По какому принципу работает 3D-принтер? Откуда он находит материалы для создания вещей?

Андрей Осипов

работник игровой индустрии

Стоп, вы же не думаете, что он создает предметы из воздуха?

Есть разные виды таких принтеров в зависимости от применяемых технологий и материалов.

Во-первых, лазерная стереолитография. Здесь в качестве исходного материала для прототипирования используется фотополимер в жидком агрегатном состоянии. Лазерный луч формирует на поверхности жидкости образ слоя будущего объекта. Затем погружается внутрь фотополимера на один слой. Соприкасаясь с лазерным лучом, исходный материал затвердевает. А лазер компонует следующий слой и продолжает свое погружение.

Во-вторых, селективное лазерное спекание. Формирование новой модели происходит из любого порошкообразного материала, подверженного плавлению под воздействием лазерного луча (металл, пластик и тому подобное). На печатную платформу распыляется равномерный слой исходного порошка, который превращается в спекшийся твердый материал с помощью лазерного излучения. Далее подвижное основание уходит вниз на толщину одного слоя, и операция повторяется вновь – нанесение порошка, спекание, опускание основы. Сам процесс плавления протекает в среде без кислорода, что позволяет избежать окисления полученного изделия.

В-третьих, электронно-лучевая плавка. Это технология, являющаяся модификацией предыдущей. Позволяет получать прототипы из металлического порошка за счет его послойного плавления. Плавка расходного материала происходит в вакууме с помощью электронного луча. Модели, «напечатанные» по такой технологии, получаются более прочными и долговечными.

В-четвертых, моделирование методом наплавления. В данной технологии прототип создается также из любого плавкого материала (воск, пластик, металл и так далее). Расходник предварительно поступает в специальную экструзионную головку, в которой материал плавится и в виде тонкой проволоки выдавливается на холодную рабочую плоскость. Большая разница температур способствует быстрому застыванию слоя нового объекта. После полного затвердевания первого контура головка наносит на платформу следующий слой.

В-пятых, изготовление объектов с использованием ламинирования. В этой технологии модель изготавливается из тонких слоев полимерной пленки. Предварительно каждый слой будущего изделия вырезается из рабочего материала лазером или механическим резаком. Готовые формы слоев размещаются в установленном порядке и склеиваются. Послойное соединение может происходить разными способами – при помощи местного нагрева, спрессовкой под давлением или обычным химическим склеиванием.

В-шестых, полиструйная технология. Принцип работы этих 3D-принтеров похож на стереолитографию (SLA), так как модель создается из фоточувствительной смолы. Полимерная смола предварительно расплавляется и поступает в струйную головку. Головка, перемещаясь вдоль горизонтальной оси, напыляет расплавленную смолу на рабочую плоскость. Толщина такого слоя составляет всего 16 микрон, что в пять раз меньше, чем толщина слоя при стереолитографии. Следующие за головкой УФ-лампы ускоряют затвердевание полимера. Особо сложные модели печатаются с добавлением материала поддержки в виде геля, который удаляется после окончания работы при помощи обычной воды.

Потом, моделирование методом напыления с последующим фрезерованием слоя. В этой технологии 3D-печати также используется два вида материалов – модельный и материал поддержки. Печатающая головка одновременно распыляет оба типа «расходников». Затем специальная фрезеровальная головка производит охлаждение распыленного слоя и его механическую обработку. Технология DODJet позволяет строить высокоточные модели с абсолютно гладкой поверхностью. Так как распыление рабочего слоя происходит за счет механически движущейся головки, то скорость изготовления прототипа во многом зависит от сложности печатной модели.

Наконец, контурное изготовление. Это строительная технология, и ее используют не 3D-принтеры. Устройство для печати похоже на козловой кран, у которого вместо многотонного крюка находится распыляющая бетонную смесь головка со встроенными пневматическими формирователями поверхностей. Мгновенно застывающий бетонный раствор слой за слоем наносится на основу дома. Стены вместе с проемами, вентиляционными отверстиями, дымоходами в прямом смысле этого слова растут на глазах. На возведение полой «коробки» одного коттеджа площадью 100 метров квадратных уходит примерно восемь часов непрерывной работы.