Основные этапы пути от идеи до реальной детали

Весь процесс создания трёхмерного объекта состоит из четырёх последовательных шагов. Сначала ты создаёшь цифровую модель в программе для трёхмерного моделирования, сохраняешь её в подходящем формате, передаёшь в программу подготовки печати и запускаешь сам принтер.

  1. Создание геометрической формы в САПР или редакторе трёхмерной графики, где объект строится из виртуальных плоскостей и полигонов.
  2. Экспорт готового тела в стандартный формат файлов, чаще всего STL или 3MF, который описывает внешнюю оболочку предмета в виде сетки из крошечных треугольников.
  3. Нарезка файла в специальной программе-слайсере, где задаются температура сопла, скорость движения головок, толщина слоя и плотность внутреннего заполнения.
  4. Генерация текстового управляющего кода G-code, по которому моторы принтера передвигают печатающую головку и платформу миллиметр за миллиметром.

Как работает популярная технология FDM

Самый распространённый способ печати среди домашних пользователей и в школьных лабораториях называется FDM. Название расшифровывается как моделирование методом послойного наплавления. В основе этого метода лежит протягивание пластикового прутка через нагревательный элемент.

Главный рабочий узел такого принтера называют экструдером. Внутри него находится зубчатое колесо, которое с усилием толкает пруток толщиной 1.75 миллиметра вниз, прямо в горячую зону хотэнда. Там пластик плавится при температуре от 190 до 250 градусов Цельсия в зависимости от марки полимера. Жидкая масса выходит через латунное или стальное сопло с крошечным отверстием диаметром обычно 0.4 миллиметра. Как только расплавленная нить ложится на предыдущий слой, её обдувает вентилятор, пластик мгновенно твердеет и намертво спаивается с нижним уровнем.

Что делает слайсер и зачем нужны поддержки

Принтер сам по себе не умеет читать файлы 3D-моделей. Ему нужны предельно простые машинные команды вроде перемещения на десять миллиметров вправо с подачей пяти миллиметров пластика. Переводчиком с языка геометрии на язык моторов выступает слайсер. Название происходит от английского слова slice, то есть кусок или ломтик.

Слайсер виртуально разрезает фигуру на сотни или тысячи плоских горизонтальных слоёв толщиной от 0.1 до 0.3 миллиметра. Для каждого такого пласта программа вычисляет внешние стенки детали и рисует узор внутренней решётки. Печатать цельный кусок пластика внутри детали слишком долго и дорого. Поэтому внутри оставляют пустоты с сеткой в виде сот, треугольников или волн. Плотности заполнения в 15 или 20 процентов обычно хватает для прочной бытовой детали.

Популярные виды пластика для учебной печати

В школах и дома чаще всего используют три разновидности полимеров, каждая из которых решает свои задачи.

  • PLA производят из кукурузного крахмала или сахарного тростника, он плавится при низкой температуре около 200 градусов, почти не пахнет при нагреве и отлично подходит для сувениров, игрушек и декоративных проектов.
  • PETG представляет собой тот же материал, из которого делают пластиковые бутылки для газировки, он выдерживает механические удары, стоек к влаге и прекрасно подходит для корпусов приборов или держателей.
  • ABS отличается высокой термостойкостью и пластичностью, но требует закрытой камеры принтера и нагрева стола до 100 градусов, так как сильно сжимается при остывании и может отклеиться от платформы.

История развития и другие методы печати

Первую технологию трёхмерной печати разработал американский инженер Чак Халл в 1984 году. Тот метод назывался стереолитографией и работал на жидкой фотополимерной смоле, которая затвердевала под действием ультрафиолетового лазера. Технология послойного наплавления пластиковой нити появилась чуть позже, в 1989 году, благодаря изобретателю Скотту Крампу, основавшему компанию Stratasys.

Долгое время FDM-принтеры оставались дорогими промышленными аппаратами из-за строгих патентов. В 2005 году британский учёный Адриан Боуйер запустил открытый волонтёрский проект RepRap. Целью проекта стало создание принтера, способного напечатать большинство деталей для сборки своей собственной копии. Когда основные патенты истекли к 2009 году, на основе чертежей RepRap начался взрывной рост доступных настольных 3D-принтеров по всему миру.

Частые вопросы

Почему первый слой печати считается самым важным?

Если первый слой плохо прилипнет к платформе стола, модель сдвинется от движения сопла в процессе работы. В результате принтер продолжит выдавливать пластик в воздух, превращая заготовку в спутанный комок нитей.

Можно ли печатать сломанные детали для бытовых приборов?

Да, для этого штангенциркулем замеряют размеры сломанной шестерни или пластиковой ручки, чертят её копию в программе трёхмерного моделирования и отправляют на печать крепким пластиком вроде PETG.

Чем фотополимерная печать отличается от обычной пластиковой?

Вместо катушки с твердой нитью фотополимерный принтер использует ванночку с жидкой полимерной смолой. Светодиодный экран подсвечивает нужные участки на дне ванны, отчего смола затвердевает тонкими слоями по 0.05 миллиметра, давая идеальную детализацию миниатюр.

Вреден ли запах при печати для человека?

При печати экологичным PLA-пластиком выделяется лишь лёгкий сладковатый аромат жжёного сахара. Пластики вроде ABS выделяют пары стирола, поэтому принтеры с такими материалами ставят в хорошо проветриваемых комнатах или оснащают угольными фильтрами.