Как работает 3D-принтер: что это и как выглядит

История создания первого принтера

Создание первого печатного станка началось в 1822 году. После отрисовки чертежей был разработан первый прототип. Прошло 12 лет. Первая модель была создана Чарльзом Бэббиджем. В то время устройство называлось разбрасывателем. Это был механический компьютер со встроенным печатным станком. Он широко использовался в банковском деле и судоходстве. Машина была способна производить простые расчеты, выводя результаты на бумагу. Первая модель занимала много места и состояла из более чем 1 тысячи деталей.

Свойства и основные характеристики принтеров

• Разрешение (т/д). Отвечает за качество печати изображения или текста, отображаемого на листе. Чем выше этот показатель, тем качественнее и четче будет изображение на бумаге.
• Скорость печати принтера. Индикатор показывает, сколько страниц в минуту устройство может сделать после первого прогрева, который также требует времени. Этот параметр больше актуален для офисных и профессиональных устройств, но в меньшей степени для домашней печатающей техники.
• Печать фотографий. Возможность печати цветных изображений, фотографий и картинок. Для этого в принтере должен быть цветной картридж или несколько разных оттенков одновременно. Их должно быть минимум три и черный, но в более современных моделях стали использовать шесть цветов. Это позволяет добиться лучшей цветопередачи.
• Объем встроенной памяти. На этот параметр стоит обратить внимание при выборе лазера. Если вам часто нужно печатать большие документы, стандартных значений «ОЗУ» может не всегда хватить. Не все модели могут затем увеличить этот показатель.
• Способы подключения. Почти 100% новой бытовой техники оснащены портом USB. Он практичен, удобен, неприхотлив, устойчив. Но также на рынке можно встретить все больше устройств со встроенными модулями Ethernet (для прямого подключения к сети) или Wi-Fi (позволяет организовать беспроводное соединение).
• Расположение лотка. Стандартно он располагается ниже или сбоку от лазерных принтеров, иногда поверх струйных. Параметр актуален для помещений с небольшой площадью.
• Совместимость. В характеристиках принтера часто указывается возможность его работы с разными операционными системами. Если операционная система не Windows, следует уделить больше внимания этому параметру. Для профессиональных команд актуальна поддержка языка PostScript. Стандартом, которому следуют производители лазерной техники, является формат PCL.

Виды, типы, классификация печатающих устройств

Принтеры производятся теми же компаниями, что и телевизоры, компьютеры и телефоны. Но самое главное не бренд, а технология устройства. Каждый имеет существенные отличия в плане заправки, покраски, задач. По этому принципу существует определенная классификация:

• Матрица.
• Джет.
• Быть.
• Многофункциональный.
• Сублимация.
• Другой.

Некоторые принтеры могут сочетать несколько технологий одновременно. Поэтому выбор делается исходя из назначения.

Матричный

Считается самой старой моделью. Изобретен японскими учеными еще в семидесятых годах прошлого века. Устройство чем-то похоже на печатный станок. А вот в фильерном аппарате количество головок может превышать 20 штук. Они ударяют по красящей ленте, и она печатает текст на бумаге. Диаметр иглы влияет на диагональ точек, создающих символ. Для матричных устройств используется специальная бумага. Обычно свернуты или свернуты.

Конструкция матричного устройства устарела, но выпускается по сей день. Причина кроется в одной важной особенности: надпись, сделанную этим принтером, невозможно незаметно исправить или изменить. Карты Matrix используются в банках, сберкассах и других специфических учреждениях.

Струйные

Он работает с чернилами, которые текут через сопла. Насадки небольшие и расположены вдоль поверхности картриджа или головки. Последний перемещается по листу бумаги. И в матричном, и в струйном дизайне изображение наносится путем создания точек. Но в данном случае используется матрица, которая печатает жидкой краской. Иногда на картридже находится печатающая головка.

Важную роль играет состав краски: важно, чтобы она не была жидкой, но и густая тоже не подходит. В первом случае придется долго ждать высыхания изображения; во втором расходники могут забить форсунку.

Пользователь, использующий инструмент, должен следить за тем, чтобы сопла не забивались пылью или грязью, а чернила не высыхали. Поэтому печатать нужно регулярно. Картридж может иметь несколько отсеков с разными чернилами одновременно, поэтому пользователь может делать цветные изображения. Сейчас очень популярной считается система с непрерывной подачей чернил. Впечатление улучшается, а цена оборудования становится доступнее.

Одной заправки картриджа хватает примерно на 500 страниц текста на бумаге формата А4. Струйные принтеры чаще всего используются в домашних условиях.

По способу нанесения краски на листы «струйные» делятся на:

1. Пьезоэлектрический. Этот вариант обеспечивает высокое качество изображения за счет меньшего размера капель. Эту технологию используют японские фирмы Epson и Brother.
2. Тепловая струя. Этот метод требует постоянного нагрева форсунок, чтобы «выдавить» краситель из картриджа. Поэтому такие расходники быстро выходят из строя, по сравнению с первым вариантом. Чаще всего их используют инженеры Xerox, Canon, Epson и HP.

Самолеты тоже имеют определенную классификацию. В зависимости от основы краски она может быть:

• А. Используется в экономичных или офисных принтерах. Бывает чаще.
• Нефть. Используется для промышленной маркировки.
• Пигментный. Это необходимо, если вам нужно качественное изображение, например, фото.
• Растворитель. Используется для печати листовок. Эта краска устойчива к жидкостям.
• Термический перенос. Позволяет наносить изображение на ткань.
• Алкоголик. Его редко используют, потому что он быстро сохнет на голове.

А в зависимости от назначения струя может быть:

• Офис. Используется в офисах, распечатывается в формате А4.
• Широкий экран. Для печати рекламных носителей.
• Внутри. Для баннеров и украшений.
• Квалификация. Помечать.
• Фотопринтеры. Распечатайте фотографии.
• Я помню. Рисовать на предметах различной формы. Это могут быть телефоны, компакт-диски, зажигалки и тому подобное.
• Маникюр. Нанесите узоры на ногти.

С СНПЧ

Это устройство основано на подаче чернил в картридж по трубкам от канистр с красителем. Это позволяет избежать покупки дорогих деталей и улучшить качество печати. Преимущество в том, что теперь вам не нужно нести картридж к специалисту для его заправки. Краску можно поменять самостоятельно. Современные модели продаются с уже встроенной системой, поэтому покупать нужно только краску. Для принтеров, где такой системы нет, вы можете установить ее самостоятельно.

Лазерный

Работает методом ксерокопии. Этот тип печати был разработан до начала Второй мировой войны. Основой считается фотобарабан, содержащий электрические заряды. Лазерный луч, попадая в эту часть, снимает заряд с определенного списка точек. А тонер переносится на футеровку барабана – чернильный порошок. Он перемещается по бумаге, позволяя создать изображение, прилипает к бумаге и остается на ней при высоких температурах.

К преимуществам данной технологии относятся:

1. Минимальный уровень шума при работе.
2. Относительно невысокая стоимость патронов, пороха, запчастей.
3. Надежная и неприхотливая работа.
4. Возможность печати не только на поверхности бумаги. А также, например, пленка, картон, текстиль и другие материалы.

Но цветные лазерные модели все же уступают своим струйным аналогам по качеству работы. А еще такое оборудование стоит немало и достаточно дорого в обслуживании. Заправка новыми расходниками и ремонт стоят дорого.

МФУ

Многофункциональное устройство — это устройство, которое одновременно является принтером, сканером и копировальным аппаратом. Чаще всего используется для крупных корпораций, где много работают с печатной информацией. Сканер же считывает уже напечатанную на бумаге информацию, передавая ее на компьютер. Такая информация может храниться для обработки. А назначение ксерокса — делать копии уже напечатанного на бумаге текста. Многофункциональные устройства обычно занимают много места.

Многофункциональные принтеры могут использовать лазерную или струйную печать. Для домашнего использования чаще выбирают небольшие и компактные варианты. Для офиса больше подходят профессиональные компьютеры с гораздо большими габаритами и ресурсом печати.

Сублимационный

Также называется сублимацией. У принтера нестандартные функции: он может печатать на плотной поверхности (например, на пластике). Внутри выполнены черные, цветные, а также защитные картриджи. Процесс нанесения красителя выглядит примерно так:

1. Поверхность, на которую наносится изображение, нагревается до нужной температуры.
2. Чернила вводятся в микропоры с высокой скоростью и в нужном количестве.
3. Каждый цвет наносится отдельно от других.
4. Чернила наносятся поперечными линиями, как при струйной печати.
5. Наносится защитный слой для защиты от стирки, протирания и выцветания.

LED-технология

Принцип работы светодиода аналогичен лазеру. Отличается только источник света для снятия заряда с фотопроводника. В этом случае внутри нет лазера, а вместо него установлены светодиоды (их количество может варьироваться от 2500 до 10000 штук). Эти принтеры лучше лазерных, потому что у каждой точки есть свой светодиод.

В такой технике практически нет «механики». Поэтому они менее подвержены неудачам в этом направлении. Весь лист распределяется на большое количество точек в зависимости от разрешения. За работу с каждой точкой отвечает определенный светодиод. В результате получаются очень качественные отпечатки.

Термопринтеры

Термопечать относится к переносу изображения с использованием термочувствительных носителей. Обычно для этого используются нагревательные элементы или инфракрасные лучи (для создания лучей используются светодиоды). В настоящее время эта техника широко применяется при печати на материалах разной твердости и плотности и используется в большом списке сфер жизни.

• На обычных текстильных футболках.
• На стекле и зеркалах.
• Чехлы для смартфонов.
• Кожа человека. Это специальный тату-принтер.
• Во всех видах пищи. В этом случае вместо красителей можно использовать кофе, чай и другие съедобные материалы.
• На ногтях Актуально для современных модниц.
• Печатать шрифтом Брайля (специальный шрифт для слепых, который читается контактным путем).
• Свечи.
• Лепестки цветов заранее подготовили для такой процедуры.

Фотопринтеры

Основное предназначение фотопринтера — быстрая печать большого количества фотографий высокого качества. Работа за счет технологии лазерной или струйной печати. Последний позволяет получить более насыщенные цвета и оттенки. Новые модели данного вида техники имеют невысокую стоимость и габариты, что позволяет использовать их непосредственно в домашних условиях.

Из основных минимальных критериев выбора такого принтера следует выделить:

• Не менее шести цветов, включая черный.
• Готовность СНПЧ к непрерывной работе.
• Поддержка печати с высоким разрешением. Чем выше оценка, тем лучше качество печати.
• Долгий срок службы. Узнайте заранее, чтобы не покупать одноразовый принтер.
• Поддержка работы с бумагой разной плотности.

3D принтеры

Этот вид техники предназначен для печати объемных деталей из специальных материалов. Сегодня они распространены среди домашних и офисных пользователей. Они уже не являются диковинкой, как это было совсем недавно. Он часто используется в медицине и других профессиональных областях.

3D-принтеры используют лазерную и струйную печать. Можно использовать полимеры или порошок. Также в некоторых устройствах, которые были представлены только как концепты на выставках, есть вариант использования магнитного порошка, песка или глины в качестве основного материала.

В последнее время на рынке стали появляться модели 3D-принтеров для еды.

Другие виды

Барабанные

Самый быстрый среди печатающих устройств, но вышел из употребления. Внутри находится барабан, ширина которого равна ширине листа бумаги. На нем рельефные изображения символов. Часть вращается, ударяя по листу бумаги металлическим шипом, что позволяет создать предмет. Все это очень похоже на работу печатного станка

Ромашковые или лепестковые

Способ выполнения работы аналогичен предыдущему варианту, но набор букв находится на листах вращающегося диска. Лепесток касается красящей ленты, оставляя отпечаток на листе. Вы можете сделать цветные элементы, изменив оттенок ленты.

Ранее также существовали следующие типы устройств:

• Мяч.
• Гусеница.
• Цепь.

Устройство, назначение и функции принтера

Назначение — осуществление печати текста на бумаге. Основная функция оптимизирована для компьютера, но может работать и с телефоном или планшетом при подключении к сети. Основное назначение — перенос изображения или текста на бумагу. Но есть и вспомогательные задачи, вроде создания слоев или буклетов. Некоторые устройства выполняют функции сканера и копира одновременно, поэтому могут копировать изображение с бумаги на компьютер или просто создавать копии текста, не загружая его на устройство.

Принтер выглядит как пластиковая коробка, внутри которой находятся детали, отвечающие за печать. Физически процесс возможен благодаря следующему:

• Красящее средство.
• Печатающая головка.
• Крепежные элементы
• Приводной механизм.

Лазерные устройства имеют фотопроводник. Это алюминиевый цилиндр, чувствительный к свету. В зависимости от освещения он способен изменять электрическое сопротивление. Это основа передачи изображения с помощью лазера. Также имеется передаточная лента, отвечающая за перенос отпечатков с разных барабанов, объединенных в картридже. Механизмы выполняют эти действия и печатают текст на бумаге. Чернила внутри картриджа используются как расходный материал.

Как работает принтер

С помощью светочувствительных элементов принтер переносит текст на бумагу. Обычно это касается моделей на базе лазера или светодиода. Разные типы принтеров по-разному подходят к изменению нагрузки на фотоэлемент. В первом случае используется лазер, состоящий из линз и зеркал, а во втором — светодиодные лампы. Цифровой рисунок или текст переносится на фотокондуктор и невидим невооруженным глазом. В местах смены заряда «прилипает» порошок, который затем переносится на лист и «запекается» в печи принтера.

В струйном устройстве чернила подаются через сопла печатающей головки. ПГ устанавливается непосредственно на сам картридж или отдельно, в зависимости от модели. Внутри также находится чернильница — картридж. Можно использовать независимые банки СНПЧ. Чернила попадают на бумагу через сопла.

Количество последних зависит от производителя принтера. Лист разбит на большое количество точек, точные данные зависят от поддерживаемого техникой разрешения. Затем в каждую точку вводится чернила нужного цвета и количества. Таким образом, формируется целостный образ.

Сублимационная модель работает следующим образом:

• Головка нагревает и разглаживает пластиковую поверхность.
• При этом краска распыляется (в газообразном виде). Оптимальная длина выбирается так, чтобы изображение не выцветало.
• Выбранный цвет используется. Он может меняться (смешиваться с другими).
• Краска наносится линиями, как в струйной технике.
• В завершение наносится защитный слой.

Модели, наносящие изображение с помощью игл, сейчас устарели, но все еще широко используются в некоторых отраслях. Это стандартный матричный принтер, работающий за счет электромагнитов. В них начальник отвечает за печать. Он перемещается с помощью каретки, таким образом контролируя работу игл. Иглы ударяются о поверхность бумаги, оставляя чернила на месте.

Как работает струйный принтер

Сначала датчик подачи бумаги подает бумагу в принтер. Ролик вытягивает бумагу и проталкивает ее в принтер. Картриджи и трубки составляют систему распределения чернил. Но сердцем струйного принтера является печатающая головка. Он состоит из сопел, которые распыляют чернила.

Приводной ремень соединяет головку с шаговым двигателем. Так работает принтер, с помощью таких деталей он расшифровывает информацию, отправляемую компьютером. Его задача – координировать работу печатающей головки, бумаги и чернил.

Чернила представляют собой специальную смесь воды и химических красителей, которые предотвращают их высыхание. Картриджи обычно имеют не более трех цветов: голубой, желтый и пурпурный. В сочетании эти цвета могут давать огромное количество цветов. Всего с 4,5 миллилитрами чернил цветной картридж может произвести около 900 миллионов капель.

Основную роль играют 4 небольших мотора. Один двигатель приводит в действие датчик бумаги, другой приводит в движение ролик, который проталкивает бумагу в принтер, третий заставляет печатающую головку двигаться вперед и назад по бумаге, последний отвечает за выталкивание чернил наружу.

Печатающая головка изготовлена ​​из силикона, который легко принимает любую форму и состоит из большого количества сопел (в среднем 3000). Некоторые принтеры могут очищать печатающую головку самостоятельно, поскольку каждое сопло предназначено для определенного цвета. Эти форсунки аналогичны котлам .

Из них жидкость выбрасывается под действием тока и начинает деформироваться, тем самым выталкивая жидкость вперед. Благодаря этой системе можно варьировать размер капель, которые будут выходить из отверстия. Скорость пьезоэлектрической печати на порядок выше, чем у термопечати.

С термоэлементом все иначе, который при нагревании образует вокруг себя пузырьки, которые вытесняют жидкость. В это время образуются пузырьки газа с чернилами, которые создают сильное давление в чернильной камере, после чего капли вытекают из отверстий. После этого давление уходит и поступает следующее количество краски .

Поскольку рабочая температура очень высока, чернила должны быть на водной основе, чтобы они не воспламенялись. Все это происходит невероятно быстро. За 1 секунду сопло выбрасывает 24 000 капель, в случае черных чернил этот показатель достигает 35 000. Средняя скорость печати струйных принтеров составляет 10 листов формата А4 в минуту. Помимо скорости важна и точность нанесения этих капель.

Благодаря такому невероятному устройству струйного принтера, начиная с двигателей и заканчивая печатающей головкой, мы можем наслаждаться качественной и быстрой печатью, без лишнего напряжения и без определенных знаний принципа печати, знаний техники и электроники. Думаю, принцип работы струйного принтера ясен.

Как работает лазерный принтер

Принцип работы лазерного принтера заключается в создании предварительного изображения на барабане и последующем переносе его на бумагу. Качественная печать получается за счет расположения точек на фотопроводнике с помощью лазерно-зеркальной системы. Принцип работы лазерного принтера основан на физическом процессе ксерографии.

Чтобы понять, как печатает устройство, необходимо подробно изучить этапы и принцип работы лазерного принтера:

1. Обработка изображения и загрузка барабана заряженными частицами.
2. Следующим шагом будет создание образа.
3. Следующим шагом будет проявка тонером.

Фиксация происходит с помощью высоких температур. Конструкция обеспечивает высокое качество печати и скорость работы. Технологии постоянно развиваются, предлагая новые решения.

Заряд фотобарабана

Для формирования предварительного изображения необходимо создать на поверхности барабана электрический заряд. В зависимости от модели принтера и конструктивных особенностей могут быть положительные и отрицательные частицы.

Существует два способа передачи платежа:

• Коронатор представляет собой вольфрамовую нить, содержащую включения золота или платины. Под действием напряжения создается электрическое поле, которое передается на барабан. При таком методе качество печатного материала со временем ухудшается.
• Вал заряда представляет собой вал с нанесенным резиновым или поролоновым покрытием. При взаимодействии с барабаном передается электричество. При таком способе вырабатывается пониженное напряжение, что позволяет продлить срок службы сложных механизмов.

Экспонирование

Процесс создания предварительного изображения на фотопроводнике называется экспонированием. На поверхности барабана находится полупроводниковое покрытие, которое при воздействии света начинает проводить ток. Освещение исходит от тонкого лазерного луча и сложной системы зеркал.

По заданным параметрам луч формирует изображение, снимая заряд в засвеченных областях. Нанесение изображения или текста происходит своевременно. Результат получается на поверхности отрицательно заряженных частиц. Барабан вращается шаговым двигателем. Очки применяются ко всему кругу.

Проявка

Изображение проявляется с помощью тонера и магнитного валика. Механизм представляет собой металлическую трубку с магнитным сердечником. С помощью вращения тонер подтягивается к шпинделю. Ракель обеспечивает равномерное распределение краски по всей поверхности. Слой формируется путем пропускания тонера через зазор между лезвием и барабаном.

Внимание: Необходимо правильно установить механизм во избежание появления дефектов в распечатываемом документе. Избыток тонера приводит к появлению точек и полос.

Магнитная ось работает циклически. В процессе притягиваются новые частицы, создавая изображение. Излишки порошка высыпаются в специальную емкость.

Перенос

Изображение также переносится на бумагу зарядкой. Подвижные механизмы подают лист из лотка в фотобарабан, рядом с которым находится валик переноса изображения. Частицы тонера переносятся по цепи на подложку для бумаги благодаря статическому электричеству. Избыток краски падает обратно в бункер. С помощью специальных элементов с поверхности листа удаляют пыль и мелкие частицы. Восстановление заряда после полного цикла происходит с помощью коротрона. Затем процесс повторяется до тех пор, пока все изображение не будет перенесено на бумагу.

Закрепление

Следующий этап печати на лазерном принтере – закрепление. Этот этап необходим для того, чтобы изображение осталось на бумаге. Под воздействием высоких температур тонер начинает плавиться, что позволяет прочно закрепить его на поверхности. Когда лист проходит между двумя валками, происходит нагрев.

Ссылка. В зависимости от модели печь может нагревать порошок до 200–350 °C.

Тип отопления:

• Термопленка используется в недорогих лазерных принтерах. Он очень чувствителен к механическим воздействиям.
• Тефлоновая конструкция нагревает поверхность лампой. Надежная и долговечная конструкция.

Температура контролируется датчиком. При превышении значений устройство автоматически выключится. Чтобы лист не прилипал к барабану, на выходе имеется разделительный механизм. При соблюдении основных правил эксплуатации эти элементы редко выходят из строя.

Цветная печать

Цветная лазерная печать широко используется для печати изображений высокого качества. Поскольку принтер создает субтрактивную цветовую модель, возможен любой оттенок. Это происходит за счет поглощения и отражения различных световых волн. При вводе черного цвета на выходе получаются насыщенные цвета. Лазерный принтер состоит из большого количества модулей и блоков, позволяющих смешивать цвета и переносить изображение на лист. Модели отличаются техническими характеристиками и принципом работы.

Преимущества и недостатки разных типов принтеров

У каждого типа есть плюсы и минусы:

• Матрица. Чернила не растекаются и не тускнеют, но принтер сильно шумит и печатает медленно.
• Струйный. Качественные модели, но чернила могут тускнеть и исчезать под воздействием воды. А еще пользоваться прибором нужно регулярно, если краски застаиваются, они быстро сохнут. И еще приходится постоянно покупать расходные материалы. Краска стирается очень быстро.
• Быть. Лучший из перечисленных. Краска не тускнеет, изображение очень качественное. Печатайте быстро и тихо. Но аппарат стоит дороже других (вопрос цены спорный, т.к в случае со струйным, за краску вы заплатите больше). Проблемы могут возникнуть при печати цветных изображений. Используется для дома и офиса.
• Многофункциональный. Подходит, если вы часто используете функции принтера, копира, факса и сканера. Недостатки: занимает много места, дорого. А вот для офиса покупка МФУ считается дешевой.
• Сублимация. Нет смысла сравнивать с предыдущими. Они необходимы для печати на бумаге и сублимации для пластика и других материалов.

Как выбрать принтер (основные критерии)

Есть 3 основных критерия выбора:

• Качество печати. Неоднозначная характеристика, поскольку определяется по принципу «удовлетворен или не удовлетворен». Но есть и объективный критерий: разрешение, отвечающее за четкость. Чем выше значение, тем четче изображение. Но имейте в виду, что современные принтеры хороши в плане качества печати.
• Цена. Здесь у нас есть 2 фактора: цена принтера и чернил. Для дома выбирайте недорогой принтер. Для офиса — дорогая модель с недорогой краской. Обычно закономерность такая: чем выше цена принтера, тем дешевле чернила. На стоимость влияют и другие критерии: беспроводная работа, объем памяти, двусторонняя печать и т.д.
• Габаритные размеры. Разумеется, МФУ займет половину места на столе. Другие принтеры имеют ширину около 40-50 см и длину 30-40 см.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и вкратце перескажем историю 3D-печати.

Предшественник 3D-печати. В начале 1980-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с использованием фотополимера, жидкого вещества на акриловой основе. Технология печати была аналогична современной: принтер печатал объект по образцу, слой за слоем.

Первая 3D-печать. Чарльз Халл продемонстрировал создание физических объектов с использованием цифровых данных. В 1984 году, когда компьютеры мало чем отличались от калькуляторов, и за десять лет до выпуска Windows-95, он изобрел стереолитографию, предшественницу 3D-печати. Технология работала так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал затвердевал и превращался в пластмассовое изделие. Форму печатали на цифровых объектах, и это стало бумом среди разработчиков: теперь можно было создавать прототипы с меньшими затратами.

Первый 3D-принтер

Первый производитель 3D-принтеров. Два года спустя Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл полиграфическую компанию 3D Systems. Она выпустила первую машину для промышленной 3D-печати и продолжает лидировать на рынке. Правда, назывался принтер иначе — аппарат для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новых технологий. В конце 1980-х компания 3D Systems запустила массовое производство стереолитографических принтеров. Но к этому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование осаждением. В первом случае лазер обрабатывал порошок, а не жидкость. И большинство современных 3D-принтеров работают по методу слияния. В обиход вошел термин «3D-печать», появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале 2000-х рынок разделился на два направления: сложные и дорогие системы и те, которые доступны каждому для печати дома. Технологию начали использовать в конкретных областях: впервые на 3D-принтере был напечатан мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать образца почечного теста

В 2005 году появился первый качественный цветной 3D-принтер, который создавал наборы деталей для себя и своих «коллег».

Для чего нужен 3D-принтер

3D-принтеры печатают трехмерные объекты из пластика или других материалов. Их можно использовать дома или на производстве. Например, вот что можно напечатать на 3D-принтере:

Батарейный ящик.
Навесной светодиодный светильник.
Светильник в стиле Майнкрафт.
Модель старинного замка.

Как устроен 3D-принтер

По сути, 3D-принтеры состоят из тех же деталей и имеют аналогичную конструкцию, что и обычные принтеры. Основное отличие очевидно: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и помимо ширины и высоты появляется глубина.

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

• экструдер, или печатающая головка, нагревает поверхность, отмеряет точное количество материала с помощью системы захвата и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей;
• рабочий стол (его еще называют рабочей площадкой или печатной поверхностью): на нем принтер формирует детали и выпускает продукцию;
• линейные и шаговые двигатели – приводят детали в движение, отвечают за точность и скорость печати;
• зажимы: датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные части. Они необходимы для того, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола и для более точной печати;
• рамка — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D принтера

Всем этим управляет компьютер.

Как создают изделия

Процесс аддитивной 3D-печати отвечает за создание трехмерного изделия, это когда при изготовлении объекта слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, до получения копии формы в приобрел рисунок. Так печатают пластик. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Помимо пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлической глиной и металлическим порошком.

Печать состоит из непрерывных циклов, повторяющихся друг за другом: на один слой материала наносится очередной слой материала, и печатающая головка перемещается до тех пор, пока готовый объект не окажется на рабочей поверхности. Принтер сам удаляет отходы печати с рабочего стола.

Основный принцип работы

• объект моделируется на компьютере в специальной программе САПР;
• готовый объект, сохраненный в специальном формате, вырезается с помощью программы для резки, которая идет в комплекте с устройством, при этом толщина каждого слоя определяется возможностями 3D-принтера и выбранными настройками;
• каждый слой транслируется в двоичный командный код, который получает устройство, и по которому, согласно координатам, наносится слой материала;
• слой за слоем формируется объект.

Технологии трёхмерной печати

Существует достаточно большое количество технологий, используемых в 3D-печати. От технологии и технологии зависит материал, используемый для печати. В настоящее время для этого можно использовать: пластиковые нити, фотополимерные смолы, сплавы металлических порошков; порошка в составе гипса, воска, а также различных кулинарных и строительных смесей.

Наиболее известные технологии 3D-печати:

• ФДМ;
• СЛС и СЛМ;
• ламинирование;
• фотополимерная печать;
• гипсовый слепок;
• строительный оттиск бетонной смесью и др.

Послойное наплавление

Самая простая и популярная технология печати — FDM или технология наплавления.

Он предполагает подвод пластиковой нити к специальному нагревательному элементу.

С помощью экструдера расплавленный пластик наносится на заданную область печати. Экструдер закреплен на печатающей головке, которая перемещается по рабочей области печати в горизонтальной плоскости. После того, как слой будет напечатан, рабочая платформа уменьшит количество слоев, и работа возобновится.

Этот вид печати является наиболее доступным. И устройства на его основе самые дешевые. Именно поэтому данные 3D-принтеры наиболее популярны для домашних и домашних целей, то есть личного использования.

Слой за слоем: как работает 3D-принтер

Самый доступный и потому самый распространенный метод 3D-печати, при котором готовый объект создается из жидкого пластика или композитных материалов, пропущенных через печатающую головку экструдера и послойно отверждаемых лазером. Готовый слой перемещается вниз и печатается новый, и так до тех пор, пока весь элемент не будет готов. Принтеры FDM — один из самых простых способов 3D-печати, и вы даже можете собрать их самостоятельно. Ну или купить готовые решения, которых на рынке много.

Стереолитография (SL или SLA)

По принципу работы этот вид 3D-печати похож на предыдущий, только исходным материалом в нем выступает жидкая смола (акриловая, эпоксидная, виниловая) или пластик. Лазерный луч «запекает» слоистый исходный материал, формируя готовый объект. Затем его промывают, чтобы удалить остатки смолы или пластика, и подвергают окончательному отверждению УФ-светом. Стереолитография позволяет печатать детали с высокой детализацией, и после завершения всех процедур готовая деталь получается прочной и химически стойкой, но обратной стороной медали является очень высокая стоимость таких 3D-принтеров.

Cелективное лазерное спекание (SLS)

Другой метод послойной печати объектов, при котором лазер спекает порошок (металлический, пластиковый или керамический) слой за слоем, формируя готовый объект. Существует технология плавки (SLM), которая отличается более мощными лазерами и возможностью работать с порошком чистого металла без добавок — так формируются монолитные элементы, лишенные пористости, характерной для обычного спекания.

Как правило, толщина проволоки и самих слоев составляет доли миллиметра: типичный диаметр сопла колеблется от 0,3 до 0,8 мм, а толщина слоя составляет от 50 до 300 мкм. Для сравнения, толщина человеческого волоса колеблется от 80 до 100 микрон. Очевидно, что печать тонкой нитью занимает совсем немного времени. На самом деле типовой производственный цикл легко измеряется часами и даже более сутками: все зависит от диаметра выбранной насадки, толщины отдельных слоев и габаритов самого изделия. Чем толще нить и слои, тем меньше времени потребуется на печать, но качество поверхностей будет ниже.

Расходные материалы

Одним из самых привлекательных факторов FDM-печати по-прежнему остается широкий выбор относительно недорогих расходных материалов. Двумя наиболее популярными пластиками являются ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) и PLA (полилактид).

Абсолютно всем нам знаком первый вариант – это наиболее широко используемый промышленный пластик, из которого делают любимую кофемолку, шариковую ручку, защитный чехол для смартфона и многие другие предметы обихода.

Второй вариант — это устойчивая альтернатива, представляющая собой органический и биоразлагаемый полимер, изготовленный из кукурузы или сахарного тростника.

Хоть PLA и не такой прочный, его можно смело выбрасывать, так как под воздействием окружающей среды через несколько месяцев полилактид превратится в безвредный компост.

Типы 3D-принтеров и особенности печати каждого

В настоящее время чаще всего используется технология печати FDM, а также SLA-печать. Что стоит за этими непонятными аббревиатурами и какие еще разработки существуют в этой области?

Виды по технологии печати

Существуют десятки технологий 3D-печати:

• ФДМ. Работа основана на затвердевании материала при охлаждении. Дозирующая головка наносит нагретый материал слоями на подложку. Слои прилипают друг к другу и быстро остывают. Поддержка многоцветной печати. К FDM-принтерам относятся блоки типа makerbot, кулинарные (для работы с шоколадом, глазурью) и медицинские блоки (печать гелями с жидкими ячейками), принтеры Stratasys.
• Полыхет. Появившаяся в 2005 году методика создания космических объектов путем полимеризации фотополимера под воздействием лазерного излучения. Фотополимер в основном используется в медицине: он легкий и хрупкий, а технология печати обеспечивает максимальную детализацию прототипа.
• МЖМ. Многоструйная модельная подача материала через десятки микроскопических сопел. Из-за хрупкости готовых моделей и дороговизны расходных материалов технология применяется редко, разве что для создания силиконовых форм для литья.
• Объектив. Выдавленный из матрицы расходный материал облучается лазером и сразу же спекается. Создавайте предметы из металлического порошка (частиц титана, стали). Порошки можно смешивать, создавая сплавы уже во время печати изделия.
• Лом Ламинирование – это формирование композиции из ламинированных листов. Необходимые детали вырезаются лазером, накладываются внахлест и приклеиваются (напрессовываются) на будущую модель. В качестве расходных материалов используются бумага, фольга, которая спекается под воздействием ультрафиолета, пластик. Преимуществом метода является дешевизна расходных материалов (бумаги).
• Соглашение об уровне обслуживания. Стереолитография или фотополимеризация: прототип выращивается на сетке, помещенной в ванну с жидкостью. Сначала он покрыт слоем вещества толщиной до 0,13 мм (разрешение). Лазер выше обрабатывает те части полимера, которые должны затвердеть. Платформа опускается на 0,05-0,13 мм в зависимости от разрешения, и процесс повторяется. Деталь нуждается в дальнейшей обработке – шлифовке, иногда обработке в ультрафиолетовой печи. Он не позволяет печатать двумя материалами или цветами.
• ЖК. Ультрафиолетовая светодиодная матрица освещает фотополимерный материал через жидкокристаллический дисплей. Последний контролирует степень поляризации света по всей своей площади, формируя матрицу будущего слоя изделия.
• DLP. Разновидность SLA-печати, где в качестве источников используются жидкие фотополимерные смолы. Для полимеризации (отверждения) полимера используется обычный видимый свет. Модель может формироваться как на восходящей, так и на нисходящей платформе.
• СЛС. Он относится к методам создания прототипов на основе однородного слоя порошка, который спекается с помощью лазерного луча. Технология позволяет работать с керамикой, металлическими порошками, стеклом, пластиком, получать мелкие и сложные детали. Неслеживающийся порошок сводит к минимуму количество расходных материалов.
• ЭЛП: электронно-лучевая плавка металлического порошка в вакуумной камере. Для формирования модели используется металлическая глина: металлический порошок, органический клей и вода. За счет нагревания смеси вода с клеем испаряется, а частицы стружки сливаются.
• 3дп. 3D струйная печать. Он заключается в чередовании слоев порошка и клея. В результате получается модель из гипсового материала. Поддержка многоцветной печати, в качестве порошка используются резина, пластик, дерево и сахар.
• Цветов. Цветовые методы включают следующие методы: FDM, 3DP, EBF, LOM, MJM. Для формирования цветных прототипов необходимы машины с несколькими экструдерами. Второй метод, сублимационный, нагревает краситель в нужных местах до тех пор, пока он не испарится.

Метод FDM-печати

Технология FDM (Fused Deposition Modeling) представляет собой технологию послойного осаждения нити. На сегодняшний день этот метод 3D-печати считается самым распространенным и в то же время одним из самых старых методов. Принцип заключается в плавлении послойно пластиковой нити по контуру модели.

Для печати используются термопласты, которые поставляются в виде рулонов или стержней. Большую часть времени печатаются пластики PLA и ABS, включая нейлон, полиамид, поликарбонат, ПЭТ (также известный как полиэтилентерефталат, который используется для создания пластиковых бутылок) и некоторые другие материалы.

Принцип работы следующий:

• нить материала помещается в экструдер, где расплавляется под действием нагревательного элемента, а затем выдавливается через сопло на рабочую поверхность;
• экструдер движется по заданному программой пути и слой за слоем строит объект;
• если нужно напечатать сложный объект, можно использовать два вида материала: один для модели, второй для создания поддержек (обычно растворимый или просто очень легко отрывается от объекта). Опоры необходимо печатать, если объект имеет подвешенные в воздухе элементы, которые невозможно создать без опорных элементов; принтеру просто не на чем будет печатать. Все наглядно показано на следующих рисунках;
• после формирования первого слоя платформа опускается на толщину одного слоя, и экструдер выдавливает новую порцию материала, процесс многократно повторяется;
• по окончании печати осталось отделить вспомогательные элементы.

Модель
Модель и опорные элементы

Технология FDM позволяет использовать термопласты промышленного класса, поэтому печатные объекты обладают отличной механической, химической и термостойкостью. Технология проста, чиста и подходит для домашнего или офисного использования.

3D-ручки работают так же. На самом деле это миниатюрные принтеры. Такие ручки предназначены для рисования объемных рисунков. Пользователь может выдавливать пластик, который мгновенно затвердевает, придавая ему любую форму и получая забавные изделия. Устройство больше предназначено для баловства, но идея интересная, и дизайнеры смогут сделать много интересных предметов для украшения дома.

Метод SLA-печати, или стереолитография

Технология SLA (лазерная стереолитография) предполагает использование для печати жидких фотополимерных смол, которые имеют свойство затвердевать под воздействием лазера или подобного источника энергии. Метод позволяет получать объекты с очень точной геометрией, так как толщина слоя может достигать рекордных 15 микрон, поэтому он уже широко применяется в стоматологии при изготовлении имплантов и в ювелирном деле для создания изделий с обилием деталей комплекс.

Принцип работы 3D-принтеров, использующих метод лазерной стереолитографии, можно кратко описать следующим образом:

• рабочая площадка погружается в ванну с жидким фотополимером на толщину одного слоя (15-150 мкм);
• лазерное воздействие на стены будущего объекта. Лазерный луч буквально прослеживает на фотополимере форму объекта, которая, в свою очередь, задается программным обеспечением. Лазерное облучение вызывает полимеризацию материала в местах контакта с лучом и его отверждение;
• платформа далее погружается в ванну с жидким фотополимером и глубина погружения соответствует размеру слоя. Лазер повторно воздействует на участки материала, которые должны быть частью печатного объекта;
• процесс повторяется слой за слоем, пока имитируемый объект не будет напечатан;
• технология также требует печати опорных элементов. Они изготовлены из того же фотополимера;
• после завершения печати объект погружается в ванну со специальными растворами для удаления излишков и очистки модели;
• финал — ультрафиолетовое облучение для окончательного отверждения фотополимера.

Технология прогрессивная, но требует покупки дорогостоящих расходных материалов.

Другие типы печати

Менее распространенными, но не менее интересными и перспективными являются следующие методы 3D-печати:

• SLS — это технология селективного лазерного спекания. Он заключается в подаче на рабочую поверхность тонкого слоя легкоплавкого порошкового материала (пластика, керамики, стекла или металла), который спекается под точечным действием лазерного луча. После формирования первого слоя рабочая платформа опускается и создается следующий слой. Технология не требует создания несущих конструкций, но очень дорога, требует дополнительной термической обработки и не подходит для домашнего использования;
• EBM: технология синтеза электронного луча. Чем-то похож на предыдущий способ, но здесь слои объекта формируются путем расплавления металлического порошка в вакууме электронным лучом. После печати не требуется термическая обработка;
• SLM — технология селективного лазерного плавления, напоминает технологию SLS, но здесь используются только металлические порошки, а лазеры более мощные, термообработка после печати не требуется;
• LOM — это технология ламинирования. Под действием давления или нагрева тонкие пленки рабочего материала (полимерная пленка, ламинированная бумага) склеиваются и лазером или режущими элементами вырезаются необходимые контуры объекта. Также есть возможность вырезать детали внутри объекта, хотя это не всегда просто сделать. Технология позволяет отказаться от печати опорных конструкций;
• 3DP, или 3D-печать, — технология, похожая на SLS, но здесь не используется сплавление: объект формируется из порошкообразного материала путем нанесения клея с помощью струйной печати. Поскольку в клей можно добавлять красители, это открывает возможность цветной 3D-печати.

По типу применяемых расходников

В качестве расходных материалов используются различные материалы.

Пудра	Печатающая головка наносит на подложку в нужных местах слой клея, валик — слой порошка (металлического порошка), спеченного с веществом.
И это	Предыдущий вариант, где вместо металлического порошка используется штукатурка, шпаклевка, цемент, обязательно со связующим составом.
Полимеры	Жидкие фотополимеры затвердевают под действием электромагнитного излучения (метод SLA). Расплавленные пластиковые нити (PLA, PVA, ABS) наносятся слоями на подложку и быстро затвердевают.
Воск	Доступный, легко плавящийся материал для высококачественных деталей, с которыми легко работать.

По конструкции

Существуют различные конструкции 3D-принтеров.

• Респ. Самовоспроизводящаяся машина, способная печатать детали, необходимые для производства собственных копий. При минимальных затратах создаются 3D-принтеры для массового использования. Они поставляются в виде набора металлических компонентов без пластиковых элементов (их можно печатать), а иногда и электронных. Собирается долго, дешево.
• Набор «сделай сам». Устройства поставляются в виде конструктора с инструкцией по сборке. Сборка принтера займет несколько часов или дней работы. Также многие подключения «защищены» от некорректных подключений. В качестве расходных материалов используются пластмассы и другие полимеры с низкой температурой плавления. Достоинства: полный комплект, после сборки вы сможете решить часть проблем самостоятельно. Стоит дешевле собранной модели.
• Готовый. Готовые модели с высоким разрешением и закрытой рабочей камерой. Работает с нейлоном и пластиком. Они будут стоить около 1000 долларов или больше.
• Коммерческий и промышленный. Промышленные устройства способны печатать металлом, гелями с живыми клетками, полимерами с разными свойствами: повышенной механической прочностью, водорастворимостью. Они используются в производстве, аэрокосмической, ювелирной, кулинарии, литье в формы.

Фотополимерная печать

Фотополимерная печать осуществляется несколько иначе. Материал также наносится слоями, но изначально он находится в жидком состоянии в специальной ванне. Слой за слоем на материал воздействует лазерный или ультрафиолетовый луч, и платформа поднимается. То есть объект, так сказать, выращен. Под действием радиации материал полимеризуется и твердеет.

Поскольку данная технология позволяет получать изделия с высочайшей точностью, в том числе тонкостенные, она является более перспективной и имеет больше возможностей. Используется в сложных отраслях промышленности и компаниях.

Такие устройства востребованы и в медицинской сфере, открывая широчайшие возможности для изготовления высокоточных хирургических шаблонов и даже протезов.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу — он создается на компьютере в специальной программе, а затем сохраняется в формате STL. Этот файл отправляется в программу резки принтера; помогает моделировать физические свойства продукта, такие как плотность. Затем программа преобразует модель в инструкции для экструдера и загружает ее в принтер, который начинает печатать продукт.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

1. Выберите 3D-модель. Начертить изделие можно самостоятельно в специальном редакторе САПР, либо найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
2. Подготовьте 3D-модель к печати. Делается это методом нарезки (слайс — часть). Например, чтобы распечатать игрушку, ее модель необходимо «разбить» на слои с помощью программ для резки и перенести на принтер. В двух словах, резак показывает принтеру, как печатать объект: по какому контуру двигать печатающую головку, с какой скоростью, какую толщину слоев делать.
3. Перенесите модель на принтер. Из резака 3D-чертеж сохраняется в файл с именем G-code. Компьютер загружает файл на принтер, и начинается 3D-печать.
4. Посмотрите на печать.

Можно ли применять напечатанные изделия

Это зависит от качества носителя, принтера и конечного продукта. Домашние принтеры часто неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нуждаются в дополнительной обработке: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами, а почти всегда с ребристой поверхностью.

Продукт после и до обработки

Существует несколько способов обработки поверхности; не все подходят для домашнего использования:

• механическая обработка: ручная шлифовка, заусенец;
• химические: погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение специального раствора кистью.

Что можно напечатать на 3D-принтере

В Интернете полно сборников с инструкциями для 3D-печати изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких деталей до скульптур. Три года назад на Хабре был опубликован список «50 крутых вещей, которые можно напечатать на 3D-принтере». Make3D писал о более крупных проектах, таких как печать автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных направлений, где уже применяется 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету кастомизируемых вещей: любой желающий может собрать и распечатать желаемое изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать ее печать на промышленном принтере, создать и распечатать собственный дизайн обручальных колец или обуви. Примерами таких проектов являются Thinker Thing и Jweel.

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используется 3D-печать. На 3D-принтерах изготавливаются тестовые модели протезов, прототипы медицинских корсетов, барельефы, олимпийская экипировка.

Прототипы детских протезов, 3D печать. Источник: 3D-Пульс

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справится с изготовлением моделей любой формы. Некоторые примеры:

— австралийский университет изучил возможности 3D-принтера и напечатал табуретку в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании выиграл конкурс высокой кухни: напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда замысловатой формы из моллюсков и пюре из свеклы;

Одно из любимых блюд шеф-повара. Источник: 3D-Пульс

— немецкий институт разработал систему ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой 30 см. Типографиям обычно требуется час, чтобы напечатать карманные фигурки.

Технологии 3D-печати

Кратко об основных методах 3D-печати.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры и формирует каждый слой по трехмерному рисунку. После облучения материал твердеет. Прочность изделия зависит от типа полимера: термопласт, смолы, каучук.

Стереолитография не поддерживает цветную печать. Другие недостатки включают медленную работу, большие размеры стереолитографических установок и невозможность объединить несколько материалов за один прогон.

Эта технология является одной из самых дорогих, но она гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон, что в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии изготавливают зубные протезы и украшения.

Промышленные стереолитографические установки позволяют печатать большие изделия длиной в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, кораблей, оборонной промышленности, медицины и машиностроения.

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другими технологиями являются прямое лазерное спекание и селективное лазерное плавление.

Метод был изобретен Карлом Декартом в конце 1980-х годов: его принтер печатал рисованием слой за слоем (спекание). Мощный лазер нагревает мелкие частицы материала и движется по контурам 3D-чертежа до тех пор, пока изделие не будет готово. Технология используется для изготовления не готовых изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где происходит обжиг материала. SLS использует пластмассы, керамику, металлы, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

На спортсменке кроссовки New Balance, изготовленные методом лазерного спекания. Источник: 3D Сегодня

Технология SLS используется для прототипов и деталей сложной геометрической формы. Для печати дома SLS не подходит из-за большого размера принтера.

Послойная заливка полимера (FDM) или моделирование послойного напыления. Этот метод 3D-печати изобрел американец Скотт Крамп. ФДМ работает так: материал в виде нити подается в экструдер, где нагревается и в виде капель подается на рабочий стол. Экструдер перемещается по рабочей поверхности согласно 3D-модели, материал остывает и затвердевает в продукт.

Преимущества: высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используются разные виды термопластов. FDM — самая дешевая среди технологий 3D-печати, поэтому принтеры популярны для домашнего использования: для изготовления игрушек, сувениров и украшений. Но в основном фьюжн-моделирование используется при прототипировании и промышленном производстве: принтеры быстро печатают небольшие партии изделий. Изделия из огнеупорного пластика производятся для космической отрасли.

3D струйная печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, а вскоре технологию приобрела все та же компания 3D Systems.

Струйная печать работает так: связующее вещество наносится тонким слоем материала по контурам рисунка. Печатающая головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя прилипают. Этот цикл повторяется до тех пор, пока продукт не будет готов. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы укрепить изделие, после печати его можно пропитать воском или обжечь.

Изделия, напечатанные по этой технологии, обычно долговечны, но не очень долговечны. Поэтому с помощью струйной печати изготавливают сувениры, украшения или прототипы. Этот принтер можно использовать дома.

Эти конфеты изготовлены на кондитерском 3D-принтере ChefJet: вместо пластика в нем используется вода, сахар, шоколад и пищевой краситель. Источник: 3Dcream.ru

Еще одна струйная технология используется в биопечати: наносят живые клетки друг на друга слоями и тем самым строят органическую ткань.

Где применяют 3D-печать

Особенно в профессиональных сферах.

Строительство. 3D-принтеры печатают стены из специальной смеси цемента и даже многоэтажные дома. Например, в 2014 году Андрей Руденко напечатал на строительном принтере замок 3×5 метров. Эти 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. Мы уже упоминали о печати органов, а также 3D-принтеры активно используются в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры: с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а четвероногому коту сделали протезы, распечатанные на принтере.

Более подробную информацию о 3D-печати в медицине вы можете найти в статье, опубликованной 3D-Pulse.

Космос. 3D-печать используется для изготовления оборудования для ракет и космических станций. Другие технологии используются в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые будут выращиваться на 3D-принтере. Основатель Amazon Джефф Безос представил прототип лунного модуля с распечатанным двигателем, а космическая компания Relativity Space строит завод для 3D-печати ракет.

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических кораблей, но и для самолетов. Инженеры Лаборатории ВВС США могут напечатать на 3D-принтере компоненты самолета, такие как элемент обшивки фюзеляжа, примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. 3D-принтеры печатают модели домов, кварталов и городов, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используется недорогой гипсовый состав.

Одним из необычных решений является конструкция бетонных баррикад американского дизайнера Джо Дусета. После терактов с грузовиками, врезавшимися в толпу людей, он предложил модель прочного и функционального ограждения в виде конструктора, который можно распечатать на 3D-принтере.

В создании прототипа помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. 3D-печать используется для изготовления наглядных пособий для детских садов, школ и университетов. С 2016 года в некоторых московских школах есть 3D-принтеры: на уроках химии дети рассматривают 3D-модели молекул и проводят реакции в распечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящей подставки, а также печатают свои собственные ручки в художественных классах.

А 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, ювелирных украшений, составлении карт, производстве игрушек и дизайне упаковки.

Критика и проблемы

❌ Медленно и без гарантий: Печать довольно медленная, недостаточно точная. Большой проблемой в любительских принтерах является брак. Например, прямо во время печати может оторваться деталь от подложки, и будет вообще хрен. Или моторы сойдут с калибровки и форсунка начнет промахиваться по нужным местам.

❌ Низкая производительность: Для печати детали размером 10 х 10 см вам нужен принтер размером не менее 50 х 50 см, который будет стоить несколько сотен долларов.

❌ Не самые прочные материалы: 3D-печать до сих пор ограничивалась пластиком и смолой. Есть отдельные технологии печати на основе металлического порошка, но если вам нужна стальная деталь, вам нужен не 3D-принтер, а нормальный токарь и станок. Но не все детали можно сделать на станке.

❌ Не всегда понятно почему. В промышленности для прототипирования используются 3D-принтеры, но в массовом производстве эти технологии не используются. Для домашнего использования тоже непонятно: 3D-принтеры печатают мелкие пластмассовые штучки для хобби-проектов… и на этом все. Случаев, когда обычный человек хочет напечатать что-то применимое в домашних условиях, очень мало.

Как выбрать 3D-принтер?

Рынок полон дешевых потребительских 3D-принтеров с ограниченными возможностями, которые, несомненно, подходят для печати небольших предметов. Эти 3D-принтеры имеют большую погрешность точности и низкую скорость печати. Несмотря на это, есть возможность ознакомиться с технологией 3D-печати и изготовить простые детали.

3D-принтеры начального уровня

Установки этого плана подходят для моделирования, могут печатать методом FDM и в редких случаях совместимы с технологиями SLA и SLS. В упаковке предусмотрена насадка, используются недорогие полимерные материалы. У моделей низкая скорость печати и отсутствуют дополнительные функции.

Преимущества:

• подходит для знакомства с командой,
• простая установка,
• возможность быстрой настройки.

Недостатки:

• открытая камера,
• поддерживает не все виды пластика.

Профессиональные 3D-принтеры

Профессиональные 3D-принтеры отличаются не только высокой скоростью печати, но и большой функциональностью. Агрегаты могут работать с широким спектром расходных материалов. При печати используются тонкие слои, поэтому изделия получаются гладкими.

Преимущества:

• возможность печати крупных объектов,
• различные экструдеры в комплекте
• пластиковые опоры различных производителей.

Минусы:

• дорогая стоимость,
• сложность ремонта.

Интересные варианты бытовых 3D-принтеров

MakerBot Replicator 2

Высококачественный принтер американского производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя 100 мкм (0,1 мм). Площадь печати: 285*153*155 мм, для печати используется пластик PLA и ABS. Максимальная скорость печати составляет 40 мм в секунду или 24 см3/час. Корпус стальной, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Хотя модель была выпущена в 2013 году, она до сих пор активно используется для домашней печати. Стоимость 3100$.

PrintBox3D One

Принтер отечественного производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя 50 мкм, размеры рабочей платформы 185*160*150мм. Устройство печатает пластиками ABS и PLA, оснащено подогреваемой платформой. Цена около 1700 долларов, предназначен для использования в образовании и дизайне.

Wanhao Duplicator i3 v2

Недорогой вариант для тех, кто хочет освоить технику и получить удовольствие. Стоит около 500$, печатает на разных видах пластика с точностью до 100 микрон, площадь печати 200*200*180мм. Качество сборки отличное.

PICASO 3D Designer

Он печатает по технологии FDM, как и все современные домашние 3D-принтеры, для печати использует пластики ABS и PLA, включая нейлон. Точность печати: 50 мкм, размеры рабочей площадки 200*200*210 мм, максимальная скорость: 30 см3/час. Устройство оснащено подогреваемой платформой, стоимость составляет $1700$.

3D принтер Hercules

Хороший аппарат от российской фирмы ИМПРИНТА, печатает разными видами пластика, точность печати 50 микрон. Платформа обогревается, максимальная температура 1200С. Скорость печати — 40 см3/час. Цена 1150$.