Loading...
Същност на процеса на 3D принтиране 2017-07-21T16:46:23+00:00

Същност на процеса на 3D принтиране

Процесът на създаване на желания тримерен обект включва:

  • Създаване на виртуален пространствен модел с помощта на софтуерен продукт за компютърно проектиране (CAD, Computer Aided Design, Autodesk 3DS Max, Maya, Blender) при създаване на напълно нов обект или с използването на тримерен скенер (3D scanner) – за моделиране на вече съществуващ обект;
  • Трансформация на създадения цифров тримерен модел в последователност от слоеве (двумерни цифрови изображения), записани в цифров файл в определен формат;
  • Изработване на създадения пространствен цифров модел от устройство (3D принтер), чрез последователно нанасяне на слоеве материал от основата към върха без видима разлика между тях до получаването на унитарен обект, цел на тримерното моделиране..

Разнообразието на методите за тримерен печат в наши дни се определя от навлизането в промишлеността на нови технологии за производство на материали и развитието на методите за тяхната обработка. На разположение са голям брой технологични комулативни (адитивни)
Понастоящем са познати (и реализирани на практика) голям брой процеси, с които се реализира 3D печата.

Основните разлики между тях се съдържат по начина, по който слоевете се разполагат и създават моделите. При някои методи материалът за производство на слоевете се топи и омеква, както е при селективно лазерно топене (SLM). Същият подход е и при директното метал-лазерно синтероване (DMLS), селективно лазерно синтероване (SLS), разтопено отлагане на материала (FDM) – един от най-често срещаните подходи, или метод с разтапяне на материал (FFF). Други методи са на принципа на течните материали, използващи различни сложни технологии, например стереолитография (SLA). Технологията LOM използва ламиниран обект за производство – тънки слоеве от материал се изрязват във форма и се съединяват (например хартия, полимер, метал). Всеки метод има своите предимства и недостатъци, поради което някои фирми предлагат избор между прах и полимер за материала, използван за изграждане на обекта. Основните съображения при избора на принтери обикновено са скорост, цена на 3D принтера, цена на отпечатания обект, както и цената и избора на материали и цветови възможности.

Преди същинското отпечатване е необходимо цифровият модел да бъде създаден. Това става или чрез програми за 3D моделиране (т.нар. CAD програми) или чрез създаване на модела с помощта на 3D скенер. По-подробно разглеждане на моделирането и сканирането на 3D модели има по-нататък в представянето.

Като основни файлови формати за печат се използват .STL и .OBJ форматите, които се генерират от самите CAD-програми. Често е необходимо тези файлове да бъдат „редактирани“ (или „поправени“) поради допуснати грешки. В практиката са се наложили програми като netfabb и Meshmixer, които бързо и с достатъчна прецизност фиксират грешките. Най-често срещаните проблеми са незатворени повърхности, тънки стени или обърнати нормали.
Така подготвен файлът се обработва от специализиран софтуер, който обикновено се отнася към съответния 3D принтер. Този софтуер „нарязва“ генерираният .STL/.OBJ файл на тънки слоеве (ленти), които ще бъдат физически „отпечатани“ (насложени една върху друга) от 3D принтера. Всичко това се записва в нов файл, който генерира т.нар. G-код за съответния принтер. Софтуерът на принтера разпознава този код и е готов за печат на модела. Материалът (например ABS или PLA) се подава към нагрята дюза (глава), където се разтопява (порядъка на температурна обработка е около и малко над 200оC). Движението на главата и нанасянето на разтопения материал създават слой след слой, които изграждат модела.

Посока на движение на главата и разполагане на слоевете

3D принтерът следва инструкциите, взети от генерирания файл с G-код, които определят последователно слоя материал (течност, прах, хартия или друг материал) при изработката на модела от серия от напречни сечения. Тези слоеве, които съответстват на виртуални напречни сечения от модела CAD, са свързани или кондензирани автоматично да се създаде окончателната форма. Основното предимство на този метод е неговата способност да се създаде почти всякаква форма или геометрична характеристика.

Важна характеристика на 3D принтерите (подобно на широко използваните лазерни 2D принтери) е резолюцията. Тя представлява дебелината на слоя и гъстотата на отпечатаните точки на инч (DPI – dots per inch), както и дебелината на самия слой (измерва се в микрони µm). Типичната резолюция на един 3D принтер е дебелина на слоя е около 100 µm (250 DPI). Съществуват и по-качествени 3D принтери, като например серията Objet Connex и Projet, серията 3D Systems, които могат да печатат слоеве с дебелина 16 µm при 1600 DPI. Резолюцията е сравнима с тази на лазерни принтери. Частиците (3D точки) са с размери от 50 до 100 µm (510-250 DPI) в диаметър.

Изграждане на 3D модел със съвременни методи може да отнеме от няколко часа до няколко дни, в зависимост от използвания метод, размера и сложност на модела. Времето може да се намали до няколко часа, въпреки че варира в широки граници в зависимост от вида на принтера, от размера и броя на моделите, които се печатат едновременно. Някои полимери, използвани за печат на 3D модели, позволяват обработка на повърхностния слой (примерно за изглаждане), като се използват химични процеси (посреством ацетон – на водна баня и чрез потапяне на обекта в процентно разреден ацетон – такъв материал е ABS, докато PLA не е подходящ за подобна обработка).