В самом начале нынешнего века 3D стало неотъемлемой частью нашей жизни. Первоначально оно вызывало ассоциации с миром кино, мультфильмов или фотографий. Но сомневаемся, что в наше время есть хоть один человек, который не слышал что такое 3D-печать.

Что же это за новый термин, как он способен повлиять на Буденную жизнь, производство и науку, мы с вами увидим в данной статье.

В самом начале предлагаем вам небольшой экскурс в историю. Хотя о 3Д печати начали массово упоминать лишь на протяжении недавних лет, в действительности она действует уже довольно давно. Еще в 1984 году компания Charles Hull разработала 3Д печать, источником для которой были бинарные данные, и уже 2 года спустя получила патент на изобретение по имени стерео литография. В том же году инженерам удалось изготовить первый в мире промышленное 3Д печатающее устройство. Некоторое время спустя за разработку перспективного направления взялась и компания 3D Systems, она еще в 1988 г. создала образец принтера для 3Д печати в домашних условиях, а именно SLA – 250.

Через короткий промежуток времени, торговая марка Scott Grump смогла реализовать моделирование плавлеными осаждениями. После пары лет затишья, в 1991 году компания Helisys изобретает и выдает на общий суд новейшую методику многослойного оттиска, а уже через год, в 1992, в компании DTM видит свет одна из первых систем селективного сваривания лазером. После чего, в 1993 году создается организация Solidscape, и занимается массовым производством принтеров струйного типа, которые имеют возможность воссоздавать разные объекты, имеющие практически идеальную поверхность, и при этом обладая сравнительно не большими затратами. В это же время Массачусетский институт показал свою технологию 3Д печати, чем то похожую на ту, которая используется в стандартных струйных печатающих устройствах. Но все же наибольший пик развития 3Д печати попадает на 21 век.

В 2005 году увидел свет 3D принтер, который не просто создавал детали, а делал их цветными. Продукт компании Z Corp имел имя Spectrum Z510, а практически уже через пару лет появился принтер, который мог воссоздавать до 50% всех элементов, из которых был сделан. Сегодня среда использования 3Д печати неуклонно ширится, ведь с ее помощью, как оказалось, можно создать практически все, начиная от внутренних органов живых существ и заканчивая банальной мебелью. Но о сферах использования 3D принтеров мы упомянем чуть ниже.

3D печать, как это действует

По сути, 3D печать это точное воссоздание смоделированной на компьютере детали, при помощи специального печатающего устройства. Изначально цифровая модель это STL-документ, а уже потом 3Д принтер, из такого файла делает реальный объект. Сам же процесс печати это периодически повторяющееся нанесение слоев, на рабочий стол (элеватор), с постепенным его движением вниз, а впоследствии уборка излишков печатающей смеси. Циклы печати монотонно сменяют друг друга, и с каждым из них элеватор опускается вниз на заданную высоту, таким путем и создается сама деталь.

Как работает 3D принтер

Как оказалось 3D печать способна отлично заменить мелкое прототипирование деталей. В отличии от обычного принтера, способного воссоздавать только фотографии, 3D машина делает настоящие объекты. Сегодня такие аппараты способны работать с фотополимерными смолами, пластиковыми проволоками разной толщины, порошком из керамики и металл глиной.

Что же такое 3d принтер?

В основе такого устройства лежит постепенное воссоздание объекта из файла, с послойным нанесением вещества. По сути, деталь как бы растет и, в конце концов, заканчивая свой рост, превращается в готовое изделие. К достоинствам именно 3D печати следует отнести простоту процесса, ее невысокую стоимость и главное высокую скорость работы. Например, для того чтобы создать какую ни будь сложную деталь вручную, может понадобиться очень много усилий и времени - вплоть до месяцев. К тому же при традиционном способе предварительно необходимо создать чертежи и проверить их. Как результат производитель имеет более высокие затраты на разработку и долгое время на нее же.

3D технология напрочь лишена вышеописанных недостатков, тем более при ее применении различные моменты и неполадки, которые могут возникнуть, устраняются еще в процессе разработки, а не изготовления, как при ручном проектировании. Так же при компьютерном моделировании детали, инженер еще на первых стадия может протестировать ее и рассмотреть со всех ракурсов, а в случае обнаружения недостатков, сразу устранить их. Именно поэтому наличие ошибок в напечатанных деталях полностью исключено.

На сегодня есть сразу несколько разных методик 3Д печати, и отличаются они именно способом нанесения слоев. Давайте поговорим о главных из них. Основными технологиями 3D печати являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев плавлением материалов) и SLA (стереолитиография). Наиболее востребованной, благодаря своей высокой скорости, выступает именно технология SLA.

Лазерный луч направляется на фото полимер, и тем самым дает нанесенному материалу отвердеть. В роли фото полимера применяется полупрозрачное вещество, которое способно деформироваться под воздействием атмосферной влаги. После своего затвердевания такой материал можно легко склеивать, обрабатывать и окрашивать. Сам рабочий стол (элеватор) прибывает в ёмкости наполненной фото полимером. После нанесения очередного слоя, лазерный луч проходит по нему, делая твердым, и рабочий стол смещается вниз.

Это так называемое спекание или сплавление составов порошкового типа, SLS - одна из немногих методик, способная изготовить формы, как для пластикового литья, так и металлического. Пластиковые объекты имеют превосходные механические качества, в силу чего их спокойно можно использовать для создания полноценных деталей механизмов. В SLS берутся материалы, которые по своим параметрам близки к законченным продуктам, таким как керамика, пластик либо металл.

Сам принтер построен следующим образом – порошок наносится на поверхность элеватора и под действием лазера спекается в твердый слой, соответствующий необходимым требованиям.

Технология DLP – присутствует на рынке трех мерной печати сравнительно недавно. Стереолитографические печатающие устройства в наши дни позиционируются в качестве альтернативы FDM моделям. Такие устройства используют методику обработки световым излучением. В отличии от аналогов где для печати применяются пластиковые проволоки и элементы нагрева, тут используются фотополимерные смолы в совокупности с DLP-проектором. Несмотря на замысловатое название DLP 3D принтер, практически не отличается от любых других серийных собратьев. Нужно так же заметить что разработчики из компании QSQM Technology Corporation, уже начали создавать первые устройства данной серии.

Нужно заметить, что методики SLS/DMLS – не единственные, способные осуществлять печать металлом. Сегодня для таких целей применяется и электронно-лучевая плавка. Как показали тесты в лаборатории, нанесение слоев металла, посредством плавки проволоки, малоэффективны, именно поэтому и был разработан особый материал – металлоглина.

Металлическая глина, выступает как бы чернилами при электронно-лучевой наплавке, она делается из совокупности клея, стружки металла и воды. Чтоб преобразовать чернило в твердое вещество, его необходимо разогреть до температуры, при которой вода и клеящая смесь испарятся, а металлическая стружка сплавится воедино.

Как работает EBM 3d принтер

Точно такой же вариант применен и при работе с SLS принтерами, с той лишь разницей, что EBM-модели создают для плавки металла глины, упорядоченные электрические импульсы, а не лазерный луч. Такой подход позволяет достигнуть отличного качества изготавливаемых объектов и превосходной детализации. Сегодня в продаже существуют только промышленные устройства, с задействованием EBM технологии.

Технология НРМ (FDM) HPM

Эта технология может изготавливать не просто модели, а полностью готовые детали из различных видов пластика. К ее достоинствам следует отнести возможность использования промышленного сырья, в то время как на других устройствах это невозможно. Детали, созданные по технологии НРМ (FDM) HPM обладают отличной стойкостью к любым видам воздействий, а так же высокой прочностью.

Печать с применением технологии НРМ отличается хорошей гладкостью поверхности, легкостью в эксплуатации и способностью работать в офисе. Объекты, изготовленные из термопластика, обладают хорошей стойкостью к повышенным температурам, механическим воздействиям, разным химическим реагентам, а также влажной и сухой среде.

Растворимые сопутствующие материалы дают возможность изготавливать довольно сложные многоуровневые формы, а также полости и отверстия, которые получить обычными средствами очень сложно. Принтеры, работающие НРМ, изготавливают детали путем нанесения серии слоев, один на другой, при этом металл разогревается до полужидкого состояния и выдавливается через сопло, на определенные места, запрограммированные на ПК.

Чтобы производить печать с применением методики НРМ используют сразу два разных материала, основной нужен для создания самой детали, а дополнительный для поддержки. Нити и того и другого металла подводятся в головку устройства, которая движется и налаживает металл, образовывая слой. После завершения очередного слоя, платформа опускается, и головка принимается за следующий слой. Когда 3D-принтер уже закончит производство детали, нужно отделить вспомогательный металл, либо растворить его моющим средством. Изделие готово к работе.

Сегодня большой популярностью пользуются не только автоматические устройства HPM, но и ручные их версии. Такие аппараты, по сути, являются ручками для изготовления 3D объектов. Такие ручки сделаны, как и автоматические принтеры, с той лишь разницей, что их головку человек держит в руке и дозирует наплавляемый материал.

Естественно что, как и технологии, сами аппараты тоже отличаются друг от друга. Если у вас модель типа SLA, то работать по методу SLS он не сможет, т. е. любой из принтеров способен обрабатывать детали только по своей индивидуальной технологии.

Области применения 3D печати

3D печать открыла новые горизонты в таких отраслях как, строительство, медицина, образование, создание одежды, производство, ювелирное искусство, и даже в пищевой индустрии.

К примеру, в архитектурном деле, 3Д печать способна создать модели домов, или полностью целых микрорайонов, со всеми их особенностями. При таких работах применяется дешевая гипсовая смесь, которая делает себестоимость моделей очень низкой. Широчайшая цветовая гамма 390 тысяч оттенков CMYK дает возможность легко реализовать абсолютно любую, даже самую необычную идею архитектора.

3d принтер в области архитектуры

Сегодня можно смело предположить, что в сфере строительства скоро произойдет гигантский прорыв. Инженерам из Калифорнии удалось создать уникальную систему 3Д печати объектов в натуральную величину. Она действует подобно крану, который возводит стены домов. К примеру для того чтобы напечатать полно объемный двух этажный дом, принтеру нужно всего 20 часов. После чего строителям необходимо будет всего лишь отделать стены. 3D House становится все более и более популярным.

Остальные отрасли применения

Уже сегодня ведущие работники медицины способны с помощью 3D принтера воссоздать отдельные участки человеческого скелета, благодаря которым проводить операции стало намного легче, а сами имплантаты лучше приживаются. Также широкой популярностью печатающие технологии пользуются и в стоматологической сфере, изготовленные таким образом имплантаты более качественные.

Сравнительно недавно ученым из Германии удалось напечатать человеческую кожу. Сырьем для ее создания служит гель, изготовленный из кожи донора. Еще в 2011 г. специалистам посчастливилось изготовить с помощью 3D принтера живую почку человека.

Как видно из выше сказанного, возможности 3D принтеров имеют огромный потенциал. Устройства, готовящие вкуснейшие блюда, делающие протезы и внутренние органы людей, игрушки и инструкции к эксплуатации, туфли и куртки - это уже не фантастика - а наше настоящее. А что ждет нас в скором будущем, на этот вопрос наверняка сможет ответить только фантаст с хорошим воображением.

Наша цель - свой ФабЛаб в Санкт-Петербурге!
Следите за новостями!

На примере тестовой фигуры «Отверстия и колонны» мы покажем, как правильно подготовить объект и напечатать его на принтере Ultimaker. В первую очередь установите 3D-редактор SketchUp. Затем надо «научить» его понимать распространенный в 3D-печати формат STL. Делается это с помощью плагина, который можно скачать по адресу extensions.sketchup.com . После того как вы скопировали его файл на диск, откройте SketchUp, зайдите в меню «Window | Preferences | Extensions», нажмите на кнопку «Install Extension» и укажите расположение файла плагина.

2 Создаем собственный объект

В стартовом окне SketchUp выберите шаблон «Product design and Woodworking - Millimeters». Программа создаст пространственную систему координат, которую можно увеличивать или уменьшать, вращая колесо мыши, а нажав на него - поворачивать. Красная ось показывает ширину предмета, синяя - высоту, а зеленая - глубину. Чтобы создать прямоугольную форму нашего тестового объекта, сначала вытяните основную фигуру. Для этого на панели инструментов выберите «Restangle».

Особенность программы SketchUp состоит в том, что в начальной точке объекта (в нашем случае - в центре координатной системы) нужно щелкнуть клавишей мыши и, не отпуская ее, тянуть. Установите курсор в области между зеленой и красной координатами.

Чтобы точно задать размеры фигуры, просто введите на клавиатуре «110;40» и нажмите «Enter» - получится прямоугольник с шириной и высотой 110 и 40 мм соответственно. Затем с помощью инструмента «Push/Pull» из двухмерного прямоугольника можно сформировать трехмерный. Щелкните по прямоугольнику и потяните его вверх. Чтобы точно задать высоту в 10 мм, просто введите клавишами значение «10» и затем нажмите «Enter».

3 Уточняем форму

Теперь добавьте колонны и отверстия, на которых принтер должен будет показать точность своей работы. Для этого инструментом «Circle» нарисуйте круги на поверхности прямоугольной фигуры. Чтобы добиться их точного расположения, создайте временные вспомогательные линии и используйте линейку. Точный размер радиуса круга вводится с помощью клавиатуры.

Ряды кругов можно поворачивать на 180° с помощью инструмента «Rotate» и копировать, нажав на клавишу «Ctrl». Теперь инструментом «Pull/Push» с одной стороны прямоугольника нажмите на круги, чтобы получить отверстия, а с другой стороны вытяните их вверх, чтобы получить колонны.

4 От SketchUp - к программе принтера

Ваша модель готова. Щелкните по «File | Export to DXF or STL». Если такого пункта меню нет, это значит, что при установке STL-плагина произошла какая-то ошибка (см. шаг 1). Подтвердите запросы «Export entire model?» и «Export unit: Millimeters». Под «Export to DXF options» выберите формат «stl». Сохраните файл с расширением «.stl». В программе принтера (в нашем примере это приложение Cura для устройства Ultimaker) загрузите модель через меню «File | Load Model file …». После этого задайте такие основные параметры, как качество печати и материал. Зайдя в «File | Save GCode», сохраните модель как готовое задание на печать.

Если в процессе печати что-то пойдет не так, вернитесь к компьютеру и кликните по «Expert | Switch to full settings …» - здесь вы сможете точно подобрать для печатаемого предмета такие настройки, как толщина слоя, степень заполнения основы, свисающих элементов и пустот, а также скорость и температуру печати. Затем скопируйте файл с расширением «.gcode» на карту памяти SD.

5 Обклеиваем печатную платформу

Из руководства к своему принтеру узнайте, следует ли обклеить печатную платформу самоклеющейся пленкой. В случае с Ultimaker это необходимо, так как горячая печатная головка может расплавить платформу, сделанную из оргстекла, и это не позволит снять с нее готовый предмет. Катушка клейкой ленты входит в комплект устройства.

Если она кончится, возьмите вместо нее обычную малярную крепированную ленту (малярный скотч). Выньте печатную пластину и постарайтесь, чтобы полосы ложились на нее без морщин и нахлестов. Лучше всего это удается, если выравнивать следующую полосу по длинной стороне предыдущей и потом плотно прижимать ее.

6 Готовимся и начинаем

Перед каждым процессом печати следует проверить положение печатной платформы и при необходимости откорректировать его. Подробное руководство для принтера (см. wiki.ultimaker.com/Calibrate) занимает многие страницы. В принципе, для вас важно так отрегулировать четыре винта по углам платформы (см. фото справа), чтобы расстояние между печатающей головкой и поверхностью платформы везде было равно толщине обычного листа бумаги.

Вставьте карту SD с сохраненным на ней файлом «.gcode» в контроллер принтера и выберите пункт «Card Menu». На дисплее будут перечислены все файлы с расширением «.gcode», которые устройство обнаружит на карте. Выбрав нужный файл, запустите печать.

7 Устраняем ошибки

При первых попытках печати настоятельно рекомендуется регулярно проверять ход процесса и останавливать его при возникновении проблем. Незаконченный предмет при этом приходит в негодность. Так, во время наших тестов на принтере Ultimaker иногда происходили задержки загрузки материала. Чтобы временно остановить подачу материала, принтер немного оттягивал пластиковую нить назад.

Уже разогретый пластик при новой подаче задерживался перед экструдером и вызывал затор. В этом случае необходимо сначала вытянуть сверху из экструдера весь материал. Горячее сопло следует чистить осторожно, используя две скрученные жилы медного кабеля. Устранив затор, попытайтесь выяснить причину ошибки печати на сайте производителя. Затем исправьте ее (например, оптимизировав настройки печати перед сохранением файла «.gcode») и запустите новую попытку.

8 Окончательная обработка предмета

Когда процесс печати завершен, осторожно снимите готовый предмет, начиная с краев. При необходимости используйте тонкий шпатель. Обломите выступающие края, поддерживающие элементы и свисающие нити. Мелким напильником или шлифовальной шкуркой удалите ненужные остатки материала. Предмет можно покрасить обычными лаками или красками, в некоторых случаях поможет грунтовка для пластика. Лучше всего сначала проверить совместимость материалов на старых, неудачно напечатанных предметах.

ФОТО: Creative Tools/Flickr.com

Поступили вопросы как его правильно купить. Делюсь опытом.

Первый принтер, как первая женщина: должен быть у каждого реального пацана, но с какой стороны к нему подходить в школе не сказали. Я вам тут скажу по-секрету, только никому не рассказывайте!

И выбирать первый 3D принтер так же бессмысленно, как выбирать первую женщину, если только не собираетесь умереть с ним в один день. Всякие модные фишки типа автовыравнивания и двойного экструдера гарантируют ощущения зеленого школяра на свидании с сильно образованной барышней: можно долго ходить кругами и так и не получить главного.
Речь идет о принтерах начального уровня за $150 - $300. Для реальных мажоров, покупающих в комплекте с принтером технолога, программиста, схемотехника и массажиста, действуют совсем другие правила.

Правило №1 Брать надо китай в России
Потому что европейские комплектующие, они могут быть качественнее, но разницу новичок скорее всего не поймет. И сломать по неопытности можно все что угодно. Ну, а российское производство при кратно большей цене .
Но, главное "но" в том, что наше российское таможенное законодательство считает принтер за $200 промышленным оборудованием и облагает его ввозной экспортной пошлиной 30%. Это же не игрушка и не управляемая модель. Имеет право, но не всегда им пользуется.
Я лично купил принтер для ребенка в образовательных целях. И вы берете его для ознакомления с аддитивными технологиями, а не для импортозамещения. Но таможня против. Хотя последнее время не лютует.
Поэтому умные китайцы отправляют нам принтеры из России, так что нам не надо общаться с таможней (это ваще отдельный экстрим). Главное найти на aliexpress.com именно умного китайского продавца, предлагающего отправку именно из России, а не из Китая. Не важно как они это делают, важно что это у них получается - проверено.
Ежели вы таки возьмете из-за границы, имейте в виду - все что относится к 3D печати будет облагаться пошлиной 30%. Некоторые попали, но большинство пронесло.

Правило №2 Какую модель 3D принтера лучше брать
Явного лидера в начально-образовательном уровне, как например Лего в начальной робототехнике, еще нет. Поэтому успешно применяется техника выбора "я б вдул": если глядя на фото принтера на страничке продавца в голову приходит такая мысль, то можно брать. Разница между разными моделями не принципиальна: все они печатают, и качество печати достаточно для новичка и недостаточно для промышленного производства. Все остальное на вкус и цвет, и не поймешь пока не попробуешь. Именно на пробу и берется первый принтер.

Правило №3 Как выбрать продавца
Как уже было указано в первом правиле, продавец должен быть умным. И, в-общем-то, это все. Это все, что можно достоверно установить. Все остальное недостоверно.
Одним посылка идет долго, другим быстро. В основном, это наша таможня и почта. Приходят все посылки в Москву, а на растаможку их могут отправить в Брянск или куда подальше. Конечно, потом снова через Москву. Если брать с доставкой из России, задержка по причине таможни исключается.
Продавцы обычно отправляют в течение недели, а если опоздают, то деньги вам вернут автоматом. Одним принтер приходит в целости и сохранности, а другим с поломками и некомплектом. Китайцы тоже халтурят, и у них также может закончиться правильная упаковка. Этого не предугадать. Снимайте на видео весь процесс от получения посылки до проведения инвентаризации ее содержимого, это реально поможет получить компенсацию, если что.
Одним продавец дает ценные советы по сборке и настройке, другим ваще не отвечает. Не рассчитывайте на техподдержку, это же DIY, что переводится на русский "сделай это сам".
Ни отзывы, ни количество заказов, ни обещания продавца не являются решающим фактором выбора продавца. Продавец может поменяться незаметно. Отзывы могут относиться к другому товару. Мухлевать они умеют.
Это лотерея, примите это и не страдайте, если что-то пошло не как хотелось.

Правило №4 Что брать в комплекте
Нет особого смысла выбирать вариант "+ три упаковки пластика в подарок". Это не подарок, это включено в цену. В России пластик стоит не дороже, ищите российские специальные интернет-магазины и берите дешевле, если вам это нужно. Китайский пластик может быть как хорошим, так и плохим.
Набирать разных запчастей особого смысла нет, но если прям очень хочется, то можно и взять. Сопла забиваются, их можно чистить и менять. Нагревательные элементы перегорают. Концевые ограничители барахлят. И т.п., примерно так можно ориентироваться, на свой вкус. Что реально потребуется не угадать, поэтому в идеале удобно брать на запчасти второй такой же принтер, ага.
Точно надо брать прошивку. Это бесплатно, надо просто попросить продавца, чтобы он выслал вам драйвера, firmware и bootloader, а также Arduino IDE пригодную для них. Весит это все в пределах 10Мб, так что емайл подходит.
Точно надо брать программатор. Встречаются посты типа "два дня принтер работал и перестал". Это слетела прошивка. Или слетел загрузчик. Скорее то и другое. Загрузчик это первая часть прошивки, которая запускает основную часть. Для записи на плату принтера загрузчика нужен программатор. Основная прошивка записывается на плату без программатора.
Программаторов разных много. Рекомендую Arduino NANO. Стоит в пределах $3. Вместе с программатором надо брать проводки для подключения его к плате: 4 штуки с разъемом "мама" на обоих концах, чем короче тем лучше.

Правило №5 Забудьте про техподдержку
Продавцы не делают 3D принтеры, они их продают. Если в штате продавца случайно окажется кто-то понимающий и у него будет время, вам что-нибудь подскажут. Но 3D это целая наука, миллион нюансов и миллиард вариантов, так что курс лекций вам точно не дадут. Читайте интернет и не расстраивайтесь на китайцев. Все решаемо, нужно просто найти. Если у вас нет времени, не стоит за это браться совсем.

Правило №6 Спорьте
Не надо подтверждать получение на Али при получении посылки. Вы подтверждаете не факт получения, а комплектность и работоспособность. Так что проверяйте. С чувством, с толком, не спеша.
Да, вам напишут и попросят поторопиться. Ответ прост: надо больше времени на проверку.
Если закончилось время, надо открыть спор. Основание спора: возможные дефекты. "Может их и нету, надо разобраться."
Если что-то не получается включить/запустить и китаец не помогает, надо вызывать арбитров Али. Для этого нужно очень подробно изложить что вы ожидали получить (как оно на ваш взгляд должно работать), что вы для этого сделали и что не получилось. Также нужно качественно подготовить фото и видео. На фото надо сделать пометки для пояснений. Видео нужно сделать достаточного качества для спокойного разглядывания.
Залить видео на 500 Мб через великий китайский фаервол непросто, практически невозможно. Поэтому его надо ужать. Это можно сделать на ютубе, там хороший ужимальщик.
От качества подготовки доказательной базы зависит возврат денег. Поэтому надо взять за правило снимать на видео каждый значимый шаг. Получили на почте лепешку из картона - виноват китаец, плохо упаковал. Перепутали провода и все сгорело? Виноват китаец - нет инструкции, провода не помечены. Главное чтобы с той стороны фаервола можно было понять, что вы приложили максимум усилий. Для этого снимать процесс получения на почте, процесс вскрытия, и т.д. и т.п. И чтобы очень было похоже на правду.

И в завершение дам свой кейс по спору.
На второй день принтер не включился.
Как потом выяснилось, если таскать оси руками туда-сюда, моторы работают в режиме генератора и плата от этого не защищена. Не надо двигать моторы руками (быстро).
Открыл диспут.
Китаец предложил попробовать перепрошиться.
Прошивки у китайца не было. Предложил поискать в нете.
Отправил видео процесса неудачной прошивки. Точнее, первая найденная прошивка даже не компилировалась. Китаец в этом ничего не понимал, так что этого оказалось достаточно.
Написал в спор что плата не работает, прошивка не заливается.
Китаец предложил отправить плату на замену.
Я указал, что принтер на ДР ребенка и за две недели плата не дойдет.
Китаец предложил экспресс-отправку. Я согласился.
После получения и проверки трека я закрыл спор.

С пятого - десятого раза нашлась прошивка, для которой удалось подобрать версию IDE для компиляции.
Прошить не получилось. Оставалась возможность слетевшего загрузчика.
Для платы Мелзи есть несколько вариантов загрузчика. С 10 - 20 раза нашелся подходящий загрузчик, он и в норме может шиться не с первого раза.
После прошивки загрузчика основная прошивка заливается без проблем.
Подправил в прошивке настройки под свой принтер и все работает с тех пор без проблем. Вообще без проблем.

Через три недели пришла вторая плата.

Ребенок в восторге. Печатает с удовольствием. Вот вчера напечатал.

Сегодня трехмерной печатью удивить можно, пожалуй, только маленького ребенка. Метод 3Д моделирования запросто используется в личных или коммерческих целях, а многие современные предприятия уже не могут обойтись без такого принтера. Сама технология была создана довольно давно, однако, мало кто задумывался каков принцип действия 3Д принтера. В этой статье речь пойдет как об устройстве, так и о распространенных методах этого вида моделирования.

Устройство принтера для 3Д печати

О чём пойдет речь:

Из чего состоит

Тип устройства принтера для 3Д печати похож со своим собратом, изготавливающим любые изображения в формате 2Д. Основным отличием считается способность продвинутого принтера печатать объемные элементы. Так, к привычной длине и ширине, здесь добавляется еще и глубина. Нужно понимать, что абсолютно все 3D принтеры имеют одинаковый набор рабочих элементов.

Любое устройство, печатающее в трех плоскостях, состоит из таких рабочих элементов:

• Экструдер. Он нагревает и выдавливает вязкий пластик;
• Платформа. Основа, на которой проходит процесс;
• Мотор. Он двигает необходимые элементы принтера;
• Фиксаторы. Специальные датчики, стопорящие подвижные части принтера во время работы. Они не позволяют выйти за границы платформы;
• Рама;
• Картезианский робот. Устройство, способное двигаться по 3-м осям.

Зная устройство машины, становится понятен принцип работы 3Д принтера. Конечно, это основные рабочие узлы, принимающие непосредственное участие в создании трехмерных конструкций.

Как работает

Всего различают несколько основных технологий 3Д печати:

1. Метод постепенного наслоения пластика.
2. Стереолитографическое моделирование.
3. Лазерное спекание.

Эти методы были названы от более популярного к менее распространенному. И сейчас кратко расскажем о каждом из них.

Большинство 3Д принтеров работает с термопластиком, в том числе с полилактидом. Он отличается природным происхождением и неспособностью выделять вредные вещества. Работа заключается в подаче тонкой нити вязкого пластика в трубу сопла. Она и формирует необходимый элемент.

Стереолитографическая печать

Эта технология широко применяется в стоматологии. С ее помощью изготавливают зубные протезы. Главным преимуществом таких принтеров считается высокое качество изготовленных конструкций. К тому же эти установки гораздо дешевле. Они не нуждаются в зеркалах, что делает устройство гораздо проще.

Тереолитографический лазерный 3D-принтер

Лазерное спекание

Для этой технологии используют легко плавящийся пластик. Мощный луч прорисовывает объект. Это действие спекает материал. И так слой за слоем проходит моделирование выбранного элемента. После завершения печати остатки материала просто отряхиваются. Минусов этого метода считается пористая поверхность изделия.

Управление работой принтера и ПО

Основные процессы регулируются с помощью ПК:

• температура сопла;
• скорость подачи пластиковой нити;
• работа мотора.

Базовой системой 3Д принтеров сегодня считается Arduino с открытой архитектурой. А программа должна выбираться в зависимости от конкретной модели машины. Чаще всего, изготовители рекомендуют использовать только фирменное программное обеспечение.

Сегодня 3Д принтер можно рассматривать как специализированное оснащение для специалистов, которые смогут решить массу задач с помощью этого устройства.

Сегодня смело можно утверждать: без технологии 3D-печати современную цивилизацию представить невозможно, и вряд ли можно назвать другую так стремительно развивающуюся технологию.

По страницам истории

По мнению многих компьютерных экспертов, родоначальником 3D-печати и разработчиком первого еще обычного принтера стал англичанин Бэббидж. В 1822 году он приступил к созданию так называемой «большой разностной машины», предназначенной для производства расчетов и их распечатки. Как все великое, идеи Бэббиджа намного опередили свое время и, спустя 20 лет, так и не реализованный, проект был закрыт.

Большая разностная машина Бэббиджа

Прошло более 100 лет, прежде чем была предпринята вторая на сей раз более удачная попытка создания принтера. Первый черно-белый принтер увидел свет в 1953 году. Минуло еще 23 года и компания IBM создает первый струйный цветной принтер. Сегодня количество принтеров в офисах и других организациях уступает разве что числу компьютеров.

Во второй половине 80-х годов происходит очередной технологический прорыв. В 1986 году американец Чек Халл сформулировал концепцию трехмерной печати, а через два года его соотечественник Скот Крамп на ее основе разработал технологию FDM — формования через декомпозицию плавящегося материала. Все ныне действующие трехмерные принтеры своим появлением обязаны именно ей.

Как работает 3D-принтер

По сравнению с печатным принтером, переносящим электронный текст на плоскую бумагу, 3D-принтер имеет дело с трехмерной информацией. Одним словом, он воссоздает объект таким, какой он есть.

Как же печатает 3D-принтер? Вначале создается цифровая модель объекта на компьютере с помощью специальной программы. Она как бы «расчленяет» модель на слои, после чего в действие вступает принтер. Как и у его печатающего «собрата», у 3D-принтера есть свои чернила, правда, состоящие из композитного порошка.

Около 10 лет назад использовался всего лишь один вид «чернил» — пластик АВС. Сегодня их уже более сотни – полипропилен, бетон, целлюлоза, нейлон, металлические порошки, гипс, шоколад и множество других.

В процессе работы исходный материал превращается в массу, которая наносится слой за слоем на рабочую поверхность через специальное сопло. После нанесения очередного слоя поверх него может накладываться клеевое покрытие, затем снова слой «чернил». И так до полного воспроизводства объекта. Работу 3D-принтер можно посмотреть на видео.

Но это общий принцип работы 3D-принтера, так называемая технология быстрого прототипирования. На ее основе разработано несколько способов. Вот лишь некоторые из них.

Стереолитография (SLA)

Одна из первых технологий 3D-печати. В качестве строительного материала используется смесь жидкого полимера с реагентом-отвердителем, чем-то похожая на эпоксидную смолу. Полимеризация и последующее отвердение смеси происходит под действием ультрафиолетового лазера.

Модель формируется тонкими слоями на подвижной подложке с отверстиями, прикрепленной к микролифту-элеватору, который перемещается вверх или вниз на глубину одного слоя. Во время погружения в жидкий полимер луч лазера фиксируется на местах, подлежащих отвердению. Как только один слой сформирован, заготовка поднимется (опускается).

Данная технология разработана в компании 3D Systems. Она имеет очень много общего с технологией струйной печати. Особенность устройства и принцип работы этого 3D-принтера состоит в том, что здесь задействовано несколько (до нескольких сот) сопел, расположенных рядами на печатающей головке.

Чернила становятся жидкими посредством нагревания и после послойного нанесения на рабочую поверхность при комнатной температуре застывают. Головка перемещается в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение по мере формирования каждого нового слоя осуществляется за счет опускания рабочего стола.

Выборочное лазерное спекание (SLS)

Настоящим прорывом стало внедрение технологий 3D-печати в металлообработку. Как же работает ? Особенностью этой технологии является то, что функцию рабочей жидкости выполняет композитный порошок, состоящий из частиц диаметром от 50 до 100 мкм. Порошок наносится горизонтально равномерными тонкими слоями, а на завершающем этапе определенные участки спекаются лазерным лучом.

Одно из главных достоинств лазерного спекания – уникальная экономичность и практически полная безотходность по сравнению с традиционными механическими методами обработки металла – сверлением, фрезеровкой, резанием, литьем и другими, а также минимальная финишная обработка.

Необходимое условие лазерного спекания – азотная среда с минимальным содержанием кислорода, поскольку процесс протекает в условиях высоких температур.

Этим перечень технологий 3D-печати далеко не ограничивается. Его дополняют послойное склеивание пленок, послойное наплавление, послойная печать расплавленной полимерной нитью, ультрафиолетовое облучение через фотомаску.

Что бы еще напечатать

Выяснив, как работает 3D-принтер, впору поведать о том, что сегодня можно сделать с его помощью. Подобно модной и очень удобной одежде, его «примеряют» на себя представители самых различных направлений науки и промышленности. Как оказалось, напечатать можно практически все от ширпотреба из пластика, до солнечных батарей, деталей для реактивных двигателей и медицинских протезов.

На технологию 3D-печати «положили глаз» военные и строители. Не так давно на борт МКС был доставлен разработанный по заказу NASA 3D-принтер, с помощью которого в условиях невесомости было изготовлено несколько необходимых инструментов. Вполне возможно, что таким образом во время будущей марсианской миссии отдельные запчасти придется изготавливать прямо на борту космического корабля.

Рассматривается также вариант возведения марсианских домов методом 3D-печати, для чего с Земли туда будут доставлены специальные строительные принтеры. Основой «чернил» для них станет марсианский грунт.