Cum funcționează o imprimantă 3D? Produse pe o imprimantă 3D

Aspectul imprimantelor 3D de pe piață a marcat o nouă eră. Dacă produsele anterioare dezvoltate pe baza tehnologiilor înalte din economia gospodăriei au permis rezolvarea problemelor obișnuite, atunci în cazul tipăririi 3D este propus un nou mod de utilizare a dispozitivelor. Desigur, este nou numai pentru utilizatorul mediu, deoarece tehnologii similare au fost folosite de mult timp în industrie și în întreprinderi producătoare. Dar, în orice caz, imprimarea pe o imprimantă 3D extinde în mod semnificativ posibilitățile consumatorului, la dezvoltarea cărora, după cum arată practica, nu toate sunt gata. Acest lucru se datorează în mare parte complexității implementării tehnologice a dispozitivelor, precum și a nuanțelor de funcționare a acestora.

Dar cele mai interesante întrebări privesc beneficiile acestor imprimante. Ce produse vă permite să creați acest dispozitiv? În ce scop pot fi utilizate produsele sale? Și cum funcționează o imprimantă 3D? Acestea sunt aspecte importante, deoarece tipărirea tridimensională este încă o plăcere scumpă. Prin urmare, este inutil să se achiziționeze echipamentul adecvat din motive de curiozitate, să se spună cu ușurință. Cel puțin, merită să examinăm mai atent procesele de lucru ale tipăririi și să aflăm ce beneficii se poate aștepta de la ei.

Ce este o imprimantă 3D?

Acest dispozitiv pentru imprimarea tridimensională, prin care puteți genera obiecte tridimensionale care duplică un model virtual pre-pregătit al obiectului. Comparativ cu imprimantele tradiționale care transmit textul electronic pe hârtie, dispozitivele 3D furnizează ieșiri de informații tridimensionale, adică creează obiecte cu parametri fizici reali. De fapt, pentru a înțelege modul în care funcționează o imprimantă 3D, trebuie să țineți cont de etapele de realizare a unor obiecte solide cu aceasta.

Principiul funcționării în termeni generali

Lucrul începe cu crearea unui șablon virtual pe computer utilizând un program special. Apoi, software-ul procesează modelul pentru al separa în straturi. După aceea, partea tehnică a imprimantei intră în funcțiune, stratul după strat formând o masă de pulbere compozită pentru fabricarea ulterioară a obiectului. Deoarece camera specială este umplută cu material, axa imprimantei distribuie masa de-a lungul suprafeței de lucru. După formarea fiecărui strat, capul dispozitivului impune o bază adezivă. Acest proces se repetă până când obiectul dezvoltat în programul de imprimare este executat. Este important să se considere că fabricarea pe o imprimantă 3D poate fi realizată folosind tehnologii diferite. În consecință, tehnica de imprimare, proprietățile materialului utilizat, precum și abordările aplicării software a sarcinii, se schimbă.

Tehnologie de prototipare rapidă

În ciuda diferențelor dintre nuanțele procesului de fabricație, aproape toate dispozitivele pentru tipărirea 3D lucrează pe principiul prototipării rapide. În conformitate cu acest concept, producția se realizează prin formarea rapidă a modelelor experimentale pentru demonstrarea preliminară a posibilităților viitorului produs. Tehnologia a fost concepută în anii 1980, cu scopul de a crea eșantioane și spații libere. Astăzi, această metodă este cunoscută drept producție aditivă, înțelegerea căreia va da un răspuns la întrebarea cu privire la modul în care funcționează o imprimantă 3D și la ceea ce distinge funcția sa de abordările tradiționale de a face obiecte. Deci, dacă în procesul de frezare, de cotitură și EDM materialul este îndepărtat, iar forjarea, presarea și ștanțarea schimbă forma piesei de prelucrat, apoi producția aditivă implică creșterea masei materialului prin creșterea straturilor. Cu alte cuvinte, imprimanta 3D modifică starea de fază a substanțelor în anumite limite ale spațiului. Până în prezent, imprimarea tridimensională este dezvoltat în mai multe direcții, printre care se numără tehnologia stereolitografice (STL), metodele de aplicare termoplastice (FDM) și sinterizare cu laser (SLS).

Metoda de fuziune strat-cu-strat a unui termoplastic

Aceasta, probabil, este cea mai populară tehnică de fabricare tridimensională. Prevalența dispozitivelor FDM este facilitată de mai mulți factori. În primul rând, materialele plastice relativ ieftine sunt utilizate în funcționarea dispozitivelor. De asemenea, este importantă tehnica de operare simplă, care este deosebit de importantă în lucrul cu astfel de echipamente. De obicei, tehnologia imprimantelor 3D de acest tip include lucrul cu termoplastice, dintre care unul este polilactida. Printre avantajele acestui material se numără compatibilitatea ecologică, deoarece acest material plastic este obținut din trestie de zahăr și porumb.

Elementul principal al imprimantei în sine este un extruder care îndeplinește sarcina capului de imprimare. Cu toate acestea, în această parte, nu totul este atât de neclar, deoarece elementul este un complex de componente individuale. Dacă luăm în considerare termenul "extruder" în sensul obișnuit, atunci numai o parte a capului sub forma unui mecanism de alimentare se va aplica. În orice caz, substratul de imprimare alimentează plasticul pentru imprimanta 3D prin aplicarea unui filet topit. Mișcarea părții mecanice este asigurată de un motor electric. Ca rezultat, mecanismul direcționează firul în tubul de duza încălzit, care formează obiectul final.

Instalații stereolitografice

Tehnologia stereolitografiei laser este folosită pe scară largă în protezele dentare. Acesta este cel de-al doilea tip de imprimante cele mai populare pentru imprimarea 3D. O caracteristică distinctivă a dispozitivelor stereolitografice este recepția unei calități de neegalat de înaltă calitate a obiectelor. Astfel de rezultate sunt obținute datorită rezoluției aparatului, care poate fi estimată cu un singur micron. Prin urmare, este destul de logic ca lucrarea unei imprimante 3D bazate pe stereolitografie laser să fie foarte apreciată nu numai de dentiști, ci și de bijutieri. Partea software a dispozitivului seamănă în multe feluri cu analogii FDM, dar există o serie de caracteristici ale tehnologiei. În ciuda faptului că principiul tipăririi se numește stereolitografie laser, mai des funcția unui astfel de echipament se bazează pe proiectoarele cu LED-uri ultraviolete.

Modelele proiectorului sunt mai fiabile decât cele laser și sunt mai ieftine la un preț. Nu au nevoie de oglinzi delicate, care să asigure deflecția razelor, ceea ce simplifică designul. În același timp, imprimarea pe o imprimantă 3D cu proiectoare este caracterizată de performanțe ridicate. Acest avantaj se datorează faptului că nu există o iluminare consistentă, ci o iluminare completă a conturului stratului.

Sinterizarea cu laser

Un alt tip de aplicare a metodei laser. În acest caz se utilizează plastic din aliaj ușor. Un laser puternic trage pe baza de plastic secțiunea transversală a obiectului, ceea ce duce la topirea și sinterizarea materialului. Acest lucru se întâmplă cu fiecare strat până când se pregătește un model complet, pe care programul pentru imprimanta 3D a pregătit-o ca piesă de lucru. Resturile pulberii de plastic sunt scuturate din obiectul rezultat la sfârșitul procesului de lucru. Un dezavantaj esențial al acestor dispozitive este crearea de obiecte cu o suprafață poroasă. Pe de altă parte, acest lucru nu afectează puterea produselor. Mai mult, modelele care ies din astfel de imprimante sunt cele mai durabile. Instalația însăși are un design complex și, în consecință, un cost ridicat. În acest caz, procesul de fabricație durează mult timp în comparație cu alte tipuri de imprimante 3D. Așa cum am remarcat utilizatorii, viteza de formare a modelului este de câteva centimetri pe oră.

consumabile

Principalul material pentru crearea de modele prin imprimarea 3D este termoplastic. În plus față de soiurile menționate deja, merită notat plasticul pentru imprimanta 3D în formatele ABS și PLA. Sunt de asemenea utilizate nailon, policarbonat, polietilenă și alte tipuri utilizate de asemenea în industrie. În același timp, unele instalații permit amestecarea materialelor, precum și utilizarea substanțelor auxiliare care îmbunătățesc caracteristicile calitative ale produsului viitor. De exemplu, în acest scop, alcool polivinilic, care, în esență, este același tip de plastic PVA. Prin dizolvarea în apă, utilizatorul poate crea forme geometrice complexe.

Cel mai exotic material pentru a fi folosit în astfel de probleme este metalul. Pentru a obține un astfel de produs, aplicați și modele 3D pentru imprimarea pe o imprimantă 3D, iar diferențele de tehnologie sunt reduse la funcție capul de imprimare. Cu ajutorul acestuia se aplică un adeziv obligatoriu la locurile indicate de programul de calculator. Pe toată suprafața de lucru, capul este aplicat de un strat subțire de pulbere metalică. Aceasta înseamnă că metalul nu se topește, ca în cazul materialelor plastice, dar este suprapus și lipit împreună cu stratul.

Controlarea funcționării imprimantei

Pentru început, merită notat operațiile care sunt controlate de utilizator prin intermediul computerului. Aceasta este ajustarea temperaturii duzei și a platformei de lucru, viteza de alimentare și funcționarea motorului electric, care asigură poziționarea capului de tipărire. Toate aceste acțiuni sunt controlate de controlorii electronici. De regulă, modelele moderne ale unor astfel de dispozitive se bazează pe sistemul Arduino cu o arhitectură deschisă. În ceea ce privește limbajul de programare, imprimantele folosesc așa-numitul cod G, construit pe comenzile pentru gestionarea echipamentului pentru imprimare. În acest stadiu, puteți trece la revizuirea programatorilor care furnizează traducerea modelului 3D pentru imprimarea pe o imprimantă 3D într-un cod ușor de controlat. O dată este necesar să se spună că un astfel de software nu are nicio legătură directă cu dezvoltarea modelelor grafice.

software-ul

Lista principalelor sarcini ale dispozitivelor de tăiere include setarea parametrilor, conform cărora se va efectua tipărirea. Alegerea unui anumit program este determinată de tipul de imprimantă. De exemplu, dispozitivele RepRap implică utilizarea de sliceri cu sursă deschisă. Printre acestea se numără Replicator G și Skeinforge. Cu toate acestea, există mulți producători care recomandă utilizarea exclusivă a software-ului de proprietate de la anumite companii. Aceasta, în special, se referă la dispozitivele Cube de la compania 3D Systems. În ceea ce privește modelarea produselor, acesta este programul special pentru o imprimantă 3D proiectată pentru proiectarea 3D. De obicei, editorii CAD sunt folosiți în aceste scopuri, care, totuși, necesită o experiență cu designul 3D.

Ce produse pot obține?

Gama de capabilități a imprimantelor tridimensionale se extinde activ, ceea ce vă permite să creați produse pentru o gamă largă de segmente de piață. Dacă vorbim despre construcții și arhitectură, este foarte apreciată posibilitatea de a face machete, pentru care, de fapt, a fost dezvoltat conceptul de producție aditivă. În industria de inginerie, o imprimantă 3D este, de asemenea, utilizat pe scară largă. Produsele în acest caz pot fi reprezentate atât de produse de consum, cât și de elemente individuale pentru concepte. După cum am menționat deja, precizia ridicată a pieselor de fabricație a fost foarte apreciată de lucrătorii medicali. În plus față de proteze, o imprimantă 3D este utilizată în fabricarea de machete și specimene de organe.

În ciuda promovării active a acestui tip de tipărire, consumatorul în masă este încă sceptic față de această direcție. Acest lucru este parțial din cauza costului ridicat al echipamentelor, dar pentru cea mai mare parte, chiar și consumatorii sofisticate de gadget-uri noi nu sunt probleme cu adevărat importante, care ar putea fi rezolvate imprimante 3D la domiciliu. Răspunsurile proprietarilor între timp consemnează ușurința cu care se pot rezolva problemele elementare în viața de zi cu zi. De exemplu, dispozitivul vă permite să producă rapid elementul lipsă pentru instalarea de mobilier, decora proiectarea, fabricarea o jucărie pentru un copil sau un suport original, pentru telefon. Potrivit utilizatorilor, lucrul cu echipamente, deși necesită cheltuieli pe consumabile, justifică pe termen lung toate investițiile.

concluzie

Dispozitivele pentru tipărirea 3D în sine sunt o curiozitate și necesită o analiză separată pentru a înțelege diferențele din cadrul segmentului. Dar chiar și cunoașterea principiilor generale ale modului în care-imprimanta 3D care vă permite să vorbim despre marele potențial al acestor dispozitive de consum. Teoretic, cu ajutorul acestor echipamente, se poate crea o producție fără deșeuri menajere. O altă întrebare - ce anume să faceți pe o astfel de imprimantă? Dar răspunsul este dat de fiecare utilizator individual, în funcție de nevoile lor. Pentru o sumă destul de impresionantă puteți obține un transportor real. În acest stadiu, capacitățile sale sunt evaluate în special de către specialiștii care folosesc imprimarea 3D pentru a-și rezolva problemele profesionale.