Как работи 3D принтер?

3D принтерът изгражда физически обекти, като добавя материал слой по слой от дигитални дизайни. Тези машини са се превърнали в ценни инструменти в много области - инженерите ги използват за създаване на прототипи, лекарите създават медицински устройства, а любителите изработват персонализирани части у дома. Принтерът работи с различни материали, главно пластмаси, но също и специални композити, следвайки точни цифрови инструкции, за да постави всеки слой на точното място. Технологията прави практично производството на сложни форми и персонализирани еднократни изделия, които биха били трудни за изработка по друг начин.

Основни компоненти на 3D принтер

3D принтер се нуждае от пет основни части, за да работи правилно. Всеки компонент играе специфична роля в превръщането на дигиталните дизайни във физически обекти.

Печатаща глава и екструдер

Печатащата глава държи екструдера, който разтопява и поставя печатния материал. Той нагрява пластмасовия филамент и го избутва през малка дюза. Размерът на дюзата влияе върху това колко детайлни ще бъдат вашите разпечатки.

Изграждане на платформа

Платформата за печат (площадката за печат) е равната повърхност, върху която се отпечатват обекти. Тя трябва да е нивелирана, за да се залепят правилно разпечатките. Много принтери имат отопляеми платформи, за да се предотврати изкривяването на пластмасата при охлаждане.

Система за движение

Принтерът използва мотори, за да се движи в три посоки:

• Ляво/дясно (ос X)
• Напред/назад (ос Y)
• Нагоре/надолу (ос Z)

Тези двигатели се движат на много малки стъпки, за да поставят материала точно.

Контролен блок

Управляващият блок управлява процеса на печат. Повечето принтери имат екран, който показва:

• Каква част от печата е направена
• Температура
• Настройки на материала
• Всякакви проблеми

Система за подаване на филаменти

Тази система премества печатния материал от макарата към екструдера. Тя включва:

• Зъбно колело, което избутва нишката
• Тръби, които насочват материала
• Части, които поддържат правилното напрежение
• Сензор, който проверява дали материалът свършва

Тези компоненти трябва да работят безпроблемно заедно за успешен печат. Редовна поддръжка всяка част помага за предотвратяване на проблеми с печата и осигурява добро качество на печат.

Как работи 3D принтер?

3D принтерът работи като много прецизен автоматизиран пистолет за горещо лепило. Той разтопява пластмасовия материал и го полага слой по слой, следвайки дигитален план, докато крайният обект е завършен. Целият процес се състои от три основни стъпки.

Подготовка на дигитален модел

Започвате с 3D моделен файл - вашият план за печат. Създайте такъв с помощта на CAD софтуер или изтеглете предварително направени модели от сайтове като Thingiverse. Моделът се обработва чрез софтуер за нарязване, който го нарязва на тънки слоеве и създава инструкции, които принтерът може да следва. Софтуерът ви позволява да регулирате важни настройки като скорост на печат, температура и колко твърда трябва да бъде вътрешността на обекта.

Настройка на принтера

Принтерът се нуждае от внимателна настройка за добри резултати. Заредете избрания от вас пластмасова нишка през подаващото устройство в горещата дюза. Печатащото легло трябва да е идеално нивелирано - можете да регулирате малки винтове под леглото, за да го направите правилно. Задайте правилните температури: обикновено 180-220°C за дюзата и 50-60°C за леглото, в зависимост от вида на материала.

Процесът на печат

Принтерът започва с много бавно полагане на първия слой, за да уверете се, че залепва добреСлед това се нанася всеки слой, обикновено с дебелина 0,1-0,3 мм. Вътре в обекта принтерът създава модел, подобен на пчелна пита, за здравина, като същевременно пести пластмаса. За всички части, които висят във въздуха (като ръцете на фигура), принтерът добавя подвижни опори.Дюзата се движи прецизно в три посоки: ляво-дясно, напред-назад и нагоре-надолу, поставяйки разтопената пластмаса точно там, където е необходимо.

Качеството на печат зависи силно от правилната настройка и настройки. Малките обекти може да отнемат 30 минути, докато големите или детайлни разпечатки могат да се печатат в продължение на много часове.

Какви материали могат да използват 3D принтерите?

3D принтерите могат да работят с много различни материали, но пластмасата остава най-често срещаният избор. Всеки материал има специфични свойства, които го правят подходящ за различни приложения.

Основни пластмасови материали

PLA филамент е най-лесният материал за печат. Изработен е от царевично нишесте, печата при по-ниски температури и е подходящ за декоративни елементи и основни части. ABS е по-здрав и се справя по-добре с топлината - това е същата пластмаса, използвана в тухличките LEGO. PETG съчетава лесен печат с добра здравина и е безопасен за контейнери за храна. Тези основни материали струват около $20-30 на килограм.

Специални материали

Някои материали имат уникални свойства. TPU е гъвкав като гума, идеален за калъфи за телефони или стелки за обувки. Найлонът е изключително здрав и издръжлив, подходящ за механични части. Филаментите, пълни с дървесен пълнеж, съдържат истински дървесни частици и могат да изглеждат като истинско дърво. Съществуват и материали, пълни с метал, но те изискват специални принтери.

Избор на правилния материал

Изберете материала си въз основа на това, което ще правите:

• За играчки и експонатиPLA
• За външни или автомобилни частиABS или PETG
• За гъвкави артикулиТПУ
• За силни инструментиНайлон
• За декоративни елементиС дървен или метален пълнеж

Разнообразието от налични материали продължава да расте с напредването на технологията за 3D печат. За начинаещи се препоръчва да започнат с основен PLA, а след това да опитат други материали, когато натрупат опит.

Какво влияе върху качеството на 3D печат?

Няколко ключови фактора определят дали вашият печат ще се получи гладък и точен или груб и деформиран. Правилното регулиране на тези настройки води до по-добри резултати при печат.

Разделителна способност и височина на слоя

Височината на слоя контролира колко детайлен ще бъде вашият отпечатък. По-тънките слоеве (0,1 мм) осигуряват по-гладки повърхности, но отнемат повече време за печат. По-дебелите слоеве (0,3 мм) се печатат по-бързо, но показват видими линии. Размерът на дюзата също има значение - дюза с диаметър 0,4 мм е подходяща за повечето отпечатъци, докато дюзите с диаметър 0,2 мм правят възможни по-фини детайли.

Скорост на печат

По-бързото не винаги е по-добро. При твърде бърз печат, слоевете може да не се свържат добре, детайлите могат да се развалят и принтерът може да пропусне стъпки, което води до изместване на слоевете. Сложните части се нуждаят от по-ниски скорости около 30-50 мм/сек за най-добри резултати. Простите части могат да се печатат по-бързо с 60-80 мм/сек, но внимавайте за проблеми с качеството.

Настройки на температурата

Всеки материал изисква специфични температури. Твърде горещият печат причинява натрупване на нишки и петна, докато твърде студеният печат води до лошо свързване на слоевете. PLA обикновено печата при 190-210°C, ABS при... 230-250°C, и PETG при 220-245°C. Температурата на печатащото легло също има значение - тя помага на първия слой да залепне и предотвратява изкривяването му, докато обектът се охлажда.

Охлаждане и въздушен поток

Правилното охлаждане помага на пластмасата да се втвърди бързо след напускане на дюзата. Повечето принтери имат малки вентилатори близо до дюзата. Доброто охлаждане предотвратява увиснали надвеси и разхвърляни мостове, където пластмасата пресича празнини. Някои материали като ABS се нуждаят от по-малко охлаждане, за да се предотврати изкривяване, докато PLA се нуждае от повече охлаждане за отчетливи детайли.

Калибриране на принтера

Редовното калибриране поддържа вашия принтер точен. Проверявайте често нивото на леглото - това е от решаващо значение за залепването на първия слой. Поддържайте ремъците правилно опънати, за да предотвратите изместване на слоевете.Регулирайте стъпките на екструдера, за да осигурите правилното количество пластмасов поток. Проверете диаметъра на нишката, тъй като той влияе върху количеството материал, което ще бъде отпечатано. Дори малки грешки в калибрирането може да съсипе отпечатъците.

Какви са ограниченията на 3D печата?

Въпреки своята гъвкавост, 3D печатът има няколко практически ограничения, които влияят върху това, което можете да направите, и колко струва. Тези ограничения помагат да се определи дали 3D печатът е правилният избор за вашия проект.

Ограничения за обем на изграждане

Повечето домашни 3D принтери имат ограничена площ за печат, обикновено около 200 мм x 200 мм x 200 мм. По-големите обекти трябва да се отпечатват на части и да се сглобяват. Съществуват и по-големи принтери, но струват много повече и заемат повече място. Много малки детайли под 0,5 мм може да не се отпечатат добре поради ограниченията в размера на дюзите.

Дълги срокове за производство

3D печатът не е бърз процес. Един обикновен калъф за телефон може да отнеме 2-3 часа, докато сложни обекти могат да се печатат в продължение на дни. Височината на слоя влияе значително върху времето за печат - намаляването наполовина на височината на слоя удвоява времето за печат. Печатът на няколко елемента едновременно спестява време, но ако една част се повреди, всички части може да бъдат засегнати.

Високи разходи за оборудване и материали

Първоначалната цена на основен принтер варира от 200 до 1000 долара. Цената на материалите се натрупва - докато килограм основен филамент струва 20-30 долара, специализираните материали могат да струват много повече. Неуспешните разпечатки губят както време, така и материали. Консумацията на електроенергия е минимална, но принтерите се нуждаят от поддръжка и от време на време подмяна на части.

Якост на материала и ограничения за избор

Не всеки материал може да бъде отпечатан на 3D принтер. Повечето домашни принтери работят само с термопласти. Печатът с метал изисква скъпо специализирано оборудване. Отпечатаните части обикновено са по-слаби от тези, отлети чрез шприцване, особено в определени посоки. Цветовете са ограничени до това, което е налично под формата на филамент, а многоцветният печат изисква специално оборудване или ръчна смяна на филамента.

Създайте персонализирани обекти с 3D печат!

3D печатът ви позволява да създавате персонализирани обекти у дома. Въпреки че има ограничения по отношение на размера и скоростта, той е чудесен за създаване на уникални предмети и прототипи. Процесът е лесен: проектирайте обекта си, подгответе принтера си и го гледайте как изгражда слой по слой. Започването с основни материали като PLA и прости проекти ви помага да научите процеса. С нарастването на уменията ви можете да се справяте с по-сложни отпечатъци с различни материали.