Как работает 3D-принтер?
Table of Contents
3D-принтер создает физические объекты, добавляя материал слой за слоем из цифровых проектов. Эти машины стали ценными инструментами во многих областях — инженеры используют их для создания прототипов, врачи создают медицинские приборы, а любители изготавливают индивидуальные детали дома. Принтер работает с различными материалами, в основном пластиком, но также и со специальными композитами, следуя точным цифровым инструкциям, чтобы разместить каждый слой точно в нужном месте. Технология делает практичным производство сложных форм и индивидуальных единичных изделий, которые было бы трудно изготовить любым другим способом.
Основные компоненты 3D-принтера
3D-принтер Для правильной работы необходимо пять основных частей. Каждый компонент играет определенную роль в превращении цифровых проектов в физические объекты.
Печатная головка и экструдер
Печатная головка удерживает экструдер, который расплавляет и размещает печатный материал. Он нагревает пластиковую нить и проталкивает ее через небольшое сопло. Размер сопла влияет на то, насколько подробными будут ваши отпечатки.
Платформа сборки
Платформа построения (печатная платформа) — это плоская поверхность, на которой печатаются объекты. Она должна быть ровной, чтобы отпечатки хорошо прилипали. Во многих принтерах есть подогреваемые платформы, чтобы предотвратить деформацию пластика при охлаждении.
Система движения
Принтер использует двигатели для движения в трех направлениях:
- Влево/вправо (ось X)
- Вперед/назад (ось Y)
- Вверх/вниз (ось Z)
Эти двигатели движутся очень маленькими шагами, обеспечивая точное размещение материала.
Блок управления
Блок управления управляет процессом печати. Большинство принтеров имеют экран, на котором отображается:
- Какая часть печати сделана?
- Температура
- Настройки материала
- Любые проблемы
Система подачи нити
Эта система перемещает печатный материал из катушки в экструдер. Она включает в себя:
- Шестерня, которая толкает нить накала
- Трубки, направляющие материал
- Детали, сохраняющие правильное натяжение
- Датчик, проверяющий, закончился ли материал
Для успешной печати эти компоненты должны работать вместе бесперебойно. Регулярное техническое обслуживание каждой детали помогает предотвратить проблемы с печатью и обеспечивает хорошее качество печати.
Как работает 3D-принтер?
3D-принтер работает как очень точный автоматизированный пистолет для горячего клея. Он расплавляет пластиковый материал и размещает его слой за слоем, следуя цифровому чертежу, пока конечный объект не будет готов. Весь процесс состоит из трех основных этапов.
Подготовка цифровой модели
Вы начинаете с файла 3D-модели — вашего чертежа для печати. Создайте его с помощью программного обеспечения CAD или загрузите готовые модели с таких сайтов, как Thingiverse. Модель обрабатывается с помощью программного обеспечения для нарезки, которое разрезает ее на тонкие слои и создает инструкции, которым может следовать принтер. Программное обеспечение позволяет вам настраивать важные параметры, такие как скорость печати, температура и то, насколько твердой должна быть внутренняя часть объекта.
Настройка принтера
Для получения хороших результатов принтеру требуется тщательная настройка. Загрузите выбранный вами пластиковая нить через фидер в горячее сопло. Печатная платформа должна быть идеально ровной — вы можете отрегулировать небольшие винты под платформой, чтобы сделать это правильно. Установите правильные температуры: обычно 180-220°C для сопла и 50-60°C для платформы, в зависимости от типа вашего материала.
Процесс печати
Принтер начинает с очень медленного нанесения первого слоя, чтобы убедитесь, что он хорошо прилипает. Затем он наращивает каждый слой, обычно толщиной 0,1-0,3 мм. Внутри объекта принтер создает сотовый узор для прочности и экономии пластика.Для любых деталей, которые висят в воздухе (например, руки фигуры), принтер добавляет съемные опоры. Сопло движется точно в трех направлениях: влево-вправо, вперед-назад и вверх-вниз, размещая расплавленный пластик точно там, где это необходимо.
Качество печати во многом зависит от правильной настройки и параметров. Небольшие объекты могут печатать 30 минут, тогда как большие или подробные отпечатки могут печатать много часов.
Какие материалы могут использовать 3D-принтеры?
3D-принтеры могут работать с много разных материалов, но пластик остается наиболее распространенным выбором. Каждый материал имеет определенные свойства, которые делают его пригодным для различных целей.
Основные пластиковые материалы
PLA-нить самый простой материал для печати. Он сделан из кукурузного крахмала, печатает при более низких температурах и хорошо подходит для декоративных предметов и базовых деталей. ABS прочнее и лучше выдерживает тепло — это тот же пластик, который используется в кирпичиках LEGO. PETG сочетает в себе простоту печати с хорошей прочностью и безопасен для пищевых контейнеров. Эти базовые материалы стоят около 20-30 долларов за килограмм.
Специальные материалы
Некоторые материалы обладают уникальными свойствами. TPU гибкий как резина, идеально подходит для чехлов для телефонов или стелек для обуви. Нейлон чрезвычайно прочен и долговечен, хорош для механических деталей. Древесные волокна содержат настоящие древесные частицы и могут выглядеть как настоящее дерево. Металлические материалы тоже существуют, но для них нужны специальные принтеры.
Выбор правильного материала
Выбирайте материал в зависимости от того, что вы делаете:
- Для игрушек и экспонатов: НОАК
- Для деталей, используемых на открытом воздухе или в автомобиле: АБС или ПЭТГ
- Для гибких предметов: ТПУ
- Для прочных инструментов: Нейлон
- Для декоративных изделий: С деревянным или металлическим наполнителем
Разнообразие доступных материалов продолжает расти по мере развития технологий 3D-печати. Начинать с базового PLA рекомендуется для новичков, а затем пробовать другие материалы по мере накопления опыта.
Что влияет на качество 3D-печати?
Несколько ключевых факторов определяют, будет ли ваш отпечаток гладким и точным или грубым и деформированным. Правильная настройка этих параметров приводит к лучшим результатам печати.
Разрешение и высота слоя
Высота слоя контролирует, насколько подробным будет ваш отпечаток. Более тонкие слои (0,1 мм) дают более гладкие поверхности, но требуют больше времени для печати. Более толстые слои (0,3 мм) печатают быстрее, но оставляют видимые линии. Размер сопла также имеет значение — сопло 0,4 мм хорошо подходит для большинства отпечатков, в то время как сопла 0,2 мм позволяют получить более мелкие детали.
Скорость печати
Быстрее не всегда лучше. При слишком быстрой печати слои могут плохо сцепляться, детали могут стать грязными, а принтер может пропускать шаги, что приведет к смещению слоев. Сложные детали требуют более низкой скорости около 30-50 мм/с для наилучшего результата. Простые детали можно печатать быстрее со скоростью 60-80 мм/с, но следите за проблемами качества.
Настройки температуры
Для каждого материала нужна определенная температура. Слишком горячая печать приводит к образованию нитей и пятен, а слишком холодная печать приводит к плохому склеиванию слоев. PLA обычно печатает при 190-210°C, ABS при 230-250°С, и PETG при 220-245°C. Температура печатной платформы также имеет значение — она помогает первому слою прилипнуть и предотвращает деформацию при охлаждении объекта.
Охлаждение и поток воздуха
Правильное охлаждение помогает пластику быстро затвердеть после выхода из сопла. Большинство принтеров имеют небольшие вентиляторы около сопла. Хорошее охлаждение предотвращает свисающие свесы и грязные мосты, где пластик перекрывает зазоры. Некоторые материалы, такие как ABS, требуют меньшего охлаждения для предотвращения деформации, в то время как PLA требуется больше охлаждения для четких деталей.
Калибровка принтера
Регулярная калибровка обеспечивает точность работы принтера.Регулярно проверяйте уровень платформы — это важно для адгезии первого слоя. Поддерживайте правильное натяжение ремней, чтобы предотвратить смещение слоев. Отрегулируйте шаги экструдера, чтобы обеспечить правильное количество потоков пластика. Проверьте диаметр нити, так как он влияет на количество напечатанного материала. Даже небольшие ошибки калибровки может испортить отпечатки.
Каковы ограничения 3D-печати?
Несмотря на свою универсальность, 3D-печать имеет несколько практических ограничений, которые влияют на то, что вы можете сделать и сколько это стоит. Эти ограничения помогают определить, является ли 3D-печать правильным выбором для вашего проекта.
Ограничения по объему сборки
Большинство домашних 3D-принтеров имеют ограниченную область построения, обычно около 200 мм x 200 мм x 200 мм. Более крупные объекты необходимо печатать по частям и собирать. Существуют более крупные принтеры, но они стоят намного дороже и занимают больше места. Очень мелкие детали размером менее 0,5 мм могут плохо печататься из-за ограничений размера сопла.
Длительные сроки производства
3D-печать — это не быстрый процесс. Простой чехол для телефона может занять 2–3 часа, а сложные объекты можно печатать днями. Высота слоя существенно влияет на время печати — уменьшение высоты слоя вдвое удваивает время печати. Печать нескольких предметов одновременно экономит время, но если одна деталь выйдет из строя, могут пострадать все детали.
Высокие затраты на оборудование и материалы
Начальная стоимость базового принтера составляет от 200 до 1000 долларов. Расходы на материалы увеличиваются — килограмм базовой нити стоит 20–30 долларов, а специальные материалы могут стоить гораздо дороже. Неудачные отпечатки тратят время и материал. Потребление электроэнергии минимально, но принтеры нуждаются в обслуживании и периодической замене деталей.
Прочность материала и ограничения по выбору
Не каждый материал можно напечатать на 3D-принтере. Большинство домашних принтеров работают только с термопластиками. Печать металлом требует дорогостоящего специализированного оборудования. Напечатанные детали, как правило, слабее, чем отлитые под давлением, особенно в определенных направлениях. Цвета ограничены тем, что доступно в форме нити, а многоцветная печать требует специального оборудования или ручной смены нити.
Создавайте индивидуальные объекты с помощью 3D-печати!
3D-печать позволяет вам создавать индивидуальные объекты прямо дома. Хотя она имеет ограничения по размеру и скорости, она отлично подходит для создания уникальных предметов и прототипов. Процесс прост: спроектируйте свой объект, подготовьте принтер и наблюдайте, как он строит слой за слоем. Начиная с базовых материалов, таких как PLA, и простых проектов, вы сможете освоить процесс. По мере роста ваших навыков вы сможете браться за более сложные отпечатки с использованием различных материалов.