Слой за слоем: как работает 3D-принтер

В мире существует множество 3D-принтеров и способов создания объёмных предметов с помощью печати, но если говорить в общем, то весь принцип 3D-печати можно свести к трём основным принципам работы. Независимо от того, какой материал используется для печати (пластик, смола, композитные материалы или даже дерево и металл), 3D-принтеры функционируют по следующим законам.

Метод послойного наплавления (FDM)

Самый доступный и потому самый распространённый способ 3D-печати, при котором готовый предмет создаётся из жидкого пластика или композитных материалов, которые проходят через печатающую головку-экструдер и послойно отверждаются лазером. Готовый слой смещается вниз, и печатается новый, и так до тех пор, пока не будет готов весь элемент. FDM-принтеры являются одним из самых простых способов 3D-печати, подобные устройства можно даже собрать самостоятельно. Ну, или купить готовые решения, которых на рынке присутствует множество.

Стереолитография (SL или SLA)

По своему принципу действия этот вид 3D-печати похож на предыдущий, только в нём исходным материалом выступает жидкая смола (акриловая, эпоксидная, виниловая) или пластмасса. Луч лазера послойно «запекает» исходный материал, формируя готовый предмет. Затем он промывается от остатков смолы или пластмассы и подвергается окончательному отверждению с помощью ультрафиолетового света. Стереолитография позволяет печатать элементы с тонкой деталировкой и после завершения всех процедур готовая деталь получается прочной и химически стойкой, но обратной стороной медали является очень высокая стоимость таких 3D-принтеров.

Cелективное лазерное спекание (SLS)

Ещё один способ послойной печати предметов, в котором лазер спекает порошок — металлический, пластиковый или керамический — слой за слоем, формируя готовый объект. Существует методика плавки (SLM), которая отличается более мощными лазерами и возможностью работать с чисто металлическим порошком без всяких добавок — так формируются монолитные элементы, лишённые пористости, характерной для обычного спекания.

3D-принтер — это финальная часть создания предмета, поскольку сначала необходимо создать цифровую модель будущего изделия. 3D-модель разрабатывается в системах автоматизированного проектирования (они же CAD) и представляет собой файл с расширением .stl (информация об объекте представляет собой список треугольных граней, описывающих его поверхность, и их нормалей). С такими файлами работают специальные программы для 3D-принтеров, позволяющие задавать физические параметры готового предмета, а уже потом 3D-модель преобразуется в язык печати G-код — именно в нём содержатся команды для принтера, определяющие то, каким должен быть каждый слой детали.

Если говорить в общих чертах, то так устроены все принтеры для объёмной печати. Детали могут отличаться в зависимости от устройств, но общий принцип одинаковый у всех 3D-принтеров.