D принтеры

В данном разделе рассмотрим исключительно перспективное направление развития принтеров - 3-D ПРИНТЕРЫ.

Основным отличием 3-D принтеров от обычных является то, что – они печатают готовые изделия, а не изображения!!

Рассмотрим принципы работы этих принтеров.

Первой технологией печати объемных объектов была стереолитография, изобретенная и запатентованная в 1986 году. Её принцип заключается в следующем - в рабочей зоне устройства находится фотополимер, который при попадании на него луча ультрафиолетового лазера или лампы твердеет. В случае с лазером печать происходит так - луч попиксельно пробегает по всей поверхности полимера, формируя твёрдый слой, далее подложка опускается на толщину одного слоя и луч пробегает поверх готового слоя. В итоге получается готовый объемный объект, точность построения которого составляет десятые доли миллиметра. Недостаток этой технологии заключается в стоимости оборудования (сотни тысяч долларов) и в возможности применения в качестве сырья только фотополимеров. Из этой технологии родилась ещё одна, в которой, в отличие от этой, использовался не лазер, а ультрафиолетовая лампа. Свет с лампы проходил сквозь трафарет каждого слоя, который печатался на стекле по технологии наподобие лазерной печати. Одновременная засветка всего слоя делает такую печать быстрее и качественнее. Сейчас компания Envisiontec представляет устройство, основанное на этой технологии, которое называется Prefactory. Аппарат занимает всего 0.3 квадратного метра площади, так что ее можно установить даже в небольшом офисе. Засветка производится при помощи технологии DLP (Digital Light Processing), аналогичной используемой в компьютерных проекционных системах. Разрешение (для одного рабочего слоя) составляет 1280 x 1024 пикселя при размере пикселя 150 или 90 микрон. Толщина слоев варьируется от 150 до 50 микрон.

На Prefactory можно делать прототипы размером около 190 x 152 x 230 мм, а скорость печати составляет до 15 мм в час (в высоту). Управляется принтер встроенным компьютером под управлением Linux, а связь с внешним миром идет по Ehternet через локальную сеть. Фактически, посылать задания на Prefactory можно, как на обычный сетевой принтер.

Ещё одна технология Зх - мерной печати основана на лазерном спекании (Selective Laser Sintering - SLS). В качестве рабочего материала в таких устройствах выступает уже не фотополимер, а порошок какого-нибудь относительно легкоплавкого пластика. Пластик в рабочем объеме SLS-машины нагревается почти до температуры плавления, а чтобы он не загорелся и не стал окисляться, в рабочую зону подается азот. Затем мощный лазер опять же рисует по пластиковому порошку сечение детали, пластик нагревается выше температуры плавления и спекается. Сверху насыпается следующий слой и процедура повторяется. В конце работы лишний порошок просто стряхивается с готовой модели. Этот процесс был разработан в конце 80-х годов в Техасском университете в Остине и запатентован в 1989 году выпускником университета Карлом Декардом (Carl Deckard). Кроме неплохой точности изготовления и высокой прочности полученных «распечаток», SLS обладает еще несколькими важными достоинствами. Во-первых, лазерное спекание позволяет изготовлять модели с подвижными частями - например, с работающими петлевыми соединениями, нажимающимися кнопками и так далее. Во-вторых, для SLS-процесса разработаны специальные материалы, позволяющие напрямую изготавливать металлические детали. В качестве порошка здесь используются микрочастицы стали, покрытые сверху слоем связующего пластика. Спекание пластика происходит как обычно, а затем «отпечатанная» деталь обжигается в печи. При этом пластик выгорает, а освободившиеся поры заполняются бронзой. В результате, получается объект, состоящий на 60% из стали и на остальные 40% и бронзы. По своим механическим характеристикам он превосходит алюминий и приближается к классической нержавеющей стали. Фактически, SLS уже сейчас позволяет производить полноценные металлические предметы, причем произвольной формы. Кроме того, имеется аналогичный материал с керамической или стеклянной сердцевиной - из него можно делать модели, устойчивые к высоким температурам и агрессивным химическим веществам.

Еще одна технология объемной печати с использованием лазера - это ламинирование. Разработана она была компанией Helysis и проходила под торговой маркой LOM (Laminated Object Manufacturing). Сама Helysis в 2000 году прекратила существование, а на основе ее технологии сейчас разрабатывают свое оборудование несколько других производителей. Суть технологии такова - в машину по очереди заряжаются тонкие листы рабочего материала, из которого затем лазером вырезаются слои будущей модели. После резки слои склеиваются друг с другом. В качестве материала первоначально использовалась специальная бумага со слоем клеящего вещества. Однако таким образом можно также нарезать тонкий пластик, керамику и даже металлическую фольгу.

Еще более перспективны для развития этого направления струйные принтеры. Простейший из процессов «струйной» объемной печати - это так называемый Fused Deposition Modeling (FDM). Идея FDM очень проста - раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика (в качестве материала может использоваться практически любой промышленный термопластик). Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта (печать здесь тоже ведется по слоям). Техпроцесс FDM позволяет с достаточно высокой точностью (минимальная толщина слоя 0.12 мм) изготовлять полностью готовые к использованию детали довольно большого размера (до 600 х 600 х 500 мм). Основы этой технологии были разработаны еще 1988 Скоттом Крампом (Scott Crump).

Другая технология, основанная на струйной печати - это разработка компании Objet Geometries под названием Polyjet. Здесь струйная головка используется для печати фотополимерным пластиком. Модель, как обычно, печатается слой за слоем, причем разрешение в слое составляет 600 х 300 dpi, а толщина слоя может быть доведена всего до 16 микрон. Каждый отпечатанный слой полимеризируется в твердый пластик под действием ультрафиолетовой лампы. В принципе, все это довольно похоже на SLA, но намного быстрее, точнее, проще и компактнее. При этом цена на принтеры Objet находится на уровне 60 000$ - в несколько раз меньше, чем у установок SLA.

Одна из самых интересных технологий «струйной печати» с использованием порошковых материалов разработана в Массачусетском Технологическом Институте, а первым и основным производителем оборудования стала компания Z Corporation.

Её 3D - принтеры относительно недороги - цены от 10000

до 30000$. Они работают существенно быстрее вышеописанных устройств. Суть технологии такова - специальная струйная головка (адаптированная из струйных принтеров HP) набрызгивает на порошковый материал клеящее вещество. Используется порошок на гипсовой основе с различными добавками и присадками. На плоскости построения распределяется слой порошка толщиной 80 микрон, и печатающая головка наносит связующее вещество (клей) согласно алгоритму данного слоя. В «забрызганных» местах порошок склеивается и формирует изделие на гипсовой основе. Чтобы придать ему требуемую прочность необходимо обработать пропиткой, которая также поставляется производителем.

Печать, как и в предыдущих случаях, идет послойно, а лишний порошок в конце стряхивается. Однако есть и существенная разница - этот принтер может использовать клеящую жидкость с добавлением пигментных красителей - а значит, печатать цветные модели. В цветном принтере от Z Corporation установлены 4 - струйные головки с чернилами - клеем основных цветов, так что полученная модель может воспроизводить не только форму, но и окраску (то есть, текстуру) своего виртуального прототипа.

Перечислим основные достоинства 3-D принтеров: - Технология 3D печати является самой быстрой из представленных на рынке коммерческих технологий направленных на решение рассмотренных задач. - Возможность печатать одновременно множество деталей. В 3D принтерах пользователи могут размещать детали по всему объему рабочей камеры, этим самым еще более сокращая суммарные временные затраты на создание прототипов.   - 3D принтеры производят изделия с высоким разрешением. Это результат комбинирования технологии печатающей головки, улучшенных материалов, управляющей программы и конструкции 3D принтеров. - 3D принтеры просты в использовании. Используемые материалы 3-D принтера нетоксичны, абсолютно безопасны и не требуют создания специального рабочего помещения, такого как лаборатория или мастерская.   - 3D принтеры функционируют практически без отходов. Неиспользованный порошок окружает и поддерживает сложные детали в процессе печати. Пользователи могут многократно использовать непропечатанный порошок.   - 3D принтеры универсальны благодаря их легкой перенастраиваемости. Процесс склеивания свободного порошка совместим со многими типами материалов. Не изменяя сам 3D принтер, пользователи в состоянии применять различный рабочий материал. Таким образом, 3-D принтер позволяет: • в несколько раз сократить время проектирования; • увидеть своё изделие ещё на стадии чертежей (3-D модель); • показать работу заказчику, не начиная производства; • быстро изготовить нужную деталь, или ее прототип единичным экземпляром; • избежать дорогостоящих ошибок конструкторов.   В качестве примера приведем три конкретных 3D - принтера, представленных на нашем рынке, отличающихся технологиями, конструкцией, назначением.

ZPrinter 250 (технология 3DP - композитный материал)

Габариты:

Длина х Ширина х Высота - 74×79×140 см.

Вес устройства (без упаковки) - 165 кг.

• Назначение - Архитектура, дизайн, анимация.
• Цветной - 64 цвета.
• Скорость до 20 мм/час.
• Толщина слоя 100 мкм.
• Разрешение (DPI) 300 x 450.
• Рабочая зона 236 x 185 x 127 мм.
• Материал: высококачественный композитный.

Objet 24 ( Технология Polyjet - фотополимер).

Дата добавления: 2013-12-13