Чем печатает 3D принтер: технологии 3D печати.

Наиболее частыми вопросами, с которыми к нам обращаются, являются «как подключить 3д принтер» и «чем печатает 3d принтер». Если на первый можно найти ответы в подробных инструкциях и на форумах, то второй требует более детального изучения.

ABC-пластик

АBC-пластик известен как акрилонитрилбутадиенстирол. Это один из лучших расходных материалов для 3D печати. Такой пластик не имеет запаха, не токсичен, ударопрочен и эластичен. Температура плавления АВС-пластика составляет от 240°С до 248°С. Он поступает в розничную продажу в виде порошка или тонких пластиковых нитей, намотанных на бобины.

3D модели из АВС-пластика долговечны, но не переносят прямой солнечный свет. С помощью такого пластика можно получить только непрозрачные модели.

АВС-пластик для 3D печати

Чем печатает 3D принтер

В зависимости от области применения и предназначения, устройства для создания объёмных моделей могут использоваться различные материалы.

ABC-пластик

Научное название пластика – акрилонитрилбутадиенстирол. Он является одним из лучших расходных материалов для объёмного моделирования, так как обладает массой положительных качеств — ударопрочностью, эластичностью и износоустойчивостью. Помимо этого, АBC-пластик не токсичен и не имеет никакого запаха. Приобрести материал можно в виде катушек с тонкими нитями.

ВАЖНО! Из АBC-пластика можно создавать только одноцветные, плотные модели. Изделия будут долговечными и не утратят своего внешнего вида и качеств, если хранить их подальше от прямых солнечных лучей.

Акрил

В отличие от АBC-пластика, с помощью акрила можно печатать прозрачные модели. Температура его плавления превышает 240 градусов по Цельсию, что необходимо учесть, так как остывая, акрил очень быстро твердеет.

ВАЖНО! Испортить внешний вид готового изделия могут образовавшиеся в акриле пузырьки воздуха.

Бетон

Для печати на аддитивных станках используют новые сорта бетона, которые практически идентичны строительным материалам из камня. На сегодняшний день созданы лишь пробные образцы. Огромные по размеру устройства меньше чем за сутки могут напечатать небольшой дом.

Бумага

Модели из бумаги, напечатанные на 3D принтерах, чаще всего используют для создания прототипов компьютерных проектов. Сами по себе модели не отличаются прочностью и привлекательным внешним видом, но создаются с рекордной скоростью. Устройства, использующие бумагу в качестве расходного материала, создают модели путём наклеивания одного слоя на другой.

ВАЖНО! Бумага является одним из самых доступных и распространённых материалов для моделирования в домашних условиях.

Гидрогель

Мягкий биосовместимый с живыми тканями материал используют в 3D моделировании для создания различных транспортировочных устройств, которые могут доставить лекарственные препараты вглубь человеческого организма.

Так учёными из США были созданы роботы, чья высота не превышала 1 см. На их поверхности были размещены клетки сердечной ткани, которые сокращаясь, приводила их в движение. Планируется, что такие роботы в будущем смогут участвовать в диагностике и лечении множества заболеваний различной тяжести.

Гипс

Гипсовые материалы в 3D печати имеют такое же широкое распространение как бумага, акрил или пластик. Модели, изготовленные из них, не отличаются особой долговечностью, но доступная себестоимость полностью перекрывает данное обстоятельство. Гипсовые изделия используются для оформления презентационных проектов.

Деревянное волокно

Деревянное волокно является инновационным материалом. Идея создания принадлежит известному изобретателю Каю Парти. Волокно, состоящее из синтетики и натурального дерева, по свойствам напоминает полилактид. Изделия из него похожи на вещи из натурального дуба или берёзы, но в отличие от них они намного прочнее и долговечнее.

ВАЖНО! Сегодня деревянное волокно используют только в принтерах RepRap.

Лёд

Необычайной красоты ледяные фигуры также можно создавать на 3D принтерах. С 2006 года благодаря разработкам двух канадских учёных стало понятно, что не только акрил и бумага могут использоваться в качестве расходных материалов для объёмной печати. Смесь из воды и метилового эфира при температуре ниже 22 градусов превращается в небольшие предметы, которые, конечно же, не отличаются особой долговечностью и прочностью.

Металлический порошок

Благодаря использованию металлического порошка появилась возможность создавать изделия, отличающиеся высокой прочностью — детали и запчасти для техники и электроники, и даже украшения печатают из лёгких драгоценных металлов и их сплавов, таких как медь, алюминий золото и серебро.

ВАЖНО! Изделия, созданные из такого порошка, сами по себе имеют высокую теплопроводность. Для её нейтрализации в него добавляют керамическую крошку.

Нейлон

Нейлон часто применяют в объёмном моделировании, так как детали, созданные с его помощью, обладают мягкостью и эластичностью.

ВАЖНО! Нейлон имеет множество недостатков, в число которых входит токсичность.

Поликапролактон

Поликапролактон считается одним из самых востребованных расходных материалов для аддитивного моделирования. Он хорошо плавится под воздействием минусовых температур, быстро отвердевает, биоразлагаем и абсолютно безвреден.

Поликарбонат (PC)

Поликарбонатом называют пластик, который может сохранять свои характеристики и свойства под воздействием разных температур. Используется для создания сверхпрочных моделей.

Полилактид (PLA)

Самым безопасным и экологически чистым материалом признан полилактид. Его создают из силоса свёклы и кукурузы и биомассы. Среди недостатков полилактида отмечают недолговечность и способность разлагаться под воздействием тепла и света.

Полипропилен (PP)

Самой лёгкой из ныне известных миру пластических масс признан полипропилен. Он хорошо противостоит стиранию, но хуже плавится. Меняет форму на холоде, неустойчив к воздействию кислорода.

Полифенилсульфон (PPSU)

Напоминающий по внешнему виду обыкновенное стекло полифенилсульфон, превосходит полипропилен по прочности во много раз. В 3D моделирование он пришёл из авиапромышленности и был признан лучшим материалом для создания изделий с высокой теплостойкостью и твёрдостью.

Полиэтилен низкого давления (HDPE)

Полиэтилен встречается в обычной жизни практически на каждом шагу. Из него делают пластиковую тару для напитков, упаковочные пленки и ёмкости, ПВХ-трубы и т. д. В 3D печати он является лидером, так как может быть использован в любой из известных технологий.

Шоколад

3D принтеры, «работающие на шоколаде», вскоре станут обязательным атрибутом каждой кондитерской. С их помощью можно создавать фигурки из сладкого материала любой сложности. Технология их создания заключается в последовательном наслоении одного слоя шоколада на другой, которые быстро отвердевают на холоде.

Другие материалы

В мире существует огромный выбор 3D принтеров, которые используют для работы самые неожиданные расходные материалы. В их число входят устройства, работающие на извести, пищевых продуктах и даже живой органике. Обретут ли они широкую популярность и станут ли востребованы, покажет лишь время.

Акрил

Акрил используется в 3D печати для создания прозрачных моделей. При использовании акрила необходимо учитывать следующие особенности: для данного материала нужна более высокая температура плавления, чем для АВС-пластика, и он очень быстро остывает и твердеет. В разогретом акриле появляется множество мелких воздушных пузырьков, которые могут вызвать визуальные искажения готового изделия.

Изделия, напечатанные из акрила

Бетон

В настоящее время изготовлены пробные образцы 3D принтеров для печати бетоном. Это огромные печатающие устройства, которые кропотливо, слой за слоем, «печатают» из бетона строительные детали и конструкции. Такой 3D принтер может всего лишь за 20 часов «напечатать» жилой двухэтажный дом общей площадью 230 м2.

Для 3D печати используется усовершенствованный сорт бетона, формула которого на 95% совпадает с формулой обычного бетона.

Изделия, напечатанные бетоном

Гидрогель

Учёные из иллинойского Университета (США) напечатали при помощи 3D принтера и гидрогеля биороботов длиной 5-10 мм. На поверхность биороботов поместили клетки сердечной ткани, которые распространились по гидрогелю и начали сокращаться, приводя в движение робота. Такие роботы из гидрогеля способны передвигаться со скоростью 236 микрометров в секунду. В будущем они будут запускаться в организм человека для обнаружения и нейтрализации опухолей и токсинов, а также для транспортировки лекарственных препаратов к месту назначения.

Биороботы из гидрогеля, напечатанные 3D принтером

Бумага

В некоторых 3D принтерах в качестве материала для печати используется обычная бумага формата А4. Так как бумага – это доступный и недорогой материал, то и бумажные модели получаются недорогими и доступными для пользователей. Такие модели печатаются послойно, причём каждый последующий слой бумаги вырезается принтером и наклеивается на предыдущий. Модели из бумаги печатаются быстро, но не могут похвастаться прочностью или эстетичностью. Они идеально подойдут для быстрого прототипирования компьютерного проекта.

3D модели, напечатанные из бумаги

Гипс

В современной 3D печати широко применяются гипсовые материалы. Модели, изготовленные из гипса, недолговечны, но имеют очень низкую себестоимость. Такие модели идеально подходят для изготовления объектов, предназначенных для презентаций. Их можно показывать в качестве образца заказчикам и клиентам, они отлично передадут форму, структуру и размер оригинального изделия. Так как гипсовые модели отличаются высокой термостойкостью, их используют в качестве образцов для литья.

3D модель, напечатанная из гипса

Деревянное волокно

Изобретатель Кай Парти разработал специальное деревянное волокно для 3D печати. Волокно состоит из дерева и полимера и по своим свойствам похоже на полиактид (PLA). Комбинированный материал позволяет получить долговечные и твёрдые модели, которые внешне выглядят как деревянные изделия и имеют запах свежеспиленного дерева. В настоящее время инновационный материал используется только в самореплицирующихся принтерах RepRap.

3D модель, напечатанная деревянным волокном

Выбор вида 3Dпечати по расходному материалу

Материалы для 3D-печати обычно бывают в форме нити, порошка или смолы (жидкий фотополимер). Полимеры (пластмассы) и металлы — это две основные группы материалов для 3D печати. Также доступны другие материалы (например, керамика или композиты). Полимеры могут быть разбиты на термопласты и термореактивные материалы.

• 3D принтеры FDM/FFF для печати пластиком
• 3D принтеры для 3D печати жидкими фотополимерами
• 3D принтеры по металлу

Если требуемый материал уже известен, выбор технологии 3D печати относительно прост, поскольку всего несколько аддитивных технологий производят детали из одних и тех же материалов. В этих случаях процесс выбора обычно сводится к сравнению затрат и физических свойств.

Металлический порошок

Ни один пластик не сможет заменить металл с его приятным мягким блеском и высокой прочностью. Поэтому в 3D печати очень часто используется порошок из лёгких и драгоценных металлов: меди, алюминия, их сплавов, а также золота и серебра. Однако металлические модели не обладают достаточной химической стойкостью и имеют высокую теплопроводность, поэтому в металлический порошок для печати добавляют стекловолоконные и керамические вкрапления.

Украшения из металлического порошка, напечатанные 3D принтером

Нейлон

Печать нейлоном имеет много общего с печатью АВС-пластиком. Исключениями являются более высокая температура печати (около 320°С), высокая способность впитывать воду, более продолжительный период застывания, необходимость откачки воздуха из экструдера из-за токсичности компонентов нейлона. Нейлон – это достаточно скользкий материал, для его применения следует оснастить экструдер шипами. Несмотря на перечисленные недостатки, нейлон с успехом используют в 3D печати, так как детали из данного материала получаются не такими жёсткими, как из АВС-пластика, и для них можно использовать шарниры скольжения.

Нейлоновая нить для 3D печати

Изделия из нейлона, напечатанные 3D принтером

Поликапролактон (PCL)

Поликапролактон близок по свойствам к биоразлагаемым полиэфирам. Это один из самых популярных расходных материалов для 3D печати. Он имеет низкую температуру плавления, быстро затвердевает, обеспечивает прекрасные механические свойства готовых изделий, легко разлагается в человеческом организме и безвреден для человека. Кроме того, он может применяться сразу в нескольких технологиях 3D печати: SLS, ZCorp и FDM.

Поликапролактон для 3D принтера

Нестандартные материалы для печати

Безусловно, есть и специализированные изделия, для производства которых существуют другие технологии. Возможности 3D принтеров практически безграничны – с их и помощью можно прототипировать даже биологические ткани, но это очень высокие и дорогие технологии. Возможно, вас удивит, с каким материалом работают профессионалы, но перечень более чем обширен и включает:

• акрил;
• бетон;
• гидрогель;
• бумага;
• гипс;
• деревянное волокно;
• лед;
• шоколад;
• нейлон и т.д.

Полилактид (PLA)

Полилактид – это самый биологически совместимый и экологически чистый материал для 3D принтеров. Он изготавливается из остатков биомассы, силоса сахарной свёклы или кукурузы. Имея массу положительных свойств, полилактид имеет два существенных недостатка. Во-первых, изготовленные из него модели недолговечны и постепенно разлагаются под действием тепла и света. Во-вторых, стоимость производства полилактида очень высока, а значит и стоимость моделей будет значительно выше аналогичных моделей, изготовленных из других материалов. Используется в технологиях 3D печати: SLS и FDM.

Полилактидная нить и изделия, напечатанные полилактидом на 3D принтере

Применение других материалов в 3D печати:

Другие материалы тоже могут быть использованы в 3Д печати, но они не так широко применяются, ввиду их ограниченной специфики. Эти материалы включают в себя керамику и песок.

Примечание:

Из-за специфики аддитивного производства, детали изготовленные при помощи 3D-печати, будут иметь анизотропные механические свойства, а это означает, что они будут слабее в направлении оси Z. Для функциональных частей механизмов, эту характеристику следует учитывать при проектировании модели.

На ранних этапах важно определить, должна ли деталь быть функциональной, или ей достаточно иметь хорошие визуальные характеристики. Это очень поможет в выборе наиболее подходящего процесса