Як вибрати 3D принтер

3D-принтер – периферійний пристрій для друку тривимірних фігур по цифровій 3D-моделі. Друк виконується шляхом пошарового формування об'ємного фізичного об'єкта.

Сфери застосування 3D-друку:

• виготовлення дрібних предметів для побутових потреб;
• дрібносерійне виробництво;
• створення навчальних моделей і посібників;
• створення дизайнерських макетів і прототипів майбутніх товарів;
• будівництво споруд;
• виробництво медичних імплантатів;
• створення одягу та взуття, ювелірних виробів, творів сучасного мистецтва і багато чого іншого.

3D-принтер складається з наступних компонентів:

• корпус;
• екструдер – друкуюча головка;
• привід екструдера;
• друкарська платформа – поверхню, на якій виконується друк об'єкта;
• модуль управління;
• блок живлення.

Важливо: при виборі 3D-принтера зверніть увагу на системні вимоги до вашого комп'ютера (частота процесора, оперативна пам'ять, відеокарта з певним обсягом пам'яті). В іншому випадку можлива некоректна робота ПК з програмами 3D-принтера.

Також враховуйте сумісність 3D-принтера з версією ОС вашого комп'ютера – Windows, macOS, Linux.

Поради щодо експлуатації

• Використовуйте 3D-принтер в добре провітрюваному приміщенні. Бажано якомога менше перебувати поруч з пристроєм, що працює.
• Купуйте витратні матеріали у постачальників з гарною репутацією. Неякісний матеріал небезпечний для здоров'я.
• Неухильно дотримуйтесь правил техніки безпеки при використанні 3D-принтера.

• 3D-принтер своїми руками
• 3D сканер
• 3D ручка

3D-сканер

ЗD-сканер – периферійний пристрій для створення цифрової 3D-моделі шляхом аналізу фізичного об'єкта. ЗD-сканер виробляє дію, зворотню 3D-друку на принтері. У таких пристроях використовується лазерне або оптичне сканування. Перший використовується для обробки статичних об'єктів, другий розрахований на сканування рухомих об'єктів.

Тип

Контактні – безпосередньо стикаються з тривимірним об'єктом при скануванні.

Переваги:

• висока деталізація;
• незалежність від освітлення;
• можливість сканування призматичної частини фізичного об'єкта.

Недоліки:

• повільний процес сканування;
• ймовірність нанесення шкоди тендітним об'єктам.

Безконтактні – сканують об'єкт без фізичного контакту з ним. Бувають пасивними та активними.

Переваги:

• економічність;
• підтримка використання поза приміщенням.

Недолік – залежність від освітлення.

Точність сканування

10-30 мкм – високоточні прилади, які дають максимально точні 3D-моделі. Сфера використання – сканування невеликих об'єктів з високою деталізацією (ювелірні вироби, деталі пристроїв).

30-100 мкм – прилади загального призначення, придатні для вирішення більшості завдань. Сфера використання – сканування об'єктів середнього розміру (побутові предмети, одяг, взуття).

Нижче 100 мкм – прилади, які підходять для створення 3D-моделей, які не вимагають високої точності. Сфера використання – сканування великих об'єктів (архітектура, ландшафт, комунікації, великий транспорт).

3D-ручка

3D-ручка – інструмент для малювання тривимірної фігури. Застосовується для створення біжутерії, браслетів, чохлів, підставок, макетів.

Тип

«Гарячі» – мініатюрна версія FDM-принтера. Матеріал – пластик (ABS і PLA).

Переваги:

• великий модельний ряд;
• зручне управління;
• порівняно невисока ціна;
• велика кількість безкоштовних трафаретів для малювання;
• висока міцність виготовлених виробів;
• великий вибір 3D-пластика різних кольорів.

Недоліки:

• ризик опіку при торканні гарячого сопла або щойно створеного об'єкта (температура – до 230 ° C);
• залежність від мережі або пристрою з портом USB.

«Холодні» – зменшений варіант SLA-принтера. Матеріал – рідкий фотополімер.

Переваги:

• неможливість обпектися;
• автономність (завдяки акумулятору);
• ефектний дизайн і зручне управління;
• різноманітність фотополімерів.

Недоліки:

• висока ціна;
• крихкість готових фігур;
• великі розміри.

При виборі 3D-ручки зверніть увагу на наступні характеристики:

• 2 кнопки – для комфортного регулювання швидкості подачі та температури;
• РК-дисплей – відображає відомості про роботу пристрою і перелік опцій;
• ергономічна форма корпусу – для зручної експлуатації ЗD-ручки;
• діаметр нитки пластика – велика частина «гарячих» ручок працює з діаметром пластика 1.75 мм. Зустрічаються моделі, які використовують нитку 2.85 мм.

Клас

Побутові / аматорські (настільні) – порівняно дешеві й компактні моделі. За швидкістю і точністю друку істотно поступаються іншим класам 3D-принтерів. Застосовуються для створення дрібних предметів і не розраховані на серійне виробництво деталей та виробів.

Побутові моделі дозволяють виготовляти деталі, аксесуари та предмети домашнього вжитку, створити незвичайні сувеніри, дитячі іграшки, «авторські» предмети інтер'єру, канцелярське приладдя та багато іншого. Можна надрукувати посуд, кошики, квіткові горщики, гребінці, труби, лінійки, трафарети, кріпильні вироби (болти, шайби, дюбелі), годівниці та поїлки для домашніх вихованців.

Професійні – відрізняються від побутових 3D-принтерів більш високою швидкістю і точністю друку. Дозволяють виготовити великі об'єкти та застосовуються в дрібносерійному виробництві, освіті, проєктуванні. Такі пристрої коштують дорожче і займають більше місця, ніж побутові аналоги. Однак зустрічаються професійні 3D-принтери, які підходять для домашнього використання.

Професійні моделі призначені для створення об'єктів з високою деталізацією (в тому числі механізмів і ювелірних виробів). За допомогою професійного 3D-принтера можна надрукувати високоякісну сувенірну продукцію.

Промислові – на відміну від професійних моделей, розраховані на серійне високоточне виготовлення складних об'єктів будь-яких розмірів. Характеризуються високими параметрами швидкості та точності друку, широким функціоналом. Ці моделі мають дуже високу ціну і великі габарити. Використовуються на підприємствах.

Виконання

Відкритий корпус – порівняно дешевий і компактний пристрій. Дає можливість стежити за формуванням об'єкта і забезпечує легкий доступ до екструдера, що небезпечно для дітей і домашніх тварин. Такий принтер знижує якість друку, оскільки не захищає виріб від бризок, протягів, перепадів температури, здатних її деформувати. 3D-принтер – оптимальний вибір для будинку.

Пристрої з відкритим корпусом підійдуть для друку виробів з PLA і PET.

Важливо: 3D-принтер з відкритим корпусом не захищає від шкідливих парів пластика. Тому обов'язково провітрюйте приміщення.

закритий корпус – конструкція, що складається з двері, стінок і кришки (ковпака).

Переваги:

• висока якість надрукованого виробу, оскільки модель захищена від зовнішніх впливів (важливо при виконанні моделей з ABS);
• відсутність неприємного і токсичного запаху (особливо при роботі з ABS);
• захист від випадкового контакту з гарячим екструдером (важливо, якщо є діти та домашні тварини);
• низький рівень шуму від роботи вентилятора.

Недоліки:

• висока ціна;
• великі габарити 3D-принтера.

Прилади з закритим корпусом частіше використовуються в промисловості.

Технологія друку

FDM (PJP, FFF, пошарове наплавлення) – формування тривимірного об'єкта з пластикової чи металевої нитки. Побутові принтери забезпечуються одним екструдером, а промислові – 2 і більше. Пристрої з подібною технологією зустрічаються найчастіше.

Переваги:

• порівняно невисока вартість принтера і витратних матеріалів;
• компактність і невелика вага принтера;
• висока якість друку;
• можливість кольорового друку;
• відносно широкий спектр матеріалів (пластик, олово, різні сплави та навіть шоколад).

Недоліки:

• низька швидкість друку;
• складності з фіксацією об'єкта на робочому столі;
• схильність вироби до термоусадки (зменшення розмірів об'єкта після охолодження);
• багато виготовлених моделей вимагають фінішної обробки;
• неможливість створення великих об'єктів;
• велика кількість відходів.

SLA (лазерна стереолітографія) – тривимірна фігура формується з рідкого фотополімеру, який твердне під впливом лазера.

Переваги:

• висока точність друку;
• виготовлення складних моделей з великою кількістю дрібних деталей;
• можливість отримати великогабаритні та важкі вироби (150х75х55 см, до 150 кг);
• невеликий обсяг відходів;
• простота фінішної обробки (полірування), яке в багатьох випадках не потрібно.

Недоліки:

• висока вартість принтера і витратних матеріалів;
• невелика швидкість друку;
• значна питома вага і габарити;
• низька міцність створених об'єктів;
• обмежений діапазон матеріалів;
• не передбачений кольоровий друк.

SLS (вибіркове лазерне спікання) – формування тривимірного об'єкта з порошкового матеріалу, який плавиться під впливом лазера.

Переваги:

• широкий діапазон матеріалів (пластик, метал, ливарний віск, кераміка, скло);
• можливість отримати складні об'єкти;
• придатність для дрібносерійного виробництва;
• мінімальна фінішна обробка;
• більш висока швидкість друку, ніж у принтерів з технологією SLA;
• на відміну від інших технологій не потребує опорних структур при друку виробів складної конфігурації (роль підтримки грає сам порошок).

Недоліки:

• потрібна герметична камера і потужний лазер;
• менший розмір одержуваних об'єктів, ніж у технології SLA (до 55х55х75 см);
• отримані вироби потребують фінішної обробки;
• менша точність друку в порівнянні з пристроями на технології SLA;
• непридатність для роботи в домашніх умовах.

Існують і інші технології 3D-друку: MJM (Багатоструменеве моделювання), LOM (пошарове склеювання плівок), 3DP. Вони, хоча і дозволяють виготовляти багатобарвні об'єкти, але мають обмеження по використовуваному матеріалу.

Крім того, отримані вироби часто потребують фінішного доопрацювання і володіють низькою міцністю (LOM, 3DP). З цих причин 3D-принтери з такими технологіями поширені мало.

Матеріал друку (FDM)

ABS (Акрилонітрілбутадієнстірол) – відрізняється високою стійкістю до ударів, стійкістю до дії вологи, масел і кислот. Легко обробляється і забарвлюється. Також ABS забезпечує високу швидкість друку. Однак цей матеріал погано переносить вплив УФ-променів, дає значну термоусадку і не сумісний з продуктами харчування.

ABS є найпоширенішим матеріалом для 3D-друку. Температура друку – 210-270 ° С. Температурний діапазон використання готових об'єктів – від -40 до +90 ° С.

ABS підходить для виготовлення такої продукції:

• деталі, розраховані на середні навантаження;
• декоративні вироби;
• моделі та макети невеликої точності;
• деталі для авто, корпусів приладів;
• контейнери, підставки.

ABS + – вдосконалений варіант ABS. Такий пластик міцніше, менше схильний до термоусадки та має знижену температуру друку. В результаті виходять більш якісні вироби.

PLA (поліактід) – екологічний матеріал, дає максимальну точність друку і невелику термоусадку. У порівнянні з ABS, PLA менш довговічний, гірше обробляється, більш чутливий до впливу вологи та обійдеться дорожче. PLA у друку простіше, ніж ABS. Це гарний вибір для новачка.

Температура друку – 180-190 °C. Температурний діапазон використання готових об'єктів – від -40 до +50 °C.

PLA підходить для виготовлення такої продукції:

• дитячі іграшки;
• точні макети та моделі;
• вироби медичного призначення;
• харчові пакування та одноразовий посуд;
• декоративні предмети, які не потребують додаткової обробки.

Технічні пластики – застосовуються для створення виробів з певними експлуатаційними характеристиками. До них відносять PET, PC, PBT і інші матеріали. Технічні пластики використовуються рідше, ніж ABS і PLA.

PET (поліестер) – еластичний, стійкий до механічних впливів, термостійкий. Однак PET поступається в точності друку ABS і PLA. Добре підходить для створення об'єктів з оптимальним балансом в'язкості та міцності. Температурний діапазон використання готових об'єктів – від -40 до +120 ° С.

PC (полікарбонат) – міцніше, твердіше і точніше у пресі, але менш в'язкий. Застосовується для виробництва виробів, розрахованих на великі навантаження. Температурний діапазон використання готових об'єктів – від -40 до +120 ° С.

PBT (полібутилентерефталат) – стійкий до тривалих статичних навантажень і теплового старіння, відрізняється високою пружністю. Температурний діапазон використання готових об'єктів – від -50 до +160 ° С.

Декоративні пластики – призначені для виробництва декоративних і декоративно-прикладних виробів. По виду, вазі, тактильним відчуттям нагадуює дерево, бронзу та інші матеріали.

До декоративних пластиків відносяться Laywood, BronzeFill і інші. Laywood імітує дерево, BronzeFill – бронзу. Експлуатаційні властивості цих пластиків схожі з PLA. Температурний діапазон використання готових об'єктів – -40 до +50 ° С.

Допоміжні матеріали – використовуються для створення підтримувальних структур, необхідних при друку об'єктів складної конфігурації. Після завершення друку підтримка видаляється. До них відносяться PVA (полівінілацетат), який добре розчиняється в воді та HIPS (полістирол) – цей матеріал розчиняють в Лімонені (органічний розчинник). Обидва матеріали легко видаляються механічним шляхом.

Роздільна здатність друку

Цей показник визначає точність друку, яка впливає на якість виготовленої моделі.

Горизонтальне (по осях XY) – мінімально можливе переміщення, яке здійснює по шару екструдер принтера на осях X і Y. У пристроях з технологією друку FDM ця характеристика залежить від точності позиціювання друкуючої головки. Вимірюється в мікрометрах (мкм).

Чим менше горизонтальна роздільна здатність, тим вище деталізація готового об'єкта. У бюджетних пристроїв цей параметр становить 30-50 мкм, більш сучасні моделі можуть похвалитися точністю у 20 і навіть 12 мкм.

Вертикальне (по осі Z) – мінімальна висота (товщина) шару, який створює принтер за прохід. У 3D-принтерах з технологією друку FDM цей параметр залежить від діаметра сопла. Чим менше вертикальна роздільна здатність, тим більш гладка поверхня надрукованого виробу. У недорогих моделей цей параметр не перевищує 200-300 мкм, техніка вищого класу видає до 20 мкм. Оптимальне налаштування – 100 мкм.

Швидкість друку

Ця величина позначає швидкість пересування екструдера, видавлюючи пластикову нитку. Швидкість друку FDM-принтерів, що друкують пластиковою ниткою, вимірюється в міліметрах в секунду (мм / с). Чим вище цей параметр, тим швидше сформується виріб. Зі збільшенням швидкості друку зростає вартість принтера.

Сучасні пристрої можуть друкувати зі швидкістю від 10 до 150 мм / с і більше. Для побутових потреб достатньо швидкості 20 мм / с.

Важливо: швидкість друку визначається типом матеріалу і складністю виробу, а також кількістю екструдерів. Швидкість суперечить точності друку: чим вище швидкість, тим нижче точність і навпаки.

Область друку

Цей показник визначає максимально можливий розмір надрукованого об'єкта. Область друку залежить від розміру друкарської платформи. Чим більше платформа, тим вище максимальні габарити моделі. Водночас збільшується ціна і розміри 3D-принтера.

Область друку вимірюється в сантиметрах (см) в трьох площинах (XYZ). Наприклад, 13х13х13 см – оптимальна величина для виготовлення більшості виробів.

Невелика область друку обмежує можливості по створенню великих об'єктів. У цьому випадку варто друкувати об'єкт по частинах, а потім склеїти. Правда, така фігура буде менш міцна, ніж цільний виріб.

Діаметр сопла

Сопло подає нагрітий пластик і забезпечує друк виробу. Чим менше діаметр сопла, тим вище точність відтворення дрібних деталей фігури. Однак збільшується тривалість друку і виникає ряд побічних ефектів (засмічення сопла, отримання виробу що "розтікся").

Більшість 3D-принтерів забезпечено соплом діаметром 0.3-0.5 мм. У 3D-ручок цей параметр зазвичай становить від 0.6 мм і вище.

Кількість друкуючих головок

Найчастіше 3D-принтери оснащуються однією друкуючої головкою. Деякі моделі мають 2 і – рідше – 3 головки, істотно розширюють можливості пристрою.

Другий екструдер дозволяє друкувати два вироби одночасно, а також виготовляти двоколірні моделі або формувати модель і підтримувальні структури з різних матеріалів (в цілях економії). Крім того, другий екструдер знадобиться, якщо перший вийде з ладу.

Кількість кольорів друку

1 (монокольоровий) – стандартний варіант, який зустрічається в більшості 3D-принтерів (має один екструдер). Монокольоровий друк коштує порівняно недорого. Оптимальний варіант, коли колір об'єкта значення не має.

2-3 (багатобарвний) – такий друк дозволяє створити багатобарвний об'єкт, що позначається на вартості принтера і витратних матеріалів. Для дво-триколірного друку потрібен 3D-принтер з подвійним або потрійним екструдером.

Види кольорового друку:

• градієнт – дає плавний перехід одного кольору в інший;
• шаруватий колір – забезпечує різкий перехід від одного кольору до іншого;
• крапковий колір – завдає колір на певну частину виробу;
• повний колір – наносить на об'єкт зображення фотографічного рівня.

Джерело даних друку

Дані друку (цифрові 3D-моделі) передаються на 3D-принтер від ПК, зовнішніх накопичувачів або ж зберігаються у внутрішній пам'яті самого принтера.

Для підключення до комп'ютера використовуються такі інтерфейси.

• USB – дротове з'єднання, що забезпечує високу швидкість передачі файлів. Зустрічається в переважній більшості принтерів.
• Wi-Fi – безпровідний зв'язок. Дає можливість вибору місця знаходження 3D принтера, який далеко не завжди поміститься на стіл. Мінус – вимагає більшого часу для передачі даних.

Для підключення до локальної мережі застосовується інтерфейси Ethernet і Wi-Fi.

Зовнішні накопичувачі – позбавляють від необхідності з'єднувати 3D-принтер з ПК. До них відносяться:

• карта пам'яті – підключається через SD-слот;
• USB флеш-накопичувач – підключається через USB-порт.

Внутрішня пам'ять – робить 3D-принтер незалежним від ПК і зовнішніх накопичувачів. Зберігає завдання друку і дозволяє працювати з принтером при відключеному ПК або від'єднаному USB-кабелі.

Живлення

Від мережі – класичний варіант, який зустрічається найчастіше. Від мережі живляться 3D-принтери, більшість 3D-сканерів і безліч «гарячих» 3D-ручок. Для останніх таке рішення скоріше недолік, ніж перевага, оскільки сковує рухи користувача через обмежену довжину кабелю.

Через USB – характерно для 3D-ручок та деяких 3D-сканерів. Ручки з такими способами живлення так само обмежені довжиною дроту як і моделі, що працюють від мережі.

Акумулятор – використовується в «холодних» 3D-ручках. Забезпечує повну свободу рухів при роботі з ручкою.

Функції

Регулювання швидкості друку – дає можливість змінювати швидкість друку. Таким чином, можна отримати готовий об'єкт швидше, пожертвувавши його деталізацією.

Регулювання температури – дозволяє змінювати температуру в залежності від особливостей матеріалу.

Автоматичне вимкнення – самостійне вимкнення пристрою при тривалій бездіяльності. Така функція економить електроенергію.

Оснащення

Дисплей – відображає інформацію про роботу 3D-принтера (температуру нагрівання друкувальної платформи та сопла, час безперервного друку екструдера і т. д.). Полегшує роботу з пристроєм.

Підігрів друкувальної платформи – потрібен при роботі з ABS, PC, HIPS і іншими матеріалами, що дають значну термоусадку. Якщо друкувати без підігріву платформи, то готовий виріб зменшиться в розмірах і деформується. Крім того, об'єкт може розшаруватися. Для виконання моделі з ABS температура друкованої платформи повинна становити 100-110 ° C. Така опція не потрібна для друку з PLA.

Знімна скляна платформа – дає рівну площину друку і дозволяє легко зняти готовий виріб.

Автоматичне калібрування платформи – автоматичне регулювання висоти та рівня друкарської платформи під конкретну задачу. Спрощує експлуатацію 3D-принтера і забезпечує рівномірне формування об'єктів.

Шпатель – використовується для зняття готового виробу з друкарської платформи.

Щітка – застосовується для фінішної обробки готового об'єкта.

Пінцети – служать для очищення сопла 3D-принтера і фінішної обробки отриманої фігури.

Шестигранні ключі – застосовуються для обслуговування принтера. Багато принтерів припускають збірку – в цьому випадку також знадобляться шестигранні ключі.

Також у багатьох 3D-принтерах передбачається можливість дистанційного керування друком. А для відстеження роботи пристрою є веб-камера.