3D печать принтеры

3D принтер: технология будущего

Сегодня мы уже максимально близко приблизились к тому, чтобы описанная выше ситуация стала реальностью. 3 Д принтер – это старый добрый, известный еще с советских времен, станок с ЧПУ (числовым программным управлением), если говорить проще – программируемое оборудование. Такие станки активно использовались в металло- и деревообработке для создания изделий сложных форм с минимальными отклонениями от базовых размеров.

На сегодняшний день резной фасад любой дверки от шкафа серийного производства изготавливается при помощи современных станков с ЧПУ, вот только для обработки заготовок, в отличие от 3 D принтера, применяются сверла и фрезы различных диаметров, а сама программа обработки создается инженерами в специализированных редакторах. Сам станок может быть подключен к компьютеру напрямую и получать команды удаленно или иметь свой собственный графический интерфейс, все зависит от производителя и модели.

3 Д принтер, как устройство, полностью унаследовало концепцию своего старшего брата, но все же добавив несколько своих изюминок в устоявшуюся технологию. Основная задача 3D принтера, как и станка с ЧПУ – это воссоздание трехмерных компьютерных моделей в виде реальных физических изделий. Вот только работают эти устройства с разными материалами, которые очень сильно отличаются между собой своими физико-механическими свойствами. Основные материалы для обработки на фрезерном станке – это разные породы дерева, МДФ и сплавы металлов, в свою очередь 3Д принтеры работают с полимерами, как правило – это абс, с воском или даже с бумагой.

Перечень материалов, обрабатываемых 3D принтерами, увеличивается с каждым днем. А также существует отличие в самой технологии воссоздания объекта, в случае станка с ЧПУ – это скалывание и механическое удаление лишнего материала при помощи фрез, сверл и других насадок, в свою очередь 3D принтер работает иначе – это в основном термическая обработка с применением лазера, который выжигает или выплавляет будущее изделие.

Существует несколько основных технологий, которые применяет 3Д принтер для создания объемных изделий.

Самой старой технологией принято считать стереолитографию (StereoLithography или SLA), так называемая лазерная печать. Принцип этой технологии был разработан, а впоследствии и запатентован Чарльзом Халлом еще в далеком 1986 году. Со временем Халлом была создана компания 3D Systems, сотрудники которой начали заниматься созданием прообраза будущих 3D принтеров.

Суть принципа стереолитографии в том, что в специальном контейнере 3 D принтера содержится жидкий фотополимер. При воздействии на пластик излучением ультрафиолета фотополимер затвердевает и становится прочным пластиком. Для засветки новообразованного полимера используют либо концентрированный пучок лазера ультрафиолета, либо обычную ультрафиолетовую лампу. Луч лазера точечно просвечивает жидкий фотополимер и таким образом затвердевший фотополимер формирует слой за слоем необходимое изделие.

Технология стереолитографии позволяет изготавливать изделия с точностью до десятых долей мм, что дает возможность качественно воспроизводить мелкие детали и создавать изделия с очень ровными поверхностями. Это одна из самых популярных технологий, которая применяется для создания трехмерных объектов. Но 3D принтер, использующий такую технологию, может стоить десятки, и даже сотни тысяч долларов, не говоря уже о стоимости расходных материалов.
Стереолитография получила свое развитие в недрах компании Cubital Inc. Инженеры компании предложили несколько иной подход к воссозданию объектов – вместо точечной засветки, засвечивался сразу весь слой изделия, что значительно ускоряло процесс производства. Засветка в таком 3 Д принтере осуществлялась при помощи фотошаблона, который печатался на стекле для каждого слоя и напоминал собой фотополимерные формы, которые сегодня применяют во флексопечати.

Сегодня оборудование, работающее по схожему принципу, предлагает известная немецкая компания Еnvisiontec. В модельном ряде компании есть 3 Д принтер,  который называется Prefactory, это устройство уже гораздо значительнее приближено к широкому потребителю нежели предыдущие модели. Такие 3Д принтеры занимают приблизительно такую же площадь, что и обычный принтер, так что их с легкостью можно установить на рабочем столе. Засветка в таком принтере осуществляется с помощью технологии Digital Light Processing (DLP).

Максимальное разрешение или другими словами площадь изделия размером 1280×1024 pixel при размере pixel 150 или 90 mikron, а толщина слоя находится в диапазоне от 150 до 50 mikron. На устройстве Prefactory можно «печатать» изделия, которые имеют размер около 190x152x230 милимметров, а «напечатать» слой изделия высотой 15 мм можно за 1 час работы такого 3D принтера. В свою очередь задания на «печать» посылаются, как на обычное стационарное устройство.

Также активно используется другая лазерная технология для объемной печати – ламинирование. Эту технологию разработала компания Helysis и впервые появилась на рынке под название Laminated Object Manufacturing  (LOM). Эта компания закрылась в 2000 году, но 3D принтер технологию ламинирования все же не потерял, и она продолжила свою жизнь у других производителей. Технология компании Helysis заключалась в том, что в 3Д принтер по очереди загружались тонкие листы расходного материала, из которого впоследствии лазером вырезался слой будущего изделия. После порезки вырезанные слои склеивались между собой. Материалом для работы служила специальная бумага или пластик, иногда керамика и даже тонкие металлические листы фольги.

Особое место среди технологий трехмерной печати занимает Selective Laser Sintering (SLS), другими словами «лазерное спекание». В качестве сырья используется не фотополимер, а порошок любого легкоплавкого пластика. 3 D принтер разогревает пластик практически до температуры плавления, а для того чтобы устройство не загорелось и не поддалось окислению, в рабочую зону поступает азот. После чего лазерный луч выплавляет контуры изделия, пластик разогревается выше температуры плавления и спекается. Потом высыпается следующий слой, и процесс повторяется заново, по завершению изделие достается из порошковой ванны.

3 Д принтер, печатающий по технологии SLS, создает изделия с высокой точностью, а также может изготавливать изделия с подвижными элементами, например, макет ходовой части автомобиля. Сырьем для работы может быть порошок из микрочастиц стали, связующим – сплавляющим звеном выступают частицы пластика. Сам пластик выгорает, изделие становится полностью металлическим, благодаря чему получает характеристики, которые по прочности превосходят алюминий и даже приближаются к нержавеющей стали.

Наряду с лазерными 3 D принтерами применяются и струйные технологии. Так,  струйные 3Д принтеры не отстают от своих лазерных собратьев. Самый простой тип данного оборудования – это FDM (Fused Deposition Modeling). Сама идея FDM предельно проста – специальной раздаточной головкой выдавливается на охлаждаемую платформу основу каплю разогретого термопластика, материалом может быть абсолютно любой термопластик. Капли расплавленного пластика быстро остывают и слипаются друг с другом, при этом формирует слои объекта,  печать изделия в этой технологии также осуществляется по слоям.