3D объемная печать материального объекта на основе его трехмерной компьютерной модели – уникальная современная технология, имеющая большие перспективы в будущем. Еще недавно устройства, использующие его, казались фантастикой, но сегодня они стали реальностью, и уже стали доступны даже для домашнего использования. Хотя стоимость 3D-принтеров по-прежнему высока, превосходя цену других вычислительных устройств, они все чаще используются не только для прикладного искусства, но и для различных сфер бизнеса. Постоянное развитие и совершенствование этой технологии уже привело к созданию промышленных агрегатов. Какой из них выбрать?
Что собой представляет 3D-принтер, его назначение
Периферийное компьютерное устройство, которое по цифровой трехмерной модели создает материальный объект путем послойного нанесения быстротвердеющего материала, называется 3D-принтером. Для работы такого устройства необходима трехмерная компьютерная модель, созданная в одном из 3D-редакторов или полученная на 3D-сканере. На сегодняшний день существует несколько вариантов, в зависимости от используемой технологии:
- 3D-принтеры FDM и DIW, использующие метод экструзии, основанный на продавливании расплавленного материала через тонкое отверстие в специальном устройстве, называемом экструдером (в принтерах первого типа на охлаждаемую поверхность платформы слоями наносится нагретый до температуры плавления термопласт), а во втором типе — керамический ил, называемый тушью, в крупных архитектурных моделях можно использовать густой керамический шлам);
Экструзионные 3D-принтеры (FDM) создают макет, пропуская экструдированный расплавленный пластик через экструдер. Печатающая головка перемещается по осям X и Y, а платформа печати перемещается вниз по оси Z
- принтеры типа SLA-DLP, использующие метод фотополимеризации, где используется жидкий фотополимер, а каждый слой затвердевает под воздействием ультрафиолетового лазера;
В 3D-принтерах, построенных по технологии SLA, изделие формируется в ванне, наполненной фотополимерной смолой. Под действием УФ-лазерного излучения, воздействующего на тонкий слой смолы, он затвердевает, и основа опускается на толщину следующего слоя
- принтеры, в которых для создания трехмерного материального объекта используется выровненный слой порошка, склеиваемый слой за слоем различными способами, путем нанесения клея в струйных принтерах (3DP-принтеры) или расплавлением его электронным лучом в вакууме (EBM)) лазерное излучение (SLS или DMLS, в зависимости от типа порошка) и тепловая головка (SHS);
При использовании технологии SLS тонкий слой порошка спекается в нужном месте лазером, а печатная платформа опускается на толщину слоя, и все пространство стола покрывается новой частью порошка
- 3D-принтеры EBF, в которых для получения модели материала используется проволока, плавящаяся под воздействием электронного излучения;
- принтеры, построенные по принципу ламинирования, или послойного нанесения пленки, в каждом слое которой специальным резаком или лазером вырезается контур детали;
3D-принтеры на основе технологии ламинирования используют укладку тонкой пленки с последующей лазерной резкой
- принтеры с точечной подачей порошка, расплавляемого лазерным или электронным излучением;
- аппараты, использующие метод многоструйного моделирования (MJM), когда быстротвердеющий материал наносится методом красочной печати;
- биопринтеры – это инновационные периферийные компьютерные устройства, которые только начинают внедряться, они используют клетки живого организма для формирования внутренних органов, а в будущем смогут создавать полноценный материал для трансплантации (уже есть случаи успешная трансплантация) изготовление и трансплантация челюсти человеку и щитовидной железы лабораторным мышам).
Видео: как работает механизм
Возможности такой уникальной компьютерной периферии практически безграничны. Сегодня он уже используется для следующих целей:
- быстрое создание точных макетов в архитектурном дизайне, конструкции различных механизмов и машин, а также в дизайне интерьера и ландшафта для завершения проекта и представления его заказчику;
Архитектурные макеты, созданные с помощью устройств 3D-печати, используются для презентации проекта клиенту или его завершения
- изготовление всех деталей сложной формы для единичного или мелкосерийного производства, а также запасных частей для ремонта различных устройств;
Одно из направлений использования 3D-печати — производство запчастей для ремонта
- изготовление моделей и форм для литья, в том числе при изготовлении ювелирных изделий;
Пластик печатается на 3D-принтере в форму, в которую отливается украшение, таким образом можно изготавливать изделия самой сложной конфигурации
- возведение зданий и сооружений любой сложности, для чего вместо тросов используются специальные устройства, похожие на башенный кран, имеющие линии подачи жидкого бетона (такое устройство позволяет возвести 1 этаж за 10 часов, что снижает значительное время строительства);
С помощью 3D-принтера уже строят дома, а вместо пластика доставляют бетон
- создание протезов и внутренних органов для трансплантации в медицине;
3D-печать используется для изготовления протезов, и проводятся первые испытания внутренних органов из биочернил ДНК
- изготовление макетов сложных устройств наглядных пособий для образовательных учреждений;
Наглядное пособие для изучения конструкции шасси автомобиля, выполненной с помощью 3D-печати
- создание геоинформационной системы, представляющей собой трехмерную карту местности в цвете, с точным отображением рельефа;
Создание геоинформационных моделей местности — одно из направлений использования 3D-принтеров
- производство предметов быта, различных аксессуаров и предметов интерьера;
С помощью 3D-принтеров можно создавать украшения для интерьера
- разработка макетов упаковки и тары для маркетинговых целей;
С помощью 3D-печати можно создавать макеты упаковки товаров и различной тары
- производство корпусов экспериментальной техники – автомобилей, систем автоматики и различных электронных устройств;
Устройства для трехмерной печати могут быть использованы для изготовления корпусов различных бытовых и электронных устройств
- производство рекламно-сувенирной продукции;
Создавайте сувениры и рекламную продукцию с помощью 3D-печати
- изготовление эксклюзивной одежды и обуви по фигуре и размерам конкретного клиента, достигнутых с помощью 3D сканирования.
3D-принтеры могут создавать эксклюзивные модели обуви
Этот список наглядно показывает перспективы использования 3D-принтеров и их востребованность в различных сферах человеческой деятельности.
Как выбрать: параметры, на которые нужно обращать внимание
Когда вы покупаете сложное устройство, вы должны четко определить для себя цели, для которых вы будете его использовать. Это позволит определить, какие рабочие параметры подходят вам лучше всего. Учитывая, что стоит такая периферия недешево, выбирать ее следует максимально тщательно, с учетом всех рабочих параметров, чтобы потом не жалеть о покупке.
В первую очередь необходимо определиться с типом принтера в соответствии с используемой технологией 3D-печати. Самыми популярными и доступными на сегодняшний день моделями для домашнего использования или малого бизнеса являются:
- FDM-принтеры, в которых в качестве материала используются различные типы полимерных нитей, имеют достаточно хорошее качество печати и самую низкую цену;
Экструдер FDM 3D-принтер
- SLA-устройства на фотополимерах, которые имеют более высокое качество печати и цену, идеально подходят для ювелирного производства;
Принтер, работающий на жидких фотополимерах по технологии SLA
- самые дорогие из периферийных устройств этой группы – это устройства типа SLS, плавящие порошок лазером, покупать их для дома нецелесообразно, и они могут подойти только для компаний, ввиду высокой стоимости (до до 30 тысяч долларов).
К основным критериям выбора относятся следующие:
- Тип носителя, используемый для печати. Выбирая 3D-принтер, помните, что расходные материалы для FMD-устройств обойдутся дешевле, чем для SLA-принтеров. Для тех, кто решил купить FDM-принтер, есть большой выбор пластика разных цветов и видов (PLA, ABS, HIPS, PVA и другие), но для новичков идеально подойдет пластиковая нить PLA, так как этот материал легче использования, а изделия из него получаются идеально гладкими и однородными. Тем, кто выбирает SLA 3D-принтер, приходится приобретать более дорогой материал в виде фотополимерных смол. Для непрофессиональных моделей принтеров лучше всего покупать фотополимер серий Вера, Сомос или Танга, которые отличаются прозрачностью, высокой прочностью, термостойкостью и стабильностью пластичности.
Нить ABS для 3D-печати по технологии FDM
- Точность печати. Для принтеров SLA она выше. Точность воспроизведения модели в экструзионных установках во многом зависит от толщины слоя, который укладывает принтер при печати. Это означает, что чем тоньше отверстие сопла экструдера, тем выше четкость воспроизведения цифровой модели в материальном объекте. Сегодня выпускаются модели принтеров с разным диаметром отверстия сопла от 0,1 до 0,4 мм. При этом вы должны понимать, что чем меньше отверстие сопла экструдера, тем больше времени потребуется на изготовление модели. Здесь каждый должен выбрать для себя, что ему важнее — точность отображения 3D-модели или скорость печати.
На верхнем изображении показана деталь, изготовленная на 3D-принтере с точностью 0,1 мм, а на нижнем — 0,025. При большей точности печати изделие получается более гладким, без видимых слоев пластика
- Область печати, которая определяет максимальный размер объекта, который может быть распечатан этим принтером. Можно, конечно, делать и более крупные объекты, но только частями, склеивая их между собой специальным клеем. Для этого с помощью программы 123D Make цифровая модель разбивается на отдельные части. Но если вы не хотите заниматься склейкой, при выборе принтера сравните желаемые размеры изготавливаемых макетов с площадью печати конкретной модели.
Максимальное пространство, которое макет может занять на 3D-принтере, — это его область печати
- Особенности дизайна. Здесь имеет значение, открытая она или закрытая, и из каких материалов изготовлены корпус и опорные элементы. Эти факторы в большей степени влияют на жесткость всей конструкции, определяющую скорость движения печатающей головки, а также на способность несущих частей устройства гасить колебания и колебания от нескольких электродвигателей, отвечающих за перемещение печатающей головки по всем трем направлениям осей (X, Y и Z) и стол по оси Z. Корпус выполнен из дерева, хоть и покажется некоторым слишком бюджетным вариантом, но отлично поглощает вибрации. Опорные конструкции из алюминия или стали будут прочнее и долговечнее. SLA-принтеры лучше покупать с хорошо вентилируемой рабочей камерой, что будет способствовать более быстрому отверждению фотополимера. А для устройств типа FDM, особенно при работе с АБС-пластиком или нейлоном, имеющим высокую степень усадки при быстром охлаждении, лучше покупать 3D-принтер с закрытым корпусом и облицовкой рабочей зоны.
Принтеры с закрытой конструкцией (на фото справа) более жесткие и могут достигать более высоких скоростей печати
- Наличие сопутствующего ПО. 3D-принтеры — это высокотехнологичные вычислительные устройства, для работы которых требуется специальное программное обеспечение. Прежде всего, 3D-принтер должен распознавать и читать все 3D-редакторы и различные входные форматы. К последним относятся языки STL и X3D, а также стандарт VRML. Существует множество утилит, позволяющих выполнять широкий спектр действий по подготовке к печати и созданию модели материала. Это, например, программы-слайсеры, позволяющие разрезать объект на части для его печати по частям (Kissslicer или Cura) или программа 123D Catch, предназначенная для работы с облачным сервисом, и позволяющая получить трехмерный цифровая модель объекта по фотографиям, сделанным с разных ракурсов. Наличие утилит, предоставляемых производителем принтера, значительно упрощает работу с такими технически сложными устройствами. И этот факт тоже следует учитывать при их выборе.
Наиболее подходящие 3D-принтеры для малого бизнеса
Объемная печать на 3D-принтерах сегодня является наиболее перспективным направлением для малого бизнеса. С помощью этих вычислительных устройств, не требующих слишком больших финансовых вложений, как для промышленных принтеров, можно наладить мелкосерийное производство различных товаров.
Из широкого ассортимента принтеров, представленных на рынке, для этих целей больше всего подходят модели, отвечающие следующим критериям:
- качество печати должно быть достаточно высоким для создания уникальных и реалистичных моделей, интересных для продажи, что сразу исключает из выбора относительно дешевые принтеры до $1000;
- желательно, чтобы принтер был адаптирован для цветной печати (принтеры FDM, DIW, 3DP или EBF), что позволит сэкономить время на окраску товара при мелкосерийном производстве;
- устройство должно поддерживать как минимум два основных вида пластика (PLA и ABS), что расширит возможности использования и позволит производить товары для детей (PLA-пластик предназначен именно для детских товаров);
- цена расходных материалов, используемых 3D-принтером, должна обеспечивать приемлемую стоимость готовой продукции, достаточную для нормального уровня рентабельности бизнеса;
- размер рабочей камеры должен соответствовать габаритам моделей, поставляемых в производство, при этом следует учитывать, что принтеры с большей площадью печати будут стоить дороже.
В любом случае выбор принтера будет зависеть от типа бизнеса, которым вы собираетесь заниматься. Для изготовления мелких поделок подходят устройства экструзионного типа, а для изготовления украшений или протезов – более дорогие фотополимерные принтеры. Среди наиболее подходящих для малого бизнеса можно выделить следующие модели:
- Flashforge Creator Dual, с объемом рабочей камеры 5,2 литра и двумя экструдерами, принтер поддерживает три вида пластика — ABS, PLA, PVA и имеет точность печати 0,1 мм;
Идеальный принтер Flashforge Creator DUAL для малого бизнеса с двумя экструдерами и поддержкой трех типов пластика
- 3Dison pro AER от корейской компании Rokit, рабочим объемом 15,3 л, способным работать с 50 материалами, с высокой скоростью печати (до 1000 мм/с) и толщиной слоя 0,025 мм;
Модель принтера 3DISON AER рассчитана на работу с 50 видами материалов, имеет высокую скорость печати и точность 0,025 мм
- стереолитографические 3D-принтеры типа SLA модели
Модель принтера Asiga Pico 2 работает на жидких фотополимерах. Это идеальный выбор для ювелиров и стоматологов
Pico 2 от Asiga, идеальный выбор для тех, кто решил заняться ювелирным делом или лечением зубов, питается от твердотельного светодиодного источника УФ-излучения.
Какое устройство выбрать для дома
Учитывая по-прежнему высокую стоимость оборудования для 3D-печати для компьютеров, вряд ли стоит покупать дорогой и навороченный 3D-принтер стоимостью от 5000 до 10 000 долларов и более для домашнего использования. Подойдет устройство стоимостью от 500 до 3000 долларов. Все зависит от аккуратности покупателя в отношении качества печати и его финансовых возможностей.
Лучше всего, если 3D-принтер для дома имеет простое и понятное управление, удобный интерфейс и идеальное соотношение цены и качества. Все востребованные сегодня принтеры для домашнего использования можно разделить на следующие группы по ценовым категориям:
- бюджетные модели, самые доступные устройства такого типа по цене от 300 до 1 тысячи долларов;
- принтеры среднего класса (1-1,5 тысячи долларов);
- достаточно высококлассный аппарат по разумной цене от 1,5 до 3 тысяч долларов.
Среди наиболее популярных принтеров для 3D-печати можно отметить следующие модели:
- Printrbot Simple, стоимостью 300 долларов, который относится к экструзионным принтерам (FMD), и продается в разобранном виде — самостоятельная сборка устройства поможет лучше разобраться в конструкции и понять принцип работы этого оборудования;
Продаваемый в разобранном виде, Printrbot Simple является наиболее доступным и востребованным периферийным устройством для домашних компьютеров
- Kino XYZ Printing da Vinci 1.0 — новый принтер от тайваньской компании XYZ Printing, который имеет высокое разрешение печати, сравнимое с более дорогими устройствами — 0,1 мм, стоимость — около 500 долларов (используется технология послойного нанесения расплавленного пластика). – ФДМ);
Модель принтера Kino XYZ print da Vinci 1.0 имеет закрытую конструкцию и высокое разрешение печати до 0,1 мм
- Cubify CubeX, относящийся к среднему ценовому сегменту, с ценой 1300$, отличающийся высоким качеством печати и скоростью создания модели при своих больших размерах, этот принтер доступен в трех вариантах оформления – с 1, 2 и 3 экструдера, которые позволяют вам несколько цветовых макетов моделей компьютеров, могут быть подключены к компьютеру через USB-соединение или модуль Wi-Fi.
3D-принтер Cubify CubeX доступен в трех вариантах с одним, двумя и тремя экструдерами, позволяющими получать цветные изделия
- Afinia H-Series H479, обладающий высокой точностью печати (0,15 – 0,4 мм), удобным программным обеспечением, работающим с доступной нитью ABS достойного качества, стоит такой аппарат 1,5 тысячи долларов.
Принтер Afinia H-Series H479 стоимостью 1500 долларов США с точностью печати 0,15–0,4 мм
Рейтинг лучших 3D-принтеров
Самым известным в мире экспертом по 3D-печати является зарубежный портал 3D Hubs, который регулярно составляет рейтинг лучших моделей печатного оборудования в различных номинациях. По версии этого интернет-ресурса, лучшими в 2017 году были признаны следующие модели 3D-принтеров:
- Оригинальный Prusa i3 MK2 производства чешской компании Prusa Research. Этот принтер предназначен для энтузиастов электроники, плохо знакомых с 3D-печатью, которые могут собрать его из компонентов, так как он продается в разобранном виде. Устройство относится к экструзионным моделям типа FDM и поддерживает 15 видов пластиков, включая ABS и PLA, карбон и нейлон, HIPS и FilaFlex, Bamboofill, Laybrick и другие. Эта модель может использовать до 4 различных материалов одновременно. Он имеет встроенную ось Z и нагреваемую платформу с печатной поверхностью из пластика PEI. Принтер этой модели имеет достаточно большую область печати с размерами 250 х 210 х 200 мм, минимальную толщину укладываемого слоя пластика 0,05 мм и скорость печати 40 – 60 мм в секунду.
Модель принтера Original Prusa i3 mk2 поддерживает 15 видов пластика и способна работать с 4 разными материалами одновременно
- BCN3D Sigma R17 (выпуск 2017 г.). Эта модель 3D-принтера, выпущенная испанской компанией BCN3D Technologies, является продолжением популярной во всем мире серии 3D-принтеров Sigma. В новой модели используется независимый двойной экструдер, позволяющий избежать деформации при смене цвета продукции, а также одновременная печать двух одинаковых макетов. В обновленном устройстве используется новая система охлаждения и обновленная технология управления питанием микросхемы. Все это позволило принтеру работать тише. Sigma R17 имеет высокую точность печати 0,125 мм и площадь макета 297 х 210 х 210 мм. Мы используем пластиковую нить из следующих полимеров ABS, PLA, HIPS, PET и Exotics, которую экструдер выдавливает с минимальной толщиной слоя 0,05 мм.
Модель устройства BCN3D Sigma R17 имеет двойной независимый экструдер, что позволяет одновременно печатать два одинаковых изделия
- Formlabs Form 2 — стереолитографический (SLA) 3D-принтер производства американской компании Formlabs, оснащенный мощным лазером, сенсорным экраном и модулем Wi-Fi. Устройство имеет область печати 145 х 145 х 175 мм и толщину слоя 0,025 – 0,1 мм. В этом принтере используются жидкие фотополимеры, и его можно использовать со смолами других производителей. Он оснащен подогреваемой платформой и встроенным пультом управления.
3D-принтер Formlabs Form 2 оснащен мощным лазером, сенсорным экраном и модулем Wi-Fi. В устройстве используется технология SLA с использованием фотополимерных смол
- Спецификация мощности 3D Pro. Данная модель производится в Китае и относится к ценовой категории бюджетных 3D принтеров. Его характеристики – долговечность, высокая скорость печати и наличие в конструкции двойного экструдера, что редкость для недорогих моделей. 3D Pro поддерживает три типа пластика (PLA, ABS и PVA) и обладает высокой точностью печати. Толщина выкладываемого слоя 0,1 – 0,3 мм.
Модель принтера PowerSpec 3D Pro отличается высокой прочностью и скоростью печати. Он оснащен двойным экструдером, что довольно необычно для бюджетного принтера
- ОрдБот Адрон. Этот принтер изготовлен компанией ORD Solutions из Канады. Модель представляет собой механическую платформу для 3D-печати из алюминия. Обладает высокой жесткостью, надежностью и скоростью печати (400 мм/с). Принцип работы основан на технологии FDM. Устройство поддерживает два вида пластика — ABS и PLA, и имеет область печати 190 х 190 х 150 мм. В конструкции данного принтера предусмотрена возможность подключения дополнительного экструдера, сервопривода, ЖК-экрана и прочего оборудования, что позволяет значительно модернизировать устройство после покупки.
Модель устройства 3D-печати ORD Bot Hadron изготовлена из алюминия и благодаря высокой жесткости конструкции имеет хорошую скорость печати 400 мм/с
Технологии трехмерной 3D-печати только начинают завоевывать компьютерный рынок, и стоимость для принтеров перевода цифровой модели в материальный объект еще достаточно высока. Но за этими технологиями будущее, и наверняка скоро 3D-принтеры появятся в каждом доме, став обычным дополнением к компьютеру. Уже сегодня многие модели стали доступными для людей со средним уровнем дохода, и широко используются не только в малом бизнесе, но и в быту. Используя приведенные выше рекомендации, вы без труда сможете выбрать подходящий принтер для домашнего использования или собственного малого бизнеса.
