Мы уже рассказывали, что технологий 3D-печати очень много, и регулярно появляются либо новые, либо модификации уже известных, поэтому мы не будем пытаться объять необъятное и подробнее расскажем лишь о наиболее интересных и распространенных.
Начнем, конечно, со стереолитографии, которая исторически была самой первой.
Исходным продуктом является жидкий фотополимер, в который добавлен специальный реагент-отвердитель, и эта смесь напоминает всем известную эпоксидную смолу, только в обычном состоянии она остается жидкой, а полимеризуется и становится твердой под воздействием ультрафиолетового лазера.
Естественно, лазер не может сразу создать всю модель в толще полимера, и речь может идти только о последовательном построении тонкими слоями. Поэтому используется подвижная подложка с отверстиями, которая с помощью микролифта-элеватора погружается в фотополимер на толщину одного слоя, затем лазерный луч засвечивает области, подлежащие отверждению, подложка погружается еще на толщину одного слоя, вновь работает лазер, и так далее.
Не обходится и без существенных сложностей. Во-первых, требования к самому фотополимеру достаточно противоречивы: если он будет густым, то его легче полимеризовать, но сложнее обеспечить ровную поверхность после каждого шага погружения; приходится использовать специальную линейку, которая на каждом шаге проходит по поверхности жидкости и выравнивает ее. Большое количество отвердителя при фиксированной мощности лазера позволит уменьшить необходимое время воздействия, однако неизбежная фоновая засветка «портит» окружающий объем полимера и сокращает возможный срок его использования.
Во-вторых, полная полимеризация каждого слоя заняла бы немало времени, поэтому засветка производится до уровня, при котором слой приобретает лишь минимально необходимую прочность, а впоследствии готовую модель, предварительно промыв от остатков жидкого полимера, приходится облучать мощным источником в специальной камере, чтобы полимеризация достигла 100%.
Плюсы технологии понятны:
Хотя мы упомянули ограниченность спектра расходных материалов, но всё же выбор есть, и можно получать модели с разными свойствами: с повышенной термостойкостью, гибкие, с высокой стойкостью к абразивам. Правда, с цветами хуже: доступно очень ограниченное количество, включая белый, серый, а также полупрозрачный.
Но главный минус - высокая цена как самих принтеров (сотни тысяч долларов), так и расходных материалов (две-три тысячи долларов за 10-килограммовый картридж), поэтому сколь-нибудь массово SLA-аппараты не встречаются.
Этот метод появился примерно в то же время, что и SLA, и даже имеет с ним много общего, только вместо жидкости используется порошок с диаметром частиц 50–100 мкм, тонкими равномерными слоями распределяемый в горизонтальной плоскости, а потом лазерный луч спекает участки, подлежащие отверждению на данном слое модели.
Исходные материалы могут быть самые разные: металл, пластик, керамика, стекло, литейный воск. Порошок наносится и разравнивается по поверхности рабочего стола специальным валиком, который при обратном проходе удаляет излишки порошка. Затем работает мощный лазер, спекающий частицы друг с другом и с предыдущим слоем, после чего стол опускается на величину, равную высоте одного слоя. Для снижения мощности лазера, необходимой для спекания, порошок в рабочей камере предварительно нагревается почти до температуры плавления, а сам лазер работает в импульсном режиме, поскольку для спекания важнее пиковая мощность, а не длительность воздействия.
Частицы могут расплавляться полностью или частично (по поверхности). Незапеченный порошок, остающийся вокруг отвердевших слоев, служит поддержкой при создании нависающих элементов модели, поэтому нет необходимости в формировании специальных поддерживающих структур. Но этот порошок по окончании процесса необходимо удалить как из камеры, особенно если следующая модель будет создаваться из другого материала, так и из полостей уже изготовленной модели, что можно сделать лишь после ее полного остывания.
Зачастую требуется финишная обработка - например, полировка, поскольку поверхность может получаться шероховатой или с видимой слоистостью. Кроме того, материал может использоваться не только чистый, но и в смеси с полимером или в виде частиц, покрытых полимером, остатки которого нужно удалить путем выжигания в специальной печи. Для металлов одновременно происходит заполнение возникающих пустот бронзой.
Поскольку речь идет о высоких температурах, необходимых для спекания, процесс происходит в азотной среде с малым содержанием кислорода. При работе с металлами это еще и предотвращает окисление.
Серийно выпускаемые установки SLS позволяют работать с достаточно большими объектами, до 55×55×75 см.
Габариты и вес самих установок, как и SLA, достаточно впечатляющие. Так, аппарат Formiga P100, изображенный на фото, при довольно скромных размерах изготавливаемых моделей (рабочая зона 20×25×33 см) имеет размеры 1,32×1,07×2,2 м при весе 600 кг, и это без учета таких опций, как установки для смешивания порошка и системы очистки-фильтрации. Причем работать P100 может только с пластиками (полиамид, полистирол).
Вариантами технологии являются:
Встречаются и такие названия, как Direct Metal Fabrication (DMF) , а также Direct Manufacturing .
Принтер SPRO 250 Direct Metal производства 3D Systems, который, как понятно из названия, может работать с металлами по технологии SLM, с рабочей камерой 25×24×32 см имеет размер 1,7×0,8×2 метра и вес 1225 кг. Заявленная скорость от 5 до 20 кубических сантиметров в час, и можно сделать вывод, что модель объемом со стакан будет изготавливаться минимум 10 часов.
Цена на установки SLS еще выше, чем SLA, и может достигать миллионов долларов. Однако отметим, что в феврале 2014 года истек срок патентов на технологию SLS, поэтому вполне можно спрогнозировать увеличение количества компаний, предлагающих подобную технику, а соответственно и заметное снижение цен. Тем не менее, вряд ли в ближайшие годы цены снизятся столь существенно, что SLS-печать станет доступной хотя бы малому бизнесу, не говоря уже о частных энтузиастах.
Поскольку материалы очень разнообразны, мы не приводим ориентировочных цен.
Принтеры, основанные на данной технологии, выпускаются компанией 3D Systems. В связи с патентными ограничениями есть и названия, используемые другими производителями принтеров: PolyJet (Photopolymer Jetting, компания Stratasys), DODJet (Drop-On-Demand Jet, компания Solidscape). Конечно, отличия не только в названиях, но базовые принципы похожи.
Процесс очень напоминает обычную струйную печать: материал подается через сопла малого диаметра, расположенные рядами на печатающей головке. Количество сопел может быть от нескольких штук до нескольких сотен. Конечно, материал не является жидким при комнатной температуре: сначала он нагревается до температуры плавления (как правило, не очень высокой), затем подается в головку, наносится послойно и застывает. Слои формируются перемещением головки в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение при переходе к следующему слою, как и в предыдущих случаях, обеспечивается опусканием рабочего стола. В варианте DODJet добавляется этап обработки слоя фрезерной головкой.
В качестве материала для MJM-принтеров используют пластики, фотополимеры, специальный воск, а также материалы для медицинских имплантов, зубных слепков и протезов. Возможна и комбинация разных материалов: в отличие от предыдущих двух технологий, выступающие под большим углом элементы моделей или горизонтальные перемычки во избежание провисаний требуют применения поддерживающих структур, которые при финишной обработке приходится удалять. Чтобы не делать это вручную, можно применить для поддержек материал с меньшей температурой плавления, чем для собственно модели, и потом удалить его расплавлением в специальной печи. Другой вариант - использование для поддержек материала, который удаляется растворением в специализированном растворе, а порой и просто в воде.
Использование фотополимера, как и в стереолитографии, потребует отверждения ультрафиолетом, поэтому напечатанный слой засвечивается УФ-лампой. Воск же затвердевает при естественном охлаждении. Конечно, восковые модели не отличаются особой прочностью, но их очень легко использовать при изготовлении форм для литья.
Как и в обычной струйной печати, использование материалов разного цвета позволит создавать за один цикл многоцветные модели, а смешение базовых цветов даст возможность получать множество оттенков. Кроме этого, можно сочетать в одной модели материалы с разными свойствами - например, твердые и эластичные.
Перейдем к примерам.
Компактный принтер Solidscape 3Z max при собственных размерах 56×50×42 см и весе 34 кг позволяет создавать модели размерами до 152×152×101 мм, обеспечивая разрешение 5000×5000 dpi (197×197 точек/мм) по осям X, Y и 8000 dpi (158 точек/мм) по оси Z. Его цена около $50 000, но в линейке 3Z есть и более дешевые модели.
В этих принтерах как раз и используется воск двух типов: более тугоплавкий (95–115 °С) для собственно моделей и легкоплавкий (50–72 °С) для поддерживающих структур, которые потом удаляются при низких температурах с помощью специального раствора.
Приблизительная стоимость: воск для моделей 3Z LabCast - $260–270 за 360 г, воск для поддержек $200–210 за 230 г. Как видите, к очень уж дешевым такие расходные материалы не отнесешь.
Тонкие листы материала раскраиваются лазерным лучом или специальным лезвием, а потом тем или иным способом соединяются между собой. Для создания 3D-моделей может использоваться не только пластик, но даже бумага, керамика или металл.
Поскольку разных моделей очень много, рассмотрим один очень характерный пример - цветной 3D-принтер Mcor IRIS, продемонстрированный компанией Mcor Technologies на выставке SolidWorks World 2013. Он использует в качестве материала самые обычные листы бумаги формата А4 или Letter плотностью 160 г/м², которые окрашиваются в необходимый цвет. Разрешение печати 5760×1440×508 точек на дюйм, а максимальный размер создаваемых объектов составляет 256×169×150 мм. При этом обеспечивается полноцветная печать с передачей более миллиона цветов.
На фото изображен 3D-принтер на подставке; габариты самого принтера 95×70×80 см, вес 160 кг. В подставке размером 116×72×94 см и весом еще 150 кг скрывается цветной 2D-принтер.
Создание модели ведется в несколько этапов: на первом пачка бумаги загружается в 2D-принтер и на каждом из листов в цвете печатается нужный слой.
Затем отпечатанные листы переносятся оператором в 3D-принтер, где специальным лезвием на каждом из них делается прорезь по границе нанесенного изображения, а потом листы склеиваются между собой. На третьем этапе оператор вручную удаляет лишнюю бумагу, не содержащую изображения, что для сложных моделей может занять немало времени.
Как вы уже поняли, в процессе работы получается довольно много отходов: если размер данного сечения модели гораздо меньше А4 или Letter, то остальная часть листа пойдет в корзину; помножьте на количество сечений и представьте, сколько бумаги будет выброшено.
Модели получаются очень впечатляющими и довольно прочными, а их себестоимость кажется копеечной - бумага ведь дешевая!
Но ведь потребуется еще и клей для соединения слоев (около $70 за 600 мл), и картриджи с красителями стандартных цветов CMYK (около $700 за набор из 4 картриджей по 320 мл или $195 за каждый картридж по отдельности), которых, по оценке производителя, хватает в среднем на 48 моделей. Получается не так и дешево, а цена самого аппарата впечатляет еще больше: на Западе упоминаются цены от $47 600, а на российском рынке предложения и вовсе начинаются от двух миллионов рублей.
Есть и естественное ограничение на толщину слоя, равную толщине листа бумаги. Это очень хорошо заметно на следующей модели:
На примере Mcor IRIS перечислим основные достоинства и недостатки, многие из которых присущи и другим принтерам, основанным на технологии LOM.
Раз уж мы упомянули полноцветную печать, которая в технологии LOM хоть и реализуется, но всё же на основе обычной 2D-печати, нельзя не рассказать и о трехмерной печати из гипсового композита.
Как и в SLS, основой для будущего объекта является порошок (гипсовый композит), только он не спекается, а послойно склеивается введением связующего вещества.
Для построения очередного слоя модели по всей площади рабочего стола валиком наносится и разравнивается порошок, в который печатающей головкой, напоминающей струйную, по форме данного сечения модели вводится жидкий клей. Кстати: есть упоминания, что головки разрабатываются Hewlett-Packard. Затем стол с уже созданными слоями опускается и процесс повторяется нужное количество раз, а по окончании происходит нагрев для ускорения высыхания клеящего состава. После этого лишний порошок, оставшийся несвязанным, удаляется: в основном автоматически, возвращаясь в бункер для последующей работы, а из сложнодоступных мест - струей воздуха (станция очистки может быть встроена в дорогие модели) или кистью.
Но в получившейся модели остаются поры - пространство между частичками порошка, а поверхность получается шероховатой. Для придания нужных свойств (гладкости, прочности, малой гигроскопичности) ее нужно обработать специальным составом-закрепителем. В его качестве может выступать раствор английской соли (гептагидрат сульфата магния), воск, парафин, цианокрилаты и эпоксидная смола; часть из них можно наносить простым опрыскиванием или погружением, а для других используются специальные станции.
Откуда же берется полноцветная печать, если порошок один и тот же? А очень просто: красители вводятся в связующее вещество, и их смешение позволяет получить от 64 до 390 000 оттенков. Причем некоторые типы закрепителей позволяют сделать цвета очень яркими.
Такой способ используется в серии ZPrinter, выпускавшейся компанией ZCorporation, которая в 2011 году была поглощена 3D Systems, после чего серия получила название ProJet и несколько иной внешний вид. В серию входят и цветные, и монохромные принтеры с размерами рабочих камер до 508×381×229 мм. Толщину слоя можно задавать ступенями от 0,089 до 0,125 мм, а скорость работы может достигать 2700 см³/час.
Младшая модель серии, принтер ProJet 160 (ZPrinter 150), в России продается по цене свыше 700 тысяч рублей, имеет рабочую камеру 236×185×127 мм, единственно возможную толщину слоя 0,1 мм. Габариты аппарата 740×790×1400 мм при весе 165 кг.
Обеспечиваемое этим аппаратом разрешение составляет 300 dpi по оси X, 450 dpi по Y и 250 dpi (т. е. 0,1 мм) по Z. Печатающая головка имеет 304 сопла, а скорость работы 870 см³/час. Поскольку используется композитный гипсовый материал белого цвета, то и модели получаются белыми; возможности цветной печати нет. Восьмикилограммовое ведро порошка стоит около $1000, а набор 2×1 л прозрачной связующей жидкости $600.
Самый дешевый цветной принтер серии, ProJet 260C (ZPrinter 250), обойдется уже примерно в 1,2–1,3 миллиона рублей. Параметры его примерно те же, что и у ProJet 160, а количество доступных цветов ограничено 64. Цена на младший из полноцветных принтеров, ProJet 460Plus (ZPrinter 450), почти вдвое выше.
Теперь переходим к технологии, которая в последнее время стала наиболее распространенной, и рассмотрим ее наиболее подробно, поскольку в последующих обзорах мы будем иметь дело с принтерами на основе именно этой технологии.
Как и во всех остальных рассмотренных нами технологиях, модель при FDM-печати создается послойно. Для изготовления очередного слоя термопластичный материал нагревается в печатающей головке до полужидкого состояния и выдавливается в виде нити через сопло с отверстием малого диаметра, оседая на поверхности рабочего стола (для первого слоя) или на предыдущем слое, соединяясь с ним. Головка перемещается в горизонтальной плоскости и постепенно «рисует» нужный слой - контуры и заполнение между ними, после чего происходит вертикальное перемещение (чаще всего опусканием стола, но есть модели, в которых приподнимается головка) на толщину слоя и процесс повторяется до тех пор, пока модель не будет построена полностью.
В качестве расходного материала чаще всего используются различные пластики, хотя есть и модели, позволяющие работать с другими материалами - оловом, сплавами металлов с невысокой температурой плавления и даже шоколадом.
Минусы, присущие данной методике, очевидны:
Таким образом, для очень многих образцов, изготовленных по технологии FDM, потребуется более или менее сложная финишная обработка, которую сложно или невозможно механизировать, поэтому в основном она производится вручную.
Есть и менее очевидные недостатки, например, зависимость прочности от направления, в котором прикладывается усилие. Так, можно сделать образец достаточно прочным на сжатие в направлении, перпендикулярном расположению слоев, но вот на скручивание он будет гораздо менее прочным: возможен разрыв по границе слоев.
Другой момент в той или иной мере присущ любой технологии, связанной с нагревом: это термоусадка, которая приводит к изменению размеров образца после остывания. Конечно, тут много зависит от свойств используемого материала, но порой нельзя примириться даже с изменениями в несколько десятых долей процента.
Далее: технология может показаться безотходной только на первый взгляд. И речь не только о поддерживающих структурах в сложных моделях, немало пластика уходит в отходы даже у опытного оператора при подборе оптимального для конкретной модели режима печати.
Почему же при таком количестве проблем эта технология сейчас стала столь популярной?
Главная и определяющая причина - цена как на сами принтеры, так и на расходные материалы к ним. Первым важным толчком в процессе продвижения FDM-принтеров «в массы» стало истечение в 2009 году срока действия патентов, вследствие чего за пять лет цены на такие принтеры снизились более чем на порядок, а если рассмотреть крайности (самые дорогие до 2009 года и самые дешевые сегодня), то и на два порядка: цена на самые дешевые принтеры китайского производства сегодня составляет всего 300–400 долларов - правда, скорее всего покупатель в них моментально разочаруется. Более приличные принтеры начального уровня сейчас имеют цену уже ближе к $1200–1500.
Вторым немаловажным фактором стало появление проекта RepRap , или Replicating Rapid Prototyper - самовоспроизводящийся механизм быстрого прототипирования. Самовоспроизведение касается изготовления на уже сделанном принтере частей для другого подобного принтера - конечно, не всех, а лишь тех, которые можно создать в рамках данной технологии, всё прочее приходится покупать. И оно не было самоцелью проекта: главной задачей стало создание максимально дешевых моделей принтеров, доступных даже частным энтузиастам, не обремененным излишком денег, но желающим попробовать свои силы в 3D-печати. Более того, самовоспроизводящимися (в сколь-нибудь заметной части всех деталей) были и есть далеко не все прототипы, созданные в рамках RepRap.
Мы не будем заниматься подробным описанием этапов становления проекта RepRap, разбором достоинств и недостатков таких прототипов, как Darwin, Mendel, Prusa Mendel, Huxley. Тема очень обширна, чтобы ее можно было рассмотреть в рамках данного обзора, и мы приводим эти названия только как ключевые слова для поиска информации, которой в интернете очень много.
Конечно, создаваемые таким образом принтеры чаще всего далеки от совершенства даже в рамках технологии FDM, но они позволяют с минимальными финансовыми затратами создать вполне работоспособный аппарат. Нужно отметить: сегодня вовсе не обязательно искать обладателя принтера, чтобы напечатать возможные детали, и бегать по магазинам в поисках остального; предлагаются полные наборы для самостоятельной сборки принтера, так называемые DIY kits (от «Do It Yourself» - сделай это сам), которые позволяют и заметно сэкономить, и избежать лишней беготни и хлопот, да к тому же содержат подробные инструкции по сборке. Но есть простор и для тех, кто не хочет замыкаться в рамки готовых конструкций и желает внести в них что-то свое: есть масса предложений по любым отдельным комплектующим для подобных принтеров.
Еще одна положительная сторона развития проекта RepRap - появление и совершенствование различного программного обеспечения для работы с подобными 3D-принтерами, причем распространяемого свободно. В этом немаловажное отличие от аппаратов, выпускаемых именитыми производителями, которые работают только с собственным ПО.
В принципе, проект не замыкается на технологии FDM, но пока именно она является наиболее доступной, равно как наиболее доступным материалом является пластиковая нить, которая и используется в подавляющем большинстве принтеров, создаваемых на базе разработок RepRap.
Широкое распространение FDM-принтеров привело к увеличению спроса на расходные материалы к ним; предложение не могло не последовать за спросом, и произошло то же самое, что и с самими принтерами: цены рухнули. Если на старых интернет-страницах, посвященных FDM-технологиям, встречаются упоминания цен на уровне 2-3 и даже более сотен евро за килограмм пластиковой нити, то сейчас повсеместно речь идет о десятках евро, и лишь на новые материалы с необычными свойствами цена может достигать сотни долларов или евро за килограмм. Правда, если раньше продавались в основном «фирменные» материалы, то теперь зачастую предлагается нить непонятного происхождения и неопределенного качества, но это неизбежно сопутствует популярности.
Помимо цены, у FDM-принтеров есть другие достоинства, связанные с возможностями технологии. Так, очень легко оснастить принтер второй печатающей головкой, которая может подавать нить из легко удаляемого материала для создании поддержек в сложных моделях. Внеся краситель при изготовлении пластиковой нити, можно получать различные, очень яркие цвета.
Да и сам материал нити может иметь самые разные свойства, поэтому рассмотрим вкратце наиболее распространенные типы.
Пластиковая нить может быть двух стандартных диаметров: 1,75 и 3 мм. Естественно, они не взаимозаменяемы, и выбор нужного диаметра следует уточнять по спецификации принтера. Поставляется пластик на катушках и измеряется не длиной, а весом. Для FDM-принтеров некоторых производителей (например, CubeX от 3D Systems) нужно покупать не катушки, а специальные картриджи с нитью, которые в пересчете на килограмм обходятся заметно дороже, но производитель гарантирует качество материала - словом, всё точно так, как в обычных принтерах: «оригинальная» и «совместимая» расходка.
Для каждого типа материала должны быть известны рабочая температура, до которой должен нагреваться материал в печатающей головке, и температура подогрева рабочего стола (платформы) для лучшего прилипания первого слоя. Эти величины не всегда одинаковы для любого образца нити, сделанной из материала одного типа, поэтому мы указываем примерный диапазон; по идее, оптимальные температуры должны указываться на этикетке катушки или в сопроводительном документе, но это происходит далеко не всегда, и зачастую их приходится подбирать экспериментально.
Основными материалами для FDM-принтеров являются пластики ABS и PLA.
ABS (акрилонитрилбутадиенстирол, АБС) - это ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом. Сырьем для его производства является нефть. Этот пластик непрозрачный, легко окрашивается в разные цвета.
Достоинства ABS:
К достоинствам следует отнести невысокую стоимость, растворимость в ацетоне (что позволяет не только склеивать детали из ABS, но также сглаживать с помощью ацетона неровную поверхность). ABS более жесткий, чем PLA, и потому сохраняет форму при больших нагрузках.
Из недостатков надо упомянуть следующие:
Рабочая температура выше, чем у PLA, и находится в диапазоне 210–270 °С. При работе с нитью ABS ощущается слабый запах. Кроме того, для лучшего прилипания первого слоя модели к рабочему столу требуется подогрев стола примерно до 110 градусов.
Про цену: встречаются упоминания $30–40 за килограммовую катушку. Реально цены в России начинаются от 1500 (мелкий опт) до 2000 и более (розница) рублей за килограмм, если речь идет о китайских производителях. ABS-нить от известных фирм, изготовленная в США, может быть в полтора-два раза дороже.
PLA (полилактид, ПЛА) - биоразлагаемый, биосовместимый полиэфир, мономером которого является молочная кислота. Сырьем для производства служат возобновляемые ресурсы - например, кукуруза или сахарный тростник, поэтому материал является нетоксичным и может применяться для производства экологически чистой упаковки и одноразовой посуды, а также в медицине и в средствах личной гигиены.
Сразу отметим: биоразлагаемость вовсе не синоним крайней недолговечности, изделия из PLA вполне жизнеспособны.
Достоинства:
Рабочая температура ниже, чем у ABS: около 180–190 °С. Подогрев рабочего стола не является обязательным, но желательно всё же нагревать стол до 50–60 °С.
Недостатки: один из них мы уже упомянули - меньшую, чем у ABS, долговечность. Кроме того, PLA более гигроскопичен, и даже при хранении требует соблюдения режима влажности, иначе может начаться расслоение материала и появление в нем пузырьков, что приведет к дефектам при изготовлении модели. К тому же PLA зачастую немного дороже ABS, хотя цена сильно зависит от производителя и продавца.
Ацетон практически не оказывает воздействия на PLA, его приходится склеивать и обрабатывать дихлорэтаном, хлороформом или другими хлорированными углеводородами, что требует повышенных мер безопасности при работе (но, конечно, и ацетон в этом плане не подарок).
Другие материалы для FDM-печати распространены гораздо меньше.
HIPS (High-impact Polystyrene, ударопрочный полистирол) - материал непрозрачный, жесткий, твердый, стойкий к ударным воздействиям, к морозу и перепадам температур. Растворяется в лимонене - естественном растворителе, извлекаемом из цитрусовых, и потому может использоваться для создания поддерживающих структур, которые не придется удалять механически.
Рабочая температура около 230 °С, цена на 30–50% выше, чем у ABS.
Нейлон легкий, гибкий, устойчивый к химическому воздействию. Детали из него обладают очень низким поверхностным трением.
Рабочая температура выше, чем у PLA: около 240–250 °С. Правда, при этом не выделяется паров или запахов. Стоимость нейлоновой нити в два раза больше, чем PLA или ABS.
PC (Polycarbonate, поликарбонат) - довольно твёрдый полимер, сохраняющий свои свойства в диапазоне температур от −40 °С до 120 °С. Обладает высоким светопропусканием и часто используется в качестве заменителя стекла, а поскольку еще имеет меньшую удельную массу и более высокий коэффициент преломления, то прекрасно подходит для производства линз. Полная биологическая инертность позволяет делать из него даже контактные линзы. Кроме того, из него изготавливают компакт-диски.
Температура печати 260–300 °С. В виде нити для FDM-печати пока выпускается мало, поэтому цена втрое выше, чем у ABS.
Похожими оптическими свойствами обладает PETT (Polyethylene terephthalate, полиэтилентерефталат). Модели из него получаются очень прочными, поскольку слои расплавленного материала отлично склеиваются. Рабочая температура 210–225 °С, стол желательно подогреть до 50–80 °С. Цена около 4500–5000 рублей за килограмм.
Под аббревиатурой PVA (ПВА) могут скрываться два типа материала: поливинилацетат (Polyvinyl Acetate, PVAc) и поливиниловый спирт (Polyvinyl Alcohol, PVAl). По химической формуле они довольно похожи, только в поливиниловом спирте отсутствуют ацетатные группы, и свойства их тоже совпадают - во многом, но не во всем. К сожалению, продавцы зачастую указывают просто «PVA (ПВА)», не делая различий, поэтому мы можем привести только обобщенную примерную цену: 4500–5000 рублей за килограмм нити.
Поливиниловый спирт PVAl требует рабочей температуры около 180–200 °С, дальнейшее ее повышение нежелательно - может начаться пиролиз (термическое разложение). Кроме того, материал очень гигроскопичен, он активно поглощает влагу из воздуха, что создает проблемы и при хранении, и при печати, особенно если диаметр нити 1,75 мм. С другой стороны, это же свойство является очень полезным: поддержки, сделанные из PVAl, растворяются в холодной воде.
Поливинилацетат PVAc
всем хорошо известен как составная часть клея ПВА, представляющего собой водную эмульсию этого вещества. Для него требуется немного более низкая рабочая температура: 160–170 градусов. Он также хорошо растворяется в воде.
Все время появляются новые материалы с оригинальными свойствами. Правда, цена на них в первое время может быть очень высокой.
Например, эластомер NinjaFlex позволяет создавать эластичные изделия. Цена около 7500–8000 рублей за килограмм, рабочая температура 210–225 °С, температура стола может быть комнатной или слегка повышенной, до 35–40 °С.
Недавно появившийся материал Laywoo-D3 интересен прежде всего тем, что изделия из него по фактуре напоминают дерево и даже пахнут, как деревянные. Дело в том, что его как раз и делают на основе мелких частиц дерева и связующего полимера. Рабочие температуры могут быть в диапазоне 175–250 °С, подогрев стола не требуется. Причем цвет после застывания будет зависеть от выбранной температуры: чем она выше, тем темнее. Меняя температуру во время печати, можно даже получить подобие годовых колец, как на натуральном дереве. Конечно, и цена на этот материал немалая - около 10 тысяч рублей за килограмм.
Другой экзотический материал, Laybrick , содержит минеральные наполнители и позволяет имитировать изделия из песчаника. Рабочая температура находится в пределах 165–210 °С; на этот раз с повышением температуры можно получить более грубую поверхность для усиления эффекта имитации. Он также не требует подогрева стола, но по окончании печати следует выждать несколько часов, чтобы модель окончательно затвердела, и лишь потом снимать ее. Цена те же 10 тысяч рублей за килограмм.
Конечно, все указанные выше цены являются лишь ориентиром: они могут меняться как по прошествии времени, так и от продавца к продавцу, особенно если покупать не в России, а заказывать за рубежом.
Поскольку наш обзор рассчитан в основном на тех, кто недавно заинтересовался 3D-печатью и пока не имеет собственного опыта работы в этой сфере, отметим: лучше всего начинать с «курса молодого бойца», и даже порекомендуем (по ссылке можно скачать программу курсов и найти контактные координаты). Помимо рассказа о теоретических основах, каждому «курсанту» предоставляется возможность поработать на весьма неплохом FDM-принтере под руководством знающих специалистов. Конечно, курсы коммерческие, т. е. платные, но потраченные деньги быстро окупятся, поскольку вы получите знания о том, как избежать самых частых ошибок, и практический опыт, пусть и небольшой.
На этом мы завершаем обзор, чтобы вскоре перейти к другим аспектам 3D-печати и конкретным моделям принтеров.
Современные технологии позволяют изготавливать самые разнообразные объекты, которые удалось смоделировать при помощи компьютерных программ. Модели автомобилей, модной обуви, технологичные строительные сооружения, включая инновационный скворечник – вот только сотая часть процента из тех изделий, которые могут быть изготовлены на 3D принтерах.
Этот расходный материал выделяется следующими свойствами:
При использовании ABS пластика для 3D принтера готовые изделия получаются блестящими. При этом степень блеска можно задавать как отдельный параметр.
Среди не самых сильных сторон описываемого материала можно назвать низкую износостойкость при прямом действии ультрафиолета. Недостаточной также является диэлектрическая непроницаемость и устойчивость к атмосферным осадкам.
Оценивая виды пластика для 3D принтера, нельзя не упомянуть про пластик марки PLA. Изначально он относится к более экологичному виду материала, но при этом будет стоить дороже конкурента.
Пруток для 3D принтера на основе полиэфира получают из отходов производств, где используется сахарная свекла или кукуруза. Именно поэтому готовые изделия могут брать для игр дети – материал является абсолютно нетоксичным.
Можно назвать следующие для PLA пластика характеристики:
При интенсивной эксплуатации детали быстро теряют первоначальное состояние. Даже при статичном положении, когда макет остается неподвижным, атмосферное воздействие не позволяет объекту сохраняться долгое время.
В стоимостном выражении оба описанных пластика имеют примерно одинаковую цену. Поэтому, выбирая пруток для 3D принтера, нужно учитывать назначение конечной продукции и условия её эксплуатации. Возможно, именно описанные для PLA пластик характеристики подойдут при изготовлении детской игрушки.
Кроме того, внимательно отнеситесь к требованию по эксплуатации используемого принтера. Некоторые модели допускают только определенный вид расходного материала.
Еще одной разновидностью пластика можно назвать PVA пластик. В аббревиатуре можно увидеть полную аналогию с известным клеем. Действительно, поливинилацетат может также готовить объемные модели. При этом этот полимер легко растворяется в воде. Отмеченные свойства могут успешно использоваться при различных условиях. Например, совместное изготовление резьбового соединения (болт-гайка) позволяет разделить детали в последствие.
Описывая другие материалы можно назвать менее используемые на практике виды пластиков. Фотополимеры могут изменять свою исходную форму под воздействием солнечных лучей.
Еще один материал – нейлон, несмотря на некоторую токсичность, имеет высокую сопротивляемость температурным воздействиям, впитывает влагу. Из нейлона часто изготавливают шестерни зубчатых передач, а также некоторые изделия в медицине.
Использование полимеров для 3D принтеров является не обязательным условием. Например, можно с легкостью заложить для работы мед или шоколад. Все зависит от планируемых к изготовлению изделий, наделению их конечными свойствами.
Рынок 3Д-печати активно развивается. Сегодня можно получить объёмную модель практически любой сложности. При этом расширяется и список материалов, из которых можно изваять изделие. Они различаются плотностью, стоимостью, прочностью и другими характеристиками. О материалах для 3D-принтера и пойдёт речь в этой статье.
В общем, способов реализовать 3Д-модель существует множество. Однако практически все они сводятся к одному — накладывание материала для 3D-принтера слой за слоем и его последующее затвердевание. Основные способы выглядят таким образом:
Технология ещё только развивается, с каждым днём становясь все совершеннее. На сегодняшний день ЗД-печать может применяться в следующих задачах:
Составов для создания моделей известно много, в зависимости от направленности применения детали. Стоит более подробно рассмотреть каждый тип в отдельности.
Наверное, самый популярный расходный материал для 3D-принтера. Ещё встречается под именем "акрилонитрилбутадиенстирол", или АБС.
Обладает хорошими механическими свойствами. Часто применяется для создания сложных несущих конструкций.
Его невысокая стоимость и доступность повлияла на его повсеместное использование как в бытовых условиях, так и в промышленных масштабах.
Несмотря на то что АВС-пластик как готовое изделие абсолютно экологически безопасен, при его нагревании в процессе производства возможны выбросы паров акрилонитрила. Правда, ввиду небольшой скорости работы принтера количество вредных веществ довольно мало, и для безопасного производства достаточно будет обеспечить хорошую вентиляцию помещения.
АБС-пластик не следует применять для изготовления посуды, так как он вступает в реакцию с этанолом.
Из технических характеристик АБС-пластика стоит выделить высокую температуру стеклования, которая равна 105 градусам. Пределы прочности на изгиб и разрыв составляют 41 и 21 МПа соответственно. По факту, конечно, многие производители смешивают пластик с различными составами. А это значит, что на практике некоторые свойства будут разными.
С помощью данного расходного материала для 3D-принтера можно создавать цветные модели благодаря тому, что пластик обладает богатой гаммой. АБС-пластик абсолютно не боится влаги, различных кислот и масел. Его теплостойкость достигает 115 градусов в зависимости от конкретного производителя.
Ударопрочность и эластичность АБС-пластика для 3D-принтера позволяет создавать надёжные детали и модели. Он также отлично растворяется в ацетоне, что даёт возможность применять постобработку готовой детали его парами для придания гладкости и законченного вида изделию.
Из серьёзных минусов АБС-пластика для 3D-принтера стоит выделить его неспособность выдерживать длительное воздействие обыкновенного солнечного света. А его взаимоотношения с различными элементами, содержащимися в пище и продуктах ограничивают его применение, так как возможно выделение токсичных материалов.
Данный вид материала для печати на 3D-принтере состоит из полилактида. Он является биоразлагаемым веществом и содержит в себе молочную кислоту. Производится данный материал из кукурузы или сахарного тростника.
Натуральность ПЛА-пластика не ограничивает его применение в любой области.
Плавится ПЛА при температуре свыше 170 градусов. Однако для размягчения достаточно уже и 50. Значения прочности на разрыв и изгиб — 57,8 и 55,3 МПа соответственно. Размер, при котором возможно создание детали, — 0,3 мм, что позволяет придать модели высокую точность исполнения.
У ПЛА-пластика практически отсутствуют серьёзные отрицательные стороны. Разве что повышенная хрупкость и недолговечность. А положительные выглядят следующим образом:
Данный представитель выделяется из всего обзора материалов для 3D-принтера. Во-первых, из полиэтилентерефталата, или ПЭТ, изготавливаются обыкновенные пластиковые бутылки. Во-вторых, его повсеместная доступность сделала материал одним из самых популярных. Существуют даже специальные перерабатывающие установки для бытового применения и изготовления ПЭТ-нитей.
По прочности и гибкости свойства ПЭТ-пластика схожи с АБС. При этом слои отлично схватываются, обеспечивая модель высокой степенью прочности.
Средняя температура печати такого вида материала составляет около 212-224 градусов.
Отличный материал для печати на 3D-принтере деталей, предназначенных для использования в сложных механизмах. Обладает хорошим коэффициентом скольжения и прочности. Однако его свойства предполагают более высокий технологический уровень оборудования для создания моделей.
Температура плавления от различных производителей может варьироваться от 178 до 218 градусов. Для экструзии же это значение составляет от 235 до 260 градусов.
Применение нейлона схоже с АБС-пластиком — ему нужна подогретая платформа. При этом процесс наложения слоёв проходит более гладко, позволяя создавать детализированные модели.
Данный материал обладает высокой износоустойчивостью и эластичностью. Имеет способность противостоять большому количеству различных растворителей. Легко подвергается постобработке механическим способом при доведении модели до конечного результата.
Из недостатков нейлона стоит выделить большую гигроскопичность, то есть способность впитывать влагу. Поэтому перед моделированием рекомендуется материал немного просушить. Это поможет избежать проблем при производстве. При пиролизе могут выделяться токсичные пары.
Как бы странно это ни звучало, но такие принтеры уже существуют. Правда, используется особый состав цементной смеси.
С помощью строительного 3D-принтера можно создавать полноценные дома и конструкции. При этом время «создания» стены высотой в 6 метров может занять всего несколько часов.
К сожалению, технология в России ещё находится в состоянии зародыша, зато активно развивается на западе.
В качестве строительного материала для создания металлических деталей используется специальный порошок.
В данном виде производства используются специальные дорогостоящие промышленные 3D-принтеры. Условно их можно разделить на 3 категории:
По сути, только последний является «реальным» средством печати изделий из металла.
Среди материалов имеется большой набор сплавов и отдельных элементов. Стоит в них немного разобраться:
Как и свойственно металлам, их порошок после преобразования в форму будет обладать высокой прочностью. При этом детализация объекта доступна на достойном уровне, вплоть до 0,025 мм. Устойчивость к высоким температурам позволяет использовать модели в самых разных отраслях. После того как изделие вышло из строя или по ненадобности его можно переплавить.
Что касается минусов, то есть всего один, но довольно существенный. Технология 3Д-печати металла очень сложна. Поэтому оборудование, как правило, стоит дорого.
К тому же организовать такое производство в бытовых условиях будет затруднительно.
В статье было рассмотрено, какие материалы используют 3D-принтеры, их характеристики и свойства, а также области применения. Так как технология относительно новая, то имеет много тонкостей и нюансов. Они разбираются и решаются практически «методом тыка», вплоть до настроек 3D-принтера. Но заинтересованность многих сфер в быстрой и качественной печати готовых изделий есть, а значит, и технология будет развиваться и оттачиваться.
Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта!
Найти продавцов расходных материалов для 3D-принтеров в вашем городе можно в нашем каталоге -
Если для простых принтеров нужно покупать картриджи с краской, то для их 3d «сородичей» приходится приобретать расходные материалы. Мы предлагаем разобраться в различных видах пластика, чтобы вы смогли выбрать наиболее подходящий вариант.
Самым популярным расходным материалом является ABS пластик. Особая структура это вида «расходника» позволяет выдерживать сильное механическое воздействие. Такой пластик относится к ударопрочной группе и если сравнить ABS с обыкновенным полистиролом, то он в значительной степени превосходит другие аналоги в плане механической прочности и жёсткости. Среди других достоинств можно отметить тот факт, что данный вид пластика выдерживает температурную нагрузку в 100 C°. Этот расходный материал также можно использовать для нанесения гальванического покрытия, в сфере вакуумной металлизации и даже для спайки контактов. Он отлично подходит для сварки или точного литья. Материал обладает высокой размерной стабильностью. Распечатанные объекты имеют блестящую поверхность (уровень блеска можно регулировать).
Среди огромного списка достоинств можно отметить стойкость к щелочи, смазке, кислоте, углеводороду, жиру и даже бензину. Однако он прекрасно растворяется в ацетоне, эфире, бензоле, этилхлориде, этиленхлориде, анилине и анизоле. Основной недостаток - чувствительность к воздействию ультрафиолетовых лучей и атмосферных осадков. Данный материал характеризуется низким уровнем электроизоляции.
PLA пластик или полилактид является самым экологически чистым и подходящим расходным материалом для трёхмерной печати. Данный вид пластика представляет собой термопластичный полиэфир, который создаётся из биологических отходов (сахарная свекла или силос кукурузы). Его мономером является молочная кислота. Распечатанные объекты имеют отличный уровень скольжения и из такого пластика даже можно производить подшипники скольжения.
Чаще всего такой материал используется для изготовления детских игрушек потому, что PLA пластик обладает наименьшим уровнем токсичности. Единственным недостатком полиактида является недолговечность и постепенное разложение. Стоимость этого вида «расходника» составляет 2400 рублей, а это довольно дорого, если учесть недолговечность данного материала. Отметим, что если не трогать распечатанное изделие, то оно может простоять около 20 лет (если температура материала не будет превышать 50 С°). Однако если подвергать его постоянной эксплуатации, то вскоре объект потеряет свой первоначальный вид. Материал отлично подходит для большой и маленькой печати. Стоит заметить, что для повышения прочности изделия, полиактид можно смешать с ABS пластиком, тем более что они имеют одинаковую стоимость. Если вы захотите расплавить PLA пластик, то достаточно поместить модель в ультразвуковой резервуар с небольшим количеством каустической соды. Более простой способ расплавления - положить объект в воду, нагретую до температуры 80 С°.
На российском рынке PVA пластик появился в 2012 году. PVA - это тот же самый поливинилацетат, то есть клей ПВА. Основным достоинством (или недостатком?) это материала является быстрая растворимость в воде. Данный вид расходного материала часто используется в качестве разделителя. Например, если пользователю нужно распечатать гайку с болтом, то PVA помогает разделить эти два объекта, чтобы после распечатки гайка смогла свободно крутиться на болте. Конечно же, распечатывать объекты при помощи PVA пластика может показаться непрактичным. Его основное предназначение - роль поддержки в процессе создания объектов с уникальным дизайном.
Фотополимеры
Ещё одним популярным расходным материалом для современных принтеров являются фотополимеры. На самом деле у данного материла достаточно много разновидностей, однако все они имеют общую черту - фотополимеры меняют свою форму под воздействием солнечного света. Такой расходный материал применяется для печати на принтерах SLA и PJET. Подобные «расходники» могут быть жидкими или твёрдыми. Объекты, которые были распечатаны при помощи фотополимеров, обладают высокой прочностью, устойчивостью к солнечному свету и воде. Цену на фотополимеры обычно устанавливает производитель или продавец.
Металлический порошок
Металлический порошок также часто используется в трёхмерной печати. Отметим, что порошок не обязательно должен состоять из металла. В качестве исходного материала можно применять золото, медь, алюминий или сплав. Даже пластик ABS не может сымитировать блеск настоящего металла. Данный вид расходного материала широко применяется в производстве драгоценностей. К тому же модели из металла обладают более высокой прочностью, чем другие виды расходных материалов для 3d принтеров. Стоимость порошка зависит от его ценности.
Нейлон очень похож на самый популярный расходный материал - ABS пластик. Однако он обладает лучшей сопротивляемостью высокой температуре печати и способен впитывать влагу. Недостатком нейлона является более высокий срок застывания и необходимость откачки воздуха из экструдера. Нейлон считается токсичным материалом. Данный вид расходного материала отлично подходит для печати шестерней, рычагов и даже запчастей для медицинских аппаратов. Стоит заметить, что сегодня большинство владельцев принтеров используют такой материал, как Nylon 618, который обладает гораздо меньшей токсичностью. Цена нейлона - 2400 рублей за килограмм.
Современные виды расходных материалов для 3d принтеров обладают необходимым запасом прочности. Конечно же, большинство счастливых обладателей 3d принтеров предпочитают использовать ABS или PLA пластик. Однако пластик не всегда может удовлетворить потребности владельца. На самом деле разновидностей «расходников» для 3d принтеров намного больше. Например, некоторые модели принтеров могут использовать шоколад или лёд. Всё зависит от фантазии владельца и типа принтера!
Подробную информацию по расходным материалам для принтеров FDM Вы можете получить в справочном разделе нашего портала. .
В начале 60-х годов XVIII века российское государство столкнулось с финансовыми проблемами. Казна опустела и требовала пополнения. По этой причине остро встал вопрос о введении в обращение бумажных ассигнаций, которые в какой-то мере могли возместить нехватку металлических денег. Бумажные казначейские билеты были заготовлены уже при Петре III, однако по разным причинам денежная реформа откладывалась.
После восшествия на престол императрицы Екатерины II в свет был выпущен манифест, в котором говорилось о создании в Санкт-Петербурге и Москве двух банковских учреждений. В их функции в числе прочего входил обмен традиционных медных денег на государственные бумажные ассигнации. Предполагалось выпускать бумажные деньги достоинством 25, 50, 75 и 100 полноценных рублей.
Первые бумажные ассигнации были введены в обращение в 1769 году. Новые деньги печатались на белой бумаге с использованием черного красителя, но уже содержали в себе в качестве элементов защиты водяные знаки, тиснение и подписи ответственных должностных лиц. Поначалу ассигнации были односторонними – обратная сторона их не содержала надписей и прочих элементов графики.
Официально бумажные деньги были призваны понизить чрезмерно высокую себестоимость выпуска традиционных денежных средств. Но была у реформы и тайная цель: императрица Екатерина II таким способом планировала с минимальными затратами пополнить казну. По своей сути первые ассигнации Екатерины представляли собой платежные расписки, которые можно было обменять в банках на металлическую монету в соответствии с номиналом, проставленным на банкнотах.
После начала выпуска бумажных ассигнаций государство развернуло обмен «металла» на банкноты. Обменные пункты располагались в двух десятках российских городов, финансовые операции носили массовый характер. Со временем выпуск бумажных ассигнаций увеличился, их число возросло до сотни миллионов. Хитроумные , получив в свое распоряжение новый финансовый инструмент, нашли возможность пополнить государственную казну посредством сложных кредитных схем с использованием ассигнаций.
Бумажные банкноты были распространены по всей Российской империи до самого начала Первой мировой войны и были обеспечены золотом. Внешний вид банкнот время от времени менялся, появлялись более современные элементы защиты , купюры получили индивидуальные номера. Украшением бумажных денег были портреты российских императоров.
