Какие бывают 3д принтеры

Обновлено: 28.04.2024

Даже самые лучшие дешёвые 3D–принтеры потребительского уровня способны печатать объекты, размеры которых не превышает размера буханки хлеба, а более дешевые модели обладают ещё более скромными возможностями: обычно пространство для печати измеряется несколькими сантиметрами для каждой из сторон. Однако такие принтеры способны создавать объекты удивительной прочности, гладкости и чёткости, а это может очень пригодиться в домашних условиях, как для изготовления оригинальных крючков для одежды и солонок для соли, так и специфических деталей и запчастей, которые трудно найти в продаже.

Принтеры из акриловых деталей (оргстекла), которые в большом ассортименте можно встретить на прилавках Aliexpress, в действительности являются не более чем одноразовыми игрушками. Недолговечная пластиковая конструкция способствует образованию люфтов, косяков и проблем. Если вы серьезно относитесь к своему хобби, или 3D-принтер приобретается как профессиональный инструмент, лучшим выбором для начала знакомства с 3D-печатью будут примеры из этой статьи.

ТЕХНОЛОГИИ

ПРИМЕНЕНИЕ

Архитектура
Промышленный дизайн
Дизайн ювелирных изделий
Автомобильная промышленность
Проектирование и строительство
Аэрокосмическая промышленность
Географические информационные системы
Стоматологическая и медицинская промышленности
Гражданское строительство
Образование

FDM 3D–принтеры начального уровня. Цена: 15.000 – 30.000 ₽

Это самые дешевые 3D–принтеры, которые представлены простыми моделями, эти модели мы рекомендуем в качестве лучших 3D–принтеров из бюджетных вариантов. Процесс печати основан на моделировании методом послойного наплавления FDM (Fused deposition modeling). Пластиковая нить плавится, а затем наносится тонкими слоями, создавая модель. Бюджетные принтеры оснащаются одним соплом для выдавливания нити. В последнее время все чаще появляются SLA DLP принтеры, которые очень скоро сравняются по стоимости с FDM. К примеру, Anycubic Photon Zero — бюджетный фотополимерный LCD 3D-принтер

Они печатают медленно, им часто требуется много часов для того, чтобы воспроизвести один объект, и они печатают на ограниченной номенклатуре материалов.

Достоинства: низкая стоимость, простые принтеры являются идеальным вариантом для первоначального знакомства с процессом 3D–печати. Они, как правило, сравнительно просты в установке и настройке.
Недостатки: 3D–принтеры этого типа не оснащены закрытой камерой, конструкция хоть выглядит надежно, часто даже используется стальная рама. Отсутствие закрытого корпуса сразу накладывает ограничение по испльзованию видов пластика: PLA, SBS, PETG — пожалуй это всё чем они могут печатать без приложения изрядного шаманства.
Основные характеристики и расходные материалы: большинство принтеров этого типа обладают базовым программным обеспечением, но некоторые поставляются вообще без какого-либо программного обеспечения, и тем самым заставляют вас искать решения с открытым исходным кодом. В процессе печати обычно используются 1,75 миллиметровая нить, которая широко доступна в богатом цветовом ассортименте в виде катушек. Капризные материалы с высокой температурой плавления и коффициентом термической усадки ABS, HIPS, NYLON, PC, и другие — теоретически можно настроить печать, но придется выдумывать закрытый корпус, модернизировать экструдер и т.д.

Профессиональные FDM 3D–принтеры. Цена: от 100.000 – 200.000 ₽

Более сложные принтеры, использующие технологию FDM-печати, такие как Picaso, Ultimaker, Zenit, Hercules, обладают дополнительными функциональными возможностями (по сравнению с 3D–принтерами начального уровня): например, они оснащаются несколькими экструдерами и способны работать с более тонкими слоями (до 0,1 миллиметра) и печатать более гладкие объекты.

Достоинства: увеличенная площадь печати позволяет воспроизводить более объёмные объекты (по сравнению с более простыми аналогами). Несколько экструдеров дают возможность использовать различные цвета и материалы поддержки во время печати одного и того же объекта. Закрытая камера печати дает преимущество по используемыми материалами.
Недостатки: более высокая стоимость. Наличие более сложной конструкции и комплектующих может означать, что ещё больше деталей способно выйти из строя во время интенсивной работы.
Основные характеристики и расходные материалы: ключевыми факторами являются количество экструдеров (встроенных или доступных при модернизации) и улучшенное вертикальное или Z-разрешение. Эти модели, как правило, оснащаются платформой печати увеличенного размера, который часто достигает 30 x 30 x 30 сантиметров. Выбор расходных материалов значительно широкий: ABS, PLA, HIPS, SBS, PC, PA, FLEX и другие.

SLA 3D–принтеры на базе стереолитографии. Около 100.000 ₽

Новинкой на рынке 3D–принтеров являются модели на базе лазерной стереолитографии или SLA-принтеры, такие как Form или B9 Creator. Они используют для печати светочувствительную смолу и цифровой проектор или лазер. Под воздействием света смола затвердевает. Платформа печати затем опускается, и свет формирует следующий слой; так происходит до тех пор, пока объект не будет завершен полностью. Такие принтеры способны воспроизводить объекты с очень высоким разрешением, но количество цветов ограничено: Form может печатать серым и прозрачным (бесцветным), другие принтеры также способны предложить небольшой ассортимент цветовой гаммы.

Достоинства: очень высокое разрешение, гладкая печать с точностью воспроизводимых элементов до 0,030 сантиметра и толщиной слоев 0,003 сантиметра.
Недостатки: Процесс печати, как правило, медленне, чем у моделей, построенных на базе технологией FDM. Ограниченный диапазон цвета, в связи с новизной технологий сам принтер и смола для печати отличаются достаточно высокой стоимостью.
Основные характеристики и расходные материалы: стоимость принтера и виды смолы являются ключевыми факторами — в настоящее время смола для Form стоит 20.000 – 30.000 ₽ за литр, и доступна только в бесцветном и сером вариантах. Стоит обратить внимание на размер платформы печати: большинство 3D–принтеров оснащаются платформами небольшого размера: около 15 x 13 x 13 сантиметров.

Порошковые 3D принтеры. Ценовой диапазон: от 600.000 ₽ и выше

Другой подход — это порошковая печать, в данном случае мелкодисперсный порошок наносится на поверхность, а затем либо лазер спекает (расплавляет) порошок (процесс, называется выборочным лазерным спеканием SLS) или растворитель, разжижает порошок, в результате чего он схватывается, формируя слой. Преимущество порошковой печати заключается в том, что она может работать с широким перечнем материалов, включая металлы, стекло и пластик. Это единственные принтеры, которые способны создавать цветные 3D–объекты, получаемые путём смешивания порошков различных цветов.

Порошковые принтеры сложнее в разработке, и им необходим либо мощный лазер, либо растворитель, именно этим и объясняется их дороговизна. Например, Zprinter 150 до сих пор считается устройством коммерческого класса, и его стоимость составляет 800.000 ₽. Терпеливые энтузиасты могут получить доступ к этой технологии по более доступной цене: собрав собственное устройство с помощью открытого исходного проекта экспериментального порошкового принтера.

На хабре уже были статьи о технологиях печати, которые используют 3D принтеры, однако в данной статье я постарался подойти к вопросу системно, чтобы в голове у читателя сложилась четкая картина о том, какие принципы заложены в технологии 3D печати, какие материалы используются и в конечном итоге какую технологию лучше использовать для получения определенного результата, будь то деталь из титана, или мастер-модель для последующего тиражирования.
Статья основана на книге Fabricated: The New World of 3D printing

I. Те которые что-то выдавливают или выливают или распыляют

1) FDM (fused deposition modeling) принтеры которые выдавливают какой-то материал слой за слоем через сопло-дозатор, не буду расписывать подробно, мы про них все знаем. Все мэйкерботоподобные принтеры + принтеры Stratasys + различные кулинарные принтеры (используют глазурь, сыр, тесто) + медицинские которые печатают “живыми чернилами” (когда какой-либо набор живых клеток помещается в специальный медицинский гель которые используется далее в биомедицине)

2) Технология Polyjet , была изобретена израильской компанией Objet в 2000 г. в 2012 их купили Stratasys. Суть технологии: фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемого девайса под воздействием УФ излучения. Важная особенность, отличающая PolyJet от стереолитографии, является возможность печати различными материалами.
Преимущества технологии: а) толщина слоя до 16 микрон (клетка крови 10 микрон) б) быстро печатает, так как жидкость можно наносить очень быстро. Недостатки технологии: а) печатает только с использованием фотополимера — узко-специализированный, дорогой пластик, как правило, чувствительный к УФ и достаточно хрупкий.
Применение: промышленное прототипирование и медицина

3) LENS (LASER ENGINEERED NET SHAPING)
Материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера мгновенно спекается и слой за слоем формирует трехмерную деталь. Именно по такой технологии печатают стальные и титановые объекты.
Поскольку до появления этой технологии печатать можно было только объекты из пластика, к 3D печати особенно серьезно никто не относился, а эта технология, открыла двери для 3D печати в “большую” промышленность. Порошки различных материалов можно смешивать и получать таким образом сплавы, на лету.
Применение: например, титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения. Производитель оборудования: Optomec

4) LOM (laminated object manufacturing)
Тонкие ламинированные листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются в трехмерный объект. Т.е. укладывается тонкий лист материала, который вырезается по контуру объекта, таким образом получается один слой, на него укладывается следующий лист и так далее. После этого все листы прессуются или спекаются.
Таким образом печатают 3D модели из бумаги, пластика или из алюминия. Для печати моделей из алюминия используется тонкая алюминиевая фольга, которая вырезается по контуру слой за слоем и затем спекается с помощью ультразвуковой вибрации.

II. Те которые что-то спекают или склеивают

1) SL (Stereolithography) Стереолитография.
Есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется. После того как один слой готов платформа с деталью опускается, жидкий полимер заполняет пустоту далее запекается следующий слой и так далее. Иногда происходит наоборот: платформа с деталью поднимается вверх, лазер соответственно расположен снизу…
После печати таким методом, требуется постобработка объекта — удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют. В зависимости от необходимых свойств конечного объекта модель запекают в т.н. ультрафиолетовых духовках.
Фотополимер зачастую бывает токсичным поэтому при работе с ним нужно пользоваться средствами защиты и респираторами. Содержать и обслуживать такой принтер дома — сложно и дорого
Преимущества: быстро и точно, точность до 10 микрон. Для спекания фотополимера достаточно лазера от Blu-ray проигрывателя, благодаря чему на рынке появляются дешевые при этом точные принтеры работающие по такой технологии (e.g. Form1).

2) LS (laser sintering)
Лазерное спекание. Похоже на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером.
Преимущества: а) менее вероятно, что деталь сломается в процессе печати, так как сам порошок выступает надежной поддержкой б) материалы в порошковой форме довольно легко найти в продаже в том числе это могут быть: бронза, сталь, нейлон, титан
Недостатки: а) поверхность получается пористая б) некоторые порошки взрывоопасны, поэтому должны храниться в камерах, заполненных азотом в) спекание происходит при высоких температурах, поэтому готовые детали долго остывают, в зависимости от размера и толщины слоев, некоторые предметы могут остывать до одного дня.

3) 3DP (three dimensional printing)
Технология изобретена в 1980 году в MIT студентом Paul Williams, технология была продана в несколько коммерческих организаций, одна из которых — zCorp, в настоящее время поглощена 3D Systems.
На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс)
Преимущества: а) так как используется клей, в него можно добавить краску и таким образом печатать цветные объекты б) технология относительна дешевая и энергоэффективная в) можно использовать в условиях дома или офиса в) можно печатать использовать порошок стекла, костный порошок, переработанную резину, бронзу и даже древесные опилки. Используя похожу технологию можно печатать съедобные объекты например из сахара или шоколадного порошка. Порошок склеивается специальным пищевым клеем, в клей может добавляться краситель и ароматизатор. Как пример, новые 3D принтеры от компании 3D systems, которые были продемонстрированы на CES 2014 — ChefJet и ChefJet Pro
Недостатки: а) на выходе получается достаточно грубая поверхность, с невысоким разрешение

100 микрон б) материал нужно подвергать постобработке (запекать), чтобы придать ему необходимые свойства.

Аддитивные технологии долго шли в массы: институты и исследовательские центры вплотную занимались ими ещё с 80-х годов, и вот настал момент, когда вы можете прикоснуться к хайтеку и освоить 3D-печать прямо у себя дома. Для этого даже не придётся грабить банк: цены на 3D-принтеры сравнялись со средними смартфонами. Разбираемся, как это работает и какие возможности открываются для мейкеров и DIY-энтузиастов!

Зачем нужен 3D-принтер

Принтер весьма пригодится инженерам-самодельщикам. Вам больше не придётся искать универсальный корпус для проекта, а потом сверлить в нём дополнительные отверстия. 30 минут проектирования, несколько часов на печать — и у вас уже готов корпус, который идеально подходит именно под ваше устройство. Сборка из 5 шилдов никуда не влезает? Забудьте о таких проблемах.

Принтер точно поможет в ремонте штуковин по дому. У каждого в жизни случалась ситуация, когда вещь приходилось выбросить, хотя в ней сломалась всего одна пластиковая деталь. С помощью 3D-печати вы сможете легко заменить в приборах редкие пластиковые детали, которые трудно найти отдельно.

Пока вы не научились моделировать пластиковые детали самостоятельно, их можно попросту качать в интернете. Существует множество сайтов с миллионами готовых бесплатных моделей, которыми свободно обмениваются пользователи. Мы посвятили поиску моделей отдельную статью.

Какие бывают 3D-принтеры

Существует несколько основных видов 3D-принтеров, которые кардинально отличаются между собой по принципу работы.

Технология FDM (Fused Deposition Modeling)

Наиболее распространённый тип — FDM-принтеры с послойным наплавлением пластика. Они работают за счёт подвижной печатной головки с нагревательным элементом. В неё подаётся пластик в виде прутка, который плавится и в жидком виде выдавливается на печатный стол. При этом пластик обдувается вентилятором и мгновенно застывает, а головка начинает выдавливать новый слой поверх застывшего.

Технология SLA (Stereolithography Apparatus)

SLA-принтеры работают на основе стереолитографии: вместо пластика здесь используется специальная фотополимерная смола, которая застывает под воздействием ультрафиолетовых лучей. Для печати смола наполняется в ванночку, снизу которой расположен дисплей с ультрафиолетовыми пикселями. На него в течение нескольких секунд выводится рисунок нижнего слоя модели. При этом смола над дисплеем застывает в виде отображаемого рисунка и затем прилипает на специальный подвижный стол сверху. После этого стол с первым слоем приподнимается, и в смоле происходит полимеризация следующего слоя.

Технология SLS (Selective Laser Sintering)

SLS-принтеры используют технологию выборочного лазерного спекания, для которой применяется специальный пластиковый порошок. В процессе печати насыпается тонкий слой порошка, и принтер обрабатывает его лазером, чтобы слой затвердел в соответствии с моделью. Далее насыпается следующий слой порошка и сплавляется с предыдущим — и так по кругу. В конце остаётся лишь очистить готовую деталь от остатков порошка, которые затем можно использовать повторно.

Сравнение технологий

Каждый тип 3D-принтеров имеет свои преимущества и недостатки.

SLS-принтеры обладают большими размерами и требуют дорогого сырья. Они часто используются на высокотехнологичных производствах для штучных деталей.
SLA-принтеры распространены гораздо шире. Ультрафиолетовый дисплей повышает точность, однако работать с токсичной фотополимерной смолой дома затруднительно.
FDM-принтеры пользуются наибольшей популярностью у хоббистов. Пластиковый пруток стоит гораздо дешевле специального порошка или фотополимерной смолы. Однако, для печати сложной геометрии на таком принтере придётся позаботиться о вспомогательных поддержках. Да и скорость печати в среднем ниже, чем на других технологиях. Зато FDM-принтеры самые простые и безопасные в обслуживании.

Как подготовить печать

Процесс от зарождения идеи до выхода готовой пластиковой детали несложный — школьник справится. Мы разобрали всё по полочкам в руководстве по 3D-печати на примере принтера Flying Bear Ghost 5, а здесь покажем общий принцип.

Исходная модель

Слайсинг

Программа для нарезки моделей (слайсер) потребует от вас самую малость — ввести модель вашего принтера и задать настройки печати: толщину слоя, процент внутреннего заполнения детали, вспомогательные опоры и тому подобное. На основе этих данных слайсер автоматически подготовит специальный код для принтера — G-Code, в котором описано, как нужно двигать печатающей головкой, до какой температуры её нагревать и с какой скоростью выдавливать пластик, чтобы слой за слоем получить желаемую модель. Затем остаётся загрузить этот код в 3D-принтер и запастись терпением до конца печати.

Весь процесс подготовки модели наглядно иллюстрируется программой и снабжается интуитивными подсказками для начинающих пользователей. В общем, не так страшен слайсинг, как его малюют!

Обработка

После того, как модель готова, её можно дополнительно обработать шкуркой или химическим раствором. Это сгладит неровности между слоями, и деталь будет выглядеть прямо как заводская. В интернете немало лайфхаков, которые помогут минимизировать изъяны модели и придать ей улучшенный вид.

Расходники для печати

Свойства напечатанной вещи во многом зависят от сырья. Как мы уже говорили, 3D-принтеры FDM используют в качестве расходника пластиковые нити, и у вас есть огромный простор для экспериментов с разными видами пластика.

ABS-пластик обладает более высокой прочностью по сравнению с остальными типами. Однако для качественной печати из пластика ABS вашему принтеру понадобится повышенная температура экструзии порядка 250 °C и подогреваемый до 120 °C стол, поэтому не всякая модель замахивается на его поддержку.
HIPS-пластик близок по температурным свойствам к ABS, но обладает низкой спекаемостью с ним и легко удаляется органическим растворителем. Благодаря этому пластик HIPS часто применяют для печати составных моделей и опор под модели из ABS.
Пластик Wood производится с добавлением древесной пыли. Готовые модели из него неплохо имитируют древесину не только своим видом, но и запахом.

Катушки пластика встречаются в продаже на каждом шагу — вам не составит труда выбрать подходящие расходники и комбинировать различные свойства и цвета деталей при печати.

В заключение

3D-принтер – внешнее устройство компьютера, которое является ничем иным, как станком с числовым программным управлением (ЧПУ) предназначенным для быстрого получения прототипов изделий, спроектированных на ПК, методом послойной печати.

Основные характеристики 3D-принтера

Назначение

3D-принтеры выпускаются под конкретные задачи: архитектура, дизайн, медицина, образование, производство, протезирование, прототипирование.

Технология печати

Производители 3D-принтеров используют различные технологии печати. Чтобы у вас не возникло проблем, при выборе конкретной модели, рассмотрим основные виды 3D-печати. Именно от технологии печати зависят такие важные параметры, как минимальная и максимальная толщина слоя и скорость построения изделия. А также цена, как самого 3D-устройства, так и расходных материалов.

В зависимости от принципа создания заготовок, выделяют следующие виды 3D-печати:

Лазерная стереолитография

Суть SLA-технологии заключается в использовании жидкого фотополимера и специального реагента, который позволяет исходному материалу застывать под воздействием ультрафиолетового лазера.

Фотополимер заливается в ванну и нагревается до рабочей температуры. Затем в смесь погружается подвижная платформа, которая постепенно перемещается вверх. В этот момент ультрафиолетовый лазер производит засветку платформы снизу по заданным координатам, в следствие чего затвердевший полимер вначале прилипает к платформе, а последующие слои к ранее застывшему полимеру. Платформа многократно поднимается и опускается с предварительным перемешиванием фотополимера. Процесс повторяется слоем за слоем, а изделие печатается снизу-вверх.

Большинство 3D-принтеров данного вида печатают тонкими слоями, у них небольшая погрешность.

Селективное лазерное спекание

Метод SLS основан на равномерном распределении специального порошка с последующим его плавлением под воздействием лазера, в соответствии с геометрией сечения каждого слоя изделия. По завершении печати, необходимо удалить порошок, снять изделие со вспомогательных подпорок и выполнить минимальные доработки по доведению детали до кондиции.

SLS 3D-принтеры также, как и SLA-модели, обладают высокой точностью печати и приемлемым качеством изделий.

Метод последовательного наплавления

Технология FDM наиболее распространена благодаря своей простоте. В печатающую головку (экструдер) 3D-принтера, подается полимер в виде нити, который подвергается плавлению при воздействии температуры, после чего он наносится на рабочую поверхность в заданную точку координат через специальное сопло. Готовые изделия необходимо подвергать постобработке, чтобы сгладить структуру слоёв.

3D-принтеры, использующие FDM-технологию, позволяют печатать изделия различных цветов.

Технология цифрового проецирования

DLP метод аналогичен лазерной стереолитографии. Отличие заключает в том, что засветка платформы осуществляется проекциями слоев 3D-модели, в следствие чего смола застывает в нужных областях.

Многоструйная укладка полимера

Принцип MJM-печати заключается в послойном нанесении расплавленного материала через несколько сопел одновременно. При печати модели необходимо использовать поддерживающие элементы (подпорки).

Технология MJM позволяет печатать высокоточные изделия.

Интерфейс подключения

3D-принтеры оснащаются одним или несколькими интерфейсами подключения:

LAN – устройство соединяется с компьютером посредствам сетевого протокола и может входить в состав проводной локальной сети,
USB – 3D-принтер подключается к компьютеру напрямую через usb-кабель,
Wi-Fi – ЧПУ использует беспроводной протокол передачи данных по локальной сети,
SD – устройство имеет картридер, что позволяет осуществлять печать изделий c SD-карт.

Программные требования

Обязательно учитывайте такие параметры 3D-принтеров, как:

совместимость с операционными системами,
возможность использования сторонних программ,
поддерживаемые файловые форматы.

Конструктивные особенности 3D-принтеров

Принцип работы 3D-принтера основан на законах кинематики. Выделяют несколько схем 3D-печати, исходя из перемещений платформы и печатающей головки, которые могут двигаться относительно друг друга в различных плоскостях.

Существует четыре основные схемы печати:

дельта,
экструдер перемещается по осям Х и Y,
экструдер меняет положение в пространстве по осям X и Z,
экструдер движется по осям X, Y и Z.

I схема

Плюсы: высокая скорость печати, хорошая точность.

Печатающая головка находится над платформой и способна двигаться влево-вправо или вперед-назад, а платформа вверх-вниз.

Экструдер движется по осям Х и Y

Экструдер, как в предыдущем типе, способен передвигаться влево или вправо, а также менять своё положение в пространстве по высоте. Платформа, в свою очередь, способна двигаться вперед или назад не меняя высоты.

Экструдер перемещается по осям X и Z

IV схема – экструдер движется по осям X, Y и Z

Последняя схема предполагает использование неподвижной платформы. Как в случае со схемой «Дельта», экструдер способен перемещаться по трём осям [x, y, z], однако в данном случае нет сложного механизма фиксации печатающей головки.

Как выбрать 3D-принтер?

Рынок переполнен дешёвыми моделями 3D-принтеров потребительского уровня с ограниченным функционалом, которые, несомненно, подойдут для печати малогабаритных изделий. Данные 3D-принтеры имеют большую погрешность в точности и низкую скорость печати. Несмотря на это, открывается возможность ознакомиться с технологией 3D-печати и сделать простые детали.

3D-принтеры начального уровня

Установки данного плана годятся для моделирования, способны печатать методом FDM, в редких случаях поддерживают технологии SLA и SLS. В комплектации предоставляется одно сопло, используются недорогие полимерные материалы. У моделей низкая скорость печати, а также отсутствуют дополнительные функции.

подходит для знакомства с оборудованием,
простая установка,
возможность быстрой настройки.

открытая камера,
поддерживает не все виды пластика.

Профессиональные 3D-принтеры

К особенностям профессиональных 3D-принтеров приписывают огромный функционал, плюс высокую скорость печати. Установки способны работать с широким спектром расходных материалов. При печати используются тонкие слои, поэтому изделия получаются гладкими.

Существует множество технологий печати для 3D-принтеров: цифровая светодиодная проекция (DLP), лазерная стереолитография (SLA), селективное лазерное спекание (SLS), тепловое спекание (SHS) и т.д. В этой статье мы рассказываем о самых популярных на данный момент 3D-принтерах FFF.

FFF-принтеры (Fused Filament Fabrication, «производство методом наплавления нитей»), также известны как принтеры FDM (от Fused Deposition Modelling, «моделирование методом наплавления»). Представляют собой устройства для создания трехмерных объектов, как понятно из названия, путем послойного нанесения на рабочую поверхность расплавленного термопластика. FFF-принтеры используются как для коммерческой, так и для домашней печати моделей.

Виды кинематики 3D-принтеров

Каждый 3D-принтер имеет собственную кинематическую схему, согласно которой приводятся в движение механические части устройства: платформы и экструдеры. Ниже мы рассмотрим четыре типа FDM 3D-принтера: картезианский, дельта, полярный и роботизированный манипулятор.

Картезианские 3D-принтеры

На рынке 3D-принтеров FFF / FDM самыми распространенными являются приборы с картезианской кинематикой. Основанная на декартовой системе координат, эта технология работает на основе трех осей – X, Y, Z. По одной или нескольким из них осуществляется движение механических частей прибора, т.е., заданные по осям координаты реализуют схему перемещения и положения печатающей головки относительно платформы.

Количество вариантов перемещения печатной головы и платформы ограничено:

Вторая схема является самой распространенной — когда платформа для печати перемещается по оси Z (вверх и вниз), а экструдер работает в двух измерениях, по плоскостям XY.

Преимущества картезианской схемы

Из всех видов кинематических схем FDM 3D-принтеров, картезианские показывают практически идеальную стабильность результатов. Расходные материалы для FDM имеют низкую стоимость и поставляются в широчайшем ассортименте цветов и материалов. Часто картезианские 3D-принтеры применяются в коммерческих целях – для печати на заказ и на продажу бытовых объектов, сувенирной продукции и украшений.

Картезианские 3D-принтеры уже давно и прочно обосновались в жизни любителей и профессионалов 3D-печати. Поэтому в сети множество тематических сообществ с исчерпывающей информацией об устройстве принтеров, работе с ними и создании моделей, от простых до сложных.

Модели, построенные на декартовой системе координат, можно разделять на составные части для печати, что позволяет создавать 3D-печатные объекты любого размера, не ограниченные объемом принтера. Многие 3D-принтеры поставляются в виде набора для сборки. Для новичков и тех, кто не хочет разбираться в устройстве принтера, производители поставляют готовые устройства. С ними печатать модели можно практически после распаковки.

Разновидности картезианской кинематики CoreXY и H-Bot

Данные кинематические схемы часто встречаются в коммерческих сферах. Отличаются оригинальными методами позиционирования экструдера. В обоих кинематиках платформа передвигается вверх-вниз.

CoreXY имеет два закрепленных на раме двигателя, которые приводят в движение два ремня для перемещения каретки экструдера по осям XY.

Кинематика H-Bot для 3D-принтера основана на похожей механике, но с другим ременным приводом. В данном случае ремень один и натянут по форме, напоминающей обведенную по контуру букву H (аш), за что схема и получила название аш-бот.

При работе обоих двигателей в одну сторону, каретка движется по оси X, в разные стороны — по оси Y. Когда один из двигателей остается неподвижным, каретка перемещается по диагонали.

Designer X PRO

Материал для 3D печати: PLA, ABS, PLA Flexible, PVA, PC, Hips, Nylon, Laywood, FilaFlex, Filamentarno (диаметр нити 1.75мм);
Область печати: 200 х 200 х 210 мм;
Материал корпуса: Алюминий (композит);
Направляющие: XY: рельсовые (сталь), Z: цилиндрические (сталь)
Толщина слоя: от 0,05 до 0,25 мм (регулируется настройками ПО принтера);
Точность позиционирования: XY: 11 микрон; Z: 1.25 микрон;
Наличие подогреваемой платформы: Да;
Платформа печати: Алюминий - стекло;
Количество печатающих головок: 2;
Автоматическая калибровка стола: Да;
Плата управления: на базе ядра ARM CORTEX M4 32-битного процессора STM;
Интерфейсы: USB, Ethernet, USB Flash (в комплекте);
Совместимость с программным обеспечением: Windows XP, Windows 7, Windows 8;
Скорость печати: до 30 см3/час;
Цена, руб.: 299 000 (стоимость может изменяться, текущую уточняйте при заказе).

Устройство для печати моделей высокого качества, сравнимых с промышленными изделиями. Обладает функцией двухматериальной печати. ПО полностью контролирует процесс, что минимизирует ошибки и увеличивает производительность 3D-принтера.

Дельта-принтеры

Дельта-принтеры и внешне, и по способу реализации механики отличаются от картезианских. Главное отличие заключается в способе передвижения экструдера относительно рабочего стола.

DELTA механика для 3Д-принтера визуально представляет собой закрепленный на трех точках экструдер, соединенный в единую конструкцию с неподвижной платформой для печати.

Достоинства и недостатки дельта-ботов

Кинематика Delta, по сравнению с картезианскими моделями, имеет более высокую скорость печати, но меньшую точность на краях модели. Причина в том, что для движения экструдера задействованы все три точки крепления, их двигатели работают одновременно, что приводит к накоплению ошибок в позиционировании координат.

Малогабаритность. Конструкция высокая, но в длину и ширину не занимает много места.
Отсутствие выступающих деталей. Можно самостоятельно увеличить жесткость рамы и закрыть корпус.
Возможность построить высокие вертикальные модели.

Высокая ценовая категория.
Сложны для самостоятельной сборки. Новичкам будет сложно собрать конструкцию достаточно точно, поэтому рекомендуется использовать готовые решения, поставляемые в собранном виде.
Специфика работы с полярными координатами: менее распространенное ПО и более дорогая электроника, т.к. выше требования к вычислительной мощности начинки.

3D принтер Tevo Little monster

Совместимость с операционными системами: Windows, Linux, Mac;
Электропитание: 220 В;
Размеры, мм: 600x600x1200;
Вес, кг: 28;
Количество экструдеров: 1;
Рабочая камера, мм: 340x340x500;
Температура экструдера: 200°C;
Толщина слоя: от 50 мкм;
Интерфейсы: SD, USB;
Скорость печати: 300 мм/с;
Цена, руб.: 91 992 (стоимость по предзаказу, может изменяться, текущую уточняйте при заказе).

Используется для коммерческой деятельности, в дизайне, рекламе и образовательных целях, а также применяется в качестве домашнего 3D-принтера. Отличается высокой скоростью печати и малыми габаритами. Работает со множеством материалов: PLA, ABS, Flexible PLA, HIPS, WOOD, PVA, Nylon.

Полярные 3D-принтеры

Достаточно новая, но интересная кинематическая полярная схема представлена на рынке одноименной компанией Polar. Как следует из названия, в печати используется полярная система координат — вместо привычных XYZ, позиционирование экструдера задается радиусом и углом.

Платформа таких 3D-принтеров имеет круглую форму, вращается по кругу и двигается целиком по одной горизонтальной оси, при этом экструдер движется только вверх и вниз. Представьте себе виниловый проигрыватель – печатающая головка принтера работает по принципу иглы звукоснимателя, движущейся по пластинке. С той лишь разницей, что тут “пластинка” не только вращается, а “игла” наоборот ограничена в перемещениях.

Плюсы и минусы полярной механики

Полярные 3D-принтеры позволяют создавать крупные объекты, при этом экономя средства за счет высокой энергоэффективности. Они пока имеют низкую точность, но в долгосрочной перспективе, возможно, производитель сможет решить эту проблему.

Polar 3D

Габаритные размеры, мм: 200х310х350;
Вес, кг: 4,6;
Толщина слоя: от 50 мкм;
Толщина нити: 1,75 мм;
Используемый материал: PLA;
Интерфейсы: порт Ethernet и два порта USB;
Цена, $: 799 (ориентировочная рыночная стоимость).

Подогрев печатной платформы отсутствует, что затрудняет использование ABS. Имеет скромные габариты, хорошую производительность, но низкую точность, по сравнению с дельта-принтерами и моделями с декартовой системой координат. Производитель рекомендует приобретать модель для образовательных целей.

3D-принтеры с роботизированными манипуляторами

Представляют собой конструкцию с механическим программируемым манипулятором-захватом заменяемым экструдером. Если речь о крупных промышленных экземплярах (а бывают и более компактные), то, помимо функций манипулятора и 3D-принтера, такой робот может производить сварочные работы, фрезерование, покраску и другие операции.

Хотя механика 3Д-печати с робо-рукой в основном применяется в промышленности, существуют модели для индивидуального использования, с широким набором функций.

Роборука Dobot Magician Educational

Электропитание: 12 В, 60 Вт;
Размеры, мм: 340х300х400;
Вес, кг: 3,4;
Погрешность: до 0,2 мм;
Программное обеспечение: Dobot Studio.
Цена, руб.: 198 000 (стоимость может изменяться, текущую уточняйте при заказе).

Обладает множеством функций: может рисовать, писать, захватывать и перемещать предметы, выполнять лазерную гравировку и т.д.

SCARA

SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) — кинематика основанная на перемещении рабочего блока в горизонтальной плоскости за счет вращения в сочленениях рычажного механизма.

Построенные на данной схеме устройства отличаются очень высокой точностью и повторяемостью, намного выше чем у традиционных роботов-манипуляторов, низким уровнем шума и вибрации, компактностью. Если говорить о картезианских и SCARA-роботах сравнимых размеров и массы, то скара как правило не только точнее, но и быстрее.

В то же время, такие устройства дороги, имеют ограничения жесткости по осям XY, меньшую область работы и свободу движений.

Dobot M1 роборука

Совместимость с операционными системами: Windows, Mac, Linux.
Интерфейсы: USB, Bluetooth, Wi-Fi.
Привод: пневматический.
Количество осей: 4.
Высота: 52,7 см.
Вес: 3,4 кг.
Длина руки-манипулятора: 40 см.
Грузоподъемность: до 1,5 кг с точностью до 0,02 мм.
Система управления: DOBOT BLOCKY.
Цена, руб.: 580 000 (стоимость может изменяться, текущую уточняйте при заказе).

Компактный настольный робот, совмещает в себе функции 3D-принтера и манипулятора. Действия программируются через установленное на компьютере ПО или мобильное приложение. Имеет сменные головки для печати, гравировки, пайки и сборки.

Анализ роботизированных кинематических схем

Преимущества 3D-принтеров с роботизированным манипулятором очевидны – такой принтер не ограничен объемом рабочей камеры, которой у него нет – при той же области печати, само устройство занимает намного меньше места.

Экструдер может перемещаться не только послойно, как в настольных принтерах, но и по сложным траекториям в трех измерениях, и под разными углами, что облегчает процесс создания сложных конструкций. Несомненный плюс также то, что обычно это универсальные конструкции, при замене экструдера на другие блоки выполняющие множество задач.

По точности печати манипуляторы не составят конкуренции картезианским 3D-принтерам, но, благодаря своей универсальности и крупным размерам, промышленные роботы активно используются в 3D-печати в промышленных условиях, где почти незаменимы.

Миниатюрные настольные роботы хороши в первую очередь как наглядное пособие, а также объект хобби или инструмент для него.

Заключение

Выбирая устройство перед покупкой, прежде всего определитесь с целью — зачем вам нужен 3D-принтер? Коммерция, работа или развлечение? Универсальность FFF / FDM 3D-принтеров в том, что они подходят для разных применений.

Не важно, хотите ли вы изучить 3D-печать и приобрести новое хобби, воплотить в жизнь творческие фантазии или открыть бизнес — для реализации каждой из этих целей найдется подходящий аппарат, надо лишь выбрать.

Поможем с выбором 3D-принтера для любых задач, обращайтесь в Top 3D Shop.

Читайте также: