Методы 3D печати



Рассмотрим популярные технологии 3D печати:
* печать расплавленным пластиком,
* порошком,
* лазерное спекание,
* фотополимером.

Печать расплавленным материалом (пластиками)


Похоже, это самый простой и поэтому — наиболее популярный метод среди любительских 3D-принтеров.

http://www.youtube.com/watch?v=FY4KoT7-vwk

Принцип работы: 3D-принтер представляет собой станок с 3-мя осями, печатающая головка закреплена на координатной системе станка. Печатающая головка передвигается по координатам X/Y, расплавленный пластик выдавливается из тонкого (0.25-0.75мм) сопла и застывает. Напечатав текущий слой, принтер изменяет координату Z (опускает платформу/поднимает головку) и печатает следующий слой.

Такая печать напоминает работу клеевого пистолета: с одного конца пистолета толкается пластиковый пруток, а на другом конце он разогревается до текучего состояния и выдавливается в место склейки.

Печатающая головка принтера состоит из двух частей, которые, обычно, продаются отдельно — экструдер (wade`s extruder ) и горячий наконечник (hot end)
экструдер состоит из корпуса, шестерен привода, шагового двигателя, и подающего болта (hobbed bolt) смонтированного на подшипниках.
Работает просто: болт вращается, поперечной насечкой впивается в пруток и проталкивает его в горячий наконечник

устройство горячего наконечника:
сопло (nozzle), обычно из латуни — калиброванное отверстием 0.25 /0.35 / 0.5 (типовое)/ 0.75 , бывают под пруток 3 мм и 1.75 мм
сопло греет нагревательный элемент (heated) — раньше использовалась нихромовая проволка, а теперь — чаще керамический резистор.
нагреватель с соплом контролируется термодатчиком (termal sensor).
Чтобы после печати расплавленный пруток не залип в податчике к соплу этот податчик делают из тефлона ( PTFE(Teflon) tubing )

Важное различие между принтерами

Основная разница между принтерами заключается в том:
* как реализовано передвижение по 3-м осям,
* как подается материал,
* подогревается столик или нет,
* поддерживается ли печать 2-мя материалами.

Принтеры семейства RepRap передвигают головку только по оси X. Платформа с объектом перемещается по Y. По оси Z перемещается конструкция из печатающей головки и привод по оси X. Не совсем понятно, почему выбрали такой тип перемещения, т.к. из-за перемещения такой массы страдает точность и скорость печати.

В Ultimaker и последней версии Makerbot, печатающая головка принтера передвигается по двум осям (X/Y) вверху аппарата, а платформа с изделием опускается постепенно вниз (по оси Z). Благодаря этому достигается высокое качество и скорость печати (может быть до 10 раз выше чем у RepRap Mendel).

Кроме обычных схем, унаследованных от CNC станков есть эксперименты с дельта-роботами.

Пластик


Для печати используют разные пластики. Самые популярные это ABS, из которого сделаны большинство игрушек, и PLA — биоразлагаемый пластик, из которого делается упаковка и одноразовая посуда, а так же PCL.

Дополнительно используются специальные виды лпастиков, которые растворяются в воде (PVA) или специальном растворителе. Таким пластиком можно печатать вспомогательные структуры, которые по окончании удаляются.

Для печати двумя цветами или одним цветом со вспомогательным материалом используется принтер с двойным экструдером. На сегодня эта технология в любительских принтерах еще не отработана. STL формат, избранный в качестве стандартного среди любителей, не поддерживает несколько цветов.

Пластик для печати продается бухтами в виде прутка различного диаметра (ценой порядка 40-60$ за кг). У разных видов пластика (даже одного вида пластика, но разных цветов) — разный диапазон рабочих температур. Для поддержания оптимальной температуры используется термодатчик.
Для обеспечения точности печати, деталь не должна двигаться с места, поэтому делают так, чтобы она прилипала к поверхности платформы.
Так как пластиковая деталь печатается долго, то и остывает она неравномерно. Слои напечатанные раньше — остывают раньше. Поэтому, деталь стремиться деформироваться (изогнуться).
Так же, с одной стороны прилипание должно быть достаточно сильно, чтобы не дать оторваться детали от платформы при остывании, с другой — достаточно слабо, чтобы можно было оторвать ее руками по окончании процесса не повредив.
Поэтому, платформа для работы с пластиком ABS делается подогреваемой и на платформу клеят термоскотч(каптоновую ленту).

В профессиональных принтерах процесс вообще происходит в закрытом боксе, где поддерживается высокая температура обеспечивая медленное остывание и лучшее прилипание пластика.

Как с весом прочностью у получающихся деталей?

Вес получается достаточно низкий и зависит от степени заполнености внутренности делали.
Например, полный набор деталей для RepRap Prusa весит меньше 300 грамм при 20% заполнении:

По прочности: есть заметная анизотропия — деталь получается очень прочной в двух направлениях из трёх. На разрыв между слоями она довольно таки хлипкая.

Печать порошком

Технология позволяет печатать с высоким разрешением несколькими цветами одновременно и используется в профессиональных принтерах компании ZCorp.
Принцип работы: тонким слоем насыпается мелкодисперсный порошок, затем слой выравнивается, потом идёт головка и, как в струйном принтере, поливает порошок окрашенным в нужный цвет связующим. Затем всё повторяется. По окончании, остатки порошка выдувают и все готово. Дополнительный материал, чтобы поддерживать свисающие элементы, здесь не требуется — его роль играет порошок, который равномерно заполняет емкость и служит в качестве подпорки для последующих слоев. Принтеры стоят от 15k$ (монохромный ZPrinter 150), цветной ZPrinter 250 — от 25k$.

Лазерное спекание

Принцип работы практически ничем не отличается от печати порошком. Только вместо печатающей головки используется лазер спекающий порошок вместо связующего.
Таким способом можно делать изделия и из тугоплавких материалов, но придётся использовать лазер помощнее.

В 2011 году, Markus Kayser продемонстрировал проект солнечного 3D-принтера. Вместо спекаемого порошка он использовал песок в пустыне, а вместо лазерных лучей использовал большую линзу Френеля, которая концентрировала солнце в точку и плавила песок.
В качестве насыпающего и выравнивающего устройства выступал автор проекта.
Координатная система принтера и компьютер работали от солнечных батарей.
Результат работы принтера — вот эта чаша:

Видео работы:

Печать фотополимером

Принцип работы: проецируем на смолу срез модели, и она застывает там, где была освещена. Поднимаем модель, добавляем смолы, засвечиваем следующий срез и т.д.
Этот метод печати встречается как среди любителей, так и в лабораториях благодаря простоте устройства и точности получаемого результата.

Кювета с фотополимером и стеклянным дном, на которое проектор снизу проецирует изображение (срезы объекта). Софт переключает картинки на проекторе и постепенно поднимает стеклянную платформу на которой растёт объект. По мере расходования, фотополимер доливается в кювету. Сверху аппарат обычно закрывается колпаком не пропускающим определенный спектр, чтобы избежать паразитной засветки.

3D Printer High Resolution — DIY

Существует много различных фотополимеров. Стоят они по-разному, имеют разное время активации и реагируют на разную длину волны света. Поэтому, при создании принтера надо сначала подбирать материал и лампу для засветки. Вместо проектора можно использовать лазер (фонарь с узким лучом) и систему развёртки. Тогда срез нужно будет рисовать лазером как в технологии лазерного спекания.
Средняя цена за расходный материал для подобных принтеров порядка нескольких сотен $ за литр (300$ за литр). Но имеется и дешевый вариант — около 20$ за литр.
Highres 3d printer The workgroup of high resolution 3d printers developers

https://nano-cemms.illinois.edu/materials/3d_printing_full — серия видео-роликов, процесса простой фотополимерной 3D печати:

полимер налит в стакан и обычный проектор засвечивает полимер сверху через зеркало. Платформа на которой выращивается объект прикреплена к маленькому штативу и опущена в стакан. Вручную на проекторе меняются картинки срезов и постепенно опускается платформа. По окончании процесса объект получается погружен в смолу. Далее он извлекается, промывается и обсушивается. Печать происходит со скоростью несколько миллиметров в час.

Ссылки
Краткий экскурс в методы 3D печати
3D принтер RepRap Mendel Prusa — опыт заказа/сборки
учимся печатать в 3д

По теме
Printrbot — новый бюджетный 3D принтер


Добавить комментарий

Arduino

Что такое Arduino?
Зачем мне Arduino?
Начало работы с Arduino
Для начинающих ардуинщиков
Радиодетали (точка входа для начинающих ардуинщиков)
Первые шаги с Arduino

Разделы

  1. Преимуществ нет, за исключением читабельности: тип bool обычно имеет размер 1 байт, как и uint8_t. Думаю, компилятор в обоих случаях…

  2. Добрый день! Я недавно начал изучать программирование под STM32 и ваши уроки просто бесценны! Хотел узнать зачем использовать переменную типа…

3D-печать AI Android Arduino Bluetooth CraftDuino DIY IDE iRobot Kinect LEGO OpenCV Open Source Python Raspberry Pi RoboCraft ROS swarm ИК автоматизация андроид балансировать бионика версия видео военный датчик дрон интерфейс камера кибервесна конкурс манипулятор машинное обучение наше нейронная сеть подводный пылесос работа распознавание робот робототехника светодиод сервомашинка собака управление ходить шаг за шагом шаговый двигатель шилд

OpenCV
Робототехника
Будущее за бионическими роботами?
Нейронная сеть - введение