Как выбрать компьютер для 3D. Бюджетные решения (часть 4)

3D-принтер: что это и как он работает?

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома.

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как собрать нормальный компьютер пригодный для работы с 3D

У многих людей ошибочно складывается мнение, что для работы с 3D обязательно нужен супер-навороченный компьютер. Это совсем не так.

Чтобы попробовать себя в 3D, изучать 3D-пакеты достаточно настолько слабой машины, что на ней современные компьютерные игры будут выглядеть как слайд-шоу, а 3D-пакеты будут работать вполне удовлетворительно. В особо тяжелых случаях это может быть даже ноутбук (но к нему есть особые требования, о чем ниже).

Чтобы сделать правильный выбор нам поможет страшное слово — маркетинг. Маркетинг — это псевдонаука о том как продавать больше, лучше и «правильнее». Зато благодаря ему все компоненты компьютера отлично ранжируются производителями по цене. Мои многолетние наблюдения компьютерного рынка показывают, что в любое время можно было собрать компьютер пригодный для 3D всего за 1000-1500 у.е. С монитором!

90-150$ — материнская плата (с интегрированным звуком и гигабитной сетью, но без видео!)
от 200-250$ — процессор (не менее!)
100$ — оперативная память (для начала)
80-150$ — жесткий диск
100-150$ — корпус с блоком питания
250$ — видеокарта
150-200$ — windows (операционная система) мы же с вами белые и пушистые
250$ — монитор

Каждый компонент должен стоить указанную цену плюс-минус 20%.

Как видите, самыми дорогими компонентами компьютера выходят процессор (на нем не получится сэкономить даже если вы собираете совсем бюджетную машину), монитор (монитор большого размера ну никак не сможет стоить три копейки) и видеокарта (причем, как я писал ранее, вы можете запросто сэкономить на начальном этапе приобретя попсовую видеокарту типа nVidia GTX x30 за 70$).

Дисплей

Диагональ нужна больше для удобства. Очевидно, что на мониторе с диагональю 32 дюйма работать будет удобнее, чем на 17 дюймовом. Но большее значение имеет разрешение экрана. 4К, 2К, FullHD. Если заряжаться по максимуму, то для графики нужен 4К монитор. Однако и FullHD хватает, а 2К можно считать нормальным разрешением.

Кроме этого, нужно обращать внимание на битность — это глубина цвета либо же количество передаваемых цветов. Восьмибитный монитор поддерживает 16,7 миллионов цветов, а на 10 битном мониторе мы сможем увидеть 1,07 млрд цветов. Именно поэтому для серьезной работы с графикой стоит выбирать 10 битные модели. Они обеспечивают более плавный градиент цветов.

Также, для работы с профессиональными графическими пакетами, рекомендуется использовать мониторы на IPS матрицах. У них высокое качество цветопередачи, контрастность и точность оттенков.

Производители

Помимо китайских и кустарных принтеров (да, его реально собрать дома самостоятельно), есть несколько моделей, которые популярны больше остальных, и поэтому их поддержка программным обеспечением максимально широка, если можно так говорить о столь новой области. На сегодняшний день это модели MakerBot Replicator 2, PrintBox3D One, Picaso Designer, UP Plus 2, Cube и CubeX. Отличия у каждого из них сводятся к перечисленным в предыдущем параграфе пунктам, размерам камеры и различным дополнительным опциям наподобие Wi-Fi-модуля. Помимо этих моделей, есть, конечно, и другие, но опять-таки нельзя сказать, что они сильно отличаются с технической точки зрения: всё-таки это больше страна-производитель, размеры, скорость печати и количество поддерживаемых типов пластика.

Вот такие они, поворотные принтеры

Напоследок нужно сказать про поворотные 3D-принтеры. Они пока что совсем никакой популярностью не пользуются, но у них есть всё-таки ряд существенных преимуществ по сравнению с «традиционными» 3D-принтерами — если последние можно так назвать. Главное из них — 3D-принтер с поворотной платформой обеспечивает больший рабочий объем по сравнению с устройствами, работающими в декартовой системе координат. Такой принтер использует полярную систему координат (радиус и угол), чтобы рассчитать движение печатной головки: система автоматически конвертирует модели, созданные в декартовой системе координат, в полярные координаты. Поэтому с подобным 3D-принтером можно использовать стандартное ПО, использующееся в «традиционных» 3D-принтерах без поворотной платформы. Физически это выглядит вполне очевидно: платформа вращается, а его экструдер движется по радиусу платформы от её центра к краю. Такая конструкция в два раза сокращает путь экструдера и снижает необходимость его поддержки.

Критерии выбора: на что обратить внимание при покупке 3d-принтера?

Если вы – новичок в 3d-печати и не знакомы с основами аддитивной технологии, вам потребуется время, чтобы разобраться с устройством и принципом работы подобных устройств. Также не стоит бежать в магазин и покупать первый попавшийся 3d-принтер по совету консультанта, так как некоторые функции могут быть лишними и ненужными для ваших целей и задач (при этом наличие дополнительных или усовершенствованных опций увеличивает стоимость изделия почти на 40-50%). Перед покупкой советуем вам тщательно изучить основные характеристики разных моделей и узнать, зачем нужна та или иная функция, чтобы не переплачивать за бесполезный функционал.

Что такое 3D печать

Технология печати

Самыми распространенными и востребованными моделями на рынке 3d-принтеров являются устройства, работающие по методу экструзии. Послойная печать трехмерных объектов в них осуществляется методом наплавления или непосредственно экструзии специальных чернил через формирующее отверстие головки. В первом случае капли разогретого до определенной температуры термопластичного материала попадают на платформу, где происходит их охлаждение и сливание, что и формирует слои 3d-изображения. В DIW-технологии керамические чернила выходят из сопла в жидком состоянии, но за счет повышенной псевдопластичности, характерной для большинства полимерных веществ (вязкость жидких веществ снижается на фоне прогрессирующего увеличения напряжения сдвига), быстро принимают нужную форму.

Высокоскоростная объемная FDM-печать – лучшее решение для тех, кто только начинает осваивать технику аддитивного моделирования, а также любителей, использующих 3d-принтер для повседневных целей или в качестве хобби. В отличие от метода фотополимеризации, в котором слои объекта формируются после засвечивания жидкого фотополимера лазером или проектором, при экструзионной печати возможно применение нескольких материалов одновременно, а также создание цветных изображений (в SLA-технологии такая возможность отсутствует).

Технология печати 3D-принтеров

Более сложными технологиями аддитивной печати являются ламинирование, многоструйное моделирование, селективное лазерное спекание и электронно-лучевая плавка с использованием проволочных материалов и металлического порошка. Такие технологии точны, но работать с ними начинающему человеку будет сложно, поэтому применяются они преимущественно в профессиональных отраслях, включая медицину, литейное и пищевое производство, а также производство экспериментальной техники.

Тип пластика

Большинство 3d-принетров, продающихся в магазинах бытовой техники и электроники, работают по технологии послойного наплавления (Fused Depsition Modelling или FDM-печать), суть которой заключается в моделировании изображения несколькими горизонтальными сечениями. Пластиковая нить расплавляется и направляется на рабочую платформу, после чего остывает и принимает твердое состояние. Для такой печати используется пластиковый материал в виде нитей, намотанных на катушку.

Где применяют 3D печать

Нити для аддитивного производства бывают двух типов:

1. ПЛА-нить. Это биоразлагаемый материал, который получают из тростникового или свекольного сахара, а также кукурузы. По сути, это термопластиный алифатический полиэфир с высокой степенью биосовместимости. ПЛА-пластик не выделяет токсинов и является экологичным материалом, поэтому работать с ним могут лица любого возраста, включая беременных женщин и детей. Тем не менее, у таких нитей есть и существенные недостатки: они более хрупкие по сравнению с другими материалами, сильно зависимы от климатических и температурных условий (готовые изделия могут потерять внешний вид под открытым солнцем или при минусовой температуре), и, в целом, недолговечны.
2. АБС-нить. Данный вид пластика представляет собой ударопрочную термопластическую смолу технического назначения с добавлением бутадиена и стирола. Предназначен преимущественно для профессионалов или тех, кто имеет отработанные навыки объемного скоростного моделирования. Новичкам для знакомства с основами аддитивной технологии лучше использовать полилактидные нити.

В более дорогих и профессиональных моделях также предусмотрена печать объектов из других материалов: нержавеющей стали, меди, полимерной глины, древесины, нейлона, смолы. Существуют даже модели, способные создавать трехмерные изображения из теста, но употреблять в пищу такие фигурки все же не стоит из-за низкой гигиеничности подобного производства.

Толщина слоя

Это важный параметр для тех, кому важна высокая точность и детализация изображения. Чем ниже разрешение печати (по сути, это и есть толщина слоя), тем более грубой будет работа. При высоком разрешении удается получить тонкие слои с незаметным рельефом, определяющие высокую степень детализации по сравнению с исходной моделью.

Для получения более-менее качественных объектов следует выбирать модели с толщиной слоя не мене 80-100 микрон. Наибольшая точность деталей достигается при разрешении от 200 микрон и выше.

Пространство печати

Это площадь полезного пространства, определяемая площадью платформы-основания, на которой и происходит создание трехмерного объекта. Чем больше данный параметр, тем больше размер готовой модели будет совпадать с исходником. Однако здесь важно учитывать, что с увеличением пространства печати увеличиваются и габариты самого прибора, поэтому еще до покупки необходимо продумать место для его установки (если вы хотите создавать фигуры больших размеров).

Принцип печати 3D-принтера

Количество экструдеров

Для принтеров, работающих по типу, экструзии, важным критерием выбора является количество экструдеров. Это часть прибора, отвечающая за нагрев и последующее плавление пластика и его передачу на печать. Экструдер состоит из сопла, системы охлаждения и температурного датчика с возможностью регулировки рабочей температуры (в качественных моделях).

Модели с одним экструдером позволяют печатать довольно однообразные изображения одного цвета. Если вы хотите моделировать разноцветные фигуры и объекты, лучше выбирать принтеры минимум с двумя экструдерами – такие устройство позволяют комбинировать цвета и материалы и расширяют функциональные возможности использования.

Возможность печати напрямую с карты памяти

Это очень полезная и удобная опция, позволяющая печатать трехмерные изображения без использования стационарного компьютера. Передавать изображение на дисплей устройства также можно при помощи смартфонов, Wi-Fi-соединения и т.д.

Процесс печати

Основные характеристики:

В середине нашего рейтинга расположилась модель Anycubic Photon S. Она оснащена продвинутой оптической системой и большой рабочей камерой. Девайс обладает матричным источником света, который обеспечивает равномерный световой поток по всей плоскости рабочего стола. Это позволяет добиться очень высокой скорости отверждения слоёв. Помимо этого, в принтере реализована оригинальная функция, позволяющая одновременно печатать восемь идентичных моделей. По словам разработчиков, целевой аудиторией для данного девайса являются ортодонты и ювелиры. Большинство деталей устройства изготовлены из пластика. Этот фактор значительно снижает вес девайса и делает его удобным для транспортировки.

Цена: от 26 000 рублей

Пластиковые детали

Самое время обратиться к тем, у кого уже есть 3D-принтер. Поищите объявления «3D печать в вашем городе». Обсудите стоимость печати комплекта деталей для Prusa i3.

Как правило, оценивают за грамм печати, но есть и готовые комплекты. Тянуть это добро из Китая нет никакого смысла.

Цена вопроса: около 1000 рублей, но зависит от наглости печатника.

Первый шаг

Самый доступный способ знакомства с технологией — это 3D-ручка. Макет в неё, конечно, загрузить не выйдет, зато можно разобраться в основах объёмной печати и побаловаться без лишних затрат. Или подарить гаджет ребёнку: возможность создавать (или модифицировать) собственные игрушки куда увлекательнее, чем гонять по экрану горсть пикселей. Весит устройство всего 62 грамма при размере 184x31x46 мм.

Технологически 3D-ручка схожа со всем известным клеевым пистолетом, разве что в качестве наполнителя используется специальная пластиковая нить вместо клейкого стержня. Продвинутые модели позволяют «заправить» ручку разными цветами и менять их прямо на лету. Расходный материал — ABS- или PLA-нити толщиной 1,75 мм.

В отличие от принтера, элементов управления у гаджета минимум, а индикатор температуры и скорости плавления вынесен прямо на корпус. Регулируется и скорость выхода пластика, значительно упрощая процесс ручной печати. Для повышения точности есть насадка толщиной 0,4 мм.

В качестве итога об основных плюсах и минусах трехмерной печати

3D-печать – направление перспективное и с большим потенциалом. Чтобы расставить все точки над «i» в изучении вопроса трехмерной печати, приведем основные ее преимущества:

• скорость, универсальность и снижение трудоемкости. Один принтер может заменить небольшую производственную линию со станками, пресс-формами или формами для литья, и это только начало. Чтобы создать предмет привычными ручными способами, может понадобиться немало времени и усилий по созданию заготовок, обтачиванию, соединению деталей – принтер решает эту задачу гораздо проще и быстрее;
• свобода творчества, ведь принтер может напечатать практически любой объект, созданный в программе;
• разнообразие используемых материалов, и речь не только о пластиках и металле, но и о живых клетках и продуктах питания. Более того, трехмерная печать позволяет полноценно работать с теми материалами, которые другими способами обработать очень сложно или даже невозможно;
• простота в использовании и экономичность, низкая вероятность ошибок;
• возможность использования достижений трехмерной печати в медицине для создания искусственных тканей и органов, протезов, имплантатов.

Существующие минусы:

• построение объекта из слоев означает наличие границ-переходов, поэтому поверхность предмета будет шероховатой и матовой. Если же толщина слоя большая, то переходы между ними будут заметны невооруженным взглядом. Прочность напечатанных объектов, особенно по методу FDM, уступает прочности предметов, выточенных из цельного куска материала;
• ограничение в размерах. Напечатать объект, который будет больше рабочей поверхности, невозможно. Сейчас уже есть принтеры с неограниченной зоной печати, но это пока только разработки;
• высокая цена, но это лишь вопрос времени. Новые технологии всегда дорогие, а с развитием и популяризацией они стремительно дешевеют. К стоимости прибавить необходимо еще и цену расходных материалов;
• сокращение существующих промышленных производств и опасность печати оружия – глобальные проблемы трехмерной печати. Возможно, уже в ближайшем будущем…

Трехмерная печать – это будущее медицины и промышленности, а также возможность быстрого создания прототипов и моделей, а это бесценно для инженерии. Кто знает, может, через 5-10 лет мы так же просто будем скачивать модели чашек или обуви и печатать их на собственном домашнем принтере, как сегодня скачиваем и просматриваем фильмы.