Что такое 3D-печать? Прочитайте эту статью, чтобы получить полное представление об этой технологии, в том числе о том, как начать с ней работать.
3D-печать — это один из тех терминов, которые часто ассоциируются с научно-фантастическими историями или передовыми организациями, такими как NASA. Но эта технология уже стала реальностью для многих людей, и каждый год сотни новых пользователей начинают свое путешествие в мир 3D-печати.
В этой статье мы расскажем о технологиях 3D-печати, включая различные типы доступных процессов, материалы и некоторые из текущих и потенциальных областей применения.
Мы также обсудим, как можно начать заниматься 3D-печатью, будь вы профессионал, любитель или просто интересуетесь этой технологией. Но давайте начнем с самого начала.
Что такое 3D-печать?
Вкратце, 3D-печать — это тип производственного процесса, при котором машина создает трехмерный объект путем послойного нанесения материала.
Этот процесс также известен как аддитивное производство (AM), поскольку он контрастирует с традиционными методами производства, такими как субтрактивное производство (механическая обработка) или формовочное производство (литье или формование), которые обычно включают в себя вырезание или формовку материалов для создания конечного продукта.
Хотя существуют различные технологии 3D-печати, многие аспекты 3D-печати делают ее особенной по сравнению с другими традиционными методами производства.
Например, аддитивное производство позволяет создавать формы и детали, которые трудно или даже невозможно изготовить с помощью других методов производства, а также обеспечивает беспрецедентный уровень гибкости производственных систем.
Но подождите: мы рассмотрим другие преимущества 3D-печати далее в этой статье. Сначала давайте подробнее рассмотрим более подходящие для домашнего использования процессы 3D-печати, также известные как настольная 3D-печать.
Настольная 3D-печать
Термин «настольная 3D-печать» относится к использованию персональных и относительно недорогих 3D-принтеров, которые можно использовать дома или в общем офисе. Эти устройства, как правило, меньше и менее сложны, чем промышленные 3D-принтеры, и специально разработаны для прототипирования и мелкосерийного производства.
Настольная 3D-печать стала возможной благодаря проекту RepRap, который был запущен в 2005 году доктором Адрианом Боуером с целью создания недорогого устройства, способного самовоспроизводиться и сделать 3D-печать доступной для всех.
Проект RepRap превратился в сообщество и добился большого успеха в плане демократизации доступа к настольным 3D-принтерам, особенно к принтерам на основе технологии моделирования методом наплавления (FDM).
Сегодня настольные 3D-принтеры, как правило, представляют собой устройства на основе FDM или смолы и становятся все более доступными по мере снижения их стоимости, увеличения количества информации в Интернете и совершенствования технологий в целом.
3D-печать и Аддитивное производство
Итак, в то время как термин «3D-печать» чаще используется для обозначения непромышленных машин и процессов, таких как небольшие офисные принтеры, работающие на основе нитей и смол, что же конкретно подразумевается под термином «аддитивное производство»?
Оба термина относятся к одному и тому же общему процессу создания физического объекта путем добавления слоев материала, но обычно они используются для обозначения разных видов процессов.
Аддитивное производство — это более широкий термин, который охватывает различные технологии, используемые для создания объектов путем добавления материала. Различные технологии, объединенные этим общим термином, определены стандартами ISO/ASTM, которые включают такие технологии, как плавление порошкового слоя и струйная печать связующим веществом.
Теперь, когда мы более четко понимаем, о чем идет речь, давайте разберемся, как работает типичный процесс 3D-печати.
Принцип работы
Независимо от конкретной технологии, процессы 3D-печати обычно следуют общему рабочему процессу, который включает следующие этапы:
- 3D-дизайн: Первым этапом процесса 3D-печати является создание цифровой модели объекта с помощью программного обеспечения для 3D-моделирования или автоматизированного проектирования (CAD). 3D-модель может быть разработана с нуля или скопирована с существующего объекта с помощью технологий 3D-сканирования, либо же ее можно загрузить с сайта моделей. Последний случай, скорее всего, будет ограничен некоммерческим использованием.
- Подготовка: после завершения создания цифровой модели файл подготавливается для 3D-печати с учетом конкретного оборудования и технологии. 3D-модель разбивается на несколько тонких слоев в процессе, известном как 3D-нарезка, и генерируется машинный код (G-код), который дает 3D-принтеру инструкции по созданию объекта.
- Изготовление: Подготовленный цифровой файл отправляется на 3D-принтер, который интерпретирует код и создает объект, добавляя материал слой за слоем.
- Постобработка: Распечатанный объект затем проходит постобработку, которая может включать в себя такие этапы отделки, как очистка, отверждение, окраска или удаление дополнительных структур, созданных для поддержки изготовления. Конкретный тип постобработки и сопутствующие требования будут зависеть от конкретной технологии и используемых материалов.
Материалы
В то время как технологии аддитивного производства работают с широким спектром материалов, включая сталь, титан, пластик и керамику, настольная 3D-печать имеет довольно ограниченный выбор материалов.
Материалы для FDM 3D-печати представляют собой различные виды термопластов и обычно поставляются в катушках с нитью, которая подается в экструзионную систему 3D-принтера.
К наиболее популярным материалам FDM относятся PLA, натуральный полимер, изготовленный из крахмалистых культур, таких как кукуруза и сахарный тростник, который очень легко печатать на 3D-принтере; ABS — прочный и долговечный пластик, используемый в промышленности в целом, известный благодаря производству кубиков Lego; и PETG — вариант пластика PET, известный своей прочностью и термостойкостью.
Другие менее популярные филаменты FDM включают традиционные пластики, такие как нейлон, TPU, поликарбонат (PC), а также другие специальные и экзотические материалы, такие как углеродные волокна, дерево и даже металлы.
С другой стороны, фотополимерные 3D-принтеры используют жидкий материал — смолу, которая отвердевает под воздействием ультрафиолетового света, создавая последовательные слои объекта. Хотя эта технология в основном известна своим высоким разрешением и детализацией деталей, она также предлагает хороший выбор материалов для различных применений.
Так называемые стандартные смолы остаются наиболее распространенным материалом для 3D-печати смолой, и они в основном одинаковы независимо от конкретной технологии (LCD, DLP, SLA). Существуют также специальные смолы, такие как гибкие, прочные и даже литейные смолы для создания форм для литейных процессов.
Применение
По мере того как настольные 3D-принтеры становились все более доступными, как частные лица, так и малые предприятия начали внедрять эти устройства в свою повседневную деятельность. Сегодня существует широкий спектр применений настольной 3D-печати, но вот наиболее заметные из них как для профессионалов, так и для любителей:
Профессиональные области применения
- Прототипирование: одним из основных преимуществ 3D-печати является возможность быстро и недорого создавать макеты и функциональные прототипы, что ускоряет процессы разработки продуктов и снижает связанные с этим затраты.
- Архитектура: архитекторы и дизайнеры интерьеров могут легко печатать на 3D-принтере модели зданий и интерьеров, чтобы помочь им донести свою концепцию до клиентов. 3D-печать позволяет создавать архитектурные модели гораздо быстрее и дешевле, чем с помощью традиционных методов.
- Ювелирные изделия и мода: 3D-печать позволяет ювелирам и модельерам создавать уникальные и сложные изделия, которые было бы невозможно или нерентабельно изготовить с помощью традиционных методов производства. 3D-печать также позволяет производить такие дизайнерские изделия небольшими партиями.
- Образование: 3D-печать уже широко используется в качестве образовательного инструмента в классах и университетах, и не только для обучения STEM. Например, древние артефакты могут быть напечатаны на 3D-принтере для уроков истории, а топографические карты — для изучения географии.
Личное использование и хобби
- Предметы интерьера: с помощью 3D-печати можно легко создавать уникальные предметы интерьера, такие как вазы, кашпо, скульптуры и настенные украшения. В онлайн-репозиториях бесплатно доступно бесконечное количество готовых к печати 3D-моделей предметов интерьера.
- Запасные части: обладая некоторыми знаниями в области 3D-моделирования, домашние пользователи могут проектировать и печатать на 3D-принтере запасные части для сломанных предметов, таких как посуда, игрушки, мебель и корпуса электроники. Запасные части можно также создавать, например, для утерянных фигурок настольных игр.
- Настольные игры: домашние 3D-принтеры, особенно на основе смолы, могут создавать красивые детали для настольных игр, такие как миниатюры и плитки с рельефом. Это чрезвычайно популярное применение настольной 3D-печати и причина, по которой многие люди в первую очередь увлекаются этим хобби.
- DIY-проекты: И наконец, что не менее важно, 3D-печать может использоваться для огромного количества DIY-проектов, особенно с электроникой, такой как микроконтроллеры и одноплатные компьютеры. Самое приятное, что для этого не требуется большого опыта, поскольку многие проекты, размещенные в Интернете, предлагают подробные инструкции для пользователей всех уровней.
Конечно, существует множество других областей применения промышленных 3D-принтеров, особенно в медицинской, аэрокосмической, автомобильной и строительной отраслях.
