Как выбрать 3D принтер

3D-принтер – периферийное устройство для печати трехмерных фигур по цифровой 3D-модели. Печать выполняется путем послойного формирования объемного физического объекта.

Сферы применения 3D-печати:

• изготовление мелких предметов для бытовых нужд;
• мелкосерийное производство;
• создание учебных моделей и пособий;
• создание дизайнерских макетов и прототипов будущих товаров;
• строительство сооружений;
• производство медицинских имплантатов;
• создание одежды и обуви, ювелирных изделий, произведений современного искусства и многого другого.

3D-принтер состоит из следующих компонентов:

• корпус;
• экструдер – печатающая головка;
• привод экструдера;
• печатная платформа – поверхность, на которой выполняется печать объекта;
• модуль управления;
• блок питания.

Важно: при выборе 3D-принтера обратите внимание на системные требования к вашему компьютеру (частота процессора, оперативная память, видеокарта с определенным объемом памяти). В противном случае возможна некорректная работа ПК с программами 3D-принтера.

Также учитывайте совместимость 3D-принтера с версией ОС вашего компьютера – Windows, macOS, Linux.

Советы по эксплуатации

• Используйте 3D-принтер в хорошо проветриваемом помещении. Желательно как можно меньше находиться рядом с работающим устройством.
• Покупайте расходные материалы у поставщиков с хорошей репутацией. Некачественный материал опасен для здоровья.
• Неукоснительно соблюдайте правила техники безопасности при использовании 3D-принтера.

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

3D-сканер

ЗD-сканер – периферийное устройство для создания цифровой 3D-модели путем анализа физического объекта. ЗD-сканер производит действие, обратное 3D-печати на принтере. В таких устройствах используется лазерное или оптическое сканирование. Первое подходит для обработки статичных объектов, второе рассчитано на сканирование движущихся объектов.

Тип

Контактные – непосредственно соприкасаются с трехмерным объектом при сканировании.

Достоинства:

• высокая детализация;
• независимость от освещения;
• возможность сканирования призматической части физического объекта.

Недостатки:

• медленный процесс сканирования;
• вероятность нанесения ущерба хрупким объектам.

Бесконтактные – сканируют объект без физического соприкосновения с ним. Бывают пассивными и активными.

Достоинства:

• экономичность;
• поддержка использования вне помещения.

Недостаток – зависимость от освещения.

Точность сканирования

10-30 мкм – высокоточные приборы, которые дают максимально точные 3D-модели. Сфера применения – сканирование небольших объектов с высокой детализацией (ювелирные изделия, детали устройств).

30-100 мкм – приборы общего назначения, предназначенные для решения большинства задач. Сфера применения – сканирование объектов среднего размера (бытовые предметы, одежда, обувь).

Ниже 100 мкм – приборы, которые подходят для создания 3D-моделей, не требующих высокой точности. Сфера применения – сканирование крупных объектов (архитектура, ландшафт, коммуникации, большой транспорт).

3D-ручка

3D-ручка – инструмент для рисования трехмерной фигуры. Применяется для создания бижутерии, браслетов, чехлов, подставок, макетов.

Тип

«Горячие» – миниатюрная версия FDM-принтера. Материал – пластик (ABS и PLA).

Достоинства:

• обширный модельный ряд;
• удобное управление;
• сравнительно невысокая цена;
• большое количество бесплатных трафаретов для рисования;
• высокая прочность получившихся изделий;
• большой выбор 3D-пластика разных цветов.

Недостатки:

• риск ожога при касании горячего сопла или только что созданного объекта (температура – до 230 ° C);
• зависимость от сети или устройства с портом USB.

«Холодные» – уменьшенный вариант SLA-принтера. Материал – жидкий фотополимер.

Достоинства:

• невозможность обжечься;
• автономность (благодаря аккумулятору);
• эффектный дизайн и удобное управление;
• разнообразие фотополимеров.

Недостатки:

• высокая цена;
• хрупкость готовых фигур;
• большие размеры.

При выборе 3D-ручки обратите внимание на следующие характеристики:

• 2 кнопки – для комфортной регулировки скорости подачи и температуры;
• ЖК-дисплей – отображает сведения о работе устройства и перечень опций;
• эргономичная форма корпуса – для удобной эксплуатации ЗD-ручки;
• диаметр нити пластика – большая часть «горячих» ручек работает с диаметром пластика 1.75 мм. Встречаются модели, использующие нить 2.85 мм.

Класс

Бытовые / любительские (настольные) – сравнительно дешевые и компактные модели. По скорости и точности печати существенно уступают другим классам 3D-принтеров. Применяются для создания мелких предметов и не рассчитаны на серийное производство деталей и изделий.

Бытовые модели позволяют изготавливать детали, аксессуары и предметы домашнего обихода, создать необычные сувениры, детские игрушки, «авторские» предметы интерьера, канцелярские принадлежности и многое другое. Можно напечатать посуду, корзины, цветочные горшки, расчески, трубы, линейки, трафареты, крепежные изделия (болты, шайбы, дюбеля), кормушки и поилки для домашних питомцев.

Профессиональные – отличаются от бытовых 3D-принтеров более высокой скоростью и точностью печати. Позволяют изготовить крупные объекты и применяются в мелкосерийном производстве, образовании, проектировании. Такие устройства стоят дороже и занимают больше места, чем бытовые аналоги. Однако встречаются профессиональные 3D-принтеры, которые подходят для домашнего использования.

Профессиональные модели предназначены для создания объектов с высокой детализацией (в том числе механизмов и ювелирных изделий). С помощью профессионального 3D-принтера можно напечатать высококачественную сувенирную продукцию.

Промышленные – в отличие от профессиональных моделей, рассчитаны на серийное высокоточное изготовление сложных объектов любых размеров. Характеризуются высокими параметрами скорости и точности печати, широким функционалом. Эти модели имеют очень высокую цену и большие габариты. Используются на предприятиях.

Исполнение

Открытый корпус – сравнительно дешевое и компактное устройство. Дает возможность следить за формированием объекта и обеспечивает легкий доступ к экструдеру, что опасно для детей и домашних животных. Такой принтер снижает качество печати, поскольку не защищает изделие от брызг, сквозняков, перепадов температуры, способных ее деформировать. 3D-принтер – оптимальный выбор для дома.

Устройства с открытым корпусом подойдут для печати изделий из PLA и PET.

Важно: 3D-принтер с открытым корпусом не защищает от вредных паров пластика. Поэтому обязательно проветривайте помещение.

Закрытый корпус – конструкция, состоящая из двери, стенок и крышки (колпака).

Достоинства:

• высокое качество напечатанного изделия, поскольку модель защищена от внешних воздействий (важно при выполнении моделей из ABS);
• отсутствие неприятного и токсичного запаха (особенно при работе с ABS);
• защита от случайного контакта с горячим экструдером (важно, если есть дети и домашние животные);
• низкий уровень шума от работы вентилятора.

Недостатки:

• высокая цена;
• большие габариты 3D-принтера.

Приборы с закрытым корпусом чаще используются в промышленности.

Технология печати

FDM (PJP, FFF, послойное наплавление) – формирование трехмерного объекта из пластиковой или металлической нити. Бытовые принтеры снабжаются одним экструдером, а промышленные – 2 и более. Устройства с подобной технологией встречаются чаще всего.

Достоинства:

• сравнительно невысокая стоимость принтера и расходных материалов;
• компактность и небольшой вес принтера;
• хорошее качество печати;
• возможность цветной печати;
• относительно широкий спектр материалов (пластик, олово, различные сплавы и даже шоколад).

Недостатки:

• низкая скорость печати;
• сложности с фиксацией объекта на рабочем столе;
• склонность изделия к термоусадке (уменьшение размеров объекта после остывания);
• многие изготовленные модели требуют финишной обработки;
• невозможность создания крупных объектов;
• большое количество отходов.

SLA (лазерная стереолитография) – трехмерная фигура формируется из жидкого фотополимера, который затвердевает под воздействием лазера.

Достоинства:

• высокая точность печати;
• изготовление сложных моделей с большим количеством мелких деталей;
• возможность получить крупногабаритные и тяжелые изделия (150х75х55 см, до 150 кг);
• небольшой объем отходов;
• простота финишной обработки (полировки), которая во многих случаях и не требуется.

Недостатки:

• высокая стоимость принтера и расходных материалов;
• небольшая скорость печати;
• значительный вес и габариты;
• низкая прочность созданных объектов;
• ограниченный диапазон материалов;
• не предусмотрена цветная печать.

SLS (выборочное лазерное спекание) – формирование трехмерного объекта из порошкового материала, который плавится под воздействием лазера.

Достоинства:

• широкий диапазон материалов (пластик, металл, литейный воск, керамика, стекло);
• возможность получить сложные объекты;
• пригодность для мелкосерийного производства;
• минимальная финишная обработка;
• более высокая скорость печати, чем у принтеров с технологией SLA;
• в отличие от других технологий не нуждается в поддерживающих структурах при печати изделий сложной конфигурации (роль поддержки играет сам порошок).

Недостатки:

• нужна герметичная камера и мощный лазер;
• меньший размер получаемых объектов, чем у технологии SLA (до 55х55х75 см);
• полученные изделия нуждаются в финишной обработке;
• меньшая точность печати по сравнению с устройствами на технологии SLA;
• непригодность для работы в домашних условиях.

Существуют и другие технологии 3D-печати: MJM (многоструйное моделирование), LOM (послойное склеивание пленок), 3DP. Они хотя и позволяют изготавливать многоцветные объекты, но имеют ограничения по используемым материалам.

Кроме того, полученные изделия зачастую нуждаются в финишной доработке и обладают низкой прочностью (LOM, 3DP). По этим причинам 3D-принтеры с такими технологиями распространены мало.

Материал печати (FDM)

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) – отличается высокой ударопрочностью, устойчивостью к воздействию влаги, маслам, кислотам и щелочам. Легко обрабатывается и окрашивается. Также ABS обеспечивает высокую скорость печати. В то же время такой материал плохо переносит воздействие УФ-лучей, дает значительную термоусадку и не совместим с продуктами питания.

ABS является самым распространенным материалом для 3D-печати. Температура печати – 210-270 °С. Температурный диапазон использования готовых объектов – от -40 до +90 °С.

ABS подходит для изготовления такой продукции:

• детали, рассчитанные на средние нагрузки;
• декоративные изделия;
• модели и макеты небольшой точности;
• детали для авто, корпусов приборов;
• контейнеры, подставки.

ABS+ – усовершенствованный вариант ABS. Такой пластик прочнее, меньше подвержен термоусадке и имеет пониженную температуру печати. В результате получаются более качественные изделия.

PLA (полиактид) – экологичный материал, дает максимальную точность печати и небольшую термоусадку. По сравнению с ABS PLA менее долговечен, хуже обрабатывается, более чувствителен к воздействию влаги и обойдется дороже. PLA в печати проще, чем ABS. Это хороший выбор для новичка.

Температура печати – 180-190 °С. Температурный диапазон использования готовых объектов – от -40 до +50 °С.

PLA подходит для изготовления такой продукции:

• детские игрушки;
• точные макеты и модели;
• изделия медицинского назначения;
• пищевые упаковки и одноразовая посуда;
• декоративные предметы, которые не нуждаются в дополнительной обработке.

Технические пластики – применяются для создания изделий с определенными эксплуатационными характеристиками. К ним относят PET, PC, PBT и другие материалы. Технические пластики используются реже, чем ABS и PLA.

PET (полиэстер) – эластичен, устойчив к механическим воздействиям, термостоек. В то же время PET уступает в точности печати ABS и PLA. Хорошо подходит для создания объектов с оптимальным балансом вязкости и прочности. Температурный диапазон использования готовых объектов – от -40 до +120 °С.

PC (поликарбонат) – прочнее, тверже и точнее в печати, но менее вязкий. Применяется для производства изделий, рассчитанных на большие нагрузки. Температурный диапазон использования готовых объектов – от -40 до +120 °С.

PBT (полибутилентерефталат) – устойчив к продолжительным статическим нагрузкам и тепловому старению, отличается хорошей упругостью. Температурный диапазон использования готовых объектов – от -50 до +160 °С.

Декоративные пластики – предназначены для производства декоративных и декоративно-прикладных изделий. По виду, весу, тактильным ощущениям напоминают дерево, бронзу и другие материалы.

К декоративным пластикам относятся Laywood, BronzeFill и другие. Laywood имитирует дерево, BronzeFill – бронзу. Эксплуатационные свойства этих пластиков схожи с PLA. Температурный диапазон использования готовых объектов – -40 до +50 °С.

Вспомогательные материалы – используются для создания поддерживающих структур, необходимых при печати объектов сложной конфигурации. После завершения печати поддержка удаляется. К ним относятся PVA (поливинилацетат), который хорошо растворяется в воде и HIPS (полистирол) – этот материал растворяют в Лимонене (органический растворитель). Оба материала легко удаляются механическим путем.

Разрешение печати

Этот показатель определяет точность печати, влияющую на качество изготовленной модели.

Горизонтальное (по осям XY) – минимально возможное перемещение, которое совершает по слою экструдер принтера на осях X и Y. В устройствах с технологией печати FDM эта характеристика находится в зависимости от точности позиционирования печатающей головки. Измеряется в микрометрах (мкм).

Чем меньше горизонтальное разрешение, тем выше детализация готового объекта. У бюджетных устройств этот параметр составляет 30-50 мкм, более продвинутые модели могут похвастаться точностью в 20 и даже 12 мкм.

Вертикальное (по оси Z) – минимальная высота (толщина) слоя, который создает принтер за проход. В 3D-принтерах с технологией печати FDM этот параметр зависит от диаметра сопла. Чем меньше вертикальное разрешение, тем глаже поверхность напечатанного изделия. У недорогих моделей этот параметр не превышает 200-300 мкм, техника более высокого класса выдает до 20 мкм. Оптимальный параметр – 100 мкм.

Скорость печати

Эта величина обозначает скорость передвижения экструдера, выдавливая пластиковую нить. Скорость печати FDM-принтеров, печатающих пластиковой нитью, измеряется в миллиметрах в секунду (мм/с). Чем выше данный параметр, тем быстрее сформируется изделие. С увеличением скорости печати возрастает стоимость принтера.

Современные устройства могут печатать со скоростью от 10 до 150 мм/с и больше. Для бытовых нужд достаточно скорости 20 мм/с.

Важно: скорость печати определяется типом материала и сложностью изделия, а также количеством экструдеров. Скорость противоречит точности печати: чем выше скорость, тем ниже точность и наоборот.

Область печати

Этот показатель определяет максимально возможный размер напечатанного объекта. Область печати зависит от размера печатной платформы. Чем больше платформа, тем выше максимальные габариты модели. В то же время увеличивается цена и размеры 3D-принтера.

Область печати измеряется в сантиметрах (см) в трех плоскостях (XYZ). Например, 13х13х13 см – оптимальная величина для изготовления большинства изделий.

Небольшая область печати ограничивает возможности по созданию крупных объектов. В этом случае стоит печатать объект по частям, а затем склеить. Правда, такая фигура будет менее прочна, чем цельное изделие.

Диаметр сопла

Сопло подает нагретый пластик и обеспечивает печать изделия. Чем меньше диаметр сопла, тем выше точность воспроизведения мелких деталей фигуры. В то же время увеличивается длительность печати и возникает ряд побочных эффектов (засорение сопла, получение «растекшегося» изделия).

Большинство 3D-принтеров снабжено соплом диаметром 0.4-0.6 мм. У 3D-ручек этот параметр обычно составляет от 0.6 мм и выше.

Количество печатающих головок

Чаще всего 3D-принтеры оснащаются одной печатающей головкой. Некоторые модели имеют 2 и – реже – 3 головки, существенно расширяющие возможности устройства.

Второй экструдер позволяет печатать два изделия одновременно, а также изготавливать двухцветные модели или формировать модель и поддерживающие структуры из разных материалов (в целях экономии). Кроме того, второй экструдер пригодится, если первый выйдет из строя.

Количество цветов печати

1 (моноцветная) – стандартный вариант, который встречается в большинстве 3D-принтеров (имеют один экструдер). Моноцветная печать стоит сравнительно недорого. Оптимальный вариант, когда цветовое решение объекта значения не имеет.

2-3 (многоцветная) – такая печать позволяет создать многоцветный объект, что сказывается на стоимости принтера и расходных материалов. Для двух-трехцветной печати нужен 3D-принтер с двойным или тройным экструдером.

Виды многоцветной печати:

• градиент – дает плавный переход одного цвета в другой;
• слоистый цвет – обеспечивает резкий переход от одного цвета к другому;
• точечный цвет – наносит цвет на определенную часть изделия;
• полный цвет – наносит на объект изображение фотографического уровня.

Источник данных печати

Данные печати (цифровые 3D-модели) передаются на 3D-принтер от ПК, внешних накопителей или же хранятся во внутренней памяти самого принтера.

Для подключения к компьютеру используются такие интерфейсы.

• USB – проводное соединение, обеспечивающее высокую скорость передачи файлов. Встречается в подавляющем большинстве принтеров.
• Wi-Fi – беспроводная связь. Дает возможность выбора места нахождения 3D принтера, который далеко не всегда поместится на стол. Минус – требует большего времени для передачи данных.

Для подключения к локальной сети применяется интерфейсы Ethernet и Wi-Fi.

Внешние накопители – избавляют от необходимости соединять 3D-принтер с ПК. К ним относятся:

• карта памяти – подключается через SD-слот;
• USB-флеш-накопитель – подключается через USB-порт.

Внутренняя память – делает 3D-принтер независимым от ПК и внешних накопителей. Сохраняет задание печати и позволяет работать с принтером при отключенном ПК или отсоединенном USB-кабеле.

Питание

От сети – классический вариант, который встречается чаще всего. От сети запитываются 3D-принтеры, большинство 3D-сканеров и множество «горячих» 3D-ручек. Для последних такое решение скорее недостаток, чем преимущество, поскольку сковывает движения пользователя из-за ограниченной длины кабеля.

Через USB – характерно для 3D-ручек и некоторых 3D-сканеров. Ручки с таким способам питания так же ограничены длиной шнура, что и модели, работающие от сети.

Аккумулятор – используется в «холодных» 3D-ручках. Обеспечивает полную свободу движений при работе с ручкой.

Функции

Регулировка скорости печати – дает возможность изменять скорость печати. Таким образом, можно получить готовый объект быстрее, пожертвовав его детализацией.

Регулировка температуры – позволяет изменять температуру в зависимости от особенностей материала.

Автоотключение – самостоятельное отключение устройства при длительном бездействии. Такая функция экономит электроэнергию.

Оснащение

Дисплей – отображает информацию о работе 3D-принтера (температура нагревания печатной платформы и сопла, время непрерывной печати экструдера и т. д.). Облегчает работу с устройством.

Подогрев печатной платформы – нужен при работе с ABS, PC, HIPS и другими материалами, дающими значительную термоусадку. Если печатать без подогрева платформы, то готовое изделие уменьшится в размерах и деформируется. Кроме того, объект может расслоиться. Для выполнения модели из ABS температура печатной платформы должна составлять 100-110 °C. Такая опция не требуется для печати из PLA.

Съемная стеклянная платформа – дает ровную плоскость печати и позволяет легко снять готовое изделие.

Автоматическая калибровка платформы – автоматическая регулировка высоты и уровня печатной платформы под конкретную задачу. Упрощает эксплуатацию 3D-принтера и обеспечивает равномерное формирование объекта.

Шпатель – используется для снятия готового изделия с печатной платформы.

Щетка – применяется для финишной обработки готового объекта.

Пинцеты – служат для очистки сопла 3D-принтера и финишной обработки получившейся фигуры.

Шестигранные ключи – применяются для обслуживания принтера. Многие принтеры предполагают сборку – в этом случае также пригодятся шестигранные ключи.

Также во многих 3D-принтерах предусматривается возможность дистанционного управления печатью. А для отслеживания работы устройства имеется веб-камера.