Остаточний посібник із 3D-принтерів

Адитивне виробництво має все більше сфер застосування, як у секторі дозвілля, так і в промисловості та технології. 3D-принтери зробили революцію у способі друку і вони будують нові конструкції, які можуть варіюватися від невеликих об’єктів до живих тканин і навіть будинків або аеродинамічних частин для автоспорту.

Ще кілька років тому 2D-друк був предметом наукової фантастики. Багато мріяли про можливість друкувати об’єкти замість зображень чи тексту на простому двовимірному папері. Зараз технології настільки зрілі, що є незліченна кількість технологій, брендів, моделей, тощо У цьому посібнику ви можете дізнатися набагато більше про ці незвичайні принтери.

Що таке воксель?

Якщо ви ще не знайомі з воксель, важливо, щоб ви розуміли, що це таке, оскільки в 3D-друку це важливо. Це абревіатура англійського «volumetric pixel», кубічної одиниці, яка складає тривимірний об’єкт.

Іншими словами, було б 2D еквівалент пікселя. І, як ви можете бачити на зображенні вище, якщо цю 3D-модель розділити на кубики, кожен з них буде вокселем. Важливо вказати, що це таке, оскільки деякі передові 3D-принтери дозволяють керувати кожним вокселем під час друку для досягнення кращих результатів.

Що таке 3D принтер

3D-принтер - це машина, здатна друкувати об'єкти з об'ємом комп'ютерного дизайну. Тобто, як звичайний принтер, але замість друку на плоскій поверхні і в 2D, він робить з трьома вимірами (ширина, довжина і висота)). Проекти, за допомогою яких можна досягти цих результатів, можуть виходити з 3D-моделі або CAD-моделі, і навіть із реального фізичного об'єкта, який був XNUMXD сканування.

І вони можуть друкувати всі види речей, від простих об’єктів, як чашка кави, до набагато складніших, таких як живі тканини, будинки тощо. Іншими словами, мрія багатьох, хто хоче, щоб їхні друковані малюнки ожили з паперу, тут, і вони досить дешеві, щоб їх можна було використовувати не в промисловості, а також вдома.

Історія 3D-друку

Історія 3D-друку здається дуже недавньою, але правда в тому, що вона має повернутися на кілька десятиліть назад. Все виникає з струменевий принтер 1976 року випуску, з якого було досягнуто прогресу в заміні друкарської фарби матеріалами для створення об’єктів з об’ємом, роблячи важливі кроки та відзначаючи віхи в розвитку цієї технології аж до сучасних машин:

• У 1981 році був запатентований перший пристрій для 3D-друку. Він це зробив Доктор Хідео Кодама, Нагойського муніципального науково-дослідного інституту промисловості (Японія). Ідея полягала у використанні 2 різних методів, які він винайшов для адитивного виробництва з використанням фоточутливої ​​смоли, подібно до того, як виготовляють чіпси. Однак від його проекту відмовилися через відсутність інтересу та фінансування.
• У це ж десятиліття французькі інженери Ален Ле Мехо, Олів'є де Вітт і Жан-Клод Андре, почали досліджувати технологію виготовлення затвердінням світлочутливих смол з УФ-твердінням. CNRS не схвалить проект через відсутність областей застосування. І хоча вони подали заявку на патент у 1984 році, зрештою від нього відмовилися.
• Чарльз ХаллУ 1984 році він став співзасновником компанії 3D Systems, винаходячи стереолітографію (SLA). Це процес, за допомогою якого 3D-об’єкт можна роздрукувати з цифрової моделі.
• La перша 3D-машина типу SLA Його почали продавати в 1992 році, але ціни на нього були досить високими, і це все ще було базовим обладнанням.
• У 1999 році було відзначено ще одну велику віху, цього разу з посиланням на неї біодрук, можливість створити в лабораторії людський орган, зокрема сечовий міхур, використовуючи синтетичне покриття з самими стовбуровими клітинами. Цей етап бере свій початок в Інституті регенеративної медицини Уейк-Форест, відкривши двері для виробництва органів для трансплантації.
• El 3D-друкована нирка з’явиться у 2002 році. Це була повністю функціональна модель зі здатністю фільтрувати кров і виробляти сечу у тварини. Ця розробка також створена в цьому ж інституті.
• Адріан Боєр засновує RepRap в Університеті Бата в 2005 році. Це ініціатива з відкритим кодом для створення дешевих 3D-принтерів, які самовідтворюються, тобто можуть друкувати власні частини та використовувати такі витратні матеріали, як 3D нитки.
• Через рік в 2006 рік з’являється технологія SLS і можливість масового виробництва завдяки лазеру. З ним відкриваються двері для промислового використання.
• 2008 був би роком першого друкарні с здатність до самовідтворення. Це був Дарвін із RepRap. У цьому ж році також розпочалися послуги спільного створення, веб-сайти, де спільноти могли ділитися своїми 3D-проектами, щоб інші могли друкувати їх на власних 3D-принтерах.
• Значного прогресу також досягнуто в Дозвіл на 3D протезування. 2008 рік стане роком, коли перша людина зможе ходити завдяки надрукованому протезу ноги.
• 2009 рік є роком Makerbot і комплекти 3D-принтерів, щоб багато користувачів могли купити їх дешево і самостійно створити власний принтер. Тобто, орієнтований на виробників і DIY. Того ж року доктор Габор Форгакс робить ще один великий крок у біодрукі, маючи можливість створити кровоносні судини.
• El перший друкований літак в 3D з’явиться в 2011 році, створений інженерами з Університету Саутгемптона. Це була безпілотна конструкція, але її можна було виготовити всього за 7 днів і з бюджетом 7000 євро. Це відкрило заборону на виробництво багатьох інших продуктів. Фактично, цього ж року з’явиться перший друкований прототип автомобіля, Kor Ecologic Urbee, за ціною від 12.000 60.000 до XNUMX XNUMX євро.
• У той же час у друкарні почали використовуватися благородні матеріали, такі як стерлінгове срібло та 14-каратне золото, відкриваючи таким чином новий ринок для ювелірів, маючи можливість створювати дешевші вироби з точного матеріалу.
• У 2012 році він надійде перший протезний імплант щелепи 3D-друк завдяки групі бельгійських та голландських дослідників.
• І в даний час ринок не перестає знаходити нові програми, покращуйте їх продуктивність, і продовжувати розширюватися за рахунок підприємств і будинків.

Наразі, якщо вам цікаво скільки коштує 3d принтер, може варіюватися від трохи більше 100 євро або 200 євро у випадку найдешевших і найменших, до 1000 євро або більше у випадку найсучасніших і більших, і навіть деякі, які коштують тисячі євро для промислового сектора.

Що таке адитивне виробництво або АМ

3D друк — це не що інше, як адитивне виробництво, тобто виробничий процес, який для створення 3D-моделей перекриває шари матеріалу. Абсолютна протилежність субтрактивному виробництву, в основі якого лежить початковий блок (лист, злиток, блок, брусок,...), з якого матеріал поступово видаляється до отримання кінцевого продукту. Наприклад, в якості субтрактивного виробництва у вас є шматок, вирізьблений на токарному верстаті, який починається з бруска дерева.

Завдяки цьому революційний метод можна отримати дешеве виготовлення об’єктів на дому, моделі для інженерів та архітекторів, отримати прототипи для випробувань тощо. Крім того, це адитивне виробництво дозволило створювати деталі, які раніше були неможливими іншими методами, такими як прес-форми, екструзія тощо.

Що таке біодрук

Біодрук — це особливий вид адитивного виробництва, також створений за допомогою 3D-принтерів, але результати якого сильно відрізняються від інертних матеріалів. Може утворюють живі тканини та органи, від шкіри людини до життєво важливого органу. Вони також можуть виготовляти біосумісні матеріали, наприклад, для протезів або імплантатів.

Цього можна досягти з два методи:

• З композитів будується конструкція, своєрідна опора або риштування біосумісні полімери що вони не відкидаються організмом, і що клітини приймуть їх. Ці структури вводяться в біореактор, щоб вони могли бути заповнені клітинами, а після введення в організм вони поступово звільнятимуть місце для клітин організму-господаря.
• Це відбиток органів або тканин шар за шаром, але замість використання таких матеріалів, як пластик чи інші, культури живих клітин і метод кріплення, який називається біопапір (матеріал, що біологічно розкладається) для формування форми.

Як працюють 3D-принтери

El як працює 3d принтер Це набагато простіше, ніж може здатися:

1. Ви можете почати з нуля з програмним забезпеченням до 3D моделювання або CAD-дизайн, щоб створити потрібну модель, або завантажити вже створений файл, і навіть використовувати 3D-сканер для отримання 3D-моделі з реального фізичного об’єкта.
2. Тепер у вас є 3D-модель зберігається в цифровому файлі, тобто з цифрової інформації з розмірами та формами об’єкта.
3. Далі йдеться нарізка, процес, у якому 3D-модель «розрізається» на сотні або тисячі шарів або фрагментів. Тобто, як програмно нарізати модель.
4. Коли користувач натискає кнопку друку, 3D-принтер, підключений до ПК через USB-кабель або мережу, або файл, переданий на SD-карту чи ручку, буде інтерпретується процесором принтера.
5. Звідти принтер піде управління двигунами переміщати голову і таким чином створювати шар за шаром, поки не буде досягнута остаточна модель. Схожий на звичайний принтер, але обсяг буде зростати шар за шаром.
6. Спосіб створення цих шарів може відрізнятися в залежності від технології які мають 3D-принтери. Наприклад, вони можуть бути шляхом екструзії або смоли.

3D дизайн та 3D друк

Коли ви дізнаєтеся, що таке 3D-принтер і як він працює, наступне знати необхідне програмне забезпечення або інструменти для друку. Щось важливе, якщо ви хочете перейти від ескізу чи ідеї до реального 3D-об’єкта.

Ви повинні знати, що існує кілька основних типів програмного забезпечення для 3D-принтерів:

• З одного боку є програми 3D моделювання або 3D CAD дизайн за допомогою якого користувач може створювати дизайни з нуля або змінювати їх.
• З іншого боку є т. зв програмне забезпечення для слайсерів, який перетворює 3D-модель на конкретні інструкції для друку на 3D-принтері.
• Є також програмне забезпечення для модифікації сітки. Ці програми, такі як MeshLab, використовуються для зміни сіток 3D-моделей, коли вони викликають проблеми під час їх друку, оскільки інші програми можуть не враховувати роботу 3D-принтерів.

Програмне забезпечення для 3D принтера

Ось деякі з найкраще програмне забезпечення для 3D-друку, як платні, так і безкоштовні, за 3D моделювання y CAD-дизайн, а також безкоштовне програмне забезпечення або програмне забезпечення з відкритим кодом:

Sketchup

Google і останнє програмне забезпечення створено SketchUp, хоча остаточно перейшов до рук компанії Trimble. Це приватне та безкоштовне програмне забезпечення (з різними типами планів оплати), а також з можливістю вибору між його використанням на робочому столі Windows або в Інтернеті (будь-яка операційна система із сумісним веб-браузером).

Ця програма з графічний дизайн та 3D моделювання є одним із найкращих. З його допомогою можна створювати всілякі конструкції, хоча він спеціально розроблений для архітектурних проектів, промислового дизайну тощо.

скачати

Ultimaker Cure

Ultimaker створив Cura, програма, спеціально розроблена для 3D-принтерів за допомогою якого параметри друку можна змінювати та перетворювати в код G. Його створив Девід Раан, коли він працював у цій компанії, хоча для полегшення обслуговування він відкривав її код під ліцензією LGPLv3. Тепер це відкритий вихідний код, що забезпечує більшу сумісність із програмним забезпеченням CAD сторонніх розробників.

У наш час він настільки популярний, що це a з найбільш використовуваних у світі, з понад 1 мільйоном користувачів з різних секторів.

скачати

прусальник

Компанія Prusa також хотіла створити власне програмне забезпечення. Це інструмент з відкритим кодом, який називається PrusaSlicer. Ця програма дуже багата з точки зору функцій і можливостей, і має досить активну розробку.

За допомогою цієї програми ви зможете експортувати 3D-моделі у власні файли, які можна адаптувати оригінальні принтери Prusa.

скачати

творець ідеї

Ця інша програма є безкоштовною і може бути встановлена ​​на обох Microsoft Windows, macOS і на GNU/Linux. Ideamaker спеціально розроблений для продуктів Raise3D, і це ще один слайсер, за допомогою якого ви можете швидко керувати своїми прототипами для друку.

скачати

freecad

FreeCAD потребує кількох вступів, це проект з відкритим вихідним кодом і повністю безкоштовний для проектування 3D CAD. З його допомогою ви можете створити будь-яку модель, як і в Autodesk AutoCAD, платну версію і власний код.

Він простий у використанні, має інтуїтивно зрозумілий інтерфейс та багатий інструментарій для роботи. Саме тому він є одним з найбільш використовуваних. Він заснований на OpenCASCADE і написана на C++ та Python під ліцензією GNU GPL.

скачати

змішувач

Ще одне чудове знайомство у світі вільного програмного забезпечення. Це чудове програмне забезпечення використовується навіть багатьма професіоналами, враховуючи потужність і результати він пропонує. Доступно на кількох платформах, таких як Windows і Linux, і за ліцензією GPL.

Але найголовніше в цьому програмному забезпеченні те, що воно не тільки служить освітлення, рендеринг, анімація та створення тривимірної графіки для анімаційних відео, відеоігор, картин тощо, але ви також можете використовувати його для 3D-моделювання та створювати те, що вам потрібно для друку.

скачати

Autodesk AutoCAD

Це платформа, подібна до FreeCAD, але це проприетарне та платне програмне забезпечення. Ваші ліцензії мають a висока ціна, але це одна з найбільш використовуваних програм на професійному рівні. За допомогою цього програмного забезпечення ви зможете створювати як 2D, так і 3D проекти CAD, додаючи мобільність, численні текстури матеріалів тощо.

Він доступний для Microsoft Windows, і однією з його переваг є сумісність з Файли DWF, які є одними з найбільш поширених і розроблених самою компанією Autodesk.

скачати

Autodesk Fusion 360

Autodesk Fusion 360 Він має багато подібності з AutoCAD, але він заснований на хмарній платформі, тому ви можете працювати звідки завгодно і завжди мати найсучаснішу версію цього програмного забезпечення. У цьому випадку доведеться також платити за підписку, яка теж не зовсім дешева.

скачати

Тінкеркад

TinkerCAD - це ще одна програма для 3D-моделювання можна використовувати онлайн, з веб-браузера, що значно відкриває можливості використання його звідусіль, де вам потрібно. З 2011 року він набирає користувачів і став дуже популярною платформою серед користувачів 3D-принтерів і навіть в освітніх центрах, оскільки його навчання набагато легше, ніж у Autodesk.

скачати

Мешлаб

Він доступний для Linux, Windows і macOS і є повністю безкоштовним з відкритим вихідним кодом. MeshLab — це програмна система для обробки 3D-сітки. Метою цього програмного забезпечення є керування цими структурами для редагування, ремонту, перевірки, візуалізації тощо.

скачати

SolidWorks

Європейська компанія Dassault Systèmes зі своєї дочірньої компанії SolidWorks Corp. розробила одне з найкращих і найпрофесійніших програм САПР для 2D і 3D моделювання. SolidWorks може бути альтернативою Autodesk AutoCAD, але це так спеціально розроблений для моделювання механічних систем. Він не безкоштовний, не є відкритим вихідним кодом і доступний для Windows.

скачати

Крео

Нарешті, Creo — ще одне з найкращих програм CAD/CAM/CAE для 3D принтерів можна знайти. Це програмне забезпечення, створене компанією PTC, яке дозволяє вам швидко та без праці розробляти безліч високоякісних продуктів. Все завдяки інтуїтивно зрозумілому інтерфейсу, розробленому для покращення зручності використання та продуктивності. Ви можете розробляти деталі для адитивного та субтрактивного виробництва, а також для моделювання, генеративного проектування тощо. Він платний, із закритим кодом і тільки для Windows.

скачати

друк 3D

Наступним кроком до дизайну за допомогою вищевказаного програмного забезпечення є фактичний друк. Тобто, коли з того файлу з моделлю 3D-принтер починає генерувати шари до завершення моделі та отримання реального дизайну.

це процес може зайняти більше або менше, залежно від швидкості друку, складності виробу та його розміру. Але це може тривати від кількох хвилин до годин. Під час цього процесу принтер можна залишити без нагляду, хоча завжди корисно час від часу контролювати роботу, щоб запобігти тому, щоб проблеми в кінцевому підсумку вплинули на кінцевий результат.

пост-процес

Звичайно, після того, як деталь закінчиться надрукувати на 3D-принтері, робота в більшості випадків на цьому не закінчується. Потім зазвичай приходять інші додаткові кроки, відомі як постобробка як:

• Усуньте деякі частини, які необхідно створити і які не є частиною остаточної моделі, наприклад основу або опору, необхідні для того, щоб деталь стояла.
• Відшліфуйте або відполіруйте поверхню для досягнення кращої кінцевої обробки.
• Обробка поверхні об’єкта, наприклад, лакування, фарбування, ванни тощо.
• Деякі шматки, наприклад металеві, можуть навіть потребувати інших процесів, як-от випікання.
• У випадку, якщо деталь довелося розділити на частини, оскільки неможливо побудувати ціле через його розміри, може знадобитися з’єднати частини (збірка, клей, зварювання...).

Часто задаються питання

Нарешті, розділ про Поширені запитання або поширені запитання та відповіді які зазвичай виникають при використанні 3D-принтера. Найчастіше шукають:

Як відкрити STL

Одним із найчастіших запитань є як можна відкрити або переглянути файл .stl. Це розширення відноситься до файлів стереолітографії і може відкриватися і навіть редагуватися програмним забезпеченням Dassault Systèmes CATIA серед інших програм САПР, таких як AutoCAD тощо.

Крім STL існують також інші файли як .obj, .dwg, .dxf, тощо Всі вони досить популярні, і їх можна відкривати за допомогою багатьох різних програм і навіть конвертувати між форматами.

3D шаблони

Слід знати, що не завжди потрібно самостійно створювати 3D-малюнок, ви можете отримати готові моделі всяких речей, від фігурок з відеоігор чи фільмів, до практичних предметів побуту, іграшок, протезів, масок, телефону. справи тощо. Raspberry Pi, і багато іншого. З’являється все більше веб-сайтів з бібліотеками таких шаблони, готові до завантаження та друку на вашому 3D-принтері. Деякі рекомендовані сайти:

• Thingiverse
• 3D Склад
• PrusaPrinters
• ти уявляєш
• GrabCad
• MyMiniFactory
• Піншап
• TurboSquid
• 3DEекспорт
• Free3D
• похитнувся
• Галерея 3D-друку XYZ
• Культи 3D
• ремонтопридатний
• 3DaGoGo 
• Free3D
• Кузня
• NASA
• Плани уроків Dremel
• Полярна хмара
• stlfinder
• Sketchfab
• hum3d

З реальної моделі (3D-сканування)

Інша можливість, якщо ви хочете відтворити ідеальний клон або копія іншого 3D-об'єкта, полягає у використанні a 3D сканер. Це пристрої, які дозволяють відстежувати форму об’єкта, переносити модель у цифровий файл і дозволяти друкувати.

Застосування та використання 3D-принтера

Нарешті, 3D-принтери можна використовувати для багатьох застосувань. Найпопулярніші варіанти використання:

інженерні прототипи

Одним з найпопулярніших застосувань 3D-принтерів у професійній сфері є швидке створення прототипів, тобто швидке створення прототипів. Або отримати деталі для гоночного автомобіля, наприклад, Формули-1, або створити прототипи двигунів або складних механізмів.

Таким чином, інженеру дозволяється отримати деталь набагато швидше, ніж якби її потрібно було відправити на фабрику для виготовлення, а також отримати випробувати прототипи щоб побачити, чи буде остаточна модель працювати, як очікувалося.

Архітектура та будівництво

фото: © www.StefanoBorghi.com

Звичайно, і тісно пов’язані з вищезазначеним, їх також можна використовувати будувати конструкції та виконувати механічні випробування для архітекторів, або створювати певні частини, які неможливо виготовити за допомогою інших процедур, створювати прототипи будівель чи інших об’єктів як зразки чи моделі тощо.

Крім того, поява с бетонні принтери та інші матеріали, також відкрили двері для того, щоб мати можливість друкувати будинки швидко та набагато ефективніше та з повагою до навколишнього середовища. Було навіть запропоновано взяти цей тип принтера на інші планети для майбутніх колоній.

Дизайн та виготовлення ювелірних виробів та інших аксесуарів

Однією з найпоширеніших речей є друковані прикраси. Спосіб отримати унікальні та швидші вироби з персоналізованими характеристиками. Деякі 3D-принтери можуть друкувати деякі принади та аксесуари з матеріалів, таких як нейлон або пластик, у різних кольорах, але є також деякі інші, що використовуються у сфері професійних ювелірних виробів, які можуть використовувати благородні метали, такі як золото або срібло.

Сюди можна також включити деякі продукти, які також друкуються останнім часом, наприклад одяг, взуття, модні аксесуари, І т.д.

Дозвілля: речі, зроблені за допомогою 3D-принтера

Не забуваймо дозвілля, для чого використовується багато домашніх 3D-принтерів. Це може бути найрізноманітнішим: від створення персоналізованої опори, до розробки прикрас або запасних частин, до малювання фігурок ваших улюблених вигаданих персонажів, футлярів для проектів DIY, персоналізованих кухлів тощо. Тобто для некомерційного використання.

Виробнича промисловість

багато обробні галузі вони вже використовують 3D-принтери для виробництва своєї продукції. Не тільки через переваги цього виду адитивного виробництва, а й тому, що іноді, враховуючи складність конструкції, неможливо створити її традиційними методами, такими як екструзія, використання прес-форм тощо. Крім того, ці принтери еволюціонували, будучи здатними використовувати дуже різноманітні матеріали, включаючи друк металевих деталей.

Також прийнято виготовляти деталі для транспортних засобів, і навіть для літаків, оскільки вони дозволяють отримати деякі деталі, які є дуже легкими та ефективнішими. У великих, таких як AirBus, Boeing, Ferrari, McLaren, Mercedes тощо, вони вже є.

3D-принтери в медицині: стоматологія, протезування, біодрук

Ще одним із чудових секторів використання 3D-принтерів є сфера здоров'я. Їх можна використовувати для багатьох цілей:

• Точніше виготовляти зубні протези, а також брекети тощо.
• Біодрук тканин, таких як шкіра або органи для майбутніх трансплантацій.
• Інші типи протезів для кісткових, рухових або м’язових проблем.
• Ортопедія.
• і т.п.

Друкована їжа / їжа

3D-принтери можна використовувати для створення прикрас на тарілках або для друку солодощів, таких як шоколад певної форми, і навіть для багатьох інших різноманітних продуктів. Тому, харчова промисловість вона також прагне використовувати переваги цих машин.

Крім того, спосіб покращити харчування, наприклад, друк м’ясного філе, виготовленого з перероблених білків або з якого були видалені певні шкідливі продукти, які можуть бути в натуральному м’ясі. Також є проекти зі створення продуктів для веганів або вегетаріанців, які імітують справжні м’ясні продукти, але створені з рослинного білка.

Educación

І, звичайно, 3D-принтери – це інструмент, який заполонить освітні центри, оскільки вони є фантастичний компаньйон для занять. З ними вчителі можуть створювати моделі, щоб учні навчалися практичним та інтуїтивним способом, або самі учні могли б розвивати свою винахідливість і створювати різноманітні речі.

Подальша інформація

• Найкращі 3D-принтери на основі смоли
• 3D-сканер
• Запчастини для 3D принтерів
• Нитки та смола для 3D-принтерів
• Кращі промислові 3D-принтери
• Кращі 3D-принтери для дому
• Кращі дешеві 3D принтери
• Як вибрати найкращий 3D принтер
• Все про формати STL та 3D друку
• Типи 3D-принтерів