Как устроен принтер внутри видео для детей

Обновлено: 02.05.2024

Вы хотели бы иметь возможность прокатиться на машине времени в мир своего детства? Хотели хотя бы на день оказаться в старой квартире в окружении давно забытых игрушек и предметов, прогуляться по улочкам родного города, зайти в магазины с прилавками и продавщицами в чепчиках или купить на все карманные деньги жвачек с вкладышами? Для всех, кто рос в 90-е (или, наоборот, хочет впервые погрузиться в эпоху), такая возможность появилась — пусть и виртуальная.

На YouTube-канале обычного белоруса Виктора Гринкевича — огромное количество видеороликов разной длительности из колоссального домашнего архива, который, по признанию автора, составляет тысячу одних только VHS-кассет, не говоря уже о цифровых залежах.

И это не журналистская хроника тех лет, привычная по ностальгическим телепрограммам вроде «Намедней». Виктор почти не снимал парады, общественно-важные события или музыкальные концерты, в сотнях видео на его канале — обычная жизнь его семьи, которую автор начал снимать с 1992 года: каждодневный быт и праздники, поездки в Минск и Москву, походы на рынок и в магазины, школьные будни и провинциальные дискотеки. Всё то, на что среднестатистическому счастливому обладателю видеокамеры в 90-х просто не пришло бы в голову тратить плёнку.

Если правило жизни казахских акынов — «что вижу, то пою», то главный жизненный принцип Виктора Гринкевича — «чем живу, то снимаю», и результатом этого принципа стал слепок жизни среднестатической постсоветской семьи. И этот слепок интересно разглядывать сейчас, в 2021 году, всматриваясь в кадры домашней кинохроники и узнавая в роликах Виктора нашу с вами действительность 20 и более лет назад.

Я давно интересуюсь культурой и бытом нашего недалёкого прошлого, поэтому, открыв для себя в этом году канал Виктора, испытал чувство сродни радости от выигрыша в лотерею. В этом материале я поделюсь с вами своими ностальгическими наблюдениями и надеюсь, что это станет стартовой точкой для собственных исследований.

Пожалуй, самое трогательное видео Виктора называется «Возвращение блудного отца из Москвы 90-х». Гринкевич прожил всю жизнь в белорусской провинции, но время от времени наведывался в столицу России и неизменно привозил оттуда подарки своим детям, а в этот раз ещё и особенный повод для съёмки выдался: его сын Руслан отмечает день рождения.

Среди подарков «блудного» отца — целая россыпь сладостей, в которой можно разглядеть шоколадки Hershey's и конфеты Starburst, причём под их старым названием Opal Fruits, которое сменили в 1998 году.

Дочке Веронике достаётся кукла Betty Teen — более дешёвый, но от этого не менее желанный аналог Barbie, ставший особенно популярным на постсоветском пространстве, куда этих кукол с самого начала 90-х возили целыми фурами.

Имениннику же вручают свежий на тот момент выпуск журнала «Видео-асс Dendy» и главный подарок: набор LEGO 6348 «Мобильный командный центр полиции» 1994 года.

3D-печать распространена повсеместно. Она позволяет создать что угодно — от прототипов всевозможных изделий, до функциональных частей реактивных двигателей самолетов и космических аппаратов, от канцелярских принадлежностей и автозапчастей, до шоколадок и сувениров.

Но, как именно работают 3D-принтеры, как они создают трехмерные объекты любой возможной формы — знают еще не все. Если вы хоть раз задавались этими вопросами, то перед вами — самое простое объяснение 3D-печати.

Общие принципы 3D-печати

Принцип 3D-печати по любой существующей технологии — создание объемных объектов из совокупности плоских слоев.

Цифровая модель изделия разделяется на слои специальной программой — слайсером, а принтер печатает эти слои, один на другом, составляя из них трехмерный объект. Так, из множества слоев, получается объемная деталь.

Общий принцип один, но технологии различаются; самая распространенная и доступная среди них — FDM.

FDM

Моделирование методом послойного наплавления (FDM), также известное как производство способом наплавления нитей (FFF) — самый популярный и массовый тип 3D-печати.

Стандартное FDM-устройство работает как термоклеевой пистолет управляемый роботом, что не удивляет, ведь разработка технологии FDM когда-то начиналась с опытов с термоклеем. Пластиковый пруток проталкивается через горячее сопло, где он плавится, а выходя из него укладывается слоями. Процесс повторяется снова и снова, пока не появится готовый 3D-объект.

Единственное отличие в том, что 3D-принтеры используют не стержни термоклея, а пластиковый филамент намотанный на катушки.

Самые распространенные материалы для FDM (FFF) — пластики ABS и PLA.

Пластиковая нить, она же филамент, выпускается в такой форме для того, чтобы она могла легко плавиться при заданной температуре, но очень быстро застывать — после охлаждения всего на пару градусов. Именно это и позволяет печатать 3D изделия со сложной геометрией с высокой точностью.

Проще говоря, 3D-печать отличается от традиционной 2D-печати только тем, что повторяется снова и снова, создавая слой за слоем, один на поверхности другого. В конце концов, тысячи слоев образуют 3D-объект.

FDM-принтер на примере MakerBot Replicator 2

Стереолитография

Стереолитография использует свет для “выращивания” объектов в емкости с фотополимерной смолой. Как и в прочих технологиях 3D-печати, изделие образуется слой за слоем, здесь — при отверждении жидкого фотополимера светом.

От FDM стереолитография отличается более монолитными принтами, даже с одинаковой заданной толщиной слоя.

На фото: принты FDM и SLA, слой обеих моделей — 0,1 мм.

Дело в разнице в технологиях — фотополимерная засветка дает более аккуратные слои, чем расплавленный филамент выдавливаемый из сопла FDM-принтера.

SLA и DLP — две разновидности стереолитографии. SLA — лазерная стереолитография, DLP — цифровая проекция. Различие между ними в том, что в SLA источником света служит лазер, а в DLP — проектор.

Независимо от технических особенностей, принцип работы устройств SLA и DLP схож. Для запуска печати необходимо опустить специальную платформу построения в емкость с жидкой фотополимерной смолой.

Платформа останавливается на высоте одного слоя от дна емкости.
Происходит засветка источником света принтера.
Жидкий полимер, под воздействием света, становится твердым и прилипает к платформе построения. После этого платформа поднимается на высоту еще одного слоя и процесс повторяется.

SLA-принтер на примере Formlabs Form 2

SLA дает более гладкие поверхности, по сравнению не только с FDM, но и с DLP, о которой рассказываем далее.

Так получается потому, что DLP проецирует слои картинкой из пикселей, а луч лазера в SLA движется непрерывно, что дает ровный, не пикселизованный слой.

DLP в тех же целях использует проектор, а LED DLP — ЖК-дисплей с ультрафиолетовой подсветкой. В этих конструкциях свет проецируется на смолу по всей площади слоя одновременно, что дает преимущество в скорости, когда необходима печать крупных объектов с заполнением в 100% — полная засветка слоя происходит быстрее, чем в SLA.

Но при печати мелких или пустотелых объектов SLA быстрее, так как интенсивность засветки лазерным лучом, а значит и скорость полимеризации, выше.

DLP-принтер на примере SprintRay MoonRay S

SLS

Главное преимущество технологии перед FDM и SLA — SLS-печать не требует создания поддерживающих структур, ведь материалом поддержки служит окружающий модель материал — это позволяет печатать изделия любой формы, с любым количеством внутренних полостей, и заполнять ими весь рабочий объем принтера. SLS-принтеры работают с широким спектром материалов, а их принты прочнее, чем большинство напечатанных FDM или стереолитографией.

Благодаря прочностным характеристикам, напечатанные на SLS-принтерах детали могут использоваться в практических целях, а не только как прототипы и декоративные элементы.

Для создания объекта аппарат направляет лазер на слой мелкофракционного порошка, сплавляя частицы друг с другом для формирования слоя изделия. Затем, устройство рассыпает следующую порцию порошка на поверхность готового слоя и разравнивает его, а лазер расплавляет, создавая следующий слой изделия. Процедура повторяется до тех пор, пока печать не будет завершена.

Есть у SLS-принтеров и минус — их стоимость. Они очень дороги, по сравнению с FDM и SLA/DLP. Это связано с ценой необходимых для такой печати высокоэнергетических лазеров. В принципе, стоимость даже самых дешевых SLS-принтеров совсем недавно начиналась от $200 000.

Тем не менее, некоторые компании в настоящее время работают над тем, чтобы сделать данную технологию более доступной, поэтому есть шанс, что приобрести SLS-принтер в ближайшем будущем смогут позволить себе даже любители. Один из примеров — польская компания Sinterit.

SLS-принтер на примере Sinterit Lisa Pro

Извлеченная из SLS-принтера модель не требует удаления поддержек и может использоваться без постобработки, ее надо лишь очистить от лишнего порошка.

Polyjet

Главное преимущество технологии Polyjet в ее мультиматериальности — многие Polyjet-принтеры способны печатать объект большим количеством различных материалов одновременно, что позволяет создавать изделия состоящие из участков с разными механическими и оптическими свойствами, то есть — разной твердости и цвета. Это фирменная технология компании Stratasys.

Пример: принтер Stratasys и напечатанные на нем кроссовки.

Polyjet 3D-принтеры распыляют крошечные капельки фотополимерной смолы на поверхность и полимеризуют их ультрафиолетовым излучением.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет создан объект. В отличие от FDM-принтеров, Polyjet-устройства могут наносить материал из многочисленных сопел одновременно.

Polyjet-принтер на примере Stratasys J750

Заключение

Прочитав эту статью, вы ознакомились с принципами и примерами работы 3D-принтеров функционирующих по самым распространенным технологиям.

Существуют и другие технологии, в основном — связанные с 3D-печатью металлами, но они используются только в промышленности. О них мы поговорим отдельно.

Чтобы выбрать 3D-печатное оборудование и материалы для любых задач обращайтесь в Top 3D Shop — проконсультируем, подберем максимально подходящую технику и расходники, оформим заказ, доставим, установим и научим.

Принтеры

Одну из самых популярных и удобных технологий печати используют струйные принтеры. Они идеально подходят как для дома, так и для малого бизнеса, учитывая их в среднем небольшую стоимость и многофункциональные возможности. Струйные принтеры сочетают в себе удобство и уникальность, что описывает их как отличный выбор. Часто у пользователей возникает вопрос, как работает струйный принтер? Ответ на вопрос вы найдете в нашей статье.

Как возникла струйная печать

Созданию струйных принтеров предшествовало изобретение Уильяма Томсона – самопишущие приборы для приёмных телеграфов. Принцип работы прародителей струйных принтеров основан на электростатических силах, с помощью которых осуществлялась запись какого-либо текста, посредством задания траектории падающим каплям чернил на бумагу. Дата создания этого устройства – 1867 год.

Самопишущие струйные приборы так бы и канули в лету, если бы не компания Siemens, которая намеревалась воссоздать и адаптировать под современные реалии технологию далекого прошлого. Что им и удалось в 1951 году, однако технологии тех струйных принтеров были весьма далеки от нынешних. Он был необходим для регистрации на бумаге каких-либо измерений и подсчетов каких-либо устройств, таких как: сейсмографы, электрокардиографию сердца, мультиметров и прочих.

Однако обладали огромным количеством недостатков:

Дороговизна;
Неаккуратность (пачкал бумагу);

Даже сами разработчики не питали многих надежд в отношении к своему изобретению. Однако, технологию струйных принтеров продвигали и модернизировали создавая устройства с отдельными печатающими головками, распыляющими механизмом и краской.

Кристаллы сыграли не последнюю роль в усовершенствовании технологий струйных принтеров. А точнее пьезоэлектрики. Не сильно глубоко залезая в физику пьезоэлектрики – кристаллы, способные при давлении, сгибании выдавать из себя электроны. Или наоборот – при подаче электрического тока могли сгибаться. Тем самым, при подаче тока, деформации подвергался кристалл, выталкивая из головки определенное количество чернил.

Конкуренция между компанией из страны «Восходящего солнца» и богатейшей фирмы США привело к скорейшему прогрессу оптимизации работ и эффективности устройств струйных принтеров. Инженер из японской компании Canon заметил, что если к наполненному красками шприцу прикасался горячий паяльник, происходило разбрызгивание содержимого шприца. Американцы поступили фактически аналогично .

Компания Canon использовала следующий метод : нагревали краску до температуры 400 градусов по цельсию , вследствие чего получалась капелька из газа , который после падал на бумагу . На западе технология была фактически аналогичная как у принтеров Canon, за исключением меньшего объема теплоты , необходимого для нагрева и пузырька красящей жидкости, падающего на бумагу , вместо капли.

Также были и другие новшества: более простая конструкция , что убавляло цену ; пьезоэлектрические пластины вместо пьезоэлектрических кристаллов.

Более значимым изобретением было добавление цветной головки компанией Hewlett-Packard , смешивающая желтый , голубой и алый цвета . Благодаря этой идее можно было получать практически любые оттенки на печати.

Что же внутри

В данной главе коротко описывается внутреннее устройство струйных принтеров, подробное описание их функций и механизмов работы будет представлено в следующей главе.

Cтруйный принтер состоит из следующих составных частей:

Пишущей (печатающей) головки;
Картриджа или СНПЧ(система непрерывной подачи чернил ) ; ;
Датчиков;
Панели управления и корпуса.

Начнём по порядку .

Печатающая головка

Печатающая головка обладает следующими характеристиками :

Количество цветов ( в современных принтерах от 4 до 12) ;
Размер чернильных капель ( хотя во многих принтерах размер капли может варьироваться ) ;
Разрешение печати (измеряется в количестве капель на дюйм, чем выше этот показатель , тем качественнее печать) .

Внимание! При длительном перерыве между работами принтера краска можем засохнуть и забить печатающую головку.

Картридж

Как устроен картридж струйного принтера? Он представляет из себя емкость с чернилами и контактные пластины. Картриджи могут быть раздельными или комбинированными. В раздельным могут использоваться чернила только одного цвета, комбинированные обладают привилегией во множестве отсеков с разными цветами, в основном это пурпурный , голубой , желтый .

Помимо картриджей зачастую используется СНПЧ. Состоит из отсека с краской и эластичных труб, через которые текут чернила.

Механизмы подачи бумаги

Механизмы подачи бумаги. Бумага подаётся через вертикаль или горизонталь. Состоит из специальных валиков и моторчиков.

Панель управления

Панель управления. Работа всей этой системы струйных принтеров осуществляется посредством данной панели.

Корпус

Необходим для защиты от пыли и механических повреждений, а также для эстетики.

Как работает струйный принтер

Сначала датчик подачи бумаги загружает бумагу в принтер. Ролик вытягивает бумагу и продвигает внутрь принтера. Картриджи и трубки составляют систему распределения чернил. Но сердцем струйного принтера является печатающая головка. Она состоит из сопел, которые распыляют чернила.

Приводной ремень прикрепляет головку к шаговому двигателю. Именно так работает принтер, при помощи таких частей он расшифровывает информацию, посылаемую компьютером. Его задача состоит в том, чтобы скоординировать работу печатающей головки, бумаги и чернил.

Чернила представляют из себя специальную смесь воды и красящих химических веществ, которые не позволяют им высыхать. Картриджи располагают как правило не больше трех цветов: голубых, желтых и пурпурных. В комбинации эти цвета могут дать огромное количество цветов. Имея всего 4.5 миллилитра краски, цветной картридж может выдать около 900 миллионов капель.

Главную роль играют 4 небольших моторчика. Один моторчик приводит в движение датчик бумаги, другой – ролик, проталкивающий бумагу в принтер , третий заставляет печатающую головку двигаться вперед и назад по бумаге , последний отвечает за выталкивание чернил .

Печатающая головка сделана из силикона , которая легко принимают любую форму , состоящая из огромного числа сопел ( в среднем 3000). Некоторые принтеры могут сами чистить печатающую головку .Каждая сопла предназначена для своего цвета. Эти соплы похожи на котлы .

Из них жидкость выталкивается под воздействием тока и начинает деформироваться , тем самым проталкивая жидкость вперёд. Благодаря этой системе можно варьировать размер капель, которые будут выходить из отверстия. Скорость пьезоэлектрической печати на порядок выше чем термической.

C термоэлементом все обстоит иначе, который нагреваясь , образует вокруг себя пузырьки , которые выталкивают жидкость . В это время образуются газовые пузыри с чернилами , которые создают сильное давление в чернильной камере, после чего капли выходят через отверстия. После этого давление исчезает и туда попадает следующий определенный объем красок .

Благодаря такому невероятному устройству струйного принтера, начиная от моторчиков , и заканчивая печатающей головкой , мы можем наслаждаться быстрой и качественной печатью , без излишних напряжений и без определенного знания принципа печати, познаний в техники и электронике .Полагаю, принцип работы струйного принтера понятен.

Отличия между картриджами и СНПЧ

У картриджей имеется своя аббревиатура – ПЗК ( перезаправляемые картриджи) или ДЗК (дозаправляемые картриджи ) .Из чего состоит картридж ? Состоит из прозрачного корпуса , что позволяет наблюдать за количеством оставшейся краски . Оснащён двумя отверстиями . Первый необходим для заправки , крышка данного отверстия сделана из силикона . Заправка осуществляется обычным медицинским шприцом . Второе отверстие предназначено для выравнивания воздушного давления .

В случае с картриджами доступна многократная перезарядка . Это становится возможным благодаря перепрошитым чипам на ПЗК.

СНПЧ – это прозрачные ёмкости для чернил, находящиеся рядом с принтером и подсоединенные с перезаправляемыми тонкими гибкими трубками . Объём такой емкости около 80 мл , что практическими в 40 раз больше среднего значения картриджей . Отсюда и заправлять надо СНПЧ крайне редко. Стопроцентная герметизация в емкостях обеспечивает равномерное давление.

Очень важно оценить преимущества и недостатки тех или иных устройств, провести параллель.

Цена системы непрерывной подачи чернил со специализированной установкой примерно в два раза превышает стоимость покупки обычных картриджей .Однако можно попытаться самому установить и настроить все необходимые системы , что сделаем скидку в 300-500 рублей. Поговорим о том, на что ориентироваться во время покупки. Для начала выделим наиболее значимые минусы той и другой системы. Установка ПЗК в устройство печати проста, без лишних хлопот, не мешают на рабочем столе, так как весят не особо много.

Однако следует выделить существенные минусы, из которых:

Частая заправка чернил вследствие небольшого объема чернильницы, что довольно муторно, тем более невозможной без обыкновенного аптечного шприца. Затрата большого объёма времени и сил на данную процедуру.
Извлечение картриджа для определения уровня чернил.
Существует достаточно большая вероятность не уследить за количеством краски, и упустить момент, когда ее не станет, что приведет к завоздушиванию ПГ. Если речь о термоструйных принтерах, велик риск выгорания отверстий,
Для минимального снижения уровня чернил необходимо вынимать ПЗК из гнезда.
Частое вынимание и возвращение на место чернильниц приводит к тому, что контактные пути на чипах повреждаются, частая поломка картриджей ПЗК.

Заправка СНПЧ крайне проста и удобна , достаточно поместить нужное количество краски в емкость. Резкое окончание краски практически невозможно, так как бутылочки постоянно находятся перед глазами. С чернилами также нет никаких проблем.

Несмотря на это существуют и недостатки СНПЧ:

Рядом с принтером должно быть свободное место, дабы размещать там бутылочки
Любые движения и перемещения принтера крайне проблематичны, и во избежание различного рода проблем, следует закрывать все отверстия.
Если чернила в бутылочках подвергаются свету солнечных лучей , они могут испаряться, постепенно терять насыщенность цвета и ощущать другие неприятные последствия.

Основные минусы печатных аппаратов в том, что один ухудшает свою работу из-за крайне частого использования, в то время как другой, напротив, подвергается негативному воздействию впоследствии слишком незначительного количества распечатанных материалов.

Итак, для того, чтобы выбрать правильно и надолго, следует опередить, для чего принтер будет вам служить: если он нужен вам для домашнего использования: печать фотографий, школьных текстов или отчетов для работы, отличным выбором станут перезаправляемые картриджи. Если же аппарат необходим вам в профессиональном деле, для работы или учебы на постоянной основе, более подходящим вариантом будет система непрерывной подачи чернил.

Различные виды чернил для работы со струйными принтеры

Чернила делятся на два основных типа – на основе красителя и на основе пигмента краски.

Начнём с водорастворимых чернил. Они создают максимально яркое и насыщенное изображение. Секрет – в полном отсутствие твердых частиц , что позволяет краске плавно ложиться на бумагу. Однако срок хранения кратковременен, быстро выцветают, особенно губительно для таких изображений является попадание ультрафиолета, то есть солнечных лучей . Хотя по большей части это вопрос способа хранения. В тени они будут гораздо дольше храниться, чем под солнечными лучами.

Влага не менее губительна в данном случае . Оттого и называются водорастворимыми. Лучшим вариантом будет хранение этих изображений в альбоме или в помещении при комнатном свете.

В пигментных красках чернила имеют в своем составе твердые частицы. Вода им не страшна, впрочем как и солнечный свет. Могут храниться до 75 лет и свыше . Цена этому – тусклость изображения. При разной степени освещенности видны разные оттенки . На глянцевой поверхности также не нанесешь пигментные чернила , попросту размыто будет изображение .

Важно! При работе не стоит ни в коем случае нельзя допускать чтобы бумага была влажной, ни с пигментированными красками , ни уж тем более с водорастворимыми . Иначе это может привести к различным последствиям начиная от некачественного изображения вплоть до поломок в принтере!

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома.

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно.

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию - предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками.

Первый 3D-принтер. Источник: habr

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать тестового образца почки. Источник: BBC

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина.

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей;
рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
рама — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D-принтера. Источник: Lostprinters

Все это управляется компьютером.

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком.

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу: его создают на компьютере в специальной программе, затем сохраняют в формате STL. Этот файл выводят в программу резки для принтера — она помогает задать модели физические свойства изделия, например плотность. Далее программа преобразует модель в инструкцию для экструдера и выгружает ее на принтер, который начинает печатать изделие.

3D-чертеж легко сделать в домашних условиях — почитайте инструкцию на habr.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать.
Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
Наблюдать за печатью.

Можно ли применять напечатанные изделия

Зависит от качества материала, принтера и конечного изделия. Часто домашние принтеры неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нужно дополнительно обработать: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами и почти всегда с ребристой поверхностью.

Изделие после и до обработки. Источник: 3D-Today

Для обработки поверхности есть несколько способов — не все подходят для домашнего применения:

механическая обработка — шлифовка вручную, срезание заусенцев;
химическая — погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение спецраствора кисточкой.

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel.

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Прототипы детских протезов, 3D-печать. Источник: 3D-Pulse

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

Одно из победивших блюд шеф-повара. Источник: 3D-Pulse

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Технологии 3D-печати

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины.

Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.

Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения.

Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении.

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.

Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

На атлете — кроссовки New Balance, которые изготовили с помощью лазерного спекания. Источник: 3D-Today

Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.

Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие.

Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли.

Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems.

Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.

Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома.

Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани.

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере.

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет.

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит.

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования».

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.

А так ли сложно разобраться в способах печати? Много ли их? На самом деле, основных, то есть тех, которые используются повсеместно и беспрерывно, всего лишь две: офисная и домашняя. Пугает градация? Тогда обозначим более формально: офисная – в 99 процентах случаев оказывается лазерной печатью, домашняя – струйной. Конечно, есть и исключения, о них поговорим подробней при описании каждого метода печати.

Зачем нам все это знать? Дело в том, что мы привыкли выбирать принтеры по своим привычкам – «был у меня всю жизнь струйный аппарат компании N, вот и куплю такой же, только посвежее». Согласитесь, такой подход к выбору техники не всегда логичен – принтер не холодильник, он устроен гораздо сложнее, да и возможности у разных моделей различны.

Основные технологии печати

Чтобы не заблудиться в лесу терминов и понятий, связанных с технологиями печати, давайте разберемся в каждой из них по порядку. Начнем, естественно, с самой популярной – лазерной.

Самая старая из всех технологий, именно она стоит в основе всех копировальных аппаратов – лазерная печать. Благодаря ее существованию, все офисные трудящиеся могут за несколько секунд распечатать текстовый документ (иногда, даже цветной) отличного качества.

Лазерные принтеры печатают очень быстро и четко, потому их и любят в офисах

Посмотрите на принтер, который стоит у вас в офисе – скорее всего, он является наглядным примером этого раздела нашего обора. Достаточно большой серый ящик, который выплевывает готовые распечатки с достаточно большой скоростью, практически не задумываясь. Что же у него внутри? Почему он так быстро и качественно печатает?

Внутри у такого аппарата находится барабан, на который наводится электрический заряд, соответствующий выводимому отпечатку. Этот заряд притягивает к себе тонер –специальный порошок (черный, или цветной в зависимости от типа принтера). Затем этот порошок переносится на лист бумаги (или на какой-либо промежуточный носитель, а только потом на бумагу). Чтобы картинка не осыпалась, лист проходит через печку – специальный нагреватель, который запекает тонер на бумаге. Из-за него во время долгой печати появляется неприятный запах. Впрочем, не только печка «портит атмосферу» - лазерные принтеры во время своей работы выделяют вредный газ озон.

Схема работы лазерного принтера

Что ж, основные отрицательные черты (плохой запах и выделение озона) лазерных принтеров мы вспомнили. Добавим к ним еще высокую стоимость самих аппаратов – вот и все недостатки такого решения. К безусловным же преимуществам лазерной печати можно отнести очень высокое качество и скорость печати.

Светодиодные принтеры – идеальные выбор для домашней печати текстов

Аналогом лазерных принтеров являются светодиодные. Работают они фактически также, только вместо лазера для формирования картинки на барабане используется ряд светодиодов. Метод имеет только один недостаток – качество печати чуть уступает лазерному. Скорость печати здесь зависит от количества цветов: черно-белые принтеры работают чуть медленнее лазерных аналогов, зато цветная светодиодная печать быстрее. По всем остальным параметрам светодиодные принтеры ушли далеко вперед – они мало стоят, их расходные материалы тоже дешевле (хотя и лазерные тонеры тоже стоят мало), а самое главное, они считаются менее вредными для здоровья, чем лазерные.

Полная противоположность лазерной печати – печать струйная. Как правило, это медленное нанесение высококачественной цветной картинки на бумагу, а вовсе не молниеносная распечатка черного текста. Давайте рассмотрим такой принтер изнутри.

Внутри у струйного принтера очень свободно

Очевидно, устройство такого аппарата куда проще, чем у лазерного. Нет здесь ни барабана, ни лазеров, ни печки. Только лишь одинокий картридж (или несколько) болтается внутри практически пустого корпуса. Итак, всего лишь два главных элемента в струйном принтере – картридж и печатающая головка. Кстати говоря, у некоторых производителей картриджи оборудованы встроенной печатающей головкой. Зачем же это нужно?

Струйных технологий человечество изобрело несколько. В зависимости от ваших потребностей та или иная технология печати будет подходить больше. Существует термоструйная и пьезоэлектрическая технология.

Схема работы пьезоэлектрического струйного принтера

Термоструйная технология предполагает применение дешевых печатающих головок. Сделано это для того, чтобы иметь возможность их менять при первой же необходимости. Производители принтеров разделились во мнениях насколько часто следует менять печатающую головку – кто-то считает, только в случае глобального засора, а кто-то – всякий раз при смене картриджа.

Сама технология основывается на том, что для нанесения картинки или текста на бумагу чернила резко нагревают, и они, расширяясь, вылетают наружу, отпечатывая на бумаге заветные точки. Дешевая печатающая головка здесь нужна именно для того, чтобы обеспечить спокойствие пользователя – а вдруг чернила намертво засохнут в соплах головки, не успев выйти из нее?

Схема работы термоструйного принтера

Основатели пьезоэлектрической технологии утверждают, что их печатающие головки буквально вечны и не требуют замены. Истинно ли так, вы узнаете, когда принтер откажется печатать всего лишь одну или две точки. Впрочем, сопла поддаются очистке – либо с помощью драйвера и большого количества свежих фирменных чернил, либо с помощью сервисного центра.

Зачем такие жертвы? Во-первых, картридж, представляющий из себя только лишь чернильницу в прямом смысле этого слова, стоит достаточно мало. А это радует безусловно всех пользователей. Во-вторых, технология действительно позволяет наносить на бумагу четкие микроскопические точки: на стадии зарождения этот метод печати был действительно самым лучшим (справедливости ради, стоит сказать, что сейчас обе технологии отлично справляются со своей задачей).

Обычно, у струйного принтера два катриджа – черный и цветной

Итак, с печатающими головками мы разобрались. А что же из себя представляют чернила? Уж точно, не ту цветную водичку, которой заправляют перьевые ручки. Чернила любого принтера по современным меркам должны удовлетворять как минимум двум условиям – быть влаго- и светостойкими, кроме того, желательно, чтобы из них можно было формировать микроскопические капли.

В настоящее время величина капли в некоторых принтерах не превышает одного пиколитра (по толщине эту величину можно приравнять одной десятой толщины человеческого волоса, то есть порядка 1/100 мм). Стоит заметить, что не все компании делают главную ставку на величину капли. Так, некоторые производители (к примеру, HP) стараются повысить качество за счет более качественного смешения цветов, а не уменьшения размеров неточных капель. Вообще говоря, минимальные размеры капли чернил колеблются от 1-1,5 (у Canon и Epson) до 4-5 (у Lexmark и НР) пиколитров.

В целом чернила делятся на две группы – пигментные и водорастворимые. Считается, что водорастворимые чернила лучше передают цвета картинки и фотографии, хотя в настоящее время оба варианта заслуживают очень теплых слов. Пигментные чернила являются водостойкими, хотя и водорастворимые (если их не вымачивать в воде) оказываются порой очень крепкими.

Кому-то мало?

Несомненно, две описанные технологии печати – это еще только начало. Есть множество методов печати, используемых либо по старой памяти, либо по профессиональной необходимости. Итак…

Самый дешевый метод нанести изображение или текст на бумагу – использовать матричный принтер. Помните пишущие машинки середины прошлого века? Такие тяжелые, с жесткими кнопками, по которым надо долбить пальцами в полную силу. Практически ничем устройство матричного принтера от тех машинок не отличается. Именно поэтому, кстати, работают они так шумно.

Матричные принтеры удобнее заправлять рулонной бумагой

Внутри принтера протянута красящая лента или несколько разноцветных лент в случае нанесения цветного узора. Для отображения картинки на бумаге, по ленте проходит печатающая головка, снабженная жесткими иголочками. Каждая из иголочек в нужный момент ударяет по ленте и на бумаге отпечатывается точка. Кстати говоря, матричными принтеры назвали из-за того, что иголки на головке образуют своеобразную матрицу, иностранцы же предпочитают такие аппараты называть «точечными».

Схема работы матричного принтера

Главное достоинство таких принтеров – в очень низкой себестоимости отпечатков: красящие ленты стоят копейки, а хватает их надолго.

Засохшие чернила

Существуют принтеры, внешним видом очень сильно напоминающие лазерные. Стиль работы, быстродействие – все в них подразумевает наличие лазера. Впрочем, качество печати у них слишком хорошее, сравнимое с настоящей полиграфией, а цена самих аппаратов испугает даже искушенных печатников. Речь идет о твердочернильной технологии печати.

Твердочернильные принтеры заправляются кусочками краски

Здесь объединили несколько технологий в одну, взяв у каждой только лучшее. Итак, закладываем в отсеки разноцветные блочки чернил, похожие на засохшую гуашь, включаем принтер, нажимаем кнопку «Распечатать» на нужном документе и наблюдаем, как за считанные секунды из аппарата вылетает распечатка идеального полиграфического качества. Мечта? Нет, реальность, только очень дорогая.

Схема работы твердочернильного принтера

Основа твердочернильной печати – в том, что чернила расплавляются непосредственно перед нанесением на бумагу. Главный компонент чернил – обычный воск, который очень быстро плавится, а попадая на бумагу сразу застывает. В целом же технология повторяет струйную: микроскопические разноцветные точки наносятся на бумагу и образуют на ней узор.

Главное и основное преимущество, повторим еще раз, в безупречном качестве печати. Причем, распечатки выглядят не просто хорошими, а профессиональными – воск блестит на свету, добавляя лоску.

Несомненно, в офисе, при наличии неограниченного количества дензнаков в бюджете, твердочернильный принтер станет незаменимым помощником. Существует и домашний вариант такого принтера: сублимационный фотопринтер. Увлеченным фотолюбителям понравится эта технология уже тем, что качество их отпечатков порой получается лучше, чем в фотолабораториях.

Сублимационные принтеры компактны и просты – их можно даже брать с собой в путешествие

Вообще-то технологии сублимационных и твердочернильных принтеров можно объединить в единую – термопечать. Не сделали мы этого по той причине, что предназначение у аппаратов совершенно различное. Да и оптимальное качество отпечатков достигается не за счет четкости и правильности нанесения точек на бумагу, а напротив, за счет смешивания, наложения соседних точек друг на друга. Именно благодаря этому проявлению технологии, она так ценится фотолюбителями.

Схема работы сублимационного принтера

В основном, в сублимационных принтерах используются пленочные четырехслойные картриджи. В специальном ролике расположена пленка, на которую нанесены три основных цвета и защитный слой. Принтер разогревает последовательно каждый цветной слой пленки и чернила, испаряясь, попадают на фотобумагу. Чтобы слои не стерлись во время использования распечатки, поверх чернил наносится защитный слой – он стерпит и грязные руки смотрящего, и даже подводное плавание.

Каждому по потребностям

Конечно, существуют и другие технологии печати, а значит и другие сферы применения принтеров на работе или дома. Но даже из этого обзора главных методов печати можно сделать неутешительный вывод о том, что привычка использовать одну и ту же технологию на протяжении долгих лет просто нецелесообразно. Вам нужна дома только фотопечать? Замените струйный принтер на сублимационный. А если есть необходимость радовать клиентов красивыми фирменными брошюрами – задумайтесь о покупке твердочернильного аппарата.

В любом случае, краткое введение в основы печатных технологий должно облегчить не только выбор нового аппарата, но и лучшего взаимопонимания со старым.

Читайте также: