Перспективы 3д принтера. Какие изделия можно получить? Настольные модели для домашнего использования

3D-принтеры продолжительное время могли себе позволить только специализированные компании, которые испытывали необходимость в быстром создании прототипов готовых изделий, либо выпуске малых партий продукции. Создание изделия в единичных экземплярах с помощью трёхмерной печати, несмотря на высокую стоимость 3D-принтеров, во многих случаях гораздо дешевле, чем использование дорогих форм для литья или пресс-форм, либо применение инструментальных станков.

В последние годы стоимость 3D-принтеров значительно снизилась, что привлекло к ним внимание обычных потребителей. Производители усердно стимулируют этот спрос, показывая свои устройства на различных выставках и конференциях. Правда, демонстрация возможностей трёхмерной печати при этом сводится к созданию различных вычурных безделушек. Но можно ли сделать 3D-принтер полезным в быту и что для этого нужно? Редакция провела собственный эксперимент, используя бюджетный аппарат Inno3D Printer D1 и высокочественные расходные материалы Verbatim PLA Filament .

Немного о технологиях

Прежде чем переходить к практике использования 3D-принтеров в быту, перечислим наиболее распространённые сегодня технологии. Для трёхмерной печати (второе название - «быстрое прототипирование») применяются различные способы и материалы, но в основе любого из них лежит принцип послойного наращивания твердотельной модели .

Разработки в области быстрого прототипирования велись ещё в 1980-х. Однако широкое коммерческое распространение 3D-принтеры получили лишь в . Это было связано с окончанием срока действия ряда патентов, связанным с этим резким снижением стоимости устройств, популяризацией технологии среди широких масс и появлением относительно доступных и качественных расходных материалов.

Сегодня массово используется сразу несколько технологий для создания 3D-моделей:

Стереолитография (SLA). Исходный продукт - жидкий фотополимер, в который добавлен специальный реагент-отвердитель. В обычном состоянии материал остаётся жидким, но под воздействием ультрафиолетового света полимеризуется и становится твёрдым.

Селективное лазерное спекание . Технология аналогична SLA, но вместо жидкости используется порошок с размером частиц 50–100 мкм. Лазерный луч спекает очередной слой, в результате чего он затвердевает. Достоинство этого метода - различные исходные материалы, например, металл, пластик, керамика, стекло, специальный воск.

Метод многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM) . Здесь по аналогии с обычной струйной печатью материал подаётся через небольшие сопла, расположенные на печатающей головке. В качестве материала для MJM-принтеров могут использоваться пластики, фотополимеры, специальный воск, а также материалы для медицинских имплантов. Применение фотополимера требует засветки напечатанного слоя УФ-лампой с целью его отвердения.

Послойное склеивание пленок (Laminated Object Manufacturing, LOM) . Тонкие листы материала режутся лазерным лучом или специальным лезвием по выкройке, соответствующей данному слою, а потом склеиваются между собой. Для создания 3D-моделей может использоваться не только пластик, но даже бумага, керамика или металл.

Однако основной причиной значительного удешевления 3D-принтеров стало изобретение технологии послойного наплавления - Fused Deposition Modeling (FDM). Также она известна как производство методом наплавления нитей - Fused Filament Fabrication . Именно этот метод сегодня наиболее распространён и доступен для конечных потребителей, не в последнюю очередь благодаря появлению наборов «сделай сам», позволяющих самостоятельно и достаточно дёшево собрать 3D-принтер.

Суть метода FDM состоит в расплавлении нити из пластика в специальной печатающей головке - экструдере - который выдавливает жидкий материал через сопло и наносит его послойно на нужные участки изделия. Чем меньше диаметр сопла, тем тоньше будут напечатанные слои, и тем точнее форма готового объекта будет соответствовать цифровой модели.

В качестве расходного материала применяется пластик ABS и PLA . Первый производится из нефти, является непрозрачным, легко окрашивается в разные цвета. Среди его достоинств - невысокая стоимость и жёсткость (более высокая, чем PLA), потому изделие сохраняет форму при больших нагрузках. Для ABS необходим надёжный прогрев платформы 3D-принтера, температурный режим экструдера – 210-270°. Основной недостаток ABS – чувствительность к воздействию ультрафиолетовых лучей и атмосферных осадков.

В свою очередь, PLA - это экологически чистый полилактид (PLA), который также используется для производства одноразовой посуды и медицинских изделий. PLA производят из кукурузы и сахарного тростника. Этот материал легко разлагается в открытой среде и безопасен для человека , поэтому более популярен. Кроме того, в процессе работы принтер не производит неприятного запаха «паленой пластмассы». Есть недостаток: изделия из PLA со временем разрушаются, их среднее время жизни составляет около 3-4 лет при окружающей температуре около 25° С.

Среди недостатков FDM-технологии: невысокая скорость печати (впрочем, это общий недостаток для всех устройств 3D-печати) и относительно большая толщина слоя - около 0,1 мм , что приводит к заметной шершавости/слоистости поверхности изделия.

Кроме того, иногда возникают сложности с фиксацией модели на рабочем столе, ведь первый слой, который служит как бы фундаментом для всех остальных, должен надёжно «приклеиться» к поверхности платформы . Чтобы решить эту проблему, производители наносят на рабочий стол специальное покрытие, а также снабжают его системой подогрева. Тем не менее, иногда модель всё-таки отрывается от стола в процессе печати, что приводит к непоправимому браку.

Расходные материалы

Ситуация на рынке расходных материалов для трёхмерной печати напоминает рынок обычных принтеров: есть «оригинальные расходники » от именитых производителей и есть более дешёвая «совместимая» продукция от noname-вендоров.

3D-принтеры потребляют пластиковую нить двух стандартных диаметров: 1,75 и 3 мм . Нужный диаметр определяется спецификацией принтера, причём значительные отклонения от стандартного диаметра могут привести к сложностям в работе принтера . Пластик поставляется в катушках и продаётся на вес. PLA гигроскопичен и при хранении требует соблюдения режима влажности , иначе может начаться расслоение материала, что приведёт к дефектам при изготовлении модели.

Для каждого типа материала должна быть известна рабочая температура , до которой должен нагреваться материал в печатающей головке. Эти величины не обязательно будут одинаковы для всех «расходников», сделанных из одного и того же материала. В идеале, оптимальные температуры вендор должен указать на этикетке катушки или в инструкции по применению. Если таких данных нет, их приходится подбирать экспериментально.

Verbatim - один из наиболее известных производителей, предлагающий высококачественный пластик из полимолочной кислоты . По заявлению вендора, нить обладает низкой возгораемостью. Кроме того, важное преимущество в том, что не требуется подогреваемая платформа для печати. Оптимальная рабочая температура указана на этикетке - от 200 до 220 °С .

PLA-нить поставляется намотанной на катушку и запакованной в коробку, в которую вложен специальный материал для поглощения влаги . Измерение диаметра нити в нескольких образцах пластика подтвердило заявленные 1,75 мм с погрешностью в несколько сотых . Стабильность размера диаметра обеспечивает максимально однородную волокнистую структуру для получения оптимального качества. Тест на изгиб рукой также показал хорошие результаты: пластик не ломался.

Inno3D Printer D1 - доступный 3D-принтер

Для эксперимента мы выбрали устройство Inno3D Printer D1 – один из самых доступных принтеров для трёхмерной печати. Аппарат работает по технологии послойного наплавления , его стоимость составляет чуть выше 1 тыс евро.

Внешне Inno3D Printer D1 напоминает устройства, которые энтузиасты собирают вручную. Защитного кожуха здесь нет, принтер имеет открытую конструкцию. Нижняя часть аппарата представляет собой короб из листовой жести, в которой размещён сенсорный экран управления , разъём miniUSB, слот для карт SD и сервопривод для перемещения рабочего стола по оси Y. Экструдер перемещается по осям X и Z благодаря двум вертикальным направляющим и соединяющих их горизонтальной направляющей. Катушка с пластиковой нитью крепится сбоку на трёх роликах.

Принтер Inno3D Printer D1 отличается открытой конструкцией (вид сверху). Слева расположена катушка с PLA-нитью, которая по рукаву подаётся на экструдер (справа)

Для фиксации модели на рабочем столе на его поверхность наклеивается специальная бумага, именно на неё ложится первый слой. Следует отметить, что эту бумагу можно использовать многократно , пока она не начнёт топорщиться или протираться.

Отсутствие общего защитного кожуха, очевидно, негативно влияет на работоспособность устройства. Дело в том, что 3D-принтер - это достаточно прецизионный механизм, который должен обеспечить перемещение экструдера с шагом примерно 0,1 мм по любой из осей. Поскольку все трубки-направляющие покрыты машинным маслом, и при этом никак не защищены от внешнего воздействия, со временем на них может скапливаться пыль, грязь, абразив. Чтобы не случилось заклинивания, направляющие элементы придётся время от времени чистить и смазывать. А ещё лучше сделать самодельный защитный кожух.

3D-печать - это длительный процесс. Печать полого цилиндра высотой 30 мм занимает около часа

Принтер позволяет печатать с компьютера через miniUSB-порт, либо с карты памяти SD. В первом случае процесс проходит автономно от ПК, во-втором - компьютер должен работать всё то время , пока идёт печать . Перед работой необходимо провести процедуру автотестирования и автокалибровки, что может занять порядка 15-20 минут. Эти процедуры запускаются с помощью команд на сенсорном экране.

Для подготовки файла формата STL к печати используется специальное программное приложение inno 3 D printer D 1 , которое поставляется в комплекте с принтером. С его помощью можно изменить размер и расположение модели, его ориентацию на рабочем столе. Кстати, принтер позволяет печатать одновременно несколько отдельных фигур, однако необходимо их расположить на достаточном расстоянии друг от друга на рабочем столе. Кроме того, необходимо выполнить процедуру Build, которая осуществляет финишную подготовку к печати, отдельно для каждой фигуры.

Приложение inno3D printer D1 показывает примерное время, которое потребуется для печати модели. Как показало тестирование, обычно оценочное время существенно завышено, особенно если процесс только стартовал. Но чем ближе к финишу - тем точнее приложение показывает время, которое необходимо для завершения печати.

Кнопка Print приложения запускает процесс печати, с помощью этой же кнопки при необходимости его можно приостановить. Очень важно с запасом загрузить в катушку расходные материалы для печати. Если их не хватит, то процесс печати модели прервётся, так как догрузить «расходники» прямо во время процесса и допечатать затем начатую фигуру не получится. Стоит отметить, что принтер не может определить, что закончились расходные материалы, или случилась другая проблема, из-за которой пластиковая нить больше не поступает. То есть, устройство продолжает «имитировать» процесс печати, хотя из сопла экструдера больше не выходит расплавленный пластик.

inno3D printer D1 не может определить, что закончились расходные материал и пластиковая нить больше не поступает

В настройках можно выбрать печать слоями от 0,12 мм до 0,3 мм . Логично предположить, что слой 0,3 мм позволит напечатать модель намного быстрее, тем более, что не всегда требуется прецизионная печать слоем в 0,12 мм. Но проблема в том, что при выборе слоя 0,3 мм нити не склеиваются между собой. То есть, для получения прочной трёхмерной модели у пользователя остаётся только один вариант - 0,12 мм .

Вообще, процесс 3 D -печати - достаточно длительный , например, печать тонкостенного цилиндра высотой 30 мм занимает около часа. Более крупные модели могут печататься целый день. Расход пластиковой нити составляет около 10 см за 3 минуты.

«Барахолка» готовых 3D-моделей. ПО для создания собственных продуктов

Для получения виртуальной трёхмерной модели есть три пути. Первый и самый доступный - скачать уже готовую модель с одного из специализированных интернет-порталов , которая очевидно будет лишь красивой безделицей, но в некоторых случаях, не исключено, может как-то пригодиться в хозяйстве. Например, на сайте 3Dtoday.ru после регистрации можно скачать множество уже готовых моделей как платно, так и бесплатно.

Второй способ - создать цифровую модель с помощью 3 D – сканирования уже готового изделия. Такой подход очень эффективен, но в связи с дороговизной трёхмерных сканеров доступен пока лишь профессиональным конструкторам.

Если же необходимо распечатать изделие под собственные требования, для решения практических задач вам потребуется ПО для создания 3 D -моделей . Среди наиболее простых в освоении и в то же время обладающих неплохой функциональностью можно порекомендовать Autodesk 123D и Tinkercad , это САПР-системы в браузере от вендора Autodesk, которые не требуют установки на жесткий диск. Среди альтернатив - 3DTIN, также редактор в браузере, функциональность которого похожа на Tinkercad, и Google SketchUp, достаточно простая система для начинающих осваивать 3D-графику от интернет-гиганта.

Если же возможностей бесплатных систем не хватает, отметим, что профессиональные конструкторы для создания моделей используют Autodesk Inventor, Autodesk 3D max, Solidworks, CATIA

При выборе ПО необходимо удостовериться, что приложение способно сохранять файл в формате STL (все вышеописанные приложения поддерживают STL). Именно этот формат используется для хранения трёхмерных моделей объектов. По своей сути STL представляет собой список треугольных граней, которые описывают поверхность модели, и их нормалей.

3D-печать для бытовых нужд. Собственный опыт

В процессе тестирования мы поставили две вполне бытовые задачи. Во-первых, распечатать две втулки для крепления мебельных принадлежностей; во-вторых, распечатать специальную крепёжную муфту для блендера Braun взамен поломанной. В первом случае решение задачи было продиктовано тем, что для крепления требовались уникальные втулки, аналоги которых вряд ли можно было найти в магазинах. Во-втором случае нами руководило обычное желание сэкономить. Замена пластиковой муфты для блендера в сервисном центре стоила порядка 450 грн, притом что совершенно новый блендер стоил около 850 грн. По расчётам, 3D-печать такой муфты обошлась бы на порядок дешевле.

Для создания виртуальных моделей был выбран популярный редактор в браузере Tinkercad . При первом запуске необходимо пройти регистрацию, после чего в вашей учётной записи автоматически будут сохраняться все созданные модели. Программа бесплатна, легка в освоении и вполне подходит для создания простых конструкций .

Одно из важных преимуществ создания конструкций с использованием 3D-принтера - так называемое «право на ошибку». То есть, если вы создали трёхмерную модель, распечатали её и она не подошла - ничего страшного, всегда можно изменить параметры виртуальной конструкции и распечатать заново. Конечно, будет потрачено время и расходные материалы, тем не менее, несколько попыток наверняка позволят добиться нужного результата.

Кстати, печать с помощью расходных материалов Verbatim при толщине слоя 0,12 мм показала отличные результаты - слои легли ровно, соединение между ними было очень прочное . По сути, распечатанная на 3D-принтере модель представляет собой некое подобие «слоёного пирога», и если сварка слоёв произошла недостаточно хорошо, то модель будет отличаться низкой прочностью. Однако в нашем тесте пластиковое изделие толщиной от 5 мм оказалось настолько прочным , что его было сложно поломать без использования каких-либо инструментов. Вместе с тем, пластиковый лист толщиной 1-1,5 мм получался весьма гибким, совершенно не жёстким. Добавим, что печать производилась при температуре 220°С.

Кстати, при наличии определённого опыта в конструировании можно создать и распечатать, например, крышку для смартфона, однако она будет чуть толще фабричной, поскольку при стандартной толщине PLA-пластик обеспечивает недостаточную прочность.

Правила конструирования 3D-моделей

При разработке собственных трёхмерных моделей следует придерживаться следующих правил.

Минимум нависающих элементов. 3D-принтер с лёгкостью справляется с печатью вертикальных элементов, однако для каждого нависающего элемента необходима поддерживающая конструкция. Предположим, вы печатаете миниатюрную модель дома с двухскатной крышей. С печатью фундамента и стен проблем не будет, а вот для воссоздания крыши понадобится спроектировать поддержку. После окончания процесса печати поддержка удаляется острым ножом. Без поддержки допускается печать стенок, которые имеют угол наклона не более 70° .

Плоское основание . Чтобы получить качественный результат, печатаемая модель должна надёжно держаться на столе принтера . Если она отклеится (а такое случается), то вы гарантированно получите на выходе брак.

Ограничение по габаритам . Любой принтер имеет ограничения по максимально допустимым размерам печатаемой модели. В случае, если нужно напечатать изделие, которое больше этих габаритов, его необходимо в САПР-системе разделить на части , чтобы напечатать их по отдельности. Впоследствии эти части можно склеить воедино. Для этого рекомендуется сразу предусмотреть в конструкции соединение типа «гребенка», «шип» или «ласточкин хвост».

Резюме. Будущее 3D-принтеров

Ещё около двух лет назад главный футуролог Cisco Дэйв Эванс предсказал, что с помощью 3D-принтеров можно будет распечатать любую продукцию, даже еду и одежду . Кроме того, уже появились биопринтеры, которые выполняют печать для пересадки стволовыми клетками. Дальнейшее деление, рост и модификация клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. Кстати, ещё в 2012 году один из учёных, работавших над созданием данной технологии, распечатал почку. Более того, уже отработана технология распечатки , турбовинтовых двигателей и т. д. В прошлом году с помощью специального удалось всего за 3 часа. Уже ведутся разработки по .

Согласно прогнозам, к 2020 году стоимость устройств снизится настолько, что их сможет себе позволить любая семья (правда, речь идёт об американской семье). И 3D -принтер станет таким же неотъемлемым аксессуаром дома, как СВЧ-печь или стиральная машина .

Зубные протезы, созданные с помощью технологии трёхмерной печати

А каковы реалии сегодняшнего дня? Применение 3D-принтеров в быту пока не очень оправдано. Да, при наличии конструкторских навыков можно создать виртуальной трёхмерную модель в одном из САПР-редакторов и затем распечатать её в реальности. Преимущества такого подхода в том, что можно создать уникальное изделие под собственные нужды в единственном экземпляре. Недостаток в том, что PLA-пластик не всегда обеспечивает требуемую прочность. Кроме того, при интенсивном использовании на открытом воздухе PLA-пластик через пару лет начинает разлагаться. Что ж, посмотрим, насколько это соответствует действительности. Но скорее всего, через несколько лет уже появятся новые технологии 3D-печати, которые ещё более приблизят к нам будущее, прогнозируемое в этой области футурологами.

Технические характеристики Inno3D Printer D1

Технология печати: Моделирование методом наплавления (FDM/FFF)
Количество печатающих головок: 1
Диаметр сопла: 0.4 мм
Область построения: 140 x 140 x 150 мм
Толщина слоя: 0.13 – 0.3 мм
Дисплей: Сенсорный ЖК дисплей
Материал для печати: PLA-пластик
Диаметр нити: 1.75 мм
Интерфейсы: USB, Слот для SD-карт
Формат файлов: STL
Габариты принтера: 39 x 36 x 54 см
Вес: 10 кг

О существовании 3D печати слышал, наверняка, каждый, а в новостях то и дело проскакивают факты о новых возможностях этой технологии. Не так давно трехмерная печать использовалась только в производственных условиях и немногими энтузиастами, сегодня же можно запросто купить 3D принтер для использования в быту. С помощью таких устройств печатают самые разные вещи : от декоративных безделушек для дома до протезов, оружия и даже зданий. Перспективы трехмерной печати настолько фантастические, что мало кто сегодня может в полной мере их себе представить. А пока наблюдаем за тем, как будущее наступает , изучаем принципы работы 3D принтера, его возможности и преимущества, а также разбираемся, какой 3D принтер выбрать для использования в быту.

Несмотря на то, что технология трехмерной печати находится у всех на слуху только последние несколько лет, ее появление стоит искать еще в прошлом веке. Пионером в данной области стала компания Charles Hull, которая в 1984 году разработала технологию трехмерной печати, а чуть позже запатентовала технику стереолитографии, которая сегодня используется повсеместно. Тогда же компания разработала и создала первый промышленный трехмерный принтер, который фактически стал началом новой эпохи.

90-е годы стали временем появления новых разработок в сфере трехмерной печати, благодаря которым 3D принтеры нашли применение в производственных условиях и стали использоваться для прототипирования. Пик развития технологии приходится на XXI век, и мы сами становимся очевидцами того, как семимильными шагами трехмерная печать покоряет новые вершины. Сегодня печать может осуществляться разными материалами, причем не только пластиками и металлом , но и тканью, бумагой, керамикой, пищевыми продуктами и даже живыми клетками.

В 2005 году появилась возможность печатать в цвете, а в 2006 году был создан принтер, который может распечатать около половины всех собственных комплектующих. В 2014 году появились первые принтеры с областью печати, практически неограниченной в размере. С помощью этого устройства уже попытались создать полноценный дом, используя в качестве основного материала бетон. На возведение такого сооружения было потрачено не более суток. Уже в 2016 году было представлено первое здание, построенное с помощью трехмерной печати в Дубае. В феврале 2017 года Россия также представила дом, целиком напечатанный на стройплощадке. В этом году также был разработан принтер с шестью осями, с помощью которого сложные элементы будет печатать намного проще, без необходимости использовать поддерживающие конструкции. На данный момент вовсю ведутся разработки принтеров, которые смогут печатать органы человека, протезы, имплантаты, корпусы автомобилей и даже еду.

Как работает 3D принтер? Просто о сложном

Если коротко, то 3D принтер – это устройство для создания трехмерных объектов методом послойной печати. Спектр используемых для печати материалов постоянно расширяется и можно смело предполагать, что в будущем он будет включать большинство известных нам веществ. Пока самыми популярными материалами для печати остаются термопластики и фотополимерные смолы.

Общий принцип работы 3 D принтера можно представить следующим образом:

Особенности печати зависят той технологии, которую использует принтер, поэтому имеет смысл разобраться с самыми распространенными на данный момент.

Типы 3D-принтеров и особенности печати каждого

Чаще всего сегодня используют технологию FDM -печати, а также SLA -печати. Что стоит за этими непонятными аббревиатурами, и какими еще разработки существуют в данной сфере?

Метод FDM-печати

FDM -технология (Fused Deposition Modeling) – это технология послойного наплавления нити. Сегодня этот способ 3D-печати считается самым распространенным, одновременно он относится и к одним из самых старых методов. Принцип заключается в послойном наплавлении нити пластика по контуру модели.

Для печати используются термопластики, которые поставляются в виде катушек или прутков. Чаще всего печатают PLA и ABS пластиками , в числе которых нейлон, полиамид, поликарбонат, PET (он же полиэтилентерефталат, который используется для создания пластиковых бутылок) и некоторые другие вещества.

Принцип работы заключаются в следующем:

нить материала помещается в экструдер, где она плавится под воздействием нагревательного элемента, а потом выдавливается через сопло на рабочую поверхность;
экструдер двигается по траектории, заданной ей программным обеспечением, и слой за слоем строит объект;
если необходимо напечатать сложный предмет, то могут использоваться два типа материала: один – для модели, второй – для создания опор (он, как правило, растворимый, или же просто очень легко отламывается от объекта). Опоры необходимо печатать , если объект имеет повисшие в воздухе элементы, которые без поддерживающих элементов создать невозможно – принтеру будет просто не на чем печатать. Наглядно все представлено на рисунках ниже;
после формирования первого слоя платформа опускается вниз на толщину одного слоя, а экструдер выдавливает новую порцию материала, процесс повторяется много раз;
по окончанию печати остается отделить вспомогательные элементы.

Модель и поддерживающие элементы

FDM-технология позволяет использовать термопластики производственного класса, поэтому распечатанные объекты получают отличную механическую, химическую и термическую прочность. Технология простая, чистая и пригодна для использования в условиях офиса или дома.

По такому же принципу работают 3 D -ручки. Это фактически миниатюрные принтеры. Такие ручки предназначены для рисования трехмерных рисунков. Пользователь может выдавливать из нее мгновенно застывающий пластик, придавая ему любую форму и получая забавные изделия. Устройство больше предназначено для баловства, но идея интересная, а дизайнеры смогут сделать много интересных предметов декора для дома.

Метод SLA-печати, или стереолитография

SLA-технология (laser stereolithography) предполагает использование для печати жидких фотополимерных смол, которые имеют свойство застывать под воздействием лазера или подобного источника энергии. Метод позволяет получать предметы с очень точной геометрией , ведь толщина слоя может достигать рекордных 15 микрон, поэтому уже широко применяется в стоматологии при изготовлении имплантатов и в ювелирном деле для создания заготовок с обилием сложных деталей.

Принцип работы 3 D -принтеров , использующих метод лазерной стереолитографии, коротко можно описать так:

рабочая платформа погружается в ванну с жидким фотополимером на толщину одного слоя (15-150 микрон);
воздействие лазера на стенки будущего объекта. Лазерный луч в буквальном смысле вычерчивает на фотополимере форму объекта, которая, в свою очередь, задается программным обеспечением. Облучение лазера вызывают полимеризацию материала в точках соприкосновения с лучом и его затвердевание;
платформа погружается еще чуть глубже в ванну с жидким фотополимером, причем глубина погружения соответствует величине слоя. Лазер снова воздействует на зоны материала, которые должны быть частями печатаемого объекта;
процесс повторяется слой за слоем, пока не будет распечатан смоделируемый объект;
технология также требует печати поддерживающих элементов. Они выполняются из того же фотополимера;
после завершения печати объект погружают в ванну в специальные растворы для удаления излишков и очистки модели;
финал – облучение ультрафиолетом для окончательного застывания фотополимера.

Технология прогрессивная, но требует покупки дорогих расходных материалов.

Другие типы печати

Менее распространенными, но не менее интересными и перспективными являются следующие способы трехмерной печати:

Какой 3D-принтер лучше выбрать для бытового использования?

Забегая наперед, отметим, что пока стоимость бытовых 3D-принтеров остается относительно высокой, но в дальнейшем имеем все шансы наблюдать удешевление технологии. Вспомните, когда появились мобильные телефоны, они также были доступны только очень богатым людям.

Цели использования домашнего 3Д-принтера могут быть совершенно любыми: от простого баловства и знакомства с новой технологии до печати полезных в хозяйстве мелочей и моделей-прототипов для бизнеса. В любом случае, при выборе обращайте внимание на такие ключевые характеристики устройства:

разрешение печати (точность печати) – это минимально возможная высота слоя, которую может напечатать принтер. Обозначают разрешение в микрометрах (тысячная доля миллиметра). Чем меньше высота слоя, тем менее заметным будет переход между ними, и тем более гладкой будет поверхность печатаемого объекта. С другой стороны, чем меньше слой, тем больше времени принтеру понадобится на печать и тем выше нагрузка на все его элементы. Разрешение зависит от технологии (SLA позволяет печатать точнее, чем FDM), точности работы печатающих головок, настроек программного обеспечения и выбранного материала для печати;
Образцы с разной толщиной слоя
скорость печати напрямую зависит от точности: чем выше точность, тем меньше скорость выращивания модели.
область печати говорит о том, какого размера объект можно напечатать на принтере. Другими словами, это зона возможной досягаемости печатающей головки по горизонтальным осям X и Y, а также по вертикальной оси Z. Обычно область печати выражают тремя цифрами – это высота, длина и ширина условного параллелепипеда (например, 20*30*30 мм). У дельта-принтеров область печати имеет форму цилиндра, поэтому указывается его высота и диаметр;
тип используемых для печати пластиков. В бытовых условиях используются именно пластики, и это могут быть ABS и PLA пластики, некоторые модели могут печатать обоими видами материалов. Возможность печати тем или иным типом пластиков объясняется наличием или отсутствием подогрева платформы. Если вы пока не решили, чем будете печатать, то лучше выбрать модель, которая поддерживает максимальное количество материалов;
страна-производитель . Европейские страны и США производят качественные, но дорогие устройства, завозятся в небольших количествах, сервисное обслуживание затруднено. Китайские устройства стоят недорого, качество часто оставляет желать лучшего, но для того, чтобы побаловаться, такие принтеры пойдут. Есть еще принтеры российского производства: при неплохом качестве они радуют возможностью сервисного обслуживания.

Интересные варианты бытовых 3D-принтеров

MakerBot Replicator 2

Качественный принтер американского производства, печатает по FDM-технологии, минимальная толщина слоя – 100 микрон (0,1 мм). Область печати – 285*153*155 мм, для печати используются PLA и ABS пластики. Максимальная скорость печати – 40 мм в секунду, или 24 см 3 /час. Корпус выполнен из стали, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Модель хоть и выпущена в 2013 году, до сих пор активно используется для бытовой печати. Стоимость 3100$.

PrintBox3D One

Принтер отечественного производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя – 50 мкм, размеры рабочей платформы – 185*160*150 мм. Устройство печатает ABS и PLA пластиками, оснащено подогреваемой платформой. Цена около 1700$, разработано для использования в сфере образования и дизайна.

PICASO 3D Designer

Печатает по FDM-технологии, как и все бытовые 3D-принтеры на сегодняшний день, использует для печати ABS и PLA пластики, в т.ч. нейлон. Точность печати — 50 мкм, рабочая платформа размерами 200*200*210 мм, максимальная скорость – 30 см 3 /час. Устройство оснащено подогреваемой платформой, стоимость 1700$.

3D принтер Hercules

Неплохое устройство от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати – 50 мкм. Платформа подогреваемая, максимальная температура – 120 0 С. Скорость печати – 40 см 3 /час. Цена 1150$.

В качестве итога об основных плюсах и минусах трехмерной печати

3D-печать – направление перспективное и с большим потенциалом. Чтобы расставить все точки над «i» в изучении вопроса трехмерной печати, приведем основные ее преимущества:

Существующие минусы :

Трехмерная печать – это будущее медицины и промышленности, а также возможность быстрого создания прототипов и моделей, а это бесценно для инженерии. Кто знает, может, через 5-10 лет мы так же просто будем скачивать модели чашек или обуви и печатать их на собственном домашнем принтере, как сегодня скачиваем и просматриваем фильмы.

Для людей, которые не видели самого процесса работы 3D принтера, сама возможность объёмной печати представляется чем-то фантастическим, наподобие телепортации.

На самом же деле эта технология носит скорее эволюционный характер. По сути отличий от работы обычного принтера не так уж и много.

Вместо тонера, который распыляется на бумагу, используются другие материалы, например быстроотвердевающие смолы, что позволяет создать практически любой объект.

Ограничений по форме и сложности объекта действительно не существует, это может быть детская игрушка, элементы для протеза руки, одежда, даже действующее огнестрельное оружие можно просто напечатать.

3D-принтеры: технологии будущего уже сегодня

Типы 3D принтеров

На данном этапе развития 3D печать только начинает использоваться повсеместно, хотя сам принцип работы был сформулирован ещё в 1986 году. С тех пор кардинально ничего не изменилось – в основу положен всё тот же принцип послойного создания модели. Единственное что изменялось это используемый материал и способ его твердения. В некоторых моделях принтеров использовались металлический порошок и пластиковая пудра, а для их отвердения применялся лазер.

Широкое применение эти материалы нашли при ремонте изношенных деталей, например лопастей турбин. Кроме этого существуют принтеры, которые используют светочувствительный материал (фотополимер). В некоторой степени они работают как обычные 2D принтеры – наносят на поверхность слой жидкого материала, затем он твердеет при облучении (обычно ультрафиолетом). Свою нишу нашли устройства, в которых за один проход печатающей головки наносится несколько разных материалов.

Но всё же самым распространённым типом остаются принтеры, работающие с термопластиком. Принцип работы напоминает обычный клеевый пистолет, управляемый компьютером. Его отверждение происходит при снижении температуры. Возможна работа с разноцветными термопластиками.

3D-принтеры. Мозговой штурм.

Сфера применения 3D принтеров

С массовым распространением 3D печати появилось множество, зачастую просто фантастических изделий. Среди самых невероятных вариантов использования этой технологии следует отметить следующие:

Исследователи университета Принстона смогли соединить живую и неживую материю при печати человеческого уха. Откровенно говоря, в результате эксперимента получился не полноценный орган, а скорее протез из биомассы, своего рода антенна для улавливания радиоволн. В материале в большом количестве содержатся стволовые клетки. В США также скоро начнутся клинические испытания по лечению межпозвонковых дисков с помощью напечатанных протезов. Появились первопроходцы и в протезировании конечностей, причем для достижения результата достаточно оказалось просто скачать готовые модели для 3D принтера, а затем собрать протез;
Возможность «печатать» еду. На данный момент успешно подобран состав и напечатаны хрящи и кости, теперь очередь за печатью мяса и других продуктов питания;
Огнестрельное оружие. Создан рабочий образец пистолета, он выдерживает не более одного выстрела. С использованием более прочного материала была напечатана винтовка, которая выдержала 15 выстрелов без разрушения, то есть характеристики такого оружия практически не уступают своим металлическим «собратьям»;
Печать зданий. На 2014 год запланирован эксперимент по использованию 3D принтера в строительстве коттеджа. Возможно, это совершит переворот в строительной отрасли. Но в строительной отрасли уже получены первые результаты. Брайан Петерс, основатель «Лаборатории дизайна» в Амстердаме сумел подобрать такой состав керамической смеси для принтера, при котором на изготовление одного кирпича уходит не более 20 минут. Сейчас он работает над изготовлением установки для полноценной печати ;
Астрономами НАСА напечатанной лунной базы. Идея состоит в том, чтобы все элементы конструкции получить прямо на месте строительства из лунного грунта;
В машиностроении также взяли на вооружение перспективную технологию. Например, в авиастроении, при проектировании реактивных двигателей некоторые элементы могут быть напечатаны (по этой технологии уже изготавливаются инжекторы авиадвигателей);
В производстве электроники проектирование и объёмная печать элементов с оптимальной формой и характеристиками уже становится реальностью. Незаменимой 3D печать стала при производстве микросхем малого размера и сложной формы. В качестве эксперимента исследователи Гарварда и университета штата Иллинойс напечатали настолько малого размера, что их можно использовать для питания роботов размером не больше комара.

Перспективы 3D печати

Ряд преимуществ, в том числе и возможности создания объекта целиком, практически безотходному производству, возможности создания сложный внутренних структур определяет будущее этой технологии. Нет сомнений, что в ближайшие годы технология объёмной печати приобретёт широкое распространение.

3D печать уверенно развивается на глобальном уровне и предлагает возможности, с которыми традиционное производство конкурировать просто не в состоянии. На данном этапе развития основное направление использования 3D принтеров – быстрое и точное прототипирование. Единственным сдерживающим фактором является отсутствие составов, близких по свойствам металлу, цементобетону, ткани, но это лишь вопрос времени.

3D Мир, в котором нет незаменимых вещей?

Возможно, в ближайшем будущем это станет реальностью. Фундаментальным изменениям может подвергнуться и экономическая система. Ведь больше не будет нужды покупать готовые товары, достаточно заплатить за сырьё и файлы , остальное сделает 3D принтер. К тому же при таком сценарии развития событий изделие получится уникальным, идеально подходящим владельцу.

Будущее покажет , что именно из перечисленного станет реальностью, но одно можно утверждать с уверенностью – 3D печать способна кардинально изменить мир.

Вконтакте

Одноклассники

3D печать всё прочнее входит в нашу жизнь, превращаясь из узконаправленной и дорогой услуги в незаменимого помощника для профессионалов различных сфер деятельности. Доступность 3D печати позволяет проводить смелые эксперименты в архитектуре, строительстве, мелкосерийном производстве, медицине, образовании, ювелирном деле, полиграфии, изготовлении рекламной и сувенирной продукции. В настоящей статье мы раскроем основные сферы применения 3D печати в наши дни.

Архитектура

3D печать находит широкое применение в изготовлении архитектурных макетов зданий, сооружений, целых микрорайонов, коттеджных посёлков со всей инфраструктурой: дорогами, деревьями, уличным освещением.

На рисунке показаны макеты зданий, созданные с использованием трёхмерной печати.

Применение 3D печати в архитектуре

Для печати трёхмерных архитектурных макетов используют дешёвый гипсовый композит, который обеспечивает низкую себестоимость готовых моделей.

На сегодняшний день для 3D печати доступно 390 тысяч оттенков палитры CMYK , что позволяет воплотить в жизнь любую цветовую фантазию архитектора.

Для трёхмерной печати архитектурных моделей и прототипов чаще всего используются цветные 3D ZPrinter модели 250, 450, 650, 850 и чёрно-белые 3D ZPrinter модели 150 и 350.

Строительство

Инженеры из университета Южной Калифорнии создали систему 3D печати для работы с крупногабаритными объектами. Система работает по принципу строительного крана, который возводит стены из слоёв бетона. Такой 3D принтер может возвести двухэтажный дом всего лишь за 20 часов. Рабочим останется только установить окна, двери и провести внутреннюю отделку помещения.

3D принтер строит дом

Голландские архитекторы предложили напечатать при помощи строительного 3D принтера уникальный дом в форме ленты Мёбиуса. «Печать» дома запланирована на 2014 год. Дом планируется напечатать из смеси песка и связующих материалов.

Здание в форме ленты Мёбиуса, напечатанное 3D принтером

Вполне возможно, что через несколько десятков лет вырастут целые посёлки с великолепными комфортными домами, построенными по технологии 3D печати.

Мелкосерийное производство

Профессиональные 3D принтеры постепенно отвоёвывают свои позиции в сфере мелкосерийного производства. Чаще всего данную технологию печати используют для изготовления эксклюзивных изделий, например предметов искусства, фигурок персонажей для участников ролевых интернет-игр, прототипов и концептуальных моделей будущих потребительских товаров или их конструктивных деталей. Такие модели используются как в экспериментальных целях, так и для презентаций новых товаров.

Мелкосерийные модели, напечатанные 3D принтером

Для мелкосерийной 3D печати чаще всего используют системы Dimension, модели Elite и SST 1200ES, а также системы Fortus, модели 400mc и 900 mc.

Функциональное тестирование

Использование 3D принтеров для функционального тестирования – это один из современных методов инновационных разработок. В большинстве случаев требуется протестировать новый механизм в сборе, но изготовить отдельные компоненты в одном экземпляре слишком долго, дорого и весьма проблематично. На помощь приходят 3D принтеры с различной степенью детализации моделей.

Функциональное 3D тестирование

Для функционального 3D тестирования рекомендуется использовать принтеры Objet 24 и 30, устройства Eden 250, 260V, 350, 500V, а также Objet 260 Connex, Connex 350 и 500. Для изготовления функциональных 3D моделей из пластика разработаны машины Dimension uPrint, uPrint+, Elite, SST 1200ES, а также Fortus 400mc и 900mc.

Медицина

Использование 3D принтеров в медицине позволяет спасти человеческие жизни. Такие принтеры могут воссоздать точную копию человеческого скелета для отработки приёмов, гарантирующих проведение успешной операции. Всё чаще 3D принтеры используют в протезировании и стоматологии, так как трёхмерная печать позволяет получить протезы и коронки значительно быстрее классической технологии производства.

Прототипы зубных коронок, напечатанные на 3D принтере

Медицинские трёхмерные модели могут быть изготовлены из целого ряда материалов, включая живые органические клетки. Выбор того или иного материала для медицинского прототипирования зависит от целей и задач, стоящих перед медиками, и проблем, связанных со здоровьем пациента.

Совсем недавно сила и мощь 3D печати была продемонстрирована на примере обыкновенного орла, который по вине браконьеров лишился клюва. 3D печать позволила изготовить точную копию орлиного клюва.

Орлиный клюв, напечатанный 3D принтером

На рисунке ниже показана малышка Emma Lavalle (Эмма Лаваль), страдающая от редкого врождённого заболевания, при котором атрофируются мышцы рук, и ребёнок не может взять в руки даже лёгкую игрушку. Медики разработали и напечатали на 3D принтере специальный пластиковый экзоскелет, который помогает девочке жить полноценной жизнью.

Экзоскелет, напечатанный на 3D принтере для девочки с отрафированными мышцами рук

По мере роста девочки, специалисты печатают новые запасные части для экзоскелета, так что он всегда ей в пору.

Не останавливаясь на достигнутом, медики научились печатать «заплатки» для повреждённой человеческой кожи. В качестве материалов для печати используется специальный гель из клеток донора. По словам учёных, для печати кожи может быть использован даже самый обычный офисный принтер, немного модернизированный под поставленную задачу.

«Заплатка» для человеческой кожи, напечатанная 3D биопринтером

В 2011 году учёные сумели воспроизвести живую человеческую почку. Для этого 3D принтеру потребовалось всего лишь 3 часа.

3D принтер печатает живую почку

Для печати пластиковых медицинских прототипов, совместимых с биологическими организмами, используются 3D принтеры Eden 250, 260V, 350, 350V, 500; Fortus 400mc, 900mc; Objet 260 Connex, Connex 350 и 500.

Образование

Использование технологии 3D печати в образовании позволяет получить наглядные пособия, которые отлично подходят для классных комнат любых образовательных учреждений, начиная от детских садов и заканчивая вузами.

Современные 3D принтеры отлично подходят для классных комнат, поскольку имеют повышенную надёжность, не выделяют во время печати вредных для здоровья продуктов, не предъявляют особых требований к утилизации, не содержат режущих и бритвенных материалов, не имеют лазеров.

Наглядные пособия, напечатанные 3D принтером для учреждений среднего профессионального образования

Предполагается, что оснащение образовательных учреждений конструкторских или дизайнерских специальностей 3D принтерами поспособствует повышению эффективности образовательного процесса и быстрому усвоению знаний учащимися и студентами.

Производство одежды

Принтеры с технологией 3D печати постепенно осваивают сферу производства одежды, и в первую очередь – производство моделей для высокой моды.

Не так давно голландский модельер Айрис Ван Херпен представила коллекцию «Напряжение», все модели которой были созданы при помощи 3D печати. Коллекция была представлена на Неделе высокой моды в Париже.

Комплекты одежды, напечатанные с использованием 3D принтера

Технология 3D печати позволяет использовать для изготовления одного предмета одежды несколько различных материалов. Такой подход позволяет решить проблемы, связанные с прочностью и эластичностью изготавливаемых вещей.

Комплекты одежды, напечатанные 3D принтером

Одежду, напечатанную 3D принтером, пока можно увидеть только на показах мод. Но не остаётся сомнений, что внедрение подобных изделий в массовое производство является лишь вопросом времени. Возможно, в ближайшем будущем мы сможем не выходя из дома напечатать себе новую рубашку, вечернее платье или даже шубу необходимого цвета и размера.

Изготовление обуви

Первая пара обуви, напечатанная на 3D принтере, появилась в 2011 году благодаря стараниям шведских студентов. Сегодня трёхмерная обувь, напечатанная на принтерах, красуется на ведущих подиумах всего мира. Существенным преимуществом такой обуви является точный учёт индивидуальных особенностей её владельца, включая размер и форму стопы.

Женская обувь, напечатанная на 3D принтере

Внешний вид 3D обуви существенно отличается от традиционной, поэтому она будет пользоваться спросом среди креативных молодых людей, которые хотят подчеркнуть свою индивидуальность.

3D принтеры научились печатать не только женскую, но и мужскую обувь. Студент Лондонского колледжа моды Росс Бербер в своей дебютной коллекции представил пять пар обуви, напечатанных на принтере.

Мужская обувь, напечатанная на 3D принтере

Для изготовления 3D обуви используют полиуретан, резину и пластик. Стоимость такой обуви пока слишком высока, чтобы наладить её массовое производство.

Ювелирные изделия

Как известно, при изготовлении ювелирных изделий самой трудоёмкой процедурой является создание восковых прототипов, которое требует колоссальных затрат времени. С появлением 3D принтеров у ювелиров появилась возможность быстро выращивать восковые модели украшений, предварительно разработанные в специальной программе.

Прототипы ювелирных украшений, напечатанные 3D принтером

Для создания прототипов ювелирных украшений с использованием 3D принтера используется специальный материал, по своему составу похожий на ювелирный воск.

Для печати прототипов ювелирных украшений можно использовать следующие 3D принтеры: Soldscape T76, Eden 260V и 500V, Objet260 Connex и др.

Дизайн упаковки

Трёхмерные принтеры позволяют изготавливать пробные макеты упаковки, флаконов и бутылок оригинальной формы. Прототипы могут быть цветными, с включением всех элементов дизайна, в т.ч. этикеток, штрих-кодов, фирменных знаков. Готовые модели упаковки могут быть продемонстрированы заказчику перед запуском в массовое производство. Преимущество 3D прототипов налицо: заказчик может подержать упаковку в руках, оценить её фактуру, текстуру, цветовое оформление и некоторые другие характеристики.

Прототипы бутылок, напечатанные 3D принтером

Для изготовления пластиковых упаковок в настоящее время используют следующие 3D принтеры: Dimension uPrint, uPrint+, Elite, SST 1200ES; Fortus 400mc и 900mc. Для изготовления полупрозрачной и детализированной упаковки используются принтеры: Objet 24 и 30; Eden 250, 260V, 350, 500V; Objet 260 Connex, Connex 350 и 500. Для печати цветной упаковки лучше всего подойдут принтеры ZPrinter 250, 450, 650 и 850.

Печать игрушек и сувениров

Использование 3D принтеров для создания уникальных игрушек и сувениров уже ни у кого не вызывает удивления. Теперь легко получить готовый полноцветный прототип перед запуском изделия в массовое производство. Анализ прототипа позволяет изучить текстуру будущего изделия, его форму, размер и цвет.

Чаще всего сувенирные изделия печатают из гипсовых материалов, дополнительно обработанных для увеличения прочности готового изделия. 3D принтеры печатают сувениры с различной цветностью, вплоть до полноцветной текстуры в 390000 оттенков.

Игрушки и сувениры, напечатанные 3D принтерами

Для изготовления цветных игрушек и сувениров больше всего подходят принтеры ZPrinter 250, 450, 650 и 850.

Геоинформационные системы

Применяя 3D принтеры можно создавать объёмные цветные карты, точно отображающие ландшафт местности или указывающие уровни залегания различных пород.

Ландшафтная 3D карта

Возможно, в ближайшем будущем 3D принтер станет таким же неотъемлемым атрибутом нашего быта, как холодильник, микроволновая печь или телевизор, и мы будем с удивлением вспоминать те времена, когда люди не умели печатать одежду, посуду, обувь и прочие полезные предметы в домашних условиях, а покупали всё это в магазине.

Вконтакте

Объёмная 3D печать материального объекта по его трёхмерной компьютерной модели - это уникальная технология современности, которую ожидают большие перспективы в будущем. Ещё недавно устройства, использующие её, казались фантастикой, а сегодня они превратились в реальность, и стали уже доступными даже для домашнего пользования. Хотя стоимость 3D-принтеров ещё высока, и превышает цену других, компьютерных девайсов, они находят всё большее практическое применение не только для прикладного творчества, но и для различных сфер бизнеса. Постоянное развитие и совершенствование этой технологии уже привело к созданию промышленных устройств. Какой из них выбрать?

Что собой представляет 3D-принтер, его назначение

Периферийное компьютерное устройство, которое по цифровой объёмной модели создаёт материальный объект путём послойного нанесения быстро затвердевающего материала, называется 3D-принтером. Для работы такого устройства требуется компьютерная трёхмерная модель, выполненная в любом из 3D-редакторов либо полученная на 3D-сканере. Сегодня существует несколько разновидностей, в зависимости от используемой технологии:

FDM и DIW 3D-принтеры, применяющие метод экструзии, основанный на продавливании расплавленного материала через тонкое отверстие в специальном устройстве, называемом экструдер (в принтерах первого типа на охлаждаемую поверхность платформы послойно наносится разогретый до предела плавления термопластик, а во втором - керамический шлам, который называют чернилами, в крупных архитектурных моделях может применяться густой керамический шлам);
Принтеры для 3D-печати, работающие по экструзионной технологии (FDM) изготавливают макет путём послойной укладки расплавленного пластика, выдавливаемого через экструдер. Печатающая головка движется по осям X и Y, а печатная платформа - вниз по оси Z
принтеры типа SLA-DLP, использующие метод фотополимеризации, при котором применяется жидкий фотополимер, а затвердение каждого его слоя производится путём засвечивания ультрафиолетовым лазером;
В 3D-принтерах, построенных на технологии SLA, изделиеие формируется в ванночке, заполненной фотополимерной смолой. Под действие УФ излучения лазера, действующего на тонкий слой смолы, она затвердевает и основание опускается вниз на толщину следующего слоя
принтеры, в которых для создания трёхмерного материального объекта используется выровненный слой порошка, скрепляющийся послойно различными методами, путём нанесения клея способом струйной печати (3DP-принтеры) или его плавления электронным лучом в вакууме (EBM), лазерным излучением (SLS или DMLS, в зависимости от типа порошка) и нагревательной головкой (SHS);
При использовании технологии SLS, тонкий слой порошка в нужном месте спекается лазером, и печатная платформа опускается на толщину слоя, а всё пространство стола засыпается новой порцией порошка
EBF 3D-принтеры, в которых для получения материальной модели применяется проволока, расплавляющаяся под действием электронного излучения;
принтеры, построенные на принципе ламинирования, или послойного нанесения плёнки, в каждом слое которой, вырезается контур детали специальным резаком или лазером;
3D-принтеры, основанные на технологии ламинирования используют укладку тонкой плёнки с последующим вырезанием слоя лазером
принтеры с точечной подачей порошка, расплавляемого лазерным или электронным излучением;
устройства, работающие с использованием метода многоструйного моделирования (MJM), когда способом струйной печати наносится быстро застывающий материал;
биопринтеры - инновационные периферийные компьютерные устройства, которые только начинают внедряться, они используют клетки живого организма для формирования внутренних органов, и в будущем будут способны создавать полноценный материал для трансплантологии (уже имеются случаи успешного изготовления и пересадки челюсти для человека и щитовидной железы для лабораторной мыши).

Видео: как работает механизм

Возможности у такого уникального периферийного компьютерного устройства практически неограничены. Сегодня он уже применяется для следующих целей:

быстрого создания точных макетов в архитектурном проектировании, конструировании различных механизмов и машин, а также в дизайне интерьеров и ландшафта с целью доработки проекта и презентации его заказчику;
Архитектурные макеты, созданные устройствами объёмной печати служат для презентаций проекта заказчику или для его доработки
изготовления любых деталей сложной формы для единичного или мелкосерийного производства, а также запчастей для ремонта различных устройств;
Одним из направлений использования 3D-печати является изготовление запчастей для ремонта
изготовления моделей и форм для литья, в том числе и при создании ювелирных изделий;
Из пластика способом 3D-печати создаётся форма, в которую отливается ювелирное украшение. Таким способом можно производить изделия самой сложной конфигурации
строительства зданий и сооружений любой сложности, для чего используют специальные устройства, напоминающие башенный кран, вместо тросов у которого имеются магистрали для подачи жидкого бетона (такое устройство позволяет возводить 1 этаж за 10 часов, что значительно сокращает сроки строительства);
С помощью 3D-принтера сегодня уже строят дома, подавая вместо пластика бетон
создания протезов и внутренних органов для трансплантации в медицине;
Трёхмерная печать используется для создания протезов, и проходят первые испытания по изготовлению внутренних органов из биочернил ДНК
изготовления макетов сложных устройств для наглядных пособий учебных заведений;
Наглядное пособие по изучению конструкции ходовой части автомобиля, изготовленное средствами 3D печати
создания геоинформационных систем, представляющих собой объёмную карту местности в цвете, с точным отображением рельефа;
Создание геоинформационных моделей местности - это одно из направлений применения 3D-принтеров
производства предметов домашнего обихода, различных аксессуаров и предметов для украшения интерьера;
С помощью 3D-принтеров можно создавать предметы украшения интерьера
разработки макетов упаковок и ёмкостей для маркетинговых целей;
Средствами объёмной печати можно создавать макеты упаковки товаров и различных ёмкостей
изготовление корпусов экспериментальной техники - автомобилей, систем автоматизации и различных электронных устройств;
Устройствами для трёхмерной печати можно изготавливать корпуса различных бытовых и электронных приборов
изготовления рекламной и сувенирной продукции;
производства эксклюзивной одежды и обуви по фигуре и размерам конкретного клиента, полученным путём 3D сканирования.
В 3D-принтерах можно изготовить эксклюзивные модели обуви

Этот перечень наглядно демонстрирует перспективы применения 3D-принтеров и их востребованность в самых разных сферах человеческой деятельности.

Как выбрать: параметры, на которые нужно обращать внимание

Покупая любое сложное устройство, нужно чётко определить для себя цели, для которых вы собираетесь его использовать. От этого будет зависеть какие рабочие параметры его вам лучше подойдут. Учитывая, что такое периферийное устройство стоит недёшево, следует наиболее тщательно подбирать его, учитывая все рабочие параметры, чтобы потом не пожалеть о покупке.

Прежде всего, нужно определиться с типом принтера по применяемой технологии 3D печати. Самые популярные и доступные модели сегодня для домашнего пользования или занятий малым бизнесом - это:

Среди основных критериев выбора можно отметить следующие:

Тип применяемого для печати материала. Выбирая 3D-принтер, нужно учитывать, что расходный материал для устройств типа FMD будет стоить дешевле, чем для SLA-принтеров. Для тех, кто решил приобрести FDM-принтер, существует большой выбор пластиков разных расцветок и видов (PLA, ABS, HIPS, PVA и другие), но идеальным для новичков будет полимерная нить из PLA пластика, поскольку этот материал более лёгкий в пользовании, и изделия из него получаются идеально ровными и гладкими. Для выбравших же 3D-принтер SLA придётся приобретать более дорогой материал в виде фотополимерных смол. К непрофессиональным моделям принтеров лучше всего покупать фотополимер серий Vera, Somos или Tanga, отличающиеся прозрачностью, высокой прочностью, термостойкостью и стабильностью пластика.
Нить из ABS пластика для печати на 3D-принтере с технологией FDM
Точность печати. Она более высокая у принтеров SLA. Точность же воспроизведения модели в устройствах экструзионного типа во многом зависит от толщины слоя, который укладывается принтером при печати. А значит, чем тоньше отверстие сопла экструдера, тем выше и чёткость воспроизведения цифровой модели в материальном объекте. Сегодня выпускаются модели принтеров с разным диаметром отверстия сопла от 0,1 до 0,4 мм. При этом нужно понимать, что чем меньше отверстие сопла экструдера, тем больше времени уйдёт на изготовление модели. Здесь каждый должен выбирать сам, что для него важнее - точность отображения 3D-модели или скорость печатания.
На верхнем фото - деталь, изготовленная на 3D-принтере с точностью 0,1 мм, а на нижнем - 0,025. При большей точности печати изделие получается более гладким, без видимых слоёв пластика
Область печати, определяющая какого максимального размера объект можно распечатать данным принтером. Имеется, конечно, возможность изготавливать и объекты большего размера, но только по частям, склеивая их специальным клеем. Для этого с помощью программы 123D Make цифровая модель разбивается на отдельные части. Но, если вы не хотите заниматься склеиванием, то при выборе принтера сопоставляйте желаемые размеры изготавливаемых макетов с областью печати конкретной модели.
Максимальное пространство, которое может занять макет на 3D-принтере - это его область печати
Особенности конструкции. Здесь имеет значение открытая она или закрытая, и из каких материалов изготовлен корпус и несущие элементы. Эти факторы больше всего влияют на жёсткость всей конструкции, от которой зависит скорость передвижения печатающей головки, а также способность несущих частей устройства гасить колебания и вибрацию от нескольких электродвигателей, отвечающих за перемещение головки принтера по всем трём осям (X, Y и Z) и его стола по оси Z. Изготовленный из дерева корпус хоть и покажется кому-то слишком бюджетным вариантом, но зато он отлично поглощает колебания. Изготовленные же из алюминия или стали несущие конструкции будут более прочными и долговечными. Принтеры типа SLA лучше покупать с хорошо проветриваемой рабочей камерой, что будет способствовать более быстрому отвердеванию фотополимера. А для устройств FDM типа, особенно при работе с ABS пластиком или нейлоном, имеющими высокую степень усадки при быстром остывании, лучше приобрести 3D-принтер с закрытым корпусом и облицовкой рабочей зоны.
Принтеры с закрытой конструкцией (фото справа) имеют большую жёсткость и могут развивать более высокую скорость печати
Наличие вспомогательного софта. Принтеры для объёмной печати - это высокотехнологичные компьютерные устройства, для работы которых требуются специальные программы. Прежде всего, 3D-принтер должен распознавать и уметь читать все 3D-редакторы и различные форматы ввода данных. К последним относятся языки STL и X3D, а также стандарт VRML. Существует множество вспомогательных программ, позволяющих производить самые разнообразные действия по подготовке к печати и созданию материальной модели. Такими являются, например, программы слайсеры, позволяющие разрезать объект на части для вывода его на печать частями (Kissslicer или Cura) или программа 123D Catch, предназначенная для работы с облачным сервисом, и позволяющая получить трёхмерную цифровую модель объекта по его фотографиям, сделанным с разных ракурсов. Наличие вспомогательных программ, поставляемых изготовителем принтеров, значительно облегчает работу с такими технически сложными устройствами. И на этот факт тоже следует обращать внимание при их выборе.

Наиболее подходящие 3D-принтеры для малого бизнеса

Объёмная печать с использованием 3D-принтеров, является сегодня наиболее перспективным направлением для малого бизнеса. С помощью этих компьютерных устройств, не требующих слишком больших финансовых вложений, как для промышленных принтеров, можно наладить мелкосерийное производство различных товаров.

Из большого многообразия, представленных на рынке принтеров для этих целей больше всего, подойдут модели, удовлетворяющие следующим критериям:

качество печати должно быть довольно высоким, чтобы создавать уникальные и реалистичные модели, интересные для продажи, что сразу исключает из выбора относительно дешёвые принтеры, стоимостью до 1000 долларов;
желательно, чтобы принтер был приспособлен для цветной печати (принтеры FDM, DIW, 3DP или EBF), что позволит сэкономить время на раскрашивание товара при мелкосерийном производстве;
устройство должно поддерживать работу хотя бы с двумя основными видами пластиков (ПЛА И АБС), что расширит возможности его использования, и позволит производить продукцию для детей (ПЛА пластик предназначен именно для детских товаров);
цена расходных материалов, используемых 3D-принтером, должна обеспечивать приемлемую себестоимость готовых изделий, достаточную для нормального уровня рентабельности бизнеса;
размер рабочей камеры должен соответствовать габаритам предусмотренных для производства моделей, при этом следует учитывать, что принтеры с большей областью печати и стоить будут дороже.

В любом случае выбор принтера будет зависеть от того, каким видом бизнеса вы предполагаете заниматься. Для производства мелких поделок подойдут устройства экструзионного типа, а для изготовления ювелирных изделий или зубных протезов - более дорогие принтеры на фотополимерах. Из наиболее подходящих для малого бизнеса можно назвать следующие модели:

Какое устройство выбрать для дома

Учитывая пока ещё высокую стоимость периферийных компьютерных устройств для трёхмерной печати, вряд ли будет целесообразным покупать для домашнего пользования слишком дорогой и навороченный 3D-принтер стоимостью в 5 - 10 тыс. долларов и выше. Вполне достаточно будет устройства по цене от 500 долларов до 3 тысяч. Здесь всё зависит от требовательности покупателя к качеству печати и его финансовых возможностей.

Лучше всего, если 3D-принтер для дома будет иметь простое и понятное управление, удобный интерфейс и идеальное соотношение цены и качества. Все востребованные сегодня для домашнего пользования принтеры можно разделить на следующие группы по ценовым категориям:

бюджетные модели, наиболее доступные из этого вида устройств по цене от 300 до 1 тысячи долларов;
принтеры среднего класса (1–1,5 тыс. долларов);
довольно высокого класса устройства по демократичной цене от 1,5 до 3 тысяч долларов.

Среди наиболее популярных принтеров для 3D-печати, можно отметить следующие модели:

Printrbot Simple , стоимостью 300$, который относится к принтерам экструзионным (FMD), и продаётся в разобранном виде - самостоятельная сборка устройства поможет лучше разобраться с его конструкцией и понять принцип работы этого оборудования;
Printrbot Simple продаётся в разобранном виде и является самым доступным и востребованным для дома периферийным компьютерным устройством
Kino XYZ printing da Vinci 1.0 - это новый принтер тайваньской компании XYZ printing, имеющий высокое разрешение печати сопоставимое с более дорогими устройствами - 0,1 мм, стоимость его около 500$ (в работе используется технология послойного наложения расплавленного пластика - FDM);
Модель принтера Kino XYZ printing da Vinci 1.0 имеет закрытую конструкцию и высокое разрешение печати до 0,1 мм
Cubify CubeX , относящийся к среднему ценовому сегменту, со стоимостью 1300$, и отличающийся высоким качеством печатания и скоростью создания модели с большими её размерами, этот принтер выпускается в трёх вариантах конструкции - с 1, 2 и 3 экструдерами, что позволяет получать цветные макеты компьютерных моделей, может подключаться к компьютеру через USB соединение или Wi-Fi модуль.
Принтер Afinia H-Series H479 стоимостью 1,5 тыс. долларов с точностью печати 0,15 - 0,4 мм

Рейтинг лучших 3D-принтеров

Самым известным в мире экспертом в области объёмной печати является зарубежный портал 3D Hubs, который регулярно составляет рейтинг лучших моделей печатающих периферийных устройств в различных номинациях. По версии этого интернет-ресурса, лучшими в 2017 году были названы следующие модели 3D-принтеров:

Original Prusa i3 MK2 производства чешской компании Prusa Research. Этот принтер предназначен для любителей электроники, являющихся новичками в вопросах 3D-печати, которые смогут самостоятельно собрать его из комплектующих, поскольку он продаётся в разобранном виде. Устройство относится к экструзионным моделям типа FDM, и поддерживает работу с 15 видами пластика, включая ABS и PLA, Carbon и Nylon, HIPS и FilaFlex, Bamboofill, Laybrick и другие. Эта модель в работе может использовать одновременно до 4 различных материалов. Она имеет интегрированную ось Z и нагревательный стол с печатной поверхностью из пластика типа PEI. Принтер такой модели имеет достаточно большую область печати размерами 250 x 210 x 200 мм, минимальную толщину укладываемого слоя пластика 0,05 мм и скорость печатания 40 - 60 мм в секунду.
Принтер модели Original Prusa i3 mk2 поддерживает 15 видов пластиков, и способен одновременно работать с 4 различными материалами
BCN3D Sigma R17 (Release 2017) . Эта модель 3D-принтера, выпущенная компанией из Испании BCN3D Technologies, является продолжением популярной во всём мире линейки устройств для трёхмерной печати Sigma. В новой модели применён независимый двойной экструдер, позволяющий избежать деформаций при смене цвета изделий, а также одновременно выполнять печать двух идентичных макетов. В модернизированном устройстве применена новая система охлаждения и обновлена технология микрочипов, управляющих мощностью. Всё это позволило сделать работу принтера более бесшумной. Sigma R17 имеет высокую точность печати от 0,125 мм и область построения макета размерами 297 х 210 х 210 мм. В работе применяется пластиковая нить из следующих полимеров ABS, PLA, HIPS, PET и Exotics, которые экструдер выдавливает с минимальной толщиной слоя 0,05 мм.
Устройство модели BCN3D Sigma R17 имеет сдвоенный независимый экструдер, позволяющий печатать одновременно два одинаковых изделия
Formlabs Form 2 - стереолитографический (SLA) 3D-принтер, выпускаемый американской компанией Formlabs, оснащённый мощным лазером, сенсорным дисплеем и Wi-Fi модулем. Устройство имеет область печати размером 145 x 145 x 175 мм и толщину слоя 0,025 - 0,1 мм. Этот принтер работает на жидких фотополимерах и допускает использование смол других производителей. Он оснащён платформой с подогревом и встроенной панелью управления.
3D-принтер Formlabs Form 2 оснащён мощным лазером, сенсорным дисплеем и модулем Wi-Fi. В работе устройства используется технология SLA, с применением фотополимерных смол
PowerSpec 3D Pro. Данная модель производится в Китае и относится к ценовой категории бюджетных 3D-принтеров. Его отличительными чертами являются прочность, высокая скорость печати и наличие в конструкции двойного экструдера, что является редкостью для недорогих моделей. 3D Pro поддерживает работу с тремя видами пластиков (PLA, ABS и PVA) и имеет высокую точность печати. Толщина укладываемого слоя 0,1 - 0,3 мм.
Модель принтера PowerSpec 3D Pro имеет высокую прочность и скорость печати. Она оснащена двойным экструдером, что достаточно необычно для бюджетного принтера
OrdBot Hadron. Этот принтер выпускает компания ORD Solutions из Канады. Модель представляет собой механическую платформу для 3D-печати, изготовленную из алюминия. Она имеет высокую жёсткость, надёжность и скорость печати (400 мм/с). Принцип её работы построен на технологии FDM. Устройство поддерживает работу с двумя видами пластиков - ABS и PLA, и имеет область печати размером 190 х 190 х 150 мм. В конструкции этого принтера предусмотрена возможность подключения второго экструдера, сервопривода, жидкокристаллического экрана и другого оборудования, что сможет существенно модернизировать устройство уже после его покупки.
Модель устройства для трёхмерной печати ORD Bot Hadron изготавливается из алюминия, и благодаря высокой жёсткости конструкции, имеет хорошую скорость печатания - 400 мм/с

Технологии трёхмерной 3D печати ещё только начинают завоёвывать компьютерный рынок, и стоимость принтеров для воплощения цифровой модели в материальный объект пока довольно высокая. Но за этими технологиями будущее, и наверняка 3D-принтеры в скором времени появятся в каждом доме, превратившись в обыденное дополнение к компьютеру. Уже сегодня многие модели стали доступными для людей со средним уровнем достатка, и широко используются не только в малом бизнесе, но и в быту. Пользуясь изложенными рекомендациями можно легко подобрать подходящий принтер для домашнего пользования или небольшого собственного бизнеса.