Наверное, в последние годы вы не раз слышали об «объёмных принтерах» и 3d печати. И, конечно же, видели фотографии различных артефактов, созданных с помощью этой технологии. Большинство из нас относятся к ней с интересом, но также с примесью скепсиса, воспринимая 3d печать как нечто экзотическое и не слишком серьёзное.
Между тем, эволюция 3d печати движется воистину гигантскими темпами. По мере того, как принтеры становятся всё дешевле и доступней для массового пользователя, всё больше людей пополняет число 3d-энтузиастов, оценивая все преимущества этой технологии на собственном опыте.
Но, так как в нашей стране рынок 3d печати находится в самом начале своего развития, рядовые пользователи пока мало ориентируются в этой области. И, несмотря на то, что некоторые моделисты уже используют 3d печать в своих хоббийных нуждах, большинству из них приходится двигаться вслепую, осваивая эту сложную технологию методом проб и ошибок.
Этой статьёй мы открываем цикл, посвящённый технологиям 3d печати. Основная цель этого цикла – снабдить всех желающих теоретической базой, позволяющей освоить данную технологии на практике. В первой статье мы расскажем о ключевых особенностях 3d печати, рассмотрим основные характеристики 3d принтеров и выясним, откуда берутся виртуальные 3d модели
Итак, если вы готовы вступить в чудесную страну 3d технологий – следуйте за белым кроликом.
 |
Технология
Поклонники вселенной «Star Trek» хорошо знают чудесное устройство Репликатор, позволяющее в считанные секунды материализовать всякую всячину – начиная от еды и заканчивая деталями космических кораблей.
 |
А ведь именно этот фантастический аппарат вдохновил Чарльза Халла – нынешнего главу компании 3D Systems – на создание технологии стереолитографии, которая легла в основу самых первых «объёмных принтеров», появившихся в конце 80-х годов XX века.
Изначально технология 3d печати получила название аддитивной, так как технологический процесс предполагал не удаление лишнего материала, как в традиционном промышленном производстве, а его наращивание. Во всех разновидностях 3d печати – будь то стереолитография, печать с использованием фотополимеров, лазерное спекание металлов или манипуляции с жидким пластиком – финальный продукт получается путём послойного наращивания твёрдого материала в трёхмерном пространстве.
Большинство из перечисленных технологий предназначены исключительно для промышленного производства и требуют довольно сложного и дорогостоящего оборудования.
 |  |
Впрочем, во втором десятилетии XXI века многие производители нацелились на производство персональных 3d принтеров, призванных стать 3d аналогами обычных 2d принтеров. Пока речь идёт, в основном, о 3d струйных принтерах, использующих в качестве донорского материала пластик. Также стремительно дешевеют принтеры, работающие с фотополимерами. Это более сложная технология, обеспечивающая превосходную точность и отличное качество конечных продуктов. Впрочем, пока мы обойдём её стороной и поговорим о 3d струйниках.
3d принтеры
Большинство современных 3d принтеров, в отличие от своих «плоскостных» коллег, отличаются сложной конструкцией, крупными габаритами и заоблачной ценой. Средняя стоимость струйных 3d принтеров категории «для дома и офиса» составляет 100 тыс. руб. Это не включая стоимость материалов.
 |  |
Конкуренция на рынке персональных 3d принтеров весьма существенная. Лидерами индустрии, на данный момент, считаются компании MakerBot, 3D Systems, ProJet, Up!, Solidoodle. Наиболее популярны модели 3d принтеров: MakerBot Replicator, Up! Plus, Solidoodle 2. Кстати, недавно в эту гонку включалась российская компания Picaso-3d, выпустив достойный принтер Picaso 3D Designer по цене 99 тыс. руб.
 |  |
В последнее время в продаже появляется всё больше бюджетных моделей, которые может себе позволить и человек со средним доходом. К примеру, 3d принтер Up! Mini имеет ценник в районе 45 тыс. рублей. По той же цене продаётся младшая модель компании MyRiwell.
 |
Особого внимания заслуживает проект RepRap, целью которого является создание сверхбюджетного и полностью воспроизводящегося 3d принтера, который может собрать у себя дома каждый желающий. Например, принтеры RepRap поколения Mendel стоят в районе 30 тыс. руб. (а в разобранном виде дешевле).
 |
Мы поговорим об этом проекте подробней в одной из следующих статей.
А пока выделим специфические особенности 3d принтеров и те технические характеристики, на которе следует обратить особое внимание при их покупке.
Толщина слоя.
Базовой характеристикой любого 3d принтера выступает толщина печатного слоя – своеобразный аналог разрешения в плоскостной печати. Дело в том, что большинство 3d принтеров формирует модели слой за слоем, используя в качестве материала фотополимер или жидкий пластик.
 |
Как уже было сказано, принтеры, работающие с фотополимером, стоят дороже, но обеспечивают более высокое разрешение при построении объектов. Средний показатель толщины печатного слоя для них составляет от 50 до 100 микрон (0,05 – 0,1 мм). Модели, напечатанные на таких принтерах отличаются гладкостью и высокой детализацией.
 |  |
Бюджетные струйники печатают более толстым слоем. Стандартная толщина для них составляет от 100 до 250 микрон (0,1 — 0,25 мм). Принтеры проекта RepRap дают самое низкое разрешение. Их толщина печатного слоя находится в диапазоне от 200 до 500 микрон. Соответственно, модели, напечатанные на этих устройствах, имеют достаточно неровную поверхность и требуют дополнительной обработки.
Поэтому при изготовлении деталей для стендовых моделей они могут выступать лишь в качестве заготовок или второстепенных элементов.
Область печати.
Ещё одна немаловажная характеристика 3d принтеров – размер области печати. В отличие от 2d принтеров, ориентированных на стандартные форматы бумаги, «объёмные принтеры» не имеют общепринятых стандартов – каждый производитель задаёт свой диапазон самостоятельно. Впрочем, абсолютное большинство персональных принтеров имеет область печати, не превышающую 300 мм по любой из осей координат. Высота рабочей области, как правило, ограничена 220 мм. Хотя бывают и исключения, как в случае принтера DeltaMaker, позволяющего печатать модели высотой 280 мм.
 |
Компактные принтеры, которые ориентированы на установку дома, весьма ограничены в размерах области печати. Как правило, речь идёт об объёме не превышающем 150 мм по каждой стороне. Впрочем, для нужд большинства моделистов этого более чем достаточно.
Скорость печати.
Очень важная характеристика, выявляющая серьёзный недостаток большинства современных 3d принтеров, – скорость печати. Не следует ожидать от этих машинок молниеносной реакции, свойственной обычным лазерным принтерам. Нынешние 3d принтеры ваяют прототипы очень долго. Самые резвые из них печатают со скоростью 54 см3/час. Чаще всего этот показатель находится в диапазоне 20-30 см3/час.
Правда во многих 3d принтерах имеется регулировка толщины слоя, и скорость печати напрямую зависит от этого параметра. К примеру, бывает, что принтер умеет печатать с разрешающей способностью 500, 200 и 100 микрон, и скорости 54 см3/час он достигает только при самом низком разрешении. Причём в штатном перечне технических характеристик производители обычно указывают самую высокую из имеющихся скоростей печати.
Впрочем, ориентируясь на бюджетный принтер, не стоит рассчитывать на большую резвость. Дешёвые машинки обычно печатают со скоростью 10 см3/час. С такими темпами даже распечатка очень маленькой детали может занять около получаса. Хотя, в конечном счёте, в сравнении с традиционными способами производства, 3d печать всё равно экономит массу времени.
Донорский материал.
Так как под бюджетными принтерами, предназначенными для использования в домашних условиях, обычно понимают 3d струйники, донорским материалом для них выступает пластмасса марок ABS, PLA и PVA (последняя используются крайне редко). Выпускается такая пластмасса, как правило, в виде тонкой проволоки (стандартная толщина – 1,75 мм), намотанной на катушку. Цвета материала могут быть разными – каждая фирма выпускает свою палитру.
 |
Стоит заметить, что далеко не каждый «объёмный струйник» приспособлен для работы со всеми перечисленными марками пластика. У многих из них есть чёткая специализация на ABS или PLA.
Сами эти материалы имеют ряд существенных различий.
К примеру, ABS более токсичен (работать с этим пластиком рекомендуется только в хорошо проветриваемом помещении), но изделия из него получаются непрозрачные, упругие и довольно прочные.
 |  |
PLA, в свою очередь, – гораздо более экологичный материал. Но прототипы, сделанные на его основе, весьма хрупки, живут недолго и быстро разрушаются.
 |
Поэтому в нашем случае стоит ориентироваться на ABS, хотя PLA можно использовать как вспомогательный материал.
Конечно, это далеко не самый исчерпывающий список характеристик. Выбирая 3d принтер, учитывать стоит также и количество рисующих головок (эструдеров), поддержку операционных систем, наличие прикладного софта, мощность всего агрегата, а также его габариты.
Впрочем, даже самый «навороченный» 3d принтер совершенно бесполезен, если у вас нет виртуальных моделей, которые на нём можно распечатать.
Виртуальные модели.
На данный момент, изготовление виртуальных моделей – дело достаточно сложное, требующее навыков работы в соответствующих 3d редакторах или системах САПР.
 |  |
Хотя в последнее время в интернете появилось немало библиотек 3d моделей, в которых можно найти готовые прототипы для 3d печати, представленные в виде файлов формата STL (с этим форматом работают практически все современные 3d принтеры).
 |  |
Вряд ли эти ресурсы вызовут большой интерес у матёрых моделистов, хотя и на них можно отыскать немало интересных моделей машин, самолётов, кораблей и зданий. Пока большинство таких библиотек наполняется энтузиастами и не предполагает оплаты. Однако, с ростом популярности 3d печати, появляется всё больше платных ресурсов, предоставляющих большой ассортимент моделей хорошего качества.
Тем, кто рассматривает 3d печать в качестве альтернативы традиционным методам изготовления деталей, знание 3d редакторов просто необходимо. Неплохие средства 3d моделирования имеются и в чертёжных программах САПР, таких как AutoCAD, SolidWorks или DraftSight. В них можно изготовить прототипы деталей любой сложности и точности, экспортировав их в формат STL.
 |  |
Также многие популярные изготовители предлагают своим пользователям собственные 3d редакторы, идущие в качестве сопровождающего ПО в комплекте с принтерами. Такие программы освоить проще, чем профессиональный софт, но и возможностей у них гораздо меньше.
Одно из ключевых преимуществ 3d печати перед традиционными методами производства – это возможность создания точных копий уже существующих объектов. Например, если вам требуется сделать дубликат какой-нибудь миниатюрной детали и получить возможность копировать её до бесконечности, то эту задачу нетрудно решить с помощью 3d сканера. Такие устройства стоят гораздо дешевле 3d принтеров и весьма просты в использовании.
 |
Впрочем, проблему источников для прототипирования можно решить гораздо проще, обратившись к специалистам, которые в кратчайшие сроки разработают качественную 3d модель по предоставленным вами чертежам.
 |  | ||
 | |||
Как не трудно догадаться, этот связан с дополнительными расходами.
****
Объективно говоря, технологии 3d печати ещё нельзя рассматривать в качестве полноценной замены ЧПУ станкам и традиционным методам изготовления моделей. Высокоточные 3d принтеры и качественные материалы пока слишком дороги, а доступная техника подходит лишь для создания заготовок, которые требуют серьёзной ручной доводки. Впрочем, многие наши коллеги признают, что за 3d печатью будущее моделизма.
А раз так, то не стоит ли приблизить это будущее, поучаствовав в развитии 3d технологий применительно к нашей области? Ведь первопроходцам, как известно, достаётся всё самое ценное. Впрочем, большие победы даются ценой больших стараний. А стоит ли овчинка выделки – каждый решит для себя сам.
Автор - Гасилин Андрей.
Эксклюзивно для сайта www.modelsworld.ru
Перепечатка и публикация на других ресурсах
ЗАПРЕЩЕНА
Контакт webmaster@modelsworld.ru