3D / Принтеры печатающие объекты

Помните фильм Люка Бессона «5-й элемент»?

В начале фильма, одни нападают на других, после этого выживает лишь одно совершенное существо в виде останков. Они берут там ДНК и воссоздают это существо заново. Сначала печатается скелет, затем органы и мягкие ткани, а потом кожу. Это был первый из фильмов показывающий наглядно перспективность этой технологии.

До этого много раз в книгах проскакивали идеи о том, чтобы можно было воссоздавать из ничего что-то. Или получить из однородной массы или отходов — нужную деталь или еду. И эти мечты фантастов и кинорежиссеров, начинают воплощаться в жизнь уже семимильными шагами.

Отличный обзорный фильм о технологии 3d печати:

Фактически технология 3d-печати будет востребована уже повседневно в жизни. Уже сейчас у многих сайтов появляются предложения сконструировать свой чехол для флешки или интернет модема, у других сделать свой неповторимый дизайн для любимого гаджета, который у них же можно и заказать. И это лишь первые шаги в области массового применения данной технологии.

На передовой открыты вопросы о том, чтобы строить здания, делать еду, печатать простые детали и макеты и в конце концов печать «от» и «до» различных объектов, которые смогут работать без дополнительных сборок. Это касается и медицины, возможность делать импланты, кости, заплаты и протезы идеально подходящие и шаг к тому, чтобы печатать органы для имплантаций идеально совместимых органов из клеток самих пациентов.

Но от фантастики вернемся к реальности и посмотрим, что сейчас нам доступно из технологии будущего.

Существующие технологии печати 3d-принтеров:

• SLA (сокращенно от Stereolithography – стереолитография)
• SLS (Selective Laser Sintering – селективное лазерное спекание)
  • EBM (Electron Beam Melting – электронно-лучевая плавка)
  • SLM (Selective Laser Melting – выборочная лазерная плавка)
• FDM (Fused Deposition Modeling – моделирование методом последовательного наплавления)
  • DLP (Digital Light Processing – технология цифрового проецирования)
• MJM (Multi Jet Modeling – метод многоструйного моделирования)
• LOM (Laminated Object Manufacturing – послойное склеивание пленок)
• 3DP (3D Printing – 3D-печать)

SLA технология 3d-печати стереолитография.

Данный подход представляет из себя работу с жидким полимером, который затвердевает под воздействием ультрафиолетового лазера. В качестве материала тут используется жидкий фотополимер с добавлением в него специального реагента — отвердителя. В результате такого подхода объект делается последовательными слоями. Происходит это следующим образом: имеется подложка, с множеством отверстий для стекания полимера, она погружается в полимер на определенный уровень, сверху проходит бегунок с кистью, валиком или щеткой, для равномерного смачивания полученного слоя, и вновь проходит лазер для формирования следующего слоя объекта, отвердевший слой опускается ниже на фиксированную величину и так далее, пока последний слой не будет завершен. А на последнем этапе, модель вытаскивается из полимера.

Этот метод не дает высокой скорости построения модели, при этом велика точность построения модели, а конечная доводка модели не требуется.

Стоимость SLA принтеров велика от $100 000, цена картриджей от $3 000 и больше, эти принтеры не встретишь у обычных пользователей, а количество цветов не велико, одновременно можно печатать лишь одним цветом. Как первые компьютеры, правда, они не занимают спортзалов и комнат, но эти принтеры велики и вес их может быть от несколько сотен килограмм.

При этом качество печати у принтеров высокое, а размер и вес модели могут быть большими, такими как: 150 х 75 х 55 см и весом до 150 кг.

Модель сделанная в принтере не полностью высушена лазером, а лишь на столько, чтобы предать твердую форму, после завершения модели ей требуется тщательная промывка и последующая просушка для достижения полной полимеризации.

 

SLS технология селективного лазерного спекания.

Этот метод похож на технологию стереолиотографии (SLA), но в отличии от жидкого полимера тут используется порошок для спекания лазером. Наносится слой на подложку, под воздействием лазера происходит спекания первого слоя модели, наносится следующий слой порошка и все повторяется до завершения модели. Как и в предыдущем подходе в данном методе материал остается вокруг модели и служит своеобразной поддержкой слоев при построении модели. При построении модели порошок находится при высокой температуре и в местах соприкосновения с лазером происходит спекание слоя. Материал может быть использован разный, вплоть до дорогостоящих металлопорошков на основе титана, но и их цена будет соответствующий дорогой. И именно это дало ответвления данной технологии на следующие.

EBM или электронно-лучевая плавка.

Вместо лазерного луча используется электронный луч, работать можно только в вакууме и работать с такими материалами, как титан. Эта технология избавляет от использования линз лазера, больше не нужно манипулировать зеркалами, достаточно сформировать пучок электронов и направить его в нужное место. Модель получаемая этим методом имеет лучшее разрешение, чем при обычном спекании или лазерной плавки. Процесс формирования модели происходит быстрее, но и недостаток у этого метода есть — рабочая камера 3d принтера должна быть хорошо защищена, чтобы не пропустить электронные импульсы вне камеры. А это увеличивает толщину стенок и вес самого 3d принтера.

SLM – выборочная лазерная плавка.

Данная технология позволяет работать с чистыми металлами и изготавливать готовые металлические модели. Эта технология избавляет от недостатка модели, которые изготовлены при помощи метода SLS. Металл не спекается, а расплавляется и создается модель из однородного вещества.

 

Модель полученная одним из методов SLS имеет пористую структуру. Огромное достоинство этой технологии в том, что она позволяет делать очень сложные детали, которые в обычном случае можно было сделать лишь сваренными из разных деталей, а там, где есть швы от сварки могут быть и недостатки, особенно в случаях, когда деталь будет использоваться под давлением или должна использоваться в органике (протезирование).

FDM 3d-печать методом моделированного плавления.

Это одна из самых распространенных технологий изготовления разнообразных объемных моделей, своему широкому распространению она обязана дешевизне комплектующих для принтера и простотой в изготовлении 3d принтера, что при небольшой сноровке может получится и у продвинутого пользователя в домашних условиях. Кроме того, материал для 3d принтеров также недорогой.

Принцип работы очень прост. Это печатающая головка, катушки нитей печатающего материала проходят через печатающее сопло, где они расплавляются при воздействии температуры и наносятся на подложку в соответствии с заданной моделью программой. Печатать можно в несколько цветов. Конечную модель нужно подвергать финишной обработке, если этого не делать, то будут заметны слоистая структура сформированной модели.

Материалы из которых изготавливаются нити для этих принтеров: ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полилактит), HIPS (ударопрочный полистирол), Нейлон, PC (поликорбонат) и их многочисленные производные.

DLP – технология цифрового проецирования.

Это технология такая же, как и технология стереолитографии. Получается печатающаяся головка принтера, которая теперь двигается в трех плоскостях. В отличии от нитей, что используется в FDM принтерах, тут используется емкость со смолой, которая послойно высвечивается мощным проектором, под воздействием которого слой смолы плавится и вытягивается, а во время вытягивания слой застывает.

Минус у технологии и в том, что после печати модель остывает, а значит у нее может быть усадка и возможные деформации.

 

MJM метод многоструйного моделирования.

MJM — это технология многоструйного моделирования, когда печатающая головка имеет от нескольких печатающих сопел до сотни. Печать производиться путем плавления материала и выдавливания расплавленного материала через печатающее сопло. Этот способ позволяет добиться печати высокоточных моделей. Материал, который используется в данном способе — это тугоплавкий воск или полимеры, в связи с этим материалы не такие дорогие, как для других способов 3d печати, но и прочность получаемых моделей меньше.

В данном способе используется поддерживающий способ печати, когда при печати сложных конструкций используется печать поддерживающих конструкций, чтобы предотвратить провисание основной модели до ее полного застывания. По окончании печати, поддерживающие конструкции удаляются. Это может быть, как путем растворения или плавки поддерживающих конструкций. И потому, печать их идет при помощи менее устойчивых к температуре материалов, нежели основной конструкции.

LOM послойное склеивание пленок.

Эта технология представляет собой склеивание между собой предварительно подготовленных слоев материала. Этими материалами, могут быть пленки, бумага, сталь, пластик или керамика. Предварительно делается подготовка каждого слоя. На следующем этапе, происходит обработка подготовленных слоев, выпиливание, выщербливание или обрезания каждого слоя в тех местах, где нет нанесенной подготовке. При этом используется соединение подготовленного слоя, в случае если это бумага, то в качестве соединения выступает обычный клей. В результате — это получается доступная по стоимости материала технология, но имеющая большое количество отходов, если печатаемая деталь меньше размера листа. Кроме того, печать модели ограничена слоями и это может быть заметно, то есть финишная доводка будет требоваться, чтобы не было заметно слоистую структуру модели.

 

3DP – 3D Printing или 3D-печать.

Эта технология основана, как и метод спекания на порошковой основе. Берется гипсовый порошок, а специальной печатающей головкой наносится связывающий состав. Затем модель опускается на уровень одного слоя и поверху валиком наносится порошок и так до полной готовки печатаемой модели. После того, как модель закончена, окружающий порошок вновь возвращается в картридж для печати, а то, что осталось на готовой модели обдувается струей воздуха или убирается кисточкой.

Данный метод прост, позволяет получить готовую модель любой сложности, но исходный материал ограничен по выбору. При этом цвет готовой фигуры будет зависеть от красителей в связывающей жидкости.

После того, как модель готова, ее шероховатые и пористые поверхности требуют дополнительной обработки, если нужна гладкая поверхность.

 

Материалы:

• https://youtu.be/nSZwZpvtc9w
• http://make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/
• http://3dprofy.ru/ehlektronno-luchevaya-plavka-ebm/
• http://3dprofy.ru/cifrovaya-svetodiodnaya-proekciya-dlp-v-3d-pe/
• http://3dvision.su/3d-pechat/poliamid-sls/
• http://can-touch.ru/blog/sla/
• https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B…
• http://www.ixbt.com/printer/3d/3d_tech.shtml
• http://jewelry.3dtoday.ru/industry/a-3d-printer-and-metal-present-and-future-three-dimensional-printing-metal.html
• http://mozgochiny.ru/electronics-2/himera-3d-printer-s-vyisokim-kachestvom-pechati-chast1/
• https://www.additively.com/en/learn-about/fused-deposition-modeling
• http://3d.globatek.ru/3d_printing_technologies/mjm/