3D-принтеры

Технология 3D-печати, используемая принтером.

В наше время наибольшее распространение получили такие технологии, как моделирование методом наплавления (FDM/FFF), струйная печать пластиком (PJP), цветная струйная печать (CJP), многоструйное моделирование (MJM), цифровая обработка светом (DLP), лазерная стереолитография (SLA) и выборочное тепловое спекание (SHS). Вот более подробное описание каждой из них:

— Моделирование методом наплавления (FDM/FFF). Наиболее распространенная в наше время технология 3D-печати. Принцип такой печати следующий: рабочий материал (термопластик) в виде нити подается в экструдер, где расплавляется за счет нагрева и поступает на печать через специальное сопло небольшого диаметра. При необходимости линии в пределах одного слоя укладываются бок-о-бок, формируя сплошную поверхность необходимой площади; для элементов, находящихся на весу, используются временные опоры из того же пластика, удаляемые вручную после окончания процесса. Популярность этого способа обусловлена в первую очередь невысокой стоимостью как самих принтеров, так и расходников для них, что позволяет применять такую печать практически во всех сферах — от бытового применения до промышленного производства. Кроме того, для FDM/FFF может использоваться множество видов термопластика, а уж о разнообразии расцветок и говорить нечего. К нед...остаткам этой технологии можно отнести разве что меньшую точность, чем у «фотополимерных» SLA и DLP, но этот момент в большинстве случаев не является критичным.
Отметим, что общепринятое обозначение этой технологии «FDM» является торговой маркой; для обхода ограничений на ее использование отдельные производители пользуются маркировкой «FFF», имеющей в целом тот же смысл.

— Струйная печать пластиком (PJP). Фактически — еще одно название для описанной выше технологии FDM, используемое 3D Systems и некоторыми другими производителями. Принципиальных отличий не имеет.

— Цветная струйная печать (CJP). Разновидность струйной 3D-печати, позволяющая создавать многоцветные изделия; фирменная разработка 3D Systems. Общий принцип струйной 3D-печати заключается в следующем: на рабочую платформу наносится тонкий (порядка 0,1 мм) слой порошкообразного материала, а затем через сопло печатающей головки на этот материал наносится жидкий связующий состав (аналогично тому, как это происходит в струйном принтере). Затем платформа опускается на толщину слоя и цикл повторяется до готовности изделия. А конкретно для цветной струйной печати используются головки с несколькими соплами и связующие материалы разных цветов, что и позволяет создавать изделия самых разнообразных оттенков. Такой метод печати отличается высокой точностью как в плане форм, так и в плане расцветки; он применяется даже в кукольной мультипликации. С другой стороны, CJP-принтеры обходятся недешево, поэтому их использование в основном ограничивается профессиональной сферой.

— Лазерная стереолитография (SLA). Один из видов 3D-печати, основанных на использовании фотополимерных смол — жидких материалов, твердеющих под воздействием света. Источником света в данном случае служит лазер, а печать осуществляется следующим образом. В емкости, заполненной фотополимером, находится подвижная платформа. В начале процесса поверхность платформы находится на глубине одного слоя (порядка 0,1 мм ±0,05 мм). Лазер вычерчивает на поверхности смолы контуры этого слоя, заставляя материал затвердеть; затем платформа погружается на глубину еще одного слоя, и процесс повторяется, пока изделие не будет готово. (Платформа может двигаться и вверх, однако общая схема работы остаётся такой же). Главным преимуществом SLA является высочайшая точность, позволяющая применять эту технологию даже в стоматологии и ювелирном деле. При этом скорость такой печати довольно высока, а современные фотополимеры весьма разнообразны, в готовом виде они могут имитировать различные материалы (пластик, резину и т.п.), С другой стороны, и сами принтеры, и расходные материалы для них отличаются высокой стоимостью.

— Цифровая обработка светом (DLP). Еще одна разновидность 3D-печати с применением фотополимеров. Принцип работы аналогичен описанной выше SLA: изделие формируется послойно из специальной смолы, затвердевающей под воздействием света. Отличие заключается в том, что в вместо лазерных излучателей в DLP-принтерах используются проекторы на основе светодиодов. Это позволило заметно уменьшить стоимость такой техники при сохранении всех основных преимуществ фотополимерной 3D-печати — высокой точности, хорошей скорости и разнообразия материалов (по цветам и свойствам). Слабая распространенность этой технологии обусловлена в основном тем, что она появилась сравнительно недавно.

— Многоструйное моделирование (MJM). Технология 3D-печати, основанная на использовании печатающей головки с большим количеством сопел (десятки и даже сотни). Материал для печати может быть разным; в современных моделях чаще всего применяются фотополимеры (как в SLA и DLP), а также легкоплавкий воск, хотя возможна и работа с термопластиками (как в FDM/FFF). В любом случае материалы наносятся послойно, при работе с фотополимерами каждый слой закрепляется при помощи УФ-излучения. Возможна печать одновременно несколькими материалами — это, в частности, облегчает работу с нависающими элементами и опорами для них: для опор можно использовать воск, который затем легко выплавляется из готового изделия. В целом MJM-принтеры характеризуются высокой точностью (сравнимой с SLA) при меньшем расходе материала, при этом они отлично подходят даже для довольно крупных деталей. С другой стороны, стоимость подобных устройств и расходников для них (фотополимеров) получается довольно высокой, к тому же MJM-принтеры сложны в обслуживании и ремонте. Поэтому основной сферой их применения является профессиональное прототипирование в промышленности.

— Выборочное тепловое спекание (SHS). Технология, по принципу действия схожая с описанной выше CJP. В качестве расходного материала используется специальный порошок (термопластический или из легкоплавкого металла). В начале работы на рабочую платформу валиком наносится порошок по толщине одного слоя; затем тепловой излучатель обрабатывает материал по заданным контурам, платформа опускается вниз на толщину очередного слоя и цикл повторяется до формирования готовой модели. Фактически SHS является упрощением технологии SLS, где для спекания использовался лазер: применение тепловой головки вместо лазерной позволило заметно упростить и удешевить конструкцию принтера. Также отметим, что для элементов конструкции, находящихся на весу, при данном способе печати не нужно печатать дополнительные опоры — роль этих опор играет неиспользуемый порошок. К недостаткам SHS можно отнести ограниченность в выборе материалов: тепловой излучатель не столь эффективен, как лазерный, что требует применения легкоплавких материалов. А металлическим изделиям, напечатанным на таком принтере, может потребоваться дополнительная обработка для придания нужной прочности и термостойкости.

Материалы для печати, на которые рассчитан 3D-принтер.

Большинство современных технологий 3D-печати (см. выше) предполагают возможность использования более чем одного материала, причем эти материалы заметно различаются по свойствам. Поэтому выбор материалов ограничивается не только технологией, но и возможностями конкретного принтера, и при выборе этим параметром нельзя пренебрегать. На сегодня можно встретить в основном устройства, рассчитанные на такие материалы (по алфавиту): ABS пластик, ASA, Flex, HIPS, Nylon, PETG, PLA, PP, PVA, SBS, Wood, фотополимерная смола. Отдельную категорию представляют собой пищевые 3D-принтеры, позволяющие создавать скульптуры из шоколада, крема и т.п.

Вот описание материалов, получивших в наше время наибольшее распространение (как упомянутых выше, так и некоторых других):

— ABS. Одна из самых распространенных в наше время разновидностей термопластика; пользуется популярностью и в 3D-печати. При невысокой стоимости ABS весьма практичен: готовые изделия получаются прочными, довольно устойчивыми к деформации и уда...рам, нечувствительными к влаге и многим агрессивным жидкостям (щелочам, маслам, большому количеству моющих средств); также они имеют неплохой температурный диапазон эксплуатации (в среднем от -40 до 90 °С). А для плавки такого пластика требуются сравнительно невысокие температуры. Основных недостатков у ABS три. Во-первых, это чувствительность к прямому солнечному свету, быстрый износ в таких условиях (хотя здесь все зависит от конкретного сорта). Во-вторых, этот материал выделяет вредные испарения при нагреве — так что при работе желательно использовать защитные средства, или хотя бы обеспечивать эффективную вентиляцию помещения. В-третьих, ABS склонен сильно прилипать к печатному столу, что требует применения различных дополнительных ухищрений — нагрева стола, использования специального термоскотча и т. п. Также отметим, что готовые изделия из данного материала имеют шершавую поверхность, однако это может быть и преимуществом — в зависимости от ситуации.

— PLA. Еще один популярный материал для 3D-печати, прямой конкурент ABS. Одним из ключевых преимуществ PLA считается «натуральность» и экологическая безопасность: он производится из растительного сырья (в основном кукурузы и сахарного тростника), является биоразлагаемым и безопасен при нагреве. Кроме того, эта разновидность термопластика имеет более низкую температуру плавления и практически не прилипает к печатному столу. С другой стороны, обратной стороной упомянутой экологичности является ограниченный срок службы: PLA-пластик довольно быстро разлагается (от нескольких недель до нескольких лет, в зависимости от сорта). Другие заметные недостатки — цена (почти в два раза выше, чем у ABS) и хрупкость (что несколько усложняет печать — сильно согнутая нить легко ломается). Также стоит иметь в виду, что данный вид пластика не растворяется в ацетоне и требует других растворителей.

— Фотополимерная смола. Материал, применяемый для печати по технологиям SLA и DLP (см. «Технология печати»), а также получивший распространение в принтерах MJM, где он практически вытеснил термопластики. Название обусловлено тем, что в исходном состоянии такой материал имеет жидкую консистенцию, а твердеет (полимеризуется) он под воздействием интенсивного освещения. В наше время существует большое разнообразие фотополимерных смол, различающихся по технологическим характеристикам (вязкость, скорость застывания, чувствительность к свету) и практическим особенностям (застывший фотополимер может иметь свойства разных материалов). В любом случае печать с использованием подобных материалов отличается очень высокой точностью, однако фотополимеры стоят заметно дороже термопластиков.

— Nylon (нейлон). В 3D-печати нейлон используется сравнительно недавно, из-за чего встречается реже других популярных термопластиков. По сравнению с ABS этот материал требует более высоких температур, выделяет больше вредных веществ, а в готовом виде склонен накапливать влагу и терять прочность, что выдвигает определенные ограничения по использованию. С другой стороны, нейлоновые изделия получаются не такими твердыми, что в некоторых случаях является преимуществом — в частности, при медицинском применении: из такого материала можно печатать шины и протезы с характерной сетчатой структурой, сочетающие в себе легкость и прочность.

А вот подробное описание остальных, более редких материалов:

— ASA. Атмосферостойкий материал, созданный в расчете на устранение основного недостатка ABS — чувствительности к воздействию окружающей среды (прежде всего солнечного цвета). В итоге получился достаточно прочный и жесткий материал, который в то же время довольно прост в печати и не теряет своих свойств при длительном пребывании на открытом воздухе. Изделия из ASA подходят даже для применения в автомобилях; еще одно преимущество этого вида термопластика — очень небольшая усадка при охлаждении. К недостаткам же можно отнести более высокую стоимость, чем у ABS.

— Flex. Разновидность термопластика на основе полиуретана, главной особенностью которой является гибкость и эластичность готовых изделий — отсюда и название. По своим свойствам Flex нередко сравнивают с твердым силиконом: он не боится ударов, нечувствителен к маслу, бензину и многим другим агрессивным жидкостям, износостоек и долговечен (разве что рабочая температура для готовых изделий из этого вида пластика составляет в среднем до 100 °С). Этот материал вполне подходит для FDM-печати (см. «Технология печати»), однако он требует специальных настроек; поэтому для использования Flex-пластика лучше всего выбирать принтеры, где совместимость с ним прямо заявлена.

— HIPS. Материал, применяемый как вспомогательный — для создания опор под деталями, находящимися на весу. Совместимость с HIPS может означать, что принтер имеет более одного экструдера: через одно сопло в таких случаях подается основной материал, через другой — материал опор. Впрочем, встречаются и модели на одно сопло, совместимые с этим видом пластика — в них печать опор и основного изделия осуществляется поочередно. Как бы то ни было, после окончания печати опоры из HIPS можно удалить при помощи специального растворителя. В этом плане данный вид термопластика несколько сложнее в использовании, чем аналогичный по применению PVA (см. ниже), растворяющийся в обычной воде; с другой стороны, в качестве растворителя для HIPS можно использовать обычную лимонную кислоту, а стойкость к влаге упрощает хранение расходников. Также отметим, что данный материал рекомендуется использовать исключительно в сочетании с ABS: последний имеет схожие требования к режиму печати и не повреждается растворителями для HIPS.

— PETG. Также встречаются обозначения PET, PETT. Все это разновидности одного и того же материала: PET — оригинальный полиэтилен, PETG дополнен гликолем для снижения хрупкости и упрощения печати (благодаря чему является наиболее популярной в 3D-принтерах разновидностью), а PETT прозрачен и заметно жестче PETG. В любом случае по основным особенностям эти виды термопластика представляют собой нечто среднее между популярными ABS и PLA: они проще в использовании, чем первый вариант, и более пластичны, чем второй. Главными недостатками PETG являются склонность накапливать влагу (в этом плане данный материал схож с нейлоном) и меньшая стойкость к царапинам, чем у того же ABS.

— PP. Полипропилен весьма популярен в различных изделиях из пластика, однако в 3D-печати не получил особого распространения — в основном из-за значительной усадки и трудностей с обеспечением нужного качества соединения между слоями. Кроме того, PP плохо переносит низкие температуры. В то же время у этого материала есть и преимущества: он хорошо противостоит истиранию, имеет неплохие показатели прочности, к тому же безопасен в производстве и химически инертен.

— PVA. Материал, известный многим по канцелярскому клею ПВА. В 3D-печати используется в принтерах как дополнительный, аналогично описанному выше HIPS: из PVA печатаются опоры и другие вспомогательные элементы, которые должны быть удалены из готового изделия. При этом данный материал имеет два важных преимущества перед HIPS. Во-первых, PVA растворяется в воде, что избавляет от необходимости искать специальные растворители. Во-вторых, он может использоваться не только с ABS, но и с другими термопластиками. Главный недостаток данного материала связан, опять же, с растворимостью в воде: PVA нужно хранить в максимально сухих условиях, так как даже повышенная влажность воздуха может ухудшить его свойства.

— SBS. Относительно новый вид термопластика, главной особенностью которого является прозрачность: из SBS можно создавать изделия, внешне практически неотличимые от стеклянных (в том числе окрашенные в разные цвета). Кроме того, этот материал более гибок и эластичен, чем ABS, что бывает преимуществом как в готовых изделиях, так и в процессе печати: нить, поступающая в экструдер, не сломается даже при сильном перегибе или значительном растяжении. Прочность SBS достаточно высока, а благодаря химической инертности он подходит даже для пищевой посуды. Главные недостатки этого материала — довольно высокая температура печати и низкая адгезия между слоями, затрудняющая процесс.

— Wood. Разновидность пластика PLA (см. выше), имеющая в составе мелкую древесную пыль. Благодаря этому изделия из такого материала очень похожи на ощупь на деревянные, а внешне могут быть практически неотличимы. Еще одна интересная особенность заключается в том, что за счет изменения температуры экструдера можно менять оттенок материала: усиление нагрева приводит к потемнению содержащегося в составе дерева. Основные свойства Wood аналогичны PLA, а вот количество опилок может быть разным; чем оно выше — тем ближе готовое изделие к деревянному, однако тем ниже его упругость и прочность. Собственно, одним из недостатков этого материала является относительно низкая прочность. Также стоит учитывать, что Wood плохо совместим с узкими соплами (они склонны забиваться частицами дерева).

— PC. Поликарбонат — одна из наиболее популярных в мире разновидностей пластика и один из самых прочных и надежных материалов, использующихся в 3D-печати. Помимо механической прочности, отличается стойкостью к нагреву. С другой стороны, температура печати также должна быть довольно высокой, к тому же ее надо тщательно контролировать из-за значительной усадки; а вследствие гигроскопичности материала при работе нужно поддерживать еще и невысокую влажность. Все это заметно усложняет печать, так что в этом формате поликарбонат используется весьма редко.

— PC/ABS. Смесь двух видов пластика, созданная в расчете на то, чтобы сделать поликарбонат более пригодным для 3D-печати при сохранении его основных достоинств. Изделия из этого материала получаются прочными, жесткими, стойкими к ударам и нагреву; а процедура печати хоть и довольно сложна, однако все же значительно проще, чем у чистого PC.

— Carbon (Carbon Fiber). Композитный материал на основе углеродных волокон, дополненных термопластиковым наполнителем — обычно нейлоном, хотя возможно применение и других видов 3D-пластика (ABS, PLA и т. п.). Конкретные свойства подобного материала зависят от состава наполнителя и процентного содержания волокон, однако есть и общие особенности. С одной стороны, такой материал довольно дорог, однако в то же время более прочен и надежен, чем соответствующий пластик без углеродного волокна; многие разновидности карбона с успехом применяются для полнофункциональных деталей, работающих под высокими нагрузками. Кроме того, углеволокно придает материалу упругость. С другой стороны, для печати требуются специальные сопла высокой твердости — из нержавеющей стали либо с рубиновым наконечником; более мягкие материалы быстро стачиваются из-за абразивных свойств углеволокна.

— TPU. Материал из класса так называемых пластических эластомеров на основе полиуретана. От других материалов того же класса отличается, с одной стороны, более высокой жесткостью, с другой — прочностью и стойкостью к низким температурам. При этом TPU достаточно гибок и эластичен, если сравнивать его с термопластиками в целом, а не только с полиуретановыми пластическими эластомерами.

— PEEK. Термопластик полукристаллического типа, отличающийся высокой прочностью, стойкостью к химическим и тепловым воздействиям, а также к истиранию. Благодаря подобным свойствам PEEK может применяться в деталях, испытывающих значительные нагрузки — подвижных частях механических передач и даже деталях автомобильных двигателей. С другой стороны, тугоплавкость требует высокой температуры при печати и закрытой термокамеры, а сам материал обходится недешево. Из-за этого данный вид термопластика практически не используется в бытовых 3D-принтерах, основным его применением является профессиональная сфера.

— HDPE. Разновидность полиэтилена, так называемый полиэтилен низкого давления (высокой плотности). Весьма популярный материал среди современных пластиков, используется в пластиковых бутылках, многих разновидностях пищевой упаковки и т. п.; однако в 3D-печати популярностью не пользуется. Это обусловлено рядом сложностей при послойном нанесении: HDPE очень быстро застывает, из-за чего печатать нужно на высокой скорости — иначе адгезия между слоями может оказаться недостаточной. Кроме того, данный вид полиэтилена сильно подвержен усадке, поэтому печать требует равномерного прогрева всей модели — а для этого требуется закрытая рабочая камера и нагреваемая платформа. С другой стороны, расходники для печати очень дешевы, их можно получать простейшей переработкой бытовых отходов (тех же пластиковых бутылок).

— CoPET. Разновидность полиэтилена, несколько отличающаяся по технологии производства от обычного PET. По заявлению создателей, за счет этого достигается более высокая надежность, долговечность и стойкость к воздействиям окружающей среды, чем у ABS и тем более PLA. При этом CoPET недорог и прост в использовании, так как имеет достаточно низкую температуру плавления и отличную адгезию между слоями. С другой стороны, эксплуатационные температуры у готовых изделий тоже невысоки — не более 60 °С. Кроме того, этот материал труден в постобработке и не поддается стандартным растворителям, а действующие на него растворители во многих странах запрещены к свободной продаже.

— POM. Материал промышленного уровня, отличающийся высокой прочностью, низким трением и стойкостью к холоду. Благодаря этому из POM можно печатать даже шестеренки и другие аналогичные детали (в том числе подвергающиеся значительным механическим нагрузкам), а также элементы подшипников. С другой стороны, сама процедура печати весьма сложна, для нее требуется закрытая камера с тщательным контролем температуры, так как материал отличается высокой усадкой. Кроме того, деталь из POM сложно закрепить на печатном столе из-за низкой адгезии: требуется качественный клей, который непросто подобрать.

— Rubber. Термопластик, по своим свойствам напоминающий резину или каучук и близкий к описанному выше пластику типа FLEX. Впрочем, по сравнению с «флексом» Rubber еще более мягок и эластичен; в то же время он прочен и хорошо противостоит повреждениям (хотя, по той же причине — труден в механической обработке). Один из характерных примеров применения этого материала — печать колес; кроме того, он очень устойчив к растворителям и эффективно противостоит даже довольно агрессивным средам, для которых не подходят менее стойкие материалы. К однозначным недостаткам данного типа пластика можно отнести прежде всего высокую температуру печати.

Формат файлов 3D-моделей, с которыми способен работать принтер.

Проекты 3D-моделей создаются при помощи специальных программ (САПР — систем автоматизированного проектирования), при этом такие программы могут использовать разные форматы файлов, часто несовместимые между собой. Данная информация может пригодиться как для подбора САПР под конкретную модель принтера, так и для оценки того, подойдут ли уже готовые проекты для печати на выбранной модели.

Среди наиболее распространенных в наше время разрешений (по алфавиту) — .3ds, .amf, .ctl, .dae, .fbx, .gcode, .obj, .slc, .stl, .ply, .vrml, .zrp.

Программы для построения моделей, с которыми оптимально совместим принтер. ПО, используемое для 3D-печати, включает как САПР (системы автоматического проектирования для создания моделей), так и слайсеры (программы, которые разбивают трехмерную модель на отдельные слои, готовя ее к печати). Поэтому в данном пункте нередко указывается целый список программных продуктов.

Отметим, что степень оптимизации в данном случае может быть разной: некоторые модели совместимы только с заявленными программами, однако немало принтеров способны работать и со сторонними САПР. Тем не менее, лучше всего выбирать ПО, прямо заявленное производителем: это позволит максимально реализовать возможности принтера и сведет к минимуму вероятность сбоев и «нестыковок» в работе.

Наименьшая толщина одного слоя материала, который можно нанести при помощи принтера.

В фотополимерных устройствах форматов SLA и DLP (см. «Технология печати») смысл этого параметра прост: это наименьшая высота перемещения рабочей платформы за один цикл. Чем меньше эта высота — тем лучшей детализации можно добиться на устройстве; впрочем, в подобных моделях эта высота в принципе невелика — чаще всего не более 50 микрон. А вот в устройствах на основе FDM/FFF и аналогичных технологий, использующих сопла, встречаются и бОльшие показатели — 51 – 100 микрон и даже более. Здесь стоит исходить из того, что небольшая минимальная толщина слоя позволяет эффективно использовать небольшие сопла и добиваться лучшей детализации. С другой стороны, повышение детализации снижает производительность, а для компенсации этого явления требуется увеличивать скорость печати за счет повышения мощности (как нагрева, так и обдува), что, в свою очередь, сказывается на стоимости. Поэтому при выборе стоит исходить из реальных потребностей: для предметов с относительно невысокой детализацией незачем искать принтер с малой толщиной слоя.

Отдельно стоит отметить, что в принтерах FDM/FFF оптимальная толщина слоя зависит от диаметра сопла (см. ниже) и специфики печати — к примеру, для периметра «в одну линию» без заполнения можно использовать минимальную толщину сло...я, тогда как для заполнения это не рекомендуется. Подробные рекомендации по оптимальной толщине слоя для разных ситуаций можно найти в специальных руководствах.

Наименьший диаметр нити, которую можно использовать в принтере.

Данный параметр актуален для моделей, использующих методы FDM/FFF или PJP (см. «Технология печати»). Термопластик для таких принтеров в исходном виде представляет собой нить на специальной катушке; в процессе печати эта нить подается к экструдеру при помощи специального механизма. Данное ограничение обусловлено тем, что при слишком малой толщине нити подающий механизм не сможет ее эффективно захватить и обеспечить равномерное движение с нужной скоростью. А вот с более толстыми нитями система подачи справляется без проблем.

Скорость печати, обеспечиваемая 3D-принтером типа FDM/FFF (см. «Технология печати»).

Скорость печати в данном случае — это максимальное количество материала, которое может пройти через штатное сопло за секунду. Чем выше это значение — тем быстрее принтер способен справиться с тем или иным заданием. Разумеется, фактическое время изготовления будет зависеть от конфигурации модели и выставленных параметров печати, но при прочих равных принтер с более высокой скоростью и на практике будет работать быстрее. С другой стороны, увеличение скорости требует повышения мощности нагрева (дабы экструдер успевал расплавить нужный объем материала), мощности обдува (иначе пластик не успеет нормально застыть), а также более строгого контроля перемещения экструдера (чтобы компенсировать инерцию от быстрых движений). Так что в целом данный параметр сильно зависит от ценовой категории и специализации устройства, а специально искать «быструю» модель стоит в тех случаях, когда быстрота изготовления имеет для вас решающее значение.

Температура нагрева, обеспечиваемая экструдером в принтере формата FDM/FFF или PJP (см. «Технология печати») .

От данного параметра напрямую зависит совместимость с тем или иным печатным материалом. К примеру, для пластика PLA нужны температуры порядка 180 – 230 °С, для ABS потребуется уже 220 – 250 °С, а для поликарбоната — не менее 270 °C. Температура однозначно не должна быть слишком низкой — иначе материал попросту не сможет нормально расплавиться. А вот запас в большинстве случаев вполне допускается — к примеру, немало моделей, совместимых с PLA, работают на температурах около 250 °С, а то и 280 °С.

Таким образом, более высокая рабочая температура расширяет возможности принтера и его совместимость с различными видами термопластиков. С другой стороны, чем сильнее нагрет материал — тем хуже он остывает; для обеспечения достаточной эффективности застывания приходится либо снижать скорость печати (что увеличивает затраты времени), либо повышать интенсивность обдува (что сказывается на стоимости). Ну и в любом случае при выборе стоит ориентироваться прежде всего на материалы, совместимость с которыми прямо указана в характеристиках.

Способы передачи данных, предусмотренные в конструкции 3D-принтера. Речь идет прежде всего о данных, касающихся печатаемой модели (по которым принтер и осуществляет непосредственно печать), в некоторых случаях — также о настройке устройства и других способах взаимодействия с ним; подробнее см. отдельные пункты списка.

Что касается конкретных вариантов, то помимо традиционного подключения к ПК через USB, в современных принтерах могут предусмотриваться такие способы передачи данных, как картридер, собственный USB-порт, сетевое подключение по LAN, а также беспроводное соединение по Wi-Fi. Вот особенности каждого из этих вариантов:

— Картридер. Собственный слот для карт памяти, предусмотренный в принтере. Чаще всего предназначен для работы с популярными картами SD; впрочем, даже такие носители имеют несколько разновидностей, так что ассортимент поддерживаемых карт не помешает уточнить отдельно. В любом случае основное назначение этой функции — прямая печать: установив в принтер карту с записанным файлом проекта, можно изготовить модель, даже не подключая устройство к компьютеру. Могут предусматриваться и другие способы применения картридера — например, копирование на внешний носитель материалов со сканера модели (см. «Функции и возможности»). Отметим, что данная функция удобна в...основном для обмена данными с ноутбуком — слот для карт памяти имеется почти в любом современном лэптопе.

— USB. Собственный разъем USB на корпусе принтера. Используется аналогично описанному выше картридеру — для работы с внешними носителями, в данном случае «флешками» и другими подобными устройствами. Способы применения USB-порта также аналогичны — в основном это прямая печать, но возможны и другие варианты (копирование данных со сканера, обновление прошивки и т. п.).

— Wi-Fi. Модуль беспроводной связи, который может использоваться как для подключения принтера к локальным сетям, так и для прямой связи с планшетами, ноутбуками и другими гаджетами. Конкретные возможности стоит уточнять отдельно, здесь же отметим, что сетевое подключение позволяет использовать принтер в роли общего устройства для всех компьютеров локальной сети и даже получать к нему доступ из Интернета (хотя для последнего может потребоваться специфическая настройка). При этом Wi-Fi является более удобной альтернативой проводному LAN (см. ниже), так как позволяет обойтись без прокладки проводов. Что касается прямого соединения с другим гаджетом, то этот вариант встречается реже. Обычно он предусматривает возможность отправлять проекты на печать и доступ к базовым настройкам; а для использования такого управления может потребоваться установка специального приложения.

— Подключение к ПК (USB). Подключение к USB-порту ПК или ноутбука — cамый популярный способ прямого соединения 3D-принтера с подобными устройствами. Портами этого типа оснащается подавляющее большинство современных компьютеров, при этом для работы с принтером хватает даже разъемов устаревшей версии USB 2.0, не говоря уже о более новых стандартах. Само соединение может использоваться как для отправки заданий на печать, так и для управления параметрами работы — причем именно через ПК/ноутбук обычно реализуются подробные настройки, недоступные через экран на самом принтере. Кроме того, в случае необходимости через компьютер можно открыть общий доступ к агрегату по локальной сети или по Интернету — причем даже в том случае, если сам принтер не имеет ни разъема LAN, ни модуля Wi-Fi. Это значительно сложнее в организации и не так удобно, чем использовать сетевую модель с прямым подключением к «локалке», зато избавляет от необходимости переплачивать за дополнительные возможности подключения в самом принтере.

— Подключение к ПК (LAN). Соединение с внешними устройствами через LAN — стандартный разъем для проводного подключения к компьютерным сетям. Собственно, такое подключение и предназначается в основном для использования принтера в роли сетевого устройства — когда доступ к печати и настройкам можно получать с разных компьютеров в локальной сети, а то и через Интернет. LAN менее удобен в подключении, чем Wi-Fi, так как требует прокладки кабеля, однако такая связь более надежна и не страдает от наличия большого числа беспроводных устройств поблизости. Кроме того, кабель может пригодиться в том случае, если Wi-Fi роутер или точка доступа «не достает» до места размещения принтера.
Отметим, что стандартный вариант применения LAN предполагает подключение к сетевому роутеру, однако возможно и прямое соединение с компьютером. Второй вариант позволяет использовать этот разъем аналогично описанному выше USB — то есть лишь для одного компьютера; но если этот компьютер подключен к локальной сети и/или Интернету — можно настроить и сетевой доступ к принтеру.

Наибольший объем модели, которую можно напечатать на принтере. Этот показатель напрямую зависит от максимальных габаритов (см. выше) — как правило, он соответствует этим габаритам, перемноженным друг на друга. Например, габариты 230х240х270 мм будут соответствовать объему в 23*24*27 = 14 904 см3, то есть 14,9 л.

Конкретный смысл этого показателя зависит от используемой технологии печати (см. выше). Принципиальными эти данные являются для фотополимерных технологий SLA и DLP, а также для порошковой SHS: объем модели соответствует количеству фотополимера/порошка, которое нужно загрузить в принтер для печати изделия в максимальную высоту. При меньшем размере это количество может уменьшаться пропорционально (к примеру, для печати модели в половину максимальной высоты потребуется половина объема), однако некоторые принтеры требуют полной загрузки независимо от размеров изделия. В свою очередь, для FDM/FFF и других аналогичных технологий объем модели имеет скорее справочное значение: в них фактический расход материала будет зависеть от конфигурации печатаемого изделия.

Что касается конкретных цифр, то объем до 5 л включительно можно считать небольшим, от 5 до 10 л — средним, более 10 л — крупным.

Дополнительные функции и возможности принтера.

Список наиболее популярных подобных функций в современных 3D-принтерах включает, в частности, подогреваемый стол, закрытую камеру печати, сканирование модели, встроенную камеру, LCD дисплей (в том числе сенсорный), а также возобновление прерванной печати. Вот более подробное описание этих особенностей:

— Подогреваемый стол. Наличие подогрева в печатном столе — поверхности, которая используется как опора для создаваемой модели. Эта функция встречается в основном в принтерах FDM/FFF (см. «Технология печати») и аналогичных им. Подогреваемый стол обеспечивает плавное и равномерное остывание материала, уменьшая вероятность деформаций в готовых моделях; это особенно важно при использовании материалов со значительной усадкой. Также отметим, что данная функция особенно эффективна в сочетании с закрытой камерой печати (см. ниже).

— Закрытая камера печати. Рабочая зона, имеющая закрытую конструкцию. Конкретное устройство такой камеры может быть разным — от огороженной с четырех сторон платформы до герметичного отсека, в котором можно даже создавать вакуум для некоторых специфических методов печати. Эти нюансы стоит уточнять отдельно. В любом случае закрытая каме...ра защищает печатаемое изделие от пыли, влаги и других загрязнений; а вот более конкретный смысл этой особенности может быть разным — в зависимости от технологии печати (см. выше). Так, в принтерах FFF/FDM и аналогичных им устройствах закрытая конструкция позволяет добиться более равномерного охлаждения заготовки и избежать деформаций из-за усадки материала. А агрегаты типа SLA и DLP практически все имеют такую конструкцию — даже в самых простых моделях из этой категории рабочая зона прикрыта как минимум светофильтром, защищающим пользователя от яркого света.

— Сканирование модели. Встроенный трехмерный сканер, позволяющий создавать «цифровые слепки» различных предметов. Затем на основе такого слепка принтер может воссоздать копию отсканированного предмета. Данная функция фактически превращает устройство в трехмерный копировальный аппарат: пользователю не нужно строить модель в программе САПР, достаточно иметь при себе образец для копирования. Впрочем, при необходимости цифровой образ можно и отредактировать — как правило, сканер позволяет передавать полученные данные в те же программы САПР.

— Встроенная камера. Собственная цифровая камера, установленная прямо в принтере и направленная на рабочую зону. Предназначена для фиксации рабочего процесса; чаще всего позволяет снимать как фото, так и видео, но конкретные возможности съемки не помешает уточнить отдельно. Касательно использования камер стоит отметить, что принтеры с таким оснащением обычно имеют также модули Wi-Fi и/или сетевые разъемы LAN (см. «Передача данных»). Это позволяет передавать отснятое видео по локальной сети или даже через Интернет (эти детали, опять же, стоит уточнять для каждой модели), а дальнейшее применение отснятых материалов зависит прежде всего от желания пользователя. Один из самых популярных способов такого применения — дистанционный контроль печати: при наличии камеры следить за процессом можно, не подходя лишний раз к принтеру. Помимо этого, данные с камеры (в режиме прямой трансляции или в записи) могут использоваться как демонстрация, как наглядное пособие при обучении/инструктаже и т.п.

— LCD дисплей. Наличие в принтере собственного экрана. Конкретный функционал такого экрана может быть разным — от простейшего индикатора на несколько знаков и служебных символов до полноценной цветной матрицы, способной отображать надписи, рисунки и т. п.; эти нюансы стоит уточнять отдельно. Однако в любом случае данная особенность дает дополнительное удобство в управлении: на экран может выводиться различная служебная информация, помогающая пользователю в настройке параметров печати и контроле процесса.
Отдельно подчеркнем, что сенсорные дисплеи в данную категорию не входят, они указываются как отдельная функция (см. ниже).

— Сенсорный экран. Наличие в принтере сенсорного экрана — наподобие тех, что применяются в смартфонах и планшетах. Такой дисплей является полноценным средством управления, при этом он более удобен и функционален, чем более традиционные варианты вроде кнопочных панелей: на экран можно выводить самые разнообразные элементы управления (кнопки, ползунки, списки и т. п.), подбирая оптимальный набор этих элементов под конкретную ситуацию. Кроме того, сам экран обычно имеет цветную матрицу с довольно высоким разрешением, что дает возможность отображать большое разнообразие служебных данных — вплоть до рисунков и схем. Благодаря всему этому через подобный дисплей может осуществляться большинство функций по управлению принтером; некоторые модели с таким оснащением способны работать даже без подключения к компьютеру. К недостаткам сенсорных дисплеев можно отнести более высокую стоимость, чем у обычных, притом что управление через компьютер обычно все равно получается более практичным и наглядным. Так что данная функция встречается в наше время сравнительно редко.

— Возобновление прерванной печати. Функция, позволяющая продолжать процесс печати после того, как он был остановлен. Бывает полезна прежде всего в тех случаях, когда принтер используется в строго определенные часы — например, в рабочее время; также может пригодиться в случае отключения принтера из-за сбоев в электропитании .Второй вариант достаточно очевиден; а касательно первого напомним, что 3D-печать представляет собой довольно длительный процесс, и создание даже небольшого изделия занимает часы. Из-за этого нередко возникают ситуации, когда рабочего дня (или другого схожего периода времени) не хватает для завершения работы. В подобных ситуациях и пригодится возобновление печати: принтер можно «поставить на паузу» на время отсутствия, а вернувшись к агрегату — продолжить процесс. Однако стоит учитывать, что при работе с некоторыми печатными материалами перерывы в работе нежелательны; так что если вы планируете использовать данную функцию — не помешает уточнить её совместимость с используемым материалом.

Номинальная потребляемая мощность принтера, фактически — наибольшая мощность, потребляемая агрегатом в штатном режиме работы.

Данный показатель напрямую связан с характеристиками устройства, прежде всего общей производительностью. Однако в целом 3D-принтеры являются сравнительно экономной техникой: среди решений, не относящихся к специализированному промышленному оборудованию, крайне редко встречаются значения выше 1 кВт, и даже в самых производительных моделях этот показатель не превышает 3 кВт. Для подобных мощностей вполне достаточно обычной бытовой розетки, так что обращать внимание на потребляемую мощность приходится в основном в специфических случаях — например, при оценке нагрузки на стабилизатор напряжения или источник резервного питания.

Количество отдельных экструдеров, предусмотренное в конструкции принтера FDM/FFF или другой аналогичной технологии (см. «Технология печати»). Экструдер состоит из плавильной камеры с нагревателем и сопла, через которое подается расплавленный термопластик; а в моделях с технологией CJP он представляет собой форсунку для подачи жидкого связующего материала. В любом случае число экструдеров — это фактически число сопел, имеющееся в принтере.

Большинство современных 3D-принтеров имеют одно сопло, но встречается и большее количество — чаще всего два экструдера, а в отдельных моделях до пяти. В любом случае наличие нескольких сопел заметно расширяет возможности печати. Так, пара экструдеров позволяет печатать разными материалами — основным (например, ABS) и дополнительным для создания опор под нависающие детали (например, HIPS — см. «Печатный материал»). При этом, если нужды в подобном функционале нет, можно использовать и одно сопло. Кроме того, несколько экструдеров позволяют сочетать в конструкции детали из пластика разных цветов, а в устройствах CJP встречается и полноценная цветная печать с любыми вариантами оттенков.

Конкретный функционал принтера с несколькими экструдерами стоит уточнять отдельно, однако он в любом случае шире, чем у моделей с одним соплом. С другой стороны, увеличение числа экструдеров заметно влияет на стоимость. Поэтому искать модель более чем на одно сопло стоит в тех случаях..., когда дополнительные возможности для вас принципиальны. В этой связи также стоит отметить, что некоторые принтеры выпускаются в нескольких модификациях, различающихся по числу экструдеров.

Максимальные габариты изделия, которое можно напечатать на 3D-принтере в один заход.

Чем крупнее габариты модели — тем шире выбор у пользователя, тем большее разнообразие размеров доступно для печати. С другой стороны, «крупногабаритные» принтеры занимают немало места, да и на стоимости устройства этот параметр заметно сказывается. Кроме того, при печати FDM/FFF (см. «Технология печати») для большой модели желательны более крупные сопла и более высокая скорость печати — а эти особенности отрицательно влияют на детализацию и ухудшают качество печати небольших изделий. Поэтому при выборе не стоит гнаться за максимальными размерами — стоит реально оценивать габариты объектов, которые планируется создавать на принтере, и исходить из этих данных (плюс небольшой запас на крайний случай). Кроме того, отметим, что крупное изделие можно печатать по частям, а затем скреплять эти части между собой.

Что касается конкретных значений каждого размера, то все три основных габарита имеют одинаковое деление на условные категории (небольшой размер, средний, выше среднего и крупный): — высота — менее 150 мм, 151 – 200 мм, 201 – 250 мм, более 250 мм; — ширина — менее 150 мм, 151 – 200 мм, 201 – 250 мм, более 250 мм; — глубина — менее 150 мм, 151 – 200 мм, 201 – 250 мм, более 250 мм.

Наличие у принтера функции лазерной гравировки.

В соответствии с названием, суть этой функции заключается в нанесении изображения за счет лазерного луча. Этот луч выжигает или испаряет верхний слой (или несколько слоев) материала, за счет чего образуется рельефное изображение, которое к тому же может отличаться по цвету от основного материала. Теоретически лазер подходит даже для гравировки по металлу, однако для этого требуется довольно высокая мощность; поэтому большинство 3D-принтеров с возможностью гравировки рассчитаны на пластик, дерево, кожу и другие поверхности, отличающиеся чувствительностью к нагреву.

Отдельно стоит отметить, что данной функцией оснащаются в основном устройства типа FDM/FFF (см. «Технология печати»); при этом за гравировку может отвечать как встроенный в печатающую головку лазер, так и отдельный модуль, устанавливаемый вместо экструдера. А вот в «лазерных» принтерах типа SLA (см. там же) подобная возможность практически не встречается — это связано с тем, что для гравировки и для SLA-печати нужны принципиально разные мощности лазера.

Максимальная температура нагрева в 3D-принтерах с подогревом стола (подробнее см. соответствующий пункт). Чем выше её порог, тем больше разновидностей пластика можно использовать для печати. Так, модели с подогревом поверхности до 100 °С подойдут для 3D-печати PLA-пластиком, с температурой стола от 100 до 120 °С — для работы с ABS-пластиком и нейлоном, высокотемпературные — допускают применение поликарбоната и тугоплавких разновидностей пластика.

Диаметр штатного рабочего сопла в принтере, работающем по принципу FDM/FFF или PJP (см. «Технология печати»).

Это один из ключевых параметров, определяющих возможности принтера. С диаметром сопла напрямую связана ширина отдельных линий в каждом слое и оптимальная толщина самого слоя. Так, при небольшом сопле эти ширина и толщина тоже будут небольшими, что позволяет улучшить детализацию, однако снижает фактическую скорость печати (а также прочность готового изделия — за счет увеличения числа стыков). А крупные сопла лучше подходят для больших объемов работ, где производительность печати и надежность конструкции важнее высокой точности.

Более подробные рекомендации по выбору диаметра под конкретную задачу и толщину слоя можно найти в специальных источниках. Также стоит учитывать, что многие современные 3D-принтеры позволяют менять сопла, и для более-менее серьезной 3D-печати прямо рекомендуется иметь в запасе несколько сменных сопел. Собственно посему в некоторых моделях в комплекте предусматривается сразу несколько сопел разного диаметра.