Kuidas töötab 3D -printer ?
Table of Contents
3D-printer ehitab füüsilisi objekte, lisades digitaalsetest disainidest kiht-kihilt materjali. Nendest masinatest on saanud väärtuslikud tööriistad paljudes valdkondades – insenerid kasutavad neid prototüüpide valmistamiseks, arstid loovad meditsiiniseadmeid ja harrastajad valmistavad kodus kohandatud osi. Printer töötab erinevate materjalidega, peamiselt plastiga, aga ka spetsiaalsete komposiitidega, järgides täpseid digitaalseid juhiseid, et asetada iga kiht täpselt õigesse kohta. Tehnoloogia muudab otstarbekaks keerukate kujundite ja kohandatud ühekordsete esemete valmistamise, mida oleks raske muul viisil valmistada.
3D-printeri põhikomponendid
3D-printer vajab korralikult töötamiseks viit põhiosa. Iga komponent mängib erilist rolli digitaalse disaini muutmisel füüsilisteks objektideks.
Prindipea ja ekstruuder
Prindipea hoiab ekstruuderit, mis sulatab ja asetab trükimaterjali. See soojendab plastist hõõgniiti ja surub selle läbi väikese otsiku. Düüsi suurus mõjutab teie väljatrükkide detailsust.
Ehitage platvorm
Ehitusplatvorm (prindialus) on tasane pind, kuhu objektid prinditakse. See peab olema tasane, et väljatrükid korralikult kleepuks. Paljudel printeritel on soojendusega voodid, et vältida plasti jahtumisel kõverdumist.
Liikumissüsteem
Printer kasutab mootoreid, et liikuda kolmes suunas:
- Vasak/parem (X-telg)
- Edasi/tagasi (Y-telg)
- Üles/alla (Z-telg)
Need mootorid liiguvad materjali täpseks paigutamiseks väga väikeste sammudena.
Juhtseade
Trükiprotsessi juhib juhtplokk. Enamikul printeritel on ekraan, mis näitab:
- Kui suur osa trükist on tehtud
- Temperatuur
- Materjali seadistused
- Kõik probleemid
Filamentide söötmissüsteem
See süsteem liigutab trükimaterjali poolilt ekstruuderisse. See sisaldab:
- Hammasratas, mis lükkab hõõgniidi
- Torud, mis juhivad materjali
- Osad, mis hoiavad õiget pinget
- Andur, mis kontrollib, kas materjal saab otsa
Edukaks printimiseks peavad need komponendid sujuvalt koos töötama. Regulaarne hooldus iga osa aitab vältida printimisprobleeme ja tagab hea prindikvaliteeti.
Kuidas 3D-printer töötab?
3D-printer töötab nagu väga täpne automatiseeritud kuumliimipüstol. See sulatab plastmaterjali ja asetab selle kiht-kihi haaval, järgides digitaalset kavandit, kuni lõplik objekt on valmis. Kogu protsess koosneb kolmest peamisest etapist.
Digitaalse mudeli ettevalmistamine
Alustate 3D-mudeli failist – teie printimise plaanist. Looge see CAD-tarkvara abil või laadige alla valmismudelid sellistest saitidelt nagu Thingiverse. Mudelit töödeldakse viilutamistarkvara abil, mis lõikab selle õhukesteks kihtideks ja loob juhised, mida printer saab järgida. Tarkvara võimaldab teil reguleerida olulisi sätteid, nagu printimiskiirus, temperatuur ja objekti sisemuse tugevus.
Printeri häälestus
Heade tulemuste saavutamiseks vajab printer hoolikat seadistamist. Laadige valitud plastist hõõgniit läbi sööturi kuuma otsikusse. Trükialus peab olema täiesti tasane – selle õigeks saamiseks saate voodi all olevaid väikseid kruvisid reguleerida. Seadke õiged temperatuurid: tavaliselt 180-220°C otsiku ja 50-60°C voodi jaoks, olenevalt materjali tüübist.
Trükiprotsess
Printer alustab esimese kihi väga aeglaselt panemisega veenduge, et see kleepuks hästi. Seejärel moodustab see iga kihi, tavaliselt 0,1–0,3 mm paksune. Printer loob objekti sees kärjekujulise mustri tugevuse tagamiseks, säästes samas plastikut.Kõigile õhus rippuvatele osadele (nt figuuri käed) lisab printer eemaldatavad toed. Otsik liigub täpselt kolmes suunas: vasakule-paremale, edasi-tagasi ja üles-alla, asetades sulanud plastiku täpselt sinna, kuhu vaja.
Prindikvaliteet sõltub suuresti õigest seadistusest ja sätetest. Väikeste objektide jaoks võib kuluda 30 minutit, samas kui suuri või üksikasjalikke väljatrükke võib kesta mitu tundi.
Milliseid materjale saavad 3D-printerid kasutada?
3D-printerid saavad töötada palju erinevaid materjale, kuid plast on endiselt kõige levinum valik. Igal materjalil on spetsiifilised omadused, mis muudavad selle sobivaks erinevaks kasutuseks.
Põhilised plastmaterjalid
PLA hõõgniit on kõige lihtsam materjal printimiseks. See on valmistatud maisitärklisest, prindib madalamatel temperatuuridel ning sobib hästi dekoratiivesemete ja põhiosade jaoks. ABS on sitkem ja talub paremini kuumust – see on sama plastik, mida kasutatakse LEGO klotsides. PETG ühendab endas lihtsa printimise hea tugevusega ning on toidukonteinerite jaoks ohutu. Need põhimaterjalid maksavad umbes 20-30 dollarit kilogrammi kohta.
Spetsiaalsed materjalid
Mõnel materjalil on ainulaadsed omadused. TPU on elastne nagu kumm, sobib ideaalselt telefoniümbriste või kingade sisetaldade jaoks. Nailon on äärmiselt tugev ja vastupidav, sobib hästi mehaaniliste osade jaoks. Puiduga täidetud niidid sisaldavad ehtsaid puiduosakesi ja võivad välja näha nagu päris puit. Ka metalliga täidetud materjalid on olemas, kuid need vajavad spetsiaalseid printereid.
Õige materjali valimine
Valige materjal selle põhjal, mida teete:
- Mänguasjade ja eksponaatide jaoks: PLA
- Välistingimustes või autoosade jaoks: ABS või PETG
- Paindlike esemete jaoks: TPU
- Tugevate tööriistade jaoks: Nailon
- Dekoratiivesemete jaoks: Puidust või metalliga täidetud
Saadaolevate materjalide valik kasvab 3D-printimise tehnoloogia arenedes. Algajatele on soovitatav alustada põhilise PLA-ga, seejärel proovida kogemusi omandades muid materjale.
Mis mõjutab 3D-printimise kvaliteeti?
Mitmed peamised tegurid määravad, kas teie väljatrükk on sujuv ja täpne või kare ja vale. Nende sätete õige reguleerimine tagab paremad prinditulemused.
Eraldusvõime ja kihi kõrgus
Kihi kõrgus määrab, kui üksikasjalik on teie väljatrükk. Õhemad kihid (0,1 mm) annavad siledamad pinnad, kuid printimiseks kulub kauem aega. Paksemad kihid (0,3 mm) prindivad kiiremini, kuid näitavad nähtavaid jooni. Oluline on ka düüsi suurus – 0,4 mm otsik sobib hästi enamiku väljatrükkide jaoks, samas kui 0,2 mm düüsid võimaldavad peenemaid detaile.
Printimiskiirus
Kiirem ei ole alati parem. Liiga kiiresti printimisel ei pruugi kihid hästi kleepuda, üksikasjad võivad muutuda segaseks ja printer võib samme vahele jätta, põhjustades kihtide nihkumist. Komplekssed osad vajavad parimate tulemuste saavutamiseks aeglasemat kiirust umbes 30–50 mm/s. Lihtsad osad võivad printida kiiremini 60–80 mm/s, kuid jälgige kvaliteediprobleeme.
Temperatuuri seaded
Iga materjal vajab teatud temperatuuri. Liiga kuumalt printimine põhjustab stringe ja laike, samas kui liiga külm printimine põhjustab kihtide kehva sidumise. PLA prindib tavaliselt temperatuuril 190–210 °C, ABS temperatuuril 230-250 °Cja PETG 220-245 °C juures. Tähtis on ka prindialuse temperatuur – see aitab esimesel kihil kinni jääda ja hoiab ära kõverdumise objekti jahtumisel.
Jahutus ja õhuvool
Õige jahutamine aitab plastikul pärast otsikust väljumist kiiresti tahkuda. Enamikul printeritel on düüsi lähedal väikesed ventilaatorid. Hea jahutus hoiab ära rippuvad üleulatuvad osad ja räpased sillad, kus plastik ulatub vahedesse. Mõned materjalid, nagu ABS, vajavad väände vältimiseks vähem jahutust, samas kui PLA vajab teravate detailide jaoks rohkem jahutust.
Printeri kalibreerimine
Regulaarne kalibreerimine hoiab teie printeri täpsena.Kontrollige sageli voodi taset – see on esimese kihi nakkumiseks ülioluline. Hoidke rihmad korralikult pingutatud, et vältida kihtide nihkumist. Reguleerige ekstruuderi astmeid, et tagada õige kogus plasti voolamist. Kontrollige hõõgniidi läbimõõtu, kuna see mõjutab prinditava materjali hulka. Isegi väikesed kalibreerimisvead võib väljatrükke rikkuda.
Millised on 3D-printimise piirangud?
Vaatamata mitmekülgsusele on 3D-printimisel mitmeid praktilisi piiranguid, mis mõjutavad seda, mida saate teha ja kui palju see maksab. Need piirangud aitavad kindlaks teha, kas 3D-printimine on teie projekti jaoks õige valik.
Ehituse helitugevuse piirangud
Enamik koduseid 3D-printereid on piiratud ehitusalaga, tavaliselt umbes 200 mm x 200 mm x 200 mm. Suuremad esemed tuleb trükkida tükkidena ja kokku panna. Suuremad printerid on olemas, kuid maksavad palju rohkem ja võtavad rohkem ruumi. Väga väikesed alla 0,5 mm detailid ei pruugi düüside suuruse piirangute tõttu hästi printida.
Pikad tootmisajad
3D-printimine ei ole kiire protsess. Lihtsa telefoniümbrise jaoks võib kuluda 2–3 tundi, keerukate objektide puhul võib printida päevi. Kihi kõrgus mõjutab oluliselt trükiaega – kihi kõrguse poole võrra vähendamine kahekordistab printimisaega. Mitme üksuse korraga printimine säästab aega, kuid kui üks osa ebaõnnestub, võib see mõjutada kõiki osi.
Suured varustus- ja materjalikulud
Põhiprinteri esialgne maksumus jääb vahemikku 200–1000 dollarit. Materjalikulud lisanduvad – kui kilogramm põhihõõgniidi maksab 20–30 dollarit, siis erimaterjalid võivad maksta palju rohkem. Ebaõnnestunud prindid raiskavad nii aega kui ka materjali. Elektrikulu on minimaalne, kuid printerid vajavad hooldust ja aeg-ajalt varuosi.
Materjali tugevuse ja valiku piirangud
Mitte iga materjali ei saa 3D-printida. Enamik koduprintereid töötab ainult termoplastidega. Metalli trükkimine nõuab kalleid spetsiaalseid seadmeid. Prinditud osad on üldiselt nõrgemad kui survevalu, eriti teatud suundades. Värvid on piiratud hõõgniidi kujul saadaolevaga ja mitmevärviliseks printimiseks on vaja erivarustust või hõõgniidi käsitsi vahetamist.
Looge 3D-printimisega kohandatud objekte!
3D-printimine võimaldab teil teha kohandatud objekte otse kodus. Kuigi selle suurus ja kiirus on piiratud, sobib see suurepäraselt ainulaadsete esemete ja prototüüpide loomiseks. Protsess on lihtne: kujundage oma objekt, valmistage ette printer ja jälgige, kuidas see kiht-kihilt ehitab. Põhimaterjalidest, nagu PLA ja lihtsatest projektidest alustamine aitab teil protsessi õppida. Kui teie oskused kasvavad, saate tegeleda keerukamate erinevate materjalidega printidega.