Как работают 3D принтеры?
Оригинал взят у bel_ok в Как работают 3D принтеры?
Увидела хорошее описание процессов в комментариях к статье smoliarm про "КИВИАНА или НОВОЕ СЛОВО В РАКЕТОСТОЕНИИ"
Автор комментария, который я привожу ниже alex_shishkin
Все современные процессы 3D печати, по существу, аналогичны строительству детской игрушечной пирамиды. Вы же наверняка видели эти игрушки, в которых на вертикальную палку малыш нанизывает "блины" разного размера, один за одним? 3D принтер делает ровно то же самое. Только центральная ось, удерживающая детскую игрушку, ему не нужна, "блины" имеют очень маленькую толщину (меньше 0,1 мм), и форма каждого "блина" может варьироваться.
Вот, скажем, захотели Вы напечатать стакан. Программа 3D-печати разрежет его компьютерную модель на N горизонтальных ломтиков, каждый - толщиной, скажем, 0,1 мм. И начнёт отправлять эти "ломтики" один за одним на принтер. Сначала принтер напечатает 30 кружков одного и того же диаметра, один на одном, и получится дно стакана. Потом поверх дна начнут печататься кольца. Напечатали их несколько сотен - получили стенки стакана. Вот, собственно, и весь принцип - хотя, разумеется, его практическое применение оказывается несколько сложнее. :-)
Теперь о том, как такие слои печатаются.
1. Самый старый из применяемых сегодня процессов - применим только для пластиков. Процесс основан на том, что облучение светом определённой длины волны (в основном ультрафиолетом или близким к нему) заставляет жидкие пластики полимеризовываться.
В принтерах этого типа "строительство" детали происходит в ванне с жидким пластиком. Внутри ванны находится платформа, способная двигаться вверх-вниз. Сверху на неё нацелен лазер (как вариант - мощный проектор). Платформа выставляется на глубине одного "ломтика" ниже поверхности жидкого пластика, и лазер пробегает лучом всю площадь этого "ломтика", полимеризуя пластик (или проектор полимеризует весь ломтик одной вспышкой). Платформа опускается на толщину одного ломтика, только что полимеризованный ломтик накрывается жидким пластиком, и процесс повторяется. И так - несколько тысяч раз, или несколько десятков тысяч раз, в зависимости от количества горизонтальных "ломтиков", на которые пришлось рассечь будущее изделие.
По окончании процесса платформа поднимается выше уровня жидкого пластика в ванне - и оператор снимает напечатанный "слоёный пирог".
2. Следующий по возрасту процесс в основном тоже применяется только для пластиков.В нём тоже присутствует платформа, на которой идёт "строительство" детали. Но над этой платформой передвигается "печатающая головка" (иногда - несколько головок). В головку подаётся тонкая пластиковая проволока, внутри головки стоит электрический нагреватель, который расплавляет пластик, и получившаяся жидкость выдавливается из сопла, как паста из тюбика.
Весь процесс напоминает творчество художника-абстракциониста, выдавливающего краски из тюбиков прямо на холст. Только диаметр выдавливаемой пластиковой "макаронины" очень маленький, и выдавливается она непрерывно. Печатающая головка "рисует" выдавливаемым пластиком один ломтик будущего изделия, потом поднимается на толщину ломтика, и рисует следующий ломтик поверх ранее нарисованного. И так - опять-таки тысячи или десятки тысяч раз, пока не напечатается всё изделие. ( bel_ok у нас принтер именно так и работает. 1 и 3 типы значительно дороже стоят)
3. Процесс, впервые использованный для печати из металлов - сначала тоже был отработан на пластиках. Он очень похож на процесс 1 - только работа идёт не с жидким материалом, а с порошком из этого материала. На платформу высыпается определённое количество порошка, потом над платформой проходит горизонтальная "линейка", разравнивающая порошок ровным слоем толщиной в один будущий ломтик. Всё тот же лазер, только значительно большей мощности, "рисует" в порошке ломтик, оплавляя порошок. Поверх напечатанного ломтика насыпается новая порция порошка, опять разравнивается в толщину одного ломтика, и процесс "рисования" повторяется - столько раз, сколько нужно.
Разумеется, практическое применение этого принципа, особенно к металлам, куда сложнее описанной мной "принципиальной схемы". Например, металл не обязательно плавить. Его можно и спекать - нагревать до температуры ниже точки плавления, но достаточно, чтобы соседние крупинки "сцепились" друг с другом. Кроме того, практически все металлы, используемые в машиностроении - это сплавы, в которых разные компоненты плавятся при разных температурах, да к тому же по-разному реагируют в процессе нагрева-охлаждения с окружающим воздухом. Поэтому процесс надо вести или в среде инертного газа, или в вакууме. Да и для разогрева металлических порошков используют не только лазеры, но и электронно-лучевые нагреватели. Но это уже практические детали, а принцип от этого не меняется.
Увидела хорошее описание процессов в комментариях к статье smoliarm про "КИВИАНА или НОВОЕ СЛОВО В РАКЕТОСТОЕНИИ"
Автор комментария, который я привожу ниже alex_shishkin
Все современные процессы 3D печати, по существу, аналогичны строительству детской игрушечной пирамиды. Вы же наверняка видели эти игрушки, в которых на вертикальную палку малыш нанизывает "блины" разного размера, один за одним? 3D принтер делает ровно то же самое. Только центральная ось, удерживающая детскую игрушку, ему не нужна, "блины" имеют очень маленькую толщину (меньше 0,1 мм), и форма каждого "блина" может варьироваться.
Вот, скажем, захотели Вы напечатать стакан. Программа 3D-печати разрежет его компьютерную модель на N горизонтальных ломтиков, каждый - толщиной, скажем, 0,1 мм. И начнёт отправлять эти "ломтики" один за одним на принтер. Сначала принтер напечатает 30 кружков одного и того же диаметра, один на одном, и получится дно стакана. Потом поверх дна начнут печататься кольца. Напечатали их несколько сотен - получили стенки стакана. Вот, собственно, и весь принцип - хотя, разумеется, его практическое применение оказывается несколько сложнее. :-)
Теперь о том, как такие слои печатаются.
1. Самый старый из применяемых сегодня процессов - применим только для пластиков. Процесс основан на том, что облучение светом определённой длины волны (в основном ультрафиолетом или близким к нему) заставляет жидкие пластики полимеризовываться.
В принтерах этого типа "строительство" детали происходит в ванне с жидким пластиком. Внутри ванны находится платформа, способная двигаться вверх-вниз. Сверху на неё нацелен лазер (как вариант - мощный проектор). Платформа выставляется на глубине одного "ломтика" ниже поверхности жидкого пластика, и лазер пробегает лучом всю площадь этого "ломтика", полимеризуя пластик (или проектор полимеризует весь ломтик одной вспышкой). Платформа опускается на толщину одного ломтика, только что полимеризованный ломтик накрывается жидким пластиком, и процесс повторяется. И так - несколько тысяч раз, или несколько десятков тысяч раз, в зависимости от количества горизонтальных "ломтиков", на которые пришлось рассечь будущее изделие.
По окончании процесса платформа поднимается выше уровня жидкого пластика в ванне - и оператор снимает напечатанный "слоёный пирог".
2. Следующий по возрасту процесс в основном тоже применяется только для пластиков.В нём тоже присутствует платформа, на которой идёт "строительство" детали. Но над этой платформой передвигается "печатающая головка" (иногда - несколько головок). В головку подаётся тонкая пластиковая проволока, внутри головки стоит электрический нагреватель, который расплавляет пластик, и получившаяся жидкость выдавливается из сопла, как паста из тюбика.
Весь процесс напоминает творчество художника-абстракциониста, выдавливающего краски из тюбиков прямо на холст. Только диаметр выдавливаемой пластиковой "макаронины" очень маленький, и выдавливается она непрерывно. Печатающая головка "рисует" выдавливаемым пластиком один ломтик будущего изделия, потом поднимается на толщину ломтика, и рисует следующий ломтик поверх ранее нарисованного. И так - опять-таки тысячи или десятки тысяч раз, пока не напечатается всё изделие. ( bel_ok у нас принтер именно так и работает. 1 и 3 типы значительно дороже стоят)
3. Процесс, впервые использованный для печати из металлов - сначала тоже был отработан на пластиках. Он очень похож на процесс 1 - только работа идёт не с жидким материалом, а с порошком из этого материала. На платформу высыпается определённое количество порошка, потом над платформой проходит горизонтальная "линейка", разравнивающая порошок ровным слоем толщиной в один будущий ломтик. Всё тот же лазер, только значительно большей мощности, "рисует" в порошке ломтик, оплавляя порошок. Поверх напечатанного ломтика насыпается новая порция порошка, опять разравнивается в толщину одного ломтика, и процесс "рисования" повторяется - столько раз, сколько нужно.
Разумеется, практическое применение этого принципа, особенно к металлам, куда сложнее описанной мной "принципиальной схемы". Например, металл не обязательно плавить. Его можно и спекать - нагревать до температуры ниже точки плавления, но достаточно, чтобы соседние крупинки "сцепились" друг с другом. Кроме того, практически все металлы, используемые в машиностроении - это сплавы, в которых разные компоненты плавятся при разных температурах, да к тому же по-разному реагируют в процессе нагрева-охлаждения с окружающим воздухом. Поэтому процесс надо вести или в среде инертного газа, или в вакууме. Да и для разогрева металлических порошков используют не только лазеры, но и электронно-лучевые нагреватели. Но это уже практические детали, а принцип от этого не меняется.