3D-принтер: як це працює та що варто знати про 3D-друк?
Здається в інноваціях зі смартфонами виробники дійшли до певних обмежень і зараз щось кардинально покращити чи зробити щось революційне в цій сфері вкрай важко, однак в інших сферах технологій прогрес не стоїть на місці. Сьогодні говоримо про 3D-принтери та 3D-друк загалом, бо це вже давно не просто забавка для ентузіастів, а цілком практичний інструмент.
Для початку пропонуємо визначення, що таке 3D-друк. 3D-друк — це метод виробництва, який створює фізичний об'єкт з файлу цифрової моделі. Технологія працює шляхом додавання шару за шаром матеріалу для створення цілісного об'єкта.
Процес 3D-друку не зовсім новий, адже був винайдений ще у 80-х роках XX століття і спочатку його використовували лише великі компанії для швидкого створення прототипів своїх продуктів. Це дозволило їм розробляти прототипи швидше і більш точно, ніж за допомогою інших методів. Сама назва “3D друк” була введена в 1995 році і через рік зʼявився термін 3D принтер. За 40 останніх років 3D-друк пройшов довгий шлях — від використання суто у високотехнологічних компаніях для прототипування до того, щоб стати технологією, яку кожен може використовувати у себе вдома.
Насправді впровадження 3D-друку призвело до того, що виробники, інженери, дизайнери, освітяни, медики та ентузіасти використовують цю технологію для величезного спектру застосувань про які поговоримо далі.
ЯК ПРАЦЮЄ 3D-ДРУК?
Для простішого розуміння можна провести аналогію з верстатами ЧПУ (числове програмне управління). Суть ЧПУ-верстатів в тому, що вони з цільного шматка матеріалу ювелірно точно знімають шар за шаром зайві частини матеріалу і на виході ми отримуємо цільну деталь чи для прикладу елемент меблів готовий до використання.
3D-друк використовує схожий процес тільки в зворотному напрямку. Він створює 3D-моделі додаючи матеріал шар за шаром і на виході отримуємо готовий виріб. Нижче на ілюстрації графічно відображено процес 3D-друку.
Постає логічне питання, а як для 3D-принтера дати завдання, щоб він почав друкувати те, що мені потрібно? Потрібен цифровий файл, який вказує 3D-принтеру, як і де друкувати матеріал. Цей файл, по суті, містить “координати” для керування рухами принтера як по горизонталі, так і по вертикалі - також відомі як осі X, Y та Z.
3D-принтери можуть друкувати шари з різною товщиною (висота шару) традиційно в діапазоні від 16 до 180 мкм (іноді більше). Для прикладу, в екранах смартфонів є певна роздільна здатність і чим вона вища, то тим якісніше зображення виходить. В 3D-принтерах є своя “роздільна здатність” — це висота шару. Чим менша висота шару, тим вища якість готового виробу, але від товщини шару дуже залежить тривалість друку. Для вищої якості необхідно суттєво більше часу.
ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ 3D-ПРИНТЕРА
Створення моделі для друку
Програмне забезпечення є основою робочого процесу 3D-принтера. Через спеціальні програми визначається, що і як буде надруковано. Розгляньмо основні категорії програмного забезпечення для 3D-друку.
Перше, що варто розуміти, що CAD (технологія автоматизованого проєктування, від англ. сomputer-aided design) і 3D-друк йдуть пліч-о-пліч. СAD є центральною частиною будь-якої 3D-системи, оскільки дозволяє створювати 3D-моделі “з нуля”. Існує багато типів програмного забезпечення CAD, кожен з яких має свої переваги, але не будемо вдаватися в деталі.
Програми через які створена модель буде надрукована 3D-принтером
Крім створеної 3D-моделі вам необхідно перевести її в “мову” зрозумілу для вашого 3D-принтера для цього використовують програми, які називаються “слайсери”.
Програма-слайсер “розрізає” готову модель на плоскі шари, які потім принтер може друкувати один за одним. UltiMaker розробляє найпопулярніше у світі програмне забезпечення для нарізки під назвою UltiMaker Cura, яке можна безкоштовно завантажити.
Програмне забезпечення для нарізки не завжди потрібне. Це можливо завдяки інтеграції, яка дозволяє друкувати безпосередньо з CAD або через цифрову бібліотеку деталей і моделей, що зберігаються в хмарі.
Використовуючи хмарні інструменти, такі як UltiMaker Digital Factory, все, що вам потрібно - це підключення до інтернету, щоб увійти в систему і почати друк. Тоді ваш 3D-принтер може друкувати деталь, поки ви не в офісі, спите чи навіть у відпустці.
ОБМЕЖЕННЯ 3D-ДРУКУ
- Швидкість: 3D-друк швидший і економічно вигідніший для створення прототипів і виробництва невеликих партій, але наразі він не може конкурувати з традиційними методами масового виробництва.
- Обробка поверхні: предмети, виготовлені різними типами 3D-принтерів, іноді мають видимі лінії розшарування, які можуть потребувати додаткових процесів обробки, якщо потрібна гладка поверхня.
- Обмеження за розміром: здебільшого розмір надрукованого 3D-предмета обмежується розміром принтера. Хоча великомасштабні 3D-принтери існують, вони дорогі і менш поширені. В якості альтернативи, модульний дизайн деталей дозволяє поетапно друкувати більшу збірку на 3D-принтері.
- Юридичні питання: можливість 3D-друку майже будь-чого і будь-де створює нові виклики для інтелектуальної власності, порушення авторських прав. Правові рамки все ще розвиваються в усьому світі, щоб йти в ногу з розвитком технології.
3D-ПРИНТЕРА НА ПРИКЛАДІ CREALITY ENDER-3 V3 SE
Значною мірою зростання популярності 3D-принтерів зумовлене тим, що технологія виробництва 3D-принтерів стала суттєво доступнішою в останні роки. По-особливому до цього долучилася компанія Creality 3D, яка на сьогодні є провідник виробником 3D-принтерів у світі. До речі, в каталозі 3D-принтерів ви можете вибрати принтери Creality з різними характеристиками, у форматі відкритого та закритого корпусу. Також доступні нитки (філаменти) для принтерів в тому числі Creality.
Пропонуємо поглянути на весь процес роботи з такими принтерами на прикладі доступного 3D-принтера від Creality, а саме модель Ender-3 V3 SE. Нижче на схемі ви можете побачити стандартну будову для багатьох 3D-принтерів, в тому числі й Creality Ender-3 V3 SE.
Ender-3 V3 SE має сенсорний датчик CR Touch для автоматичного вирівнювання. Чому це важливо? Бо вирівнювання - це основа якості друку. Також цей принтер оснащений датчиком деформації для автоматичного зміщення по осі Z. Вам не потрібно закручувати гвинти або тягнути папір.
Екран принтера відображає процес вирівнювання та інші параметри, вам відразу доступна вся інформація про роботу принтера. Перевагою є також автоматичне завантаження та вивантаження матеріалу, тому замінити нитку можна без особливих зусиль.
Екструдер “Sprite” в Ender-3 V3 SE добре працює з PLA, PETG і гнучким TPU. Надійність екструдера доведена досвідом, адже по всьому світу станом на червень 2023 року вже працювало понад 500 000 таких принтерів.
До переваг віднесемо жорстку подвійну вісь Z, яка зменшує коливання. Для осі Y використовується пара лінійних валів товщиною 8 мм, виготовлених з міцної та зносостійкої сталі, здатних стабільно утримувати робочу платформу протягом тривалого часу.
Максимальна швидкість друку: 250 мм/с; максимальне прискорення: 2500 мм/с².
ЩО МОЖНА ВИДРУКУВАТИ НА 3D ПРИНТЕРІ?
Сьогодні на 3D-принтері можна друкувати практично будь-що починаючи від іграшок і закінчуючи деталями авто чи зброї. Те, що ви можете видрукувати на 3D-принтері обмежується тільки вашою фантазією та можливостями вашого пристрою.
В мережі є безліч сайтів з ідеями та прикладами готових виробів.
В Україні навіть запустили платформу, яка називається https://drukarmy.org.ua/ua. Місія цієї платформи полягає в тому, щоб забезпечити військових необхідними ресурсами, які виготовляються за допомогою 3D-друку. Послідовність дій така:
- Військовий або медик замовляє вироби, які йому наразі потрібні на платформі;
- Власники 3D-принтерів реєструються та друкують замовлені вироби на 3D-принтері;
- Відправляють надруковане військовим чи медикам і тим самим підвищують обороноздатність країни.
Крім того, 3D-принтер може друкувати різноманітні кріплення для авто чи велосипеда, фігурки з улюблених ігор, підставки для смартфонів, а також чохли. Також є можливість друкувати запчастини для дронів.
Словом, можливості 3D-принтерів на сьогодні майже необмежені, а вартість пристроїв суттєво знизилась в останні роки і вони доступні кожному.
ВИСНОВКИ
Вже сьогодні ви можете обирати серед десятків варіантів 3D-принтерів саме той, що найбільш відповідає вашим потребам та бюджету. 3D-друк — це вже не про далеке майбутнє, а про сьогодні. Ба більше, маючи 3D-принтер ви можете не тільки друкувати щось для фану чи краси, але й цілком функціональні деталі та аксесуари та навіть наближати українську перемогу.