1. Що таке FFF-технологія і як вона працює?
2. Робота в трьох вимірах - принцип роботи напрямних
3. екструдер

Тема 3d друку стає все більш популярною, але багато людей все ж не розуміють сам принцип дії цих чудо-машин. Це і не дивно, так як на ринку, в поточний момент надано досить велику кількість пристроїв, які розрізняються своїми «нутрощами», але об'єднує їх одне - можливість створювати тривимірні вироби з самих різних матеріалів.

Зараз же ситуація кардинально змінилася, а 3d принтери стають все більш схожими на своїх двомірних побратимів. Можливо, в недалекому майбутньому саме вони стануть стандартом як для домашнього, так і промислового використання.

Існує досить велика різноманітність 3d принтерів, кожен з яких працює за певною технологією. Десь задіюються фізичні фактори і принципи, десь хімічні. Назвати якусь конкретну технологію кращої, ніж інші поки що не можна, тому що кожен вид має свої переваги і недоліки, а до стандартизації пристроїв ще дуже далеко, так як кожен день відкриваються нові можливості і потенціал технології ще не розкритий.

У цій статті ми розглянемо принцип дії 3d принтерів, які працюють за технологією FFF - моделювання методом наплавлення. Існує ще одна назва цієї технології - FDM , Яке несе таке ж значення. Різниця між цими двома поняттями полягає лише в тому, що технологія FDM (FusedDepositionModeling) є торговою маркою одного з гігантів виробництва 3D-принтерів, а термін FFF був придуманий ентузіастами, для того, щоб обійти різні юридичні обмеження.

Що таке FFF-технологія і як вона працює?

Сам термін FFF - це набір слів, що описує процес роботи з певним матеріалом, який використовується у відповідних принтерах. У 3d принтерах, які працюють за такою технологією в якості наповнювача, найчастіше використовується спеціальний термопластик, який під час нагрівання набуває полужидкое стан, а після охолодження - твердне.

Термопластик подається за допомогою екструдера (механізму відповідає за подачу матеріалу) на голівку яка шар за шаром створює виріб.

Більшість нестандартних, наприклад, харчових принтерів працює саме за принципом FFF технології, але з невеликими модифікаціями. З тих же пристроїв, які створені для роботи з їжею, забирається нагріває частина і встановлюється додатковий контейнер, який зберігає їстівний наповнювач.

Робота в трьох вимірах - принцип роботи напрямних

Найскладніша частина 3d принтерів - це рухливі елементи. Недостатньо просто встановити кілька крокових двигунів, підключити їх до харчування і змусити рухати екструдер. Потрібно навчити їх правильно працювати і точно виставляти головку, яка відповідає за подачу матеріалу.

Для того щоб можна було створювати повноцінні, об'ємні об'єкти, принтер повинен працювати за трьома напрямних: висота, ширина і довжина. Тобто механізми повинні організувати друк так, щоб об'єкт, під час створення міг бути оброблений по осях XYZ. Такий ефект може досягатися за допомогою рухів голівки, платформи, або комбінуванні обох цих способів. В математиці, рух в трьох напрямках називається «декартової системи координат». Але не переживайте - ми не будемо заглиблюватися в математичні теорії.

Якщо вам ще не стало зрозуміло, мабуть, можна провести аналогію зі звичайним 2D-принтером. Ці пристрої створюють зображення на площинах X і Y. Як тільки ви відправляєте документ на друк, комп'ютер прораховує всі необхідні координати і передає їх принтеру. Останній, в свою чергу, починає пересувати друкувальну голівку вліво - вправо, а коліщатка всередині переміщують лист на новий рядок.

Кожен 3d принтер побудований аналогічним способом, а всі три осі є лінійними. Вони розташовані під прямим кутом один до одного і не змінюють свого положення в процесі друку. Для рухів уздовж осей використовуються зубчасті ремені, шківи, ​​стрижні, моторчики і ін.

Хоча двигуни мають відносно невеликі розміри, вони мають достатню потужність, щоб направляти головку або друковану платформу, з точністю до міліметра. У 3d принтерах використовуються досить дорогі двигуни, так як механізми низької цінової категорії не забезпечать необхідну точність. До того ж дешеві двигуни видають досить велика кількість шуму, навіть незважаючи на те, що вони постійно удосконалюються.

екструдер

Саме поняття «Екструдер» застосовується не тільки в проектуванні і створенні 3d принтерів, воно використовується для того, щоб позначити те пристрій, яке відповідає за подачу розігрітого матеріалу, в разі 3d принтерів - це розпечена нитка. Екструдери - це та частина 3d принтерів, яка постійно модифікується і доповнюється, для того, щоб розробники змогли використати найрізноманітніші матеріали. Деякі подають головки інтегруються в пристрій розжарення нитки, інші встановлюються окремо і з'єднуються за допомогою так званих шлейфів.

Якщо говорити про термінологію, то з визначенням деяких частин 3d принтерів виникають труднощі, так як сама технологія ще відносно молода і не всі називається стандартними іменами. Головне запам'ятати те, що екструдери подають матеріал за допомогою видавлювання (методом екструзії). Сам матеріал укладається шарами до тих пір, поки вони не буде повністю готове, але про це трохи пізніше.

Кожен з видів розташування екструдерів, незалежно від того, інтегрована це система або ж віддалена, має свої переваги і недоліки.

Інтегрована система не потребує створення складної системи подачі матеріалу на саму головку, тому під час друку рідко виникають які-небудь проблеми, але на відміну від віддалених - цілісні механізми важче у вазі і набагато повільніше в роботі. Ці характеристики помітно знижують саму швидкість друку пристроїв, але частина часу компенсується простотою заміни пластикової нитки.

У віддалених же системах для подачі матеріалу на голівку використовуються спеціальні порожнисті трубки ( Боуден-кабель ). Вони забезпечують не тільки постійну подачу нитки на екструдер, але і можуть працювати в зворотному напрямку, якщо це необхідно (режим втягування). Віддалена система розташування екструдера приводиться в дію за допомогою так званих тросів.

Найголовніша перевага віддаленого розташування екструдера - невелика вага, який дозволяє домогтися високої швидкості друку. Один з найшвидших принтерів - Ultimaker, як раз-таки використовує саме таку систему розташування екструдера.

Основна проблема порожніх трубок - це велика кількість тертя, що виникає всередині системи подачі матеріалу, в результаті чого можуть виникнути проблеми, пов'язані як з подачею, так і з псуванням самого термопластика (або інших використовуваних матеріалів).

Ще один недолік системи - складності, які можуть виникати в процесі заміни принтера. Тому перед тим як видалити нитку, необхідно включити нагрів самої голівки. Матеріал, після припинення роботи, остигає і твердне, що викликає засмічення. Помилка багатьох початківців користувачів 3d принтерів полягає в тому, що вони намагаються дістати залишки матеріалу силою, але це категорично не рекомендується, так як можна просто пошкодити друкує головку і всю систему.

Системи подачі матеріалу постійно вдосконалюються, а ентузіасти 3d спільнот, постійно створюють все нові концепції побудови цієї системи.

Продовження статті про пристрій 3d принтера читайте у другий і третьої частинах статті.