Все устройства для печати трехмерных объектов (3D-принтеры) работают по одному принципу – слой за слоем создают изделия из исходного материала. Различными являются только методы соединения слоев между собой и, собственно, сами материалы, из которых моделируется физический объект. К наиболее распространенным методам относятся экструзионная печать (FDM), лазерное спекание/плавка/отвердение (SLS/SLM/SLA) и ламинирование (LOM).

Внешний вид оборудования и его устройство зависит от используемой технологии.

1. Экструзионный 3D-принтер

Оборудование данного типа работает на основе пластиковой нити, которая в расплавленном виде выдавливается из экструдера и наплавляется послойно, моделируя изделие. Метод FDM является самым распространенным, ввиду простоты в использовании и доступности расходных материалов. Основными элементами оборудования являются:

• печатная платформа – стеклянная или алюминиевая площадка, на которой формируется изделие;
• картезианский или «дельта» робот – промышленное название механизмов, перемещающихся по так называемым картезианским координатам (оси X, Y, Z). Именно на этих осях расположен ключевой элемент 3D-принтера – печатающая головка (экструдер);
• экструдер – самая важная и сложная часть оборудования, предназначенная для разогрева нити до температуры плавления (170-220 °) и последующего выдавливания. Состоит из двух компонентов: а) привод подачи материала – редукторный или шаговый механизм, подающий нить в термальную камеру; б) термальная головка (камера) – из нагревателя с датчиком температурного контроля и сопла, через которое выдавливается полужидкий пластик;
• линейный и шаговый двигатели – отвечают за режимы, точность и скорость печати;
• концевые фиксаторы – датчики с механическим или оптическим принципом работы, которые предотвращают выход печатающей головки за край печатной платформы;
• рама – конструкция, на которой крепятся все вышеперечисленные элементы 3D-принтера.

2. 3D-принтер на основе лазерного воздействия

В основе метода лежит воздействие лазерного луча на порошковый или фотополимерный материал. Не столь распространенное оборудование в силу более сложной технологии и менее доступных исходных материалов. Но, тем не менее, принцип лазерной печати используется достаточно широко.

В качестве порошка может выступать все, что измельчается до мелкодисперсного состояния (металл, пластик, дерево и т.д.). Фотополимером служит полупрозрачная жидкая смола, которая отвердевает под действием лазерного излучения. В зависимости от используемого материала, возможно его послойное затвердевание, склеивание между собой, либо спекание до однородной структуры.

Стереолитографический 3D-принтер формирует трехмерный объект из фотополимерной смолы

Ключевые компоненты лазерного принтера для 3D-печати:

• лазер;
• отклоняющие зеркала, отражающие лазерный луч в нужную точку;
• подвижная площадка – емкость с опускающейся платформой. Смола или порошок, нанесенные на платформу, подвергаются засветке лазером в соответствии с моделью объекта, заложенной в программе принтера. В точках соприкосновения материал затвердевает, и платформа опускается на один цифровой слой вниз, после чего обработке подвергается следующий слой. И так до окончательного формирования изделия.

3. Принтер для 3D-печати по технологии ламинирования

Несмотря на очень дешевые расходные материалы, вплоть до пластиковой пленки или типографской бумаги, наименее популярная модель оборудования. Виной тому сложность, многокомпонентность и шумность самого устройства и некоторая ограниченность в диапазоне моделей. Будущее изделие создается путем накладывания друг на друга большого количества слоёв рабочего материала (фольга, пленка, бумага) и склеивания их между собой. В процессе склеивания лазерный луч вырезает контур цифровой модели на каждом из слоев.

Существующие сегодня технологии воздействия электронного излучения на проволочный материал и методы плавления металлического порошка в вакууме не только сложные, но и охраняются коммерческой тайной, поэтому не будут рассмотрены в данной статье.