Чим друкує 3D принтер: технології 3D друку.

Найбільш частими питаннями, з якими до нас звертаються, є «як підключити 3д принтер» і «чим друкує 3d принтер». Якщо на перший можна знайти відповіді в докладних інструкціях і на форумах, то другий вимагає більш детального вивчення.

ABC-пластик

ABC-пластик відомий як акрилонітрилбутадіенстирол. Це один з найкращих витратних матеріалів для 3D-друку. Такий пластик не має запаху, не токсичний, ударопрочений і еластичний. Температура плавлення АВС-пластику становить від 240 ° С до 248 ° С. Він надходить у роздрібний продаж у вигляді порошку або тонких пластикових ниток, намотаних на бобіни.

3D моделі з АВС-пластику довговічні, але не переносять пряме сонячне світло. За допомогою такого пластику можна отримати тільки непрозорі моделі.

АВС-пластик для 3D друку

Чим друкує 3D принтер

Залежно від області застосування та призначення, пристрої для створення об'ємних моделей можуть використовуватися різні матеріали.

ABC-пластик

Наукова назва пластику - акрилонітрилбутадієнстирол. Він є одним з найкращих витратних матеріалів для об'ємного моделювання, оскільки має масу позитивних якостей - ударопроченість, еластичність і зносостійкість. Крім цього, ABC-пластик не токсичний і не має ніякого запаху. Придбати матеріал можна у вигляді котушок з тонкими нитками.

ВАЖЛИВО! З ABC-пластику можна створювати тільки одноколірні, щільні моделі. Вироби будуть довговічними і не втратять свого зовнішнього вигляду і якостей, якщо зберігати їх подалі від прямих сонячних променів.

Акріл

На відміну від ABC-пластику, за допомогою акрилу можна друкувати прозорі моделі. Температура його плавлення перевищує 240 градусів за Цельсієм, що необхідно врахувати, оскільки остигаючи, акрил дуже швидко твердіє.

ВАЖЛИВО! Зіпсувати зовнішній вигляд готового виробу можуть ті, що утворилися в акрилі бульбашки повітря.

Бетон

Для друку на аддитивних верстатах використовують нові сорти бетону, які практично ідентичні будівельним матеріалам з каменю. На сьогоднішній день створені лише пробні зразки. Величезні за розміром пристрої менш ніж за добу можуть надрукувати невеликий будинок.

Папір

Моделі з паперу, надруковані на 3D-принтерах, найчастіше використовують для створення прототипів комп'ютерних проектів. Самі по собі моделі не відрізняються міцністю і привабливим зовнішнім виглядом, але створюються з рекордною швидкістю. Пристрої, які використовують папір як витратний матеріал, створюють моделі шляхом наклеювання одного шару на інший.

ВАЖЛИВО! Папір є одним з найбільш доступних і поширених матеріалів для моделювання в домашніх умовах.

Гідрогель

М'який біосумісний з живими тканинами матеріал використовують у 3D моделюванні для створення різних транспортувальних пристроїв, які можуть доставити лікарські препарати вглиб людського організму.

Так вченими з США були створені роботи, чия висота не перевищувала 1 см. На їх поверхні були розміщені клітини серцевої тканини, які скорочуючись, приводила їх у рух. Планується, що такі роботи в майбутньому зможуть брати участь у діагностиці та лікуванні безлічі захворювань різної тяжкості.

Гіпс

Гіпсові матеріали 3D друку мають таке ж широке поширення як папір, акрил або пластик. Моделі, виготовлені з них, не відрізняються особливою довговічністю, але доступна собівартість повністю перекриває цю обставину. Гіпсові вироби використовуються для оформлення презентаційних проектів.

Дерев'яне волокно

Дерев'яне волокно є інноваційним матеріалом. Ідея створення належить відомому винахіднику Каю Парті. Волокно, що складається з синтетики та натурального дерева, за властивостями нагадує полілактид. Вироби з нього схожі на речі з натурального дуба або берези, але на відміну від них вони набагато міцніші і довговічніші.

ВАЖЛИВО! Сьогодні дерев'яне волокно використовують тільки в принтерах RepRap.

Лід

Також можна створювати надзвичайну красу крижаних фігур на 3D-принтерах. З 2006 року завдяки розробкам двох канадських вчених стало зрозуміло, що не тільки акрил і папір можуть використовуватися як витратні матеріали для об'ємного друку. Суміш з води і метилового ефіру при температурі нижче 22 градусів перетворюється на невеликі предмети, які, звичайно ж, не відрізняються особливою довговічністю і міцністю.

Металевий порошок

Завдяки використанню металевого порошку з'явилася можливість створювати вироби, що відрізняються високою міцністю - деталі і запчастини для техніки та електроніки, і навіть прикраси друкують з легких дорогоцінних металів і їх сплавів, таких як мідь, алюміній золото і срібло.

ВАЖЛИВО! Вироби, створені з такого порошку, самі по собі мають високу теплопровідність. Для її нейтралізації до нього додають керамічну крихту.

Нейлон

Нейлон часто застосовують в об'ємному моделюванні, оскільки деталі, створені з його допомогою, мають м'якість і еластичність.

ВАЖЛИВО! Нейлон має безліч недоліків, до яких входить токсичність.

Полікапролактон

Полікапролактон вважається одним з найбільш затребуваних витратних матеріалів для аддитивного моделювання. Він добре плавиться під впливом мінусових температур, швидко відтворює, біорозкладаємо і абсолютно нешкідливий.

Полікарбонат (PC)

Полікарбонатом називають пластик, який може зберігати свої характеристики і властивості під впливом різних температур. Використовується для створення надміцних моделей.

Полілактид (PLA)

Найбезпечнішим та екологічно чистим матеріалом визнано полілактид. Його створюють із силосу буряка і кукурудзи та біомаси. Серед недоліків полілактиду відзначають недовговічність і здатність розкладатися під впливом тепла і світла.

Поліпропілен (PP)

Найлегшою з нині відомих світу пластичних мас визнано поліпропілен. Він добре протистоїть стиранню, але гірше плавиться. Змінює форму на холоді, нестійкий до впливу кисню.

Поліфенілсульфон (PPSU)

Нагадуючи за зовнішнім виглядом звичайне скло поліфенілсульфон, перевершує поліпропілен за міцністю у багато разів. У 3D моделювання він прийшов з авіапромисловості і був визнаний кращим матеріалом для створення виробів з високою теплостійкістю і твердістю.

Поліетилен низького тиску (HDPE)

Поліетилен зустрічається в звичайному житті практично на кожному кроці. З нього роблять пластикову тару для напоїв, пакувальні плівки і ємності, ПВХ-труби тощо. У 3D друку він є лідером, оскільки може бути використаний в будь-якій з відомих технологій.

Шоколад

3D принтери, які «працюють на шоколаді», незабаром стануть обов'язковим атрибутом кожної кондитерської. З їх допомогою можна створювати фігурки з солодкого матеріалу будь-якої складності. Технологія їх створення полягає в послідовному нашаруванні одного шару шоколаду на інший, які швидко відображають на холоді.

Інші матеріали

У світі існує величезний вибір 3D принтерів, які використовують для роботи найнесподіваніші витратні матеріали. У їх число входять пристрої, що працюють на вапні, харчових продуктах і навіть живій органіці. Чи знайдуть вони широку популярність і чи стануть затребувані, покаже лише час.

Акріл

Акрил використовується у 3D-друку для створення прозорих моделей. При використанні акрилу необхідно враховувати такі особливості: для даного матеріалу потрібна більш висока температура плавлення, ніж для АВС-пластику, і він дуже швидко остигає і твердіє. У розігрітому акрилі з'являється безліч дрібних повітряних бульбашок, які можуть викликати візуальні спотворення готового виробу.

Вироби, надруковані з акрилу

Бетон

В даний час виготовлені пробні зразки 3D принтерів для друку бетоном. Це величезні друкуючі пристрої, які копітко, шар за шаром, «друкують» з бетону будівельні деталі та конструкції. Такий 3D принтер може всього лише за 20 годин «надрукувати» житловий двоповерховий будинок загальною площею 230 м2.

Для 3D друку використовується вдосконалений сорт бетону, формула якого на 95% збігається з формулою звичайного бетону.

Вироби, надруковані бетоном

Гідрогель

Вчені з іллінойського Університету (США) надрукували за допомогою 3D принтера і гідрогелю біороботів довжиною 5-10 мм. На поверхню біороботів помістили клітини серцевої тканини, які поширилися по гідрогелю і почали скорочуватися, приводячи в рух робота. Такі роботи з гідрогелю здатні пересуватися зі швидкістю 236 мікрометрів на секунду. У майбутньому вони будуть запускатися в організм людини для виявлення і нейтралізації пухлин і токсинів, а також для транспортування лікарських препаратів до місця призначення.

Біороботи з гідрогелю, надруковані 3D принтером

Папір

У деяких 3D принтерах як матеріал для друку використовується звичайний папір формату А4. Оскільки папір - це доступний і недорогий матеріал, то і паперові моделі виходять недорогими і доступними для користувачів. Такі моделі друкуються післяйно, причому кожен наступний шар паперу вирізається принтером і наклеюється на попередній. Моделі з паперу друкуються швидко, але не можуть похвалитися міцністю або естетичністю. Вони ідеально підійдуть для швидкого прототипування комп'ютерного проекту.

3D моделі, надруковані з паперу

Гіпс

У сучасній 3D друку широко застосовуються гіпсові матеріали. Моделі, виготовлені з гіпсу, недовговічні, але мають дуже низьку собівартість. Такі моделі ідеально підходять для виготовлення об'єктів, призначених для презентацій. Їх можна показувати як зразок замовникам і клієнтам, вони відмінно передадуть форму, структуру і розмір оригінального виробу. Оскільки гіпсові моделі відрізняються високою термостійкістю, їх використовують як зразки для лиття.

3D модель, надрукована з гіпсу

Дерев'яне волокно

Винахідник Кай Парті розробив спеціальне дерев'яне волокно для 3D друку. Волокно складається з дерева і полімеру і за своїми властивостями схоже на поліактид (PLA). Комбінований матеріал дозволяє отримати довговічні і тверді моделі, які зовні виглядають як дерев'яні вироби і мають запах свіжоспиляного дерева. В даний час інноваційний матеріал використовується тільки в самореплікуються принтерах RepRap.

3D модель, надрукована дерев'яним волокном

Вибір вигляду 3D- друку за витратним матеріалом

Матеріали для 3D-друку зазвичай бувають у формі нитки, порошку або смоли (рідкий фотополімер). Полімери (пластмаси) і метали - це дві основні групи матеріалів для 3D друку. Також доступні інші матеріали (наприклад, кераміка або композити). Полімери можуть бути розбиті на термопласти і термореактивні матеріали.

• 3D принтери FDM/FFF для друку пластиком
• 3D принтери для 3D-друку рідкими фотополімерами
• 3D принтери по металу

Якщо необхідний матеріал вже відомий, вибір технології 3D друку відносно простий, оскільки всього кілька аддитивних технологій виробляють деталі з одних і тих же матеріалів. У цих випадках процес вибору зазвичай зводиться до порівняння витрат і фізичних властивостей.

Металевий порошок

Жоден пластик не зможе замінити метал з його приємним м'яким блиском і високою міцністю. Тому в 3D друку дуже часто використовується порошок з легких і дорогоцінних металів: міді, алюмінію, їхніх сплавів, а також золота і срібла. Однак металеві моделі не володіють достатньою хімічною стійкістю і мають високу теплопровідність, тому в металевий порошок для друку додають скловолоконні і керамічні вкраплення.

Прикраси з металевого порошку, надруковані 3D принтером

Нейлон

Друк нейлоном має багато спільного з печаткою АВС-пластиком. Винятками є більш висока температура друку (близько 320 ° С), висока здатність вбирати воду, більш тривалий період застигання, необхідність відкачування повітря з екструдера через токсичність компонентів нейлону. Нейлон - це досить слизький матеріал, для його застосування слід оснастити екструдер шипами. Незважаючи на перелічені недоліки, нейлон з успіхом використовують у 3D-друку, оскільки деталі з даного матеріалу виходять не такими жорсткими, як з АВС-пластику, і для них можна використовувати шарніри ковзання.

Нейлонова нитка для 3D-друку

Вироби з нейлона, надруковані 3D-принтером

Полікапролактон (PCL)

Полікапролактон близький за властивостями до біорозкладаних поліефірів. Це один з найпопулярніших витратних матеріалів для 3D-друку. Він має низьку температуру плавлення, швидко ствердіває, забезпечує прекрасні механічні властивості готових виробів, легко розкладається в людському організмі і нешкідливий для людини. Крім того, він може застосовуватися відразу в декількох технологіях 3D друку: SLS, ZCorp и FDM.

Полікапролактон для 3D принтера

Нестандартні матеріали для друку

Безумовно, є і спеціалізовані вироби, для виробництва яких існують інші технології. Можливості 3D принтерів практично безмежні - з їх і допомогою можна прототипувати навіть біологічні тканини, але це дуже високі і дорогі технології. Можливо, вас здивує, з яким матеріалом працюють професіонали, але перелік більш ніж великий і включає:

• акрил;
• бетон;
• гідрогель;
• папір;
• гіпс;
• дерев'яне волокно;
• лід;
• шоколад;
• нейлон тощо.

Полілактид (PLA)

Полілактид - це найбільш біологічно сумісний і екологічно чистий матеріал для 3D принтерів. Він виготовляється із залишків біомаси, силосу цукрових буряків або кукурудзи. Маючи масу позитивних властивостей, полілактид має два суттєвих недоліки. По-перше, виготовлені з нього моделі недовговічні і поступово розкладаються під дією тепла і світла. По-друге, вартість виробництва півілактида дуже висока, а значить і вартість моделей буде значно вище аналогічних моделей, виготовлених з інших матеріалів. Використовується в технологіях 3D друку: SLS и FDM.

Полілактидна нитка та вироби, надруковані полілактидом на 3D принтері

Застосування інших матеріалів до 3D-друку:

Інші матеріали теж можуть бути використані в 3Д друку, але вони не так широко застосовуються, зважаючи на їх обмежену специфіку. Ці матеріали включають в себе кераміку і пісок.

Примітка:

Через специфіку аддитивного виробництва, деталі виготовлені за допомогою 3D-друку, матимуть анізотропні механічні властивості, а це означає, що вони будуть слабшими в напрямку осі Z. Для функціональних частин механізмів, цю характеристику слід враховувати при проектуванні моделі.

На ранніх етапах важливо визначити, чи повинна деталь бути функціональною, чи їй достатньо мати хороші візуальні характеристики. Це дуже допоможе у виборі найбільш відповідного процесу