Як працює 3D-принтер? Просто про складне

Діджитал 09 листопада 2022 Перегляди: 44

3D-друк — велика і складна тема, в якій можна розбиратися нескінченно. Розповімо коротко, як працює 3D-принтер, чим він друкує і як модель з комп’ютера перетворюється на фізичний об’єкт.

Тривимірний друк стає все популярнішим. Як працює 3D-принтер, які матеріали використовуються при друку моделей, а також деякі практичні поради розглянемо в нашій статті.

Як працює 3D-принтер?

Почнемо з технології друку. У наші дні 3D-принтерів дуже багато, а відповідно, і способів створення моделей з їх допомогою — теж не перечесть. Але в принципі, всі принтери в основі мають одну з трьох різних технологій.

По-перше, існує так звана стереолітографія (SL або SLA). Всередині принтера розміщується ванна, в якій знаходиться рідкий фотополімер. Фотополімери — це пластмаси або смоли, які затвердівають при впливі світла. Принтери зазвичай працюють з акриловою, епоксидною або вініловою смолою. По поверхні смоли рухається лазерний промінь, і там, де він її стосується, смола відтвердіває. У фотополімерному басейні є платформа, яка після кожного ствердування опускається трохи вниз (глибше у ванну). Таким чином, об’єкт друкується за рядами, як текст у звичайному принтері. Після повного відвердження моделі вона відрізняється високою міцністю і хімічною стійкістю. Перевагою цього методу є точність передачі: навіть дрібні мікрометричні структури принтер може надрукувати дуже чисто. На жаль, стереолітографічні принтери зараз дуже дорогі.

Друга технологія роботи 3D-принтера — селективне лазерне спікання (SLS). Щоб зрозуміти, як це працює, уявіть собі вертикальну трубу, в якій знаходиться рухома платформа. На початку друку платформа знаходиться нагорі. Пластик, формувальний пісок з пластмасовим покриттям, металевий або керамічний порошок розподіляються по платформі тонким шаром за допомогою валика. Потім по платформі починає переміщатися лазерний промінь, нагріваючи певні точки в порошку, так що вони з’єднуються і утворюють першу площину об’єкта. Після цього платформа рухається трохи вниз, і процес починається знову. Таким чином, об’єкт знову будується за шарами.

Третій спосіб — класичний. Він називається моделюванням методом наплавлення (FDM). У цьому процесі кожен новий шар виробу формується з рідкого пластику, який пропускається через екструдер (програмований пристрій, що надає йому певну форму) і після цього негайно відтворюється лазером. Потім відкидений шар зміщується вниз, екструдер надає форму новому шару, і він наплавляється зверху на попередній, і так далі. Такі принтери відносно недороги і можуть бути зібрані самостійно із застосуванням деяких ноу-хау. Тут точність друку виходить гірше порівняно зі стереолітиографією, однак для любителів це найкраща процедура 3D-друку.

Як створюються моделі для друку?

Спочатку створюється 3D-модель об’єкта за допомогою CAD і зберігається в спеціальному форматі STL. Потім файл STL завантажується в програму різання для принтера, наприклад, Cura або Slic3r. Програма різання дозволяє задавати фізичні властивості моделі, такі як щільність заповнення або використання опорних конструкцій.

Програма перетворює 3D-модель на G-код. Він містить інструкції для екструдера, за якими той повинен надавати форму кожному шару моделі. Код завантажується в принтер, пристрій запускається, і починається друк.

Які матеріали використовуються в 3D-друку?

3D-друк здійснюється за допомогою різних видів пластику. Він випускається у формі ниток, намотаних на великі котушки. Нитка заряджається в принтер, який втягує і розплавляє її для того, щоб пластик став рідким, і йому можна було надавати форму.

Найчастіше в принтерах використовується полілактид (PLA). Це пластик, який отримують з відновлюваних джерел — наприклад, з кукурудзяного крохмалю. Він водовідштовхуючий, а також безпечний для виготовлення ємностей для харчових продуктів. Крім того, він вогнестійкий і стійкий проти УФ-випромінювання. Найбільша перевага — у нього при друку немає неприємного запаху.

Дуже часто використовується сополімер акрилонітріл-бутадієн-стирол (ABS). Цей пластик є однією з найбільш широко використовуваних пластмас у світі. Він особливо стійкий до олій, жирів і високих температур. Під час друку він також не дає запаху. Моделі з нього виходять матовими.

Ще один матеріал для 3D-друку — полівініловий спирт (PVAL або PVOH). Особливістю цього пластику є його водорозчинність. Завдяки цьому він зручний для друку несучих конструкцій всередині моделі, на які потім наплавляється водостійкий пластик, той же PLA. Після завершення моделі несучі конструкції всередині розчиняються.

Для друку несучих конструкцій у моделях з пластику ABS часто використовується ударопрочний полістирол (HIPS). Цей пластик має високу ударну в’язкість і твердість.

До ексклюзивних методів відноситься друк сполуками PLA, тобто, за допомогою суміші пластику PLA і частинок інших речовин. Таким чином створюються моделі, наприклад, з дерева або міді.

Рідко, але все-таки використовується полікарбонат (PC). У цього пластику дуже висока температура плавлення — від 270 ° C до 300 ° C. Крім того, цей пластик має високу ударопроченість і термостійкість.

Для друку деталей механізмів, наприклад, зубчастих коліс або гвинтів, які повинні витримувати велике зусилля і не ламатися, використовується нейлон.

Також існує ряд пластиків з маркуванням «elastic» або «flex». Вони можуть бути виготовлені з різних речовин, але, як правило, в якості основного інгредієнта використовуються термопластичні еластомери на основі уретану. Їх об’єднує одне — гнучкість.

Посуд і контейнери для харчових продуктів друкуються з використанням безпечних нетоксичних пластику. Це або вже згаданий PLA, або поліпропілен (PP), який, на відміну від першого, є гнучким. Існує також безпечне для харчових продуктів поєднання PLA і ABS — PETG, яке більш стійке до атмосферних впливів.

Читайте також:

• Як працює холодильник? Просто про складне
• Як працює ЖК-дисплей? Просто про складне
• Що таке Wi-Fi? Просто про складне