Введение

Что такое трехмерный принтер?

Словами “трехмерный принтер” называют множество различных устройств, построенных на так называемых аддитивных технологиях. Вместо того, чтобы взять целый кусок материала, и удалять из него лишнее, как это делает, например, фрезерный станок с ЧПУ, трехмерный принтер собирает изготовляемую деталь по частицам из некоего сырья. Некоторые из них спекают лазером или склеивают жидким клеем тонко намолотые порошки, досыпая слой за слоем. Некоторые отверждают светом жидкие смолы, постепенно доливая еще и еще. Некоторые сплетают деталь из тонкой нити расплавленного пластика. При помощи трехмерного принтера можно изготовить объект более или менее любой сложной формы, в том числе многие объекты, изготовить которые другим способом крайне сложно. Процесс изготовления мало зависит от самой формы, что открывает множество возможностей.

Все эти технологии весьма разнообразны как по видам достижимых на практике результатов, так и по возможности повторить их в домашних условиях. Большинство из них требуют веществ не упоминаемых в приличном обществе или высочайшей точности изготовления деталей. Но трехмерный принтер, сплетающий деталь из нити расплавленного пластика, можно при желании повторить на коленке при помощи ассортимента мебельного магазина и большого количества ненормативной лексики, и начали мы именно с этого.

Именно об этом пойдет речь на этом сайте — о трехмерной печати в домашних условиях и о том, как мы это делали и продолжаем делать. Часть статей были впервые опубликованы в личном блоге одного из авторов, и снискали неожиданно широкую популярность, а потом мы уже вошли во вкус. Это попытка систематического изложения всего опыта который удалось добыть на этом пути, и завершиться эта попытка должна получением годного к употреблению учебника по трехмерной печати в домашних условиях.

Что такое “RepRap”?

Это английское сокращение от “Replicating Rapid prototyper”, т.е. “Саморазмножающаяся машина для быстрого прототипирования” впервые введенное в одноименном проекте, начатом в 2005 году с подачи Адриана Бойера (Adrian Bowyer), преподавателя мехмата Университета Бат в Великобритании. Подразумевается что репрап — это машина, способная автоматически изготовить все собственные детали самостоятельно. В качестве основного средства саморазмножения был выбран именно метод трехмерной печати волокном пластика, и именно работы по этому проекту и породили трехмерные принтеры, доступные обычному человеку.

Конечно, машины способной автоматически изготовить все до одной собственные детали сейчас в природе не существует — попытки изготовлять при помощи трехмерного принтера транзисторы или электронные схемы пока остаются в области экстремальных экспериментов. Но в обиходе репрапами называют те трехмерные принтеры, для производства которых необходим трехмерный принтер, на котором и изготовляется большая часть их структурных деталей. Это отличает их от “репстрапов” (RepStrap) — устройств, основным назначением которых является получить детали для первого репрапа, но которые сами изготовлены как-нибудь иначе, в том числе и полностью на коленке.

Как вообще работает такой трехмерный принтер?

Технология трехмерной печати струной пластика, Fused Deposition Modelling, была впервые разработана С. Скоттом Крампом, (S. Scott Cramp) основателем фирмы Stratasys, и запатентована в 1989 году. Первые коммерческие аппараты работающие по этой технологии были выпущены в 90х годах XX века, и длительное время Stratasys оставалась единственным поставщиком таких трехмерных принтеров, предлагая свои машины по цене не ниже 25000 долларов, что сильно ограничивало их широкое применение.

На рабочую поверхность слой за слоем через тонкое сопло (0.5мм или менее) перемещаемое в трех измерениях наносится тонкой стрункой расплавленный до жидкого состояния термопластик. Поскольку пластик быстро остывает до полутвердого состояния, выдавленная на рабочую поверхность и прижатая к ней соплом струна сохраняет приданную ей форму и положение в пространстве. Последовательное нанесение новых и новых слоев, приваривающихся друг к другу, позволяет изготовить деталь более или менее любой формы, сплетенную из сваренных вместе тонких нитей.

В этой технологии, несмотря на кажущуюся простоту, много неожиданных тонкостей, но большинство из них связаны со свойствами самих термопластиков, а не с точностью работы механизмов, что и позволяет повторять ее даже в домашних условиях, с качеством результатов вполне сравнимым с фабричными аналогами.