3D-моделирование — невероятно сложный процесс, разговаривать о котором можно очень долго. Но мы с вами сегодня разберем несколько типов 3D-принтеров, посмотрим как работает каждый, и в чем их отличие.
История возникновения 3D-принтера
Мотоцикл, напечатанный на 3D-принтере
До появления таких вещей, как компьютерное проектирование (CAD) и лазеры, модели и прототипы кропотливо вырезались из дерева или склеивались из маленьких кусочков карты или пластика. На их создание могли уйти дни или даже недели, и обычно они стоили целое состояние. Внесение изменений или доработок было трудным занятием и отнимало много времени, особенно если использовалась сторонняя компания по изготовлению моделей, и это могло оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментариев в последнюю минуту: «Слишком поздно!».
С появлением более совершенных технологий в 1980-х годах возникла идея под названием быстрое прототипирование (RP) как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипов более автоматизированными методами, обычно за определенное количество часов или дней, а не за недели, как при традиционном прототипировании. 3D-печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продуктов создают свои собственные быстрые прототипы буквально за часы, используя сложные устройства, похожие на струйные принтеры.
Работа 3D-принтера
Давайте представим, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Вы бы начали с бруска из цельного дерева и вырезали его внутреннюю часть, как скульптор, постепенно открывая объект, «спрятанный» внутри. Или, если вы хотите создать архитектурную модель дома, вы бы построили ее как настоящий сборный дом, вырезав миниатюрные копии стен из картона и склеив их вместе. По крайней мере, я так вижу, основываясь на данных, которые мне дал знакомый архитектор. Спустя время теперь лазер научился легко вырезать из дерева форму, и вполне возможно научить робота склеивать картон, но 3D-принтеры работают абсолютно по-другому.
Стандартный 3D-принтер похож на струйный принтер, управляемый с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою, снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области способом, известным как моделирование методом послойного наплавления (FDM). Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, превращая чертеж 3D CAD в множество двухмерных слоев с поперечным сечением, эффективно разделяя 2D-отпечатки, которые находятся один поверх другого, но без бумаги между ними. Вместо того чтобы использовать чернила, объем которых никогда бы не увеличился, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и сплавляет их вместе с помощью клея или ультрафиолетового света.
Почему используется пластик для работы 3D-принтера
На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиен стирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100°C, а это относительно немного, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева (при такой температуре кипит вода в чайнике или в кастрюле на плите). После схватывания пластик можно отшлифовать или покрасить.
Еще одним полезным свойством пластика для 3D-принтера является то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические красители), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).
Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и схватывается. В июле 2011 года исследователи из английского Эксетерского университета представили прототип пищевого принтера, который может печатать трехмерные объекты с использованием расплавленного шоколада.
Давайте теперь рассмотрим несколько технологий 3D-моделирования и узнаем, в чем же отличия между ними!
Какими бывают 3D-принтеры?
FDM — классическая технология 3D-моделирования
Мы узнали, каким образом работает 3D-принтер. И вспомнили такую вещь как моделирование методом послойного наплавления FDM. Это одна из самых стандартных и обычных технологий, использующихся в 3D-моделировании. Но существуют и другие методы создания объектов из пластика, а именно:
- Стереолитография.
- SLS.
- Polyjet.
Вкратце поговорим о каждой.
Классический вид 3D-моделирования — FDM
Технология FDM работает по принципу клеевого пистолета и накладывает слои пластика один за другим. Это самый популярный метод моделирования, а во время разработки технологии проводились различные опыты с термоклеем. Используются пластики ABS и PLA. Через горячее сопло выходит расплавленный пластик, который застывает при охлаждении в несколько градусов после того, как был выведен из принтера. Это позволяет сделать сразу точный рисунок, который был запрограммирован программой на компьютере.
Стереолитография
Эта технология основана на том, чтобы выращивать объекты из фотополимерной смолы при помощи специального освещения. Отличается от FDM тем, что объекты получаются более гладкими и качественными, поскольку здесь пластик не выдавливается нитью из горячего сопла. Делится на SLA и DLP.
Cтереолитография с помощью лазера — SLA. Цифровое моделирование, используя специальный проектор, называется DLP. Что лучше? Думаю, что SLA, поскольку, как мы видим на фото ниже, объект DLP слегка пикселизованный, поскольку создает модель с помощью проектора, а SLA — благодаря быстро движущему непрерывному лазеру. Но по скорости цифровое моделирование обгоняет лазерное.
SLS — 3D-моделирование с помощью лазера и порошка
Здесь используется специальный порошок, на который направляется лазер. Он сплавляет частицы порошка, образовывая модель запрограммированного изначально объекта. Далее принтер снова рассыпает порошок, и снова с помощью лазера его плавит.
По аккуратности фигура получается лучше чем при FDM или стереолитографии. SLS-принтеры очень дорогие. Их стоимость начинается от 200 тысяч долларов и выше.
Polyjet
В этой технологии используется фотополимерная смола и ультрафиолетовое излучение. Масштабы принтера огромные, но фишка в том, что можно печатать с большим количеством разных материалов одновременно, а не только из одного пластика. Таким образом создавали даже кроссовки.
На видео ниже можно увидеть продукты, изготовленные с помощью технологии Polyjet.
Заключение
3D-моделирование раньше было чем-то недосягаемым, будущей эрой технологий, а сейчас это настоящее. Используется сейчас даже в медицине для создания искусственных протезов, а также в ремонте и создании различной техники. Я лично много раз видел, как сломанную кнопку регулировки громкости iPhone печатали на FDM-принтере, шлифовали грани и устанавливали на место сломанной. Купить самый просто принтер можно за 500-1000 долларов и не переживать, если что-то пластиковое дома сломается.
На этом все. Мы разобрали, как именно работает 3D-принтер и поговорили о технологиях трехмерного моделирования. Заходите в наш Telegram и оставляйте комментарии. Всего доброго!
