4 необходимые вещи для начала работы с 3d-принтерами

Что за 3D-печать, как это работает?

На фото: приспособа для заточки сверел при помощи Dremel.

Сегодня на рынке особенно распространены две технологии печати: FDM (метод послойного создания модели) и SLA (метод облучения УФ-спектром). Второй вариант позволяет добиться более качественных результатов печати, но высокая стоимость оборудования и расходников делает его малодоступным для среднестатистического пользователя.

Именно поэтому сегодня говорить буду о FDM-печати.

Попробую объяснить принцип работы 3D-принтера и процесс печати, что называется, «на пальцах» и поэтапно.

Шаг 1. Сперва предварительно созданную 3D-модель нужно обработать в программе-слайсере. Слайсер (англ.: «slice» резать), делит модель на сотни слоев, описывая движения механических элементов принтера в виде букв и чисел.

Фрагмент готового кода выглядит примерно так:

И так далее. По сути, слайсер выполняет роль переводчика, помогая принтеру понять, куда двигать оси и сколько пластика выдавливать.

Шаг 2. Вы загружаете на SD-карту или флешку готовую управляющую программу в формате *.gcode после сайсинга и отдаете на съедение принтеру.

Шаг 3. Прогреваете до нужной температуры столик принтера и экструдер, и приступаете к печати. Основной расходник 3D-принтера — тонкая пластиковая нить (1,75 или 3 миллиметра в диаметре), намотанная на катушку. Называется она филаментом.

Во время печати нить проталкивается в нагревательный блок (экструдер), разогретый до температуры 200 — 250 градусов по Цельсию, после чего выдавливается из тоненького отверстия сопла.

На фото: сетки для укладки мозаики. Размер каждой ячейки 10 х 10 миллиметров.

Так слой за слоем формируется готовая модель, состоящая из сотен мелких слоев. Поскольку пластик плавится, то при печати он крепко слипается с уже остывшим слоем, а готовая деталь получается очень крепкой.

Технология изготовления

3d принтер печатает трехмерные (объемные) предметы. Сырьем может быть пластик, воск, металл.

Фигура образуется в результате наращивания большого количества слоев.

Используются несколько технологий.

Струйная печать:

• Охлаждение материала.
• Ультрафиолетовая лампа делает пластик твердым.
• Порошок склеивается в фигуру.
• Использование густых керамических смесей.

Лазерная печать:

• Под воздействием лазера пластиковый или металлический порошок сплавляется.
• В процессе ламинирования склеивают определенного количества слоев.
• Стереолитография (жидкий полимер засвечивают до затвердевания).

Как работает 3D принтер

Принцип 3D-печати заключается в создании материального трехмерного объекта, который должен соответствовать компьютерной модели, разработанной в программе 3D-моделирования или на основе 3D-скана.

• При использовании технологии FDM за создание объемной модели отвечает аддитивный процесс, когда объект создается путем нанесения слоев материала друг на друга снизу вверх, пока не получится копия такой же формы, как в чертеже. Таким способом создаются изделия из пластика.
• В случае применения технологии SLA (стереолитографии), объект создается посредством фотополимерной печати: специальные смолы в расплавленном виде поступают на платформу, где под воздействием лазерного излучателя затвердевают.

Помимо пластика и фотополимерных смол в качестве расходного материала используются металлические порошки и металлоглина.

Наиболее распространенным считается первый вариант, поэтому популярностью пользуется FDM-оборудование. Независимо от модели оно представляет собой простую конструкцию: и состоит (не считая корпуса) из следующих элементов:

• печатающая головка (экструдер) – с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала, разогревает его и выдавливает полужидкую массу;
• рабочий стол (платформа для печати) – на нем формируются детали и «выращивается» изделие;
• линейный и шаговый двигатели – приводят в движение экструдер, регулируют скорость и точность печати;
• фиксаторы – датчики, определяющие координаты печати, и ограничивающие движение печатной головки;
• рама – объединяет все элементы в единую конструкцию, которая управляется электронным блоком.

В 3D-принтерах используется материал преимущественно двух видов:

• ABS – прочный и долговечный пластик, из которого изготавливают детали конструктора LEGO;
• PLA — биоразлагаемый нетоксичный полимер на основе молочной кислоты.

Преимущества самодельного 3D принтера перед покупным

Сборка самодельного 3D принтера теперь доступна каждому. Для этих целей нужно иметь немного инженерного образования, навыков программиста, затраченное время и некоторую сумму денег, примерно в 25000 руб. Для многих легче потратить 15-20 тысяч на готовую модель. Но из-за дешевого качества китайской сборки прибор прослужит недолго. Такая причина вполне оправдана.

Основным отличием покупного 3D принтера является то, что корпус сделан из акрила и фанеры. Это ведет за собой ряд неприятных последствий:

• прибор нуждается в постоянной калибровке цветов;
• положение неустойчивое, и качество печати ухудшается;
• жесткая печать комплектующих.

Главное преимущество самодельных 3D-принтеров над покупными заключается в качестве рамы. Можно использовать стальной материал. Это придаст лучшей фиксации аппарату и увеличит срок его службы.

Использование в домашних условиях позволит самостоятельно изготавливать детали, которые можно делать только на станках. Например, создать корпус авто.

Справка! С помощью трехмерного принтера можно распечатать протез. А с учетом использования его дома, это будет стоить намного дешевле, чем в медицинских учреждениях.

Зачем собирать 3д принтер своими руками, и в чем его преимущество перед покупным, узнаете из этого видео:

Идеи для заработка

Итак, мы определились, что для работы необходим компьютер, принтер и расходные материалы. Специального помещения на первое время не нужно, вполне подойдет обычная квартира. В дальнейшем, когда бизнес будет поставлен на поток, следует задуматься об отдельном офисе для встречи с клиентами, оформлении ИП, расширении каналов сбыта и т.д.

Главная первоначальная задача – купить принтер, научиться им пользоваться, потому что это не так-то просто. Предстоит опробовать немало режимов прежде, чем станут появляться качественные предметы, которые не будут разваливаться на части, подтекать, коситься на один бок.

Поговорим, на изготовлении каких предметов на 3D
принтере можно заработать.

1. Брелоки, сувениры, фигурки, миниатюрные копии людей. Фанаты готовы на любые ухищрения, чтобы заполучить фигурку любимого героя из фильма или компьютерной игры. Изготовленные по обычной технологии модели героев не радуют разнообразием. А на 3D принтере можно изготовить любую копию, хоть Шерлока Холмса, хоть Ведьмака. За милые сердцу вещицы выставляют цену от 500 до 4 000 рублей. Однако предстоит кропотливая пост-обработка: раскрашивают фигурки из пластика вручную.
2. Продукты. Съедобные изделия также рождаются в камере 3D принтера. Вместо пластика используют гидроколлоиды. На их основе даже в недорогом принтере получится создать причудливые макаронные изделия, леденцовые конфетки или сахарные узорные фигурки. Кстати, обычный шоколад также может наслаиваться по FDM технологии, образуя готовое вкусное изделие.  
3. Тематические аксессуары. Любители косплея – одни из возможных клиентов. Найти в продаже украшения, броню или вооружение персонажа затруднительно, поэтому 3D печать приходит на помощь.
4. Прототипы, макеты. Прежде чем запустить полномасштабное производство, нужно убедиться в жизнеспособности и завершенности изделия. Благодаря цифровой модели, можно воссоздать любой прототип, к примеру, автомобиля или здания. И продать макет получится за приличные деньги, поскольку такие заказы делают, обычно, солидные строительные или архитектурные фирмы.
5. Чехлы для смартфонов. Времена, когда все повсеместно заказывали чехлы со своим именем или фамилией, минули. Но желание выделиться с помощью гаджета осталось неизменным. На чехлах из 3D принтера реально заработать 700 – 3 500 руб. за одну модель.
6. Пустотелые модели из пластика. Как ни странно, пользуются спросом, так как в них можно поместить лампочку или светодиод и получить необычный светильник.
7. Посуду, предметы интерьера. Здесь заложен огромный простор для фантазии. Будет это пластиковая голова медведя или фигурная кружка – решать вам.
8. Фигурки для настольных игр. Обычный шахматный конь или пешка ничем не примечательны. А вот набор фигурок, где ладья имеет голову лучшей подруги, а король – голову Брэда Питта смотрится куда заманчивее.
9. Экзоскелеты. Они призваны фиксировать поврежденную конечность и восстанавливать мышечную подвижность. Десятилетиями эту функцию исправно выполнял гипс, доставляющий множество неудобств. Благодаря печатным экзоскелетам стало возможным принять душ и просто почесать себе палец на сломанной руке.

Что это такое

Чтобы заработать на 3D принтере, нужно разбираться в принципах его функционирования.

3D принтер – устройство для печати объемных предметов на основе цифровой 3D модели. Расходные материалы, из которых изготавливается готовое изделие, называют филаментами.

Выделяют несколько технологий 3D печати, в зависимости от используемого расходника и особенности технологического процесса:

• SLA (стереолитография). Филаментом выступает жидкий фотополимер, на который направляется лазерный луч, вызывающий затвердевание. Такие 3D принтеры стоят весьма недешево, поэтому их используют крупные компании. Модели, полученные по технологии SLA, отличаются высочайшей точностью, прочностью, а также могут быть огромных размеров.
• SLS (выборочное лазерное спекание). В этой технологии применяется гипсовый порошок, который распределяется послойно, а затем спекается лазером. Полученные модели крайне прочны и высокотехнологичны, так что даже используются в ювелирной отрасли.
• MJM (многоструйное моделирование). Наиболее передовая технология, в которой используют пластик, воск, фотополимеры и специальные составы. Ключевая особенность – применение основного материала и вспомогательного, призванного заполнять полости модели. Таким способом печатают импланты, протезы, украшения и т.д.
• FDM (послойное наплавление). Начинающие предприниматели, желающие заработать на 3D принтере, чаще всего обращают взор именно на эту технологию. Филаментом является дешевый термопластик ABS и PLA, который расплавляется печатающей головкой и тонкой нитью слоями формирует готовую модель. Чем тоньше слой, тем более точное изделие получается. Чтобы завершить создание модели, необходима последующая обработка: выравнивание поверхности, полировка, покраска. PLA – пластик, созданный на базе тростникового или кукурузного крахмала. Он экологически безопасный, а изделия на основе PLA – прочные, даже жесткие и слегка глянцевые. ABS – термопластик, изготовленные из нефтепродуктов. Он не настолько безопасный, но модели из ABS – эластичные, теплостойкие и блестящие.

Создаем собственный объект

В стартовом окне SketchUp выберите шаблон «Product design and Woodworking — Millimeters». Программа создаст пространственную систему координат, которую можно увеличивать или уменьшать, вращая колесо мыши, а нажав на него — поворачивать. Красная ось показывает ширину предмета, синяя — высоту, а зеленая — глубину. Чтобы создать прямоугольную форму нашего тестового объекта, сначала вытяните основную фигуру. Для этого на панели инструментов выберите «Restangle».

Особенность программы SketchUp состоит в том, что в начальной точке объекта (в нашем случае — в центре координатной системы) нужно щелкнуть клавишей мыши и, не отпуская ее, тянуть. Установите курсор в области между зеленой и красной координатами.

Чтобы точно задать размеры фигуры, просто введите на клавиатуре «110;40» и нажмите «Enter» — получится прямоугольник с шириной и высотой 110 и 40 мм соответственно. Затем с помощью инструмента «Push/Pull» из двухмерного прямоугольника можно сформировать трехмерный. Щелкните по прямоугольнику и потяните его вверх. Чтобы точно задать высоту в 10 мм, просто введите клавишами значение «10» и затем нажмите «Enter».

Уточняем форму

Теперь добавьте колонны и отверстия, на которых принтер должен будет показать точность своей работы. Для этого инструментом «Circle» нарисуйте круги на поверхности прямоугольной фигуры. Чтобы добиться их точного расположения, создайте временные вспомогательные линии и используйте линейку. Точный размер радиуса круга вводится с помощью клавиатуры.

Ряды кругов можно поворачивать на 180° с помощью инструмента «Rotate» и копировать, нажав на клавишу «Ctrl». Теперь инструментом «Pull/Push» с одной стороны прямоугольника нажмите на круги, чтобы получить отверстия, а с другой стороны вытяните их вверх, чтобы получить колонны.

Способ 1: Blender

Blender — первая программа, основное предназначение которой заключается в создании 3D-моделей для дальнейшего их анимирования или применения в разных сферах компьютерных технологий. Она распространяется бесплатно и подходит начинающим юзерам, кто впервые столкнулся с приложениями такого рода, поэтому и занимает эту позицию. Давайте вкратце рассмотрим процедуру подготовки модели для печати пошагово, начав с настройки самого инструмента.

Шаг 1: Подготовительные действия

Конечно, после запуска Blender можно сразу же приступать к ознакомлению с интерфейсом и разработке моделей, однако сначала лучше уделить внимание подготовительным действиям, чтобы настроить рабочую среду под макеты для 3D-принтеров. Эта операция не займет много времени и потребует активации всего нескольких параметров

1. Для начала в стартовом окне выберите параметры внешнего вида и расположение элементов, отталкиваясь от личных потребностей.

В следующем разделе окна «Quick Setup» вы увидите разные шаблоны для начала работы и ссылки на источники со вспомогательной информацией, которая пригодится при освоении ПО. Закройте это окно, чтобы перейти к следующему этапу конфигурации.

На панели справа отыщите значок «Scene» и нажмите по нему. Название кнопки появляется через несколько секунд после наведения на нее курсора.

В появившейся категории разверните блок «Units».

Установите метрическую систему измерений и задайте масштаб «1». Это необходимо для того, чтобы параметры сцены перенеслись на пространство 3D-принтера в должном виде.

Теперь обратите внимание на верхнюю панель программы. Там наведите курсор на «Edit» и в появившемся всплывающем меню выберите «Preferences».

В окне настроек переместитесь на «Add-ons».

Отыщите и активируйте два пункта под названиями «Mesh: 3D-Print Toolbox» и «Mesh: LoopTools».

Убедитесь в том, что галочки были успешно проставлены, а затем покиньте данное окно.

Дополнительно рекомендуем обратить внимание и на другие пункты конфигурации. Здесь вы можете настроить внешний вид программы, поменять расположение элементов интерфейса, трансформировать их или вовсе отключить

По завершении всех этих действий переходите к следующему шагу.

Шаг 3: Проверка проекта на соблюдение общих рекомендаций

Перед завершением работы над моделью мы советуем не упускать самые важные аспекты, которые следует выполнять для оптимизации проекта и обеспечения его корректной распечатки на принтере. Для начала убедитесь, что ни одна из поверхностей не накладывается друг на друга. Они должны лишь соприкасаться, образуя единый объект. Если где-то произойдет выход за рамки, вероятны проблемы с качеством самой фигуры, поскольку в неправильно оформленном месте произойдет небольшой сбой печати. Для удобства вы всегда можете включить отображение прозрачной сети, чтобы проверить каждую линию и поле.

Далее займитесь уменьшением количества полигонов, ведь большое количество этих элементов лишь искусственно усложняет саму фигуру и мешает оптимизации. Конечно, избегать лишних полигонов рекомендуется еще при создании самого объекта, но не всегда получается сделать это на текущем этапе. Вам доступны любые способы данной оптимизации, о чем тоже написано в документации и рассказывается в обучающих материалах от независимых пользователей.

Теперь хотим отметить и тонкие линии или какие-либо переходы. Как известно, само сопло имеет определенный размер, что зависит и от модели принтера, а пластик не является самым надежным материалом. Из-за этого лучше избегать наличия совсем тонких элементов, которые в теории могут вообще не получиться на печати или будут крайне хрупкими. Если такие моменты присутствуют в проекте, слегка увеличьте их, добавьте опору или по возможности избавьтесь.

Шаг 4: Экспорт проекта

Завершающий этап подготовки модели для печати — экспорт ее в подходящем формате STL. Именно этот тип данных поддерживается 3D-принтерами и будет корректно распознан. Никакого рендеринга или дополнительных обработок можно не осуществлять, если для проекта уже были назначены цвета либо какие-либо простые текстуры.

1. Откройте меню «File» и наведите курсор на «Export».

В появившемся всплывающем списке выберите «Stl (.stl)».

Укажите место на съемном или локальном носителе, установите название для модели и нажмите на «Export STL».

Проект сразу же будет сохранен и доступен для выполнения других действий. Теперь вы можете вставить флешку в принтер или подключить его к компьютеру, чтобы запустить выполнение имеющегося задания. Советов по его настройке мы давать не будем, поскольку они сугубо индивидуальны для каждой модели устройств и четко прописаны в инструкциях и различных документациях.

Что можно печатать на 3D-принтере?

На фото: обод для DIY-очистителя воздуха с угольным наполнением.

Вы удивитесь, но напечатать можно практически все. Единственное, чем вы ограничены — площадью печати.

У моих, собранных самостоятельно, 3D-принтеров область печати составляет: 200 мм х 200 мм х 160 мм и 300 мм х 300 мм х 280 мм. В такие размеры можно вписать практически любой предмет. Игрушки, механические части, элементы интерьера, компоненты для сломанных бытовых приборов, всевозможные крючки, подставки — список можно продолжать бесконечно.

А те модели, что не помещаются на столике 3D-принтера, можно разрезать на части и затем склеить. Поверьте опыту, место шва при должной обработке практически невозможно разломать.

Приведу лишь несколько примеров из жизни, когда 3D-печать позволила не только решить бытовые проблемы, но и неплохо сэкономить:

На фото: та самая заглушка от шлема.

и это лишь малая часть того, что было распечатано.

Чтобы вам было понятнее, на что вообще способна печать, полистайте модели на сайте ThingiVerse. Все, что вы найдете там, уже кто-то печатал.

Как пользоваться 3D принтером

Создание трехмерных моделей не представляет сложности даже для начинающих пользователей, поскольку процесс выполняется автоматически и состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим до тех пор, пока на рабочей поверхности не появится готовое изделие. Однако печать объекта – это лишь одно из звеньев сложной цепи, составляющих полный цикл производства 3D-модели. На самом деле, все начинается с ее разработки.

Подготовка

Каждый трехмерный объект принтер печатает строго по 3D-чертежу. Его можно создать самостоятельно на компьютере с помощью специальных программ, именуемых CAD-редакторами или САПР (Системами автоматизированного проектирования). Наиболее популярными на сегодняшний день считаются:

• AutoCAD;
• Blender;
• FreeCad;
• OpenSCAD;
• GoogleSketchUp.

Рисовать модели самому совсем необязательно. В качестве альтернативы можно заняться поиском готовых вариантов, благо на различных интернет-ресурсах можно найти и скачать схемы всевозможных чехлов, крючков и даже квадроциклов. Если способности к проектированию отсутствуют, а необходимую модель отыскать не удалось, есть возможность заказать ее у профессионалов.

Создание объекта

Начинать разработку рекомендуется с несложных моделей. Для этих целей лучше всего подойдут простейшие геометрические фигуры, например, пирамида. Процесс будет выглядеть следующим образом.

• Разработать объемный чертеж (модель) и сохранить в формате STL.
• Обработать его с помощью программы-слайсера, то есть нарезать на слои, в соответствии с которыми будет выкладываться пластик.
• Подготовленный 3D-чертеж сохранить в файл под названием G-code, загрузить его в принтер и запустить печать.
• В результате устройство получает необходимую инструкцию, в которой помимо нарезанной на слои модели обозначен контур движения печатающей головки, указана скорость печати и толщина каждого слоя.
• Подготовленную модель можно загрузить на принтер с компьютера через Wi-Fi, с помощью SD-карты или посредством USB-носителя.

Большинство принтеров, предназначенных для домашнего применения, отличаются понятным интерфейсом, и не вызывают сложностей с запуском процесса. Поскольку цикл изготовления изделия полностью автоматизирован, пользователю останется только включить устройство и наблюдать за процессом печати.

Устранение ошибок

Пробная печать первых изделий на 3D-принтере – процесс волнительный и увлекательный, поскольку новая вещь создается прямо на глазах и буквально «из ничего». Однако даже опытный пользователь не застрахован от появления разного рода ошибок.

Окончательная обработка

Изделия, распечатанные на FDM-принтере, всегда имеют фактурную, неровную и слегка шероховатую поверхность, что обусловлено послойной технологией их производства. Созданные на фотополимерном оборудовании предметы получаются более гладкими, но и они далеки от идеала. Следовательно, все без исключения модели нуждаются в постобработке.

• Механический. Он предполагает ошкуривание наждачной бумагой или шлифовальной губкой. Из-за трудоемкости процесса подходит для предметов, не имеющих мелких деталей. Добиться глянцевой поверхности вряд ли удастся, но убрать слоистость поможет. А если изделие загрунтовать и покрыть лаком, оно приобретет аккуратный вид.
• Химический. Допускает применение таких растворителей, как дихлорэтан и ацетон. Первый подходит для обработки PLA, второй – для ABS.Из-за высокой токсичности веществ необходимо соблюдать меры безопасности: работу выполнять в перчатках и маске на открытом воздухе либо в хорошо проветриваемом помещении. Для выравнивания поверхности химическим способом следует пользоваться кистью с натуральным ворсом, набирать минимум вещества и наносить его быстрыми движениями.
• Смешанный. При таком методе растворитель необходимо наносить чистой белой тканью из натуральных волокон и полировать поверхность круговыми движениями до появления желаемой гладкости.

Существует еще один вариант постобработки – воздействие на изделие парами растворителя. Однако подобный метод считается высокотоксичным, и к применению в домашних условиях запрещен.

О 3д устройствах

Возможности

3D-принтеры открывают совершенно новые возможности для распечатки. Теперь можно парой кликов распечатать модель любого предмета или композиции. Раньше 3D-технологии применяли только в отраслях узкого профиля: протезировании, моделировании интерьеров, научном конструировании. Сейчас диапазон областей применения существенно расширился, и почти в любом деле применяют в работе 3д-принтеры.

Как работает

Человек моделирует нужный предмет через программы, сканирует с оригинала или загружает шаблон из базы данных. Получив заготовку модели, 3Д-принтер пускает ее в печать. Внутри него есть небольшой сосуд с жидким фотополимером (обычно акриловой или виниловой смолой), который быстро застывает. Фотополимер тонкими нитями, слой за слоем, создает модель с заданными параметрами. На выходе получается копия, почти в точности повторяющая визуально оригинал. Плюсы 3D-моделей – высокая прочность, стойкость к химическому воздействию.