеристики и доступность сервисного обслуживания.
Помимо пластиковых нитей в качестве расходных материалов могут быть задействованы бумажные листы, твердеющие на свету жидкие смолы и спекаемые лазерными лучами металлические/пластиковые порошки.
