Какво е 3D принтер

 

За какво служи 3D принтерът

3D принтерът е робот, който изгражда три-измерни физически предмети на базата на компютърен модел чрез процес на добавяне, при който се наслагват последователно слоеве от материал. 3D принтерите се използват отдавна за промишлени цели, но през последните години голямо разпространение придобиват и персоналните (настолни) 3D принтери, които са с по-ограничени възможности, но са многократно по-евтини.

Всяко нещо, което може да бъде моделирано със софтуер за 3D моделиране, може да бъде възпроизведено с 3D принтер. Настолните 3D принтери се използват за най-различни цели, като например:

-       За бързо създаване на прототипи на изделия

-       За произвеждане на играчки, предмети за бита, резервни части, хоби модели, музикални инструменти, бижута, украшения и други

-       За създаване на предмети с образователна цел

-       За създаване на макети

Работата с 3D принтер е истинско забавление за хора от всички възрасти и това е една от най-важните причини те да бъдат използвани .

 

Принцип на работа

Когато изграждаме къща, ние полагаме първия ред тухли, след което подължаваме да полагаме тухлите ред по ред, докато издигнем къщата до горе. 3D принтерът работи по същия начин. Той полага слой след слой от съответния материал, докато изгради целия предмет.

За да се получат отделните слоеве, компютърният 3D модел на предмета се „нарязва“ със софтуер на голям брой хоризонтални слоеве. Например, моделът на една обикновена свирка се „нарязва“ на около 100 слоя с дебелина от 0,2 мм всеки. Колкото е по-висок предметът и колкото са по-тънки слоевете, на които се разделя, толкова е по-голям техния брой. Всеки слой представлява двуизмерна форма с уникален контур (подобно на изрезка от картон), също като ред от тухли при изграждане на къща. Всички слоеве са с еднаква дебелина, която съответства на височината на тухлите. Наслагването на слоевете от материал един върху друг придава форма на предмета. Например, ако предметът е конус, всички слоеве представляват кръгове. Първият слой е с най-голям диаметър, а размерът на всеки следващ кръг постепенно намалява, докато се стигне до последния слой, който е просто една малка точка. Нарязването на слоеве позволява да се изграждат предмети с много сложна форма и дори с вградени детайли – като количка с движещи се колела.

Най-често настолните 3D принтери използват за конструктивен материал пластмаса – PLA или ABS. Материалът е под формата на нишка, която е навита на макара. Свободният край на нишката се поема от т.нар. екструдер на принтера. Това е устройство, което поема и придвижва материала, разтапя го и го полага върху равна основа (платформа), като по този начин изгражда съответния слой от предмета. За да се образува слой със съответната форма, по време на полагането на материала, платформата се движи напред и назад, а екструдерът се движи наляво и надясно, т.е. движат се по осите Y и X (при някои видове принтери платформата е неподвижна, а екструдерът се движи по трите оси). Така всяка частица от материала попада точно там, където трябва и се образува слой с равномерна дебелина.

След като първият слой е завършен, платформата върху която се изгражда предметът се придвижва надолу (по оста Z), за да освободи място за втория слой, който се нанася от екструдера. Тъй като материалът, който се нанася, е разтопен, вторият слой се залепва здраво върху първия. И така се нанасят слой след слой, докато предметът бъде завършен.

 

Устройство

Главните компоненти на типичния персонален 3D принтер са:

  • Шаси. Това е рамка, върху която са монтирани останалите компоненти на принтера и която служи за негова опора. Това е „скелетът“ на принтера;
  • Платформа за изграждане. Това е „строителната площадка“ на принтера. Представлява правоъгълна или кръгла плоча, върху която се наслагват слоевете от материал и се изгражда предметът. Платформата се движи напред и назад, нагоре и надолу. За да се осигури по-добро качество при работа с някои материали (например ABS), тя се подгрява;
  • Микроконтролер. Разчита файла със слоевете и найстройките за принтиране и заедно с други електронни компоненти управлява цялостната работа на принтера;
  • Екструдер. Поема термопластичния материал, разтопява го и го полага. Състои се от две части: студена част, която изтегля материала от ролката и го подава към горещата част с подгряваща дюза, която го разтопява и го полага;
  • Стъпкови мотори. Това са електрически ротационни двигатели, които придвижват екструдера и платформата наляво-надясно (ос X), напред-назад (ос Y) и нагоре-надолу (ос Z). Въртят се на равномерни стъпки, за да осигурят придвижването по осите на малки стъпки с голяма точност;  
  • Електрически захранващ блок.

 

Основни характеристики на принтера

Възможностите на персоналния 3D принтер се определят основно от следните параметри:

Размер на изграждане

Този параметър определя максималните размери на предмета, който може да бъде изграден с принтера. Персоналните принтери имат типичен размер на изграждане до 20 х 20 х 20 см (широчина / дължина / височина). Разбира се, по-големият размер на изграждане е за предпочитане, макар че означава и по-голям размер на принтера. Гогато принтерът с който разполагаме не може да изгради желан от нас предмет заради ограничения в този параметър, можем да изработим предмета на части, които след това да съединим;

Работа с различни видове материали

По отношение на този параметър, масовите принтери се разделят на работещи само с PLA и на работещи с PLA и ABS. Вторият вид принтери са по-скъпи, тъй като имат подгряваща се платформа за изграждане;

Брой на екструдерите

В общия случай персоналните 3D принтери са с един екструдер и могат да работят само с един материал/цвят за един предмет.  Принтерите с два екструдера позволяват да се работи с два цвята или с два различни материала едновременно.

Резолюция (по ос Z)

Z-резолюцията определя дебелината на слоя на нанасяния материал. По-високата резолюция означава по-тънък слой и съответно по-фина повърхност на предмета. При персоналните 3D принтери Z-резолюцията се измерва в микрони или милиметри. Типичната стандартна резолюция е 200 микрона или 0,2 мм. Възможност за по-ниска резолюция, например 0,1 мм, е допълнително предимство. За по-бързо принтиране се използва резолюция до 0,3 мм, в някои случаи до 0,5 мм.

Скорост на изграждане

Скоростта на изграждане се измерва в кубически сантиметри на час. При скорост на изграждане 50 cm³/h на час, предмет с обем на материала 100 cm³ ще бъде изграден за 2 часа. Скоростта на изграждане зависи от скоростта на екструдиране на материала, която от своя страна зависи от линейната скорост на принтиране и дебелината на слоя. Типични скорости на изграждане са 30-150 cm³/h.

Свързаност и интерфейс

Типично персоналните 3D принтери се управляват чрез компютър с помощта на USB връзка. Някои принтери имат възможност да принтират и от SD карта в офлайн режим. В този случай обикновено те разполатгат и с LCD панел от който се стартира процесът на принтиране и който дава информация за основни параметри по време на принтирането - например оставащо време до завършване на задачата или процент на завършване;

Качество на принтиране

Това не е самостоятелен параметър. Качеството на изградения обект зависи от:

  • Резолюцията – по-голямата резолюция (по-тънки слоеве) дава по-добро качество, но намаляват скоростта на изграждане;
  • Линейната скоростта на движение при нанасяне на материала – по-ниската скорост води до по-добро качество (скороста може да се променя при настройките за принтиране);
  • Качеството на „нарязване“ на 3D модела на предмета – различните софруери за нарязване дават различни резултати;
  • Управлението на процеса на изграждане - усъвършенстваните алгоритми за принтиране водят до по-добро качество;
  • Устойчивостта на принтера на вибрации – принтерите с устойчиво на вибрации шаси (например изцяло метално шаси) дават по-добро качество;
  • Калибрирането и нивелирането – когато принтерът не е добре калибриран и нивелиран, качеството се влошава;
  • Настройките и характеристиките на принтера, свързани с нагряването на материала при ектрудиране и нагряването или охлаждането му върху платформата за изграждане;
  • Качеството на консуматива.

 

Copyright © 2014 Projecta Ltd.