Как устроен FFF(FDM) 3d принтер ? Часть 1.

Хотя тема 3D-печати становится все более популярной, многие люди до сих пор не понимают принципов работы этих чудо-машин. Это и не странно, ведь на рынке в настоящее время представлено довольно большое количество устройств с различными «внутренностями», объединенных одной общей чертой: возможностью создавать 3D-изделия из различных материалов.

Первые 3d принтеры 3D-печатные устройства Stratasys, произведенные в 80-х годах, и технология печати, разработанная основателем Stratasys Скоттом Крампом в 90-х годах. Вскоре после основания компании 3D Systems к бизнесу 3D-принтеров присоединилась компания Solidscape, которая до этого специализировалась на создании 2D-принтеров. Действительно, как и все технологии того времени, первые устройства были очень громоздкими и стоили больших денег.

Сейчас ситуация кардинально изменилась. 3d принтеры Они все больше напоминают своих 2D-аналогов. В ближайшем будущем они, вероятно, станут стандартом как для бытового, так и для промышленного использования.

Существует множество различных 3D-принтеров, каждый из которых работает по определенной технологии. Где-то задействованы физические факторы и принципы, где-то химические. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, поэтому на данный момент нельзя назвать одну конкретную технологию лучше другой, но до стандартизации устройств еще далеко, так как каждый день открываются новые возможности, а технология еще не открыта для этих возможностей. Она еще не раскрыта.

В этой статье описаны принципы работы 3D-принтеров, работающих по технологии FFF (Fusion Modelling). У этой технологии есть и другое название — FDM, которое имеет тот же смысл. Единственное различие между этими двумя понятиями заключается в том, что технология FDM (FusedDepositionModeling) является торговой маркой одного из гигантов 3D-принтеров, а термин FFF придумали энтузиасты, чтобы обойти различные юридические ограничения.

Что такое технология FFF? И как она работает?

Сам термин FFF представляет собой ряд слов, описывающих процесс работы с конкретными материалами, используемыми в каждом принтере. В трехмерных принтерах, работающих с такими технологиями, в качестве наполнителя чаще всего используются особые термопласты. При нагревании он приобретает полужидкое состояние и — после охлаждения — затвердевает.

Термопластик направляется экструдером (механизмом, подающим материал) к печатающей головке, которая создает слой продукта в матрасе.

Большинство нестандартных принтеров работают по принципам технологии FFF с небольшими модификациями. Например, то же устройство, предназначенное для обработки пищи, например, нагревательный элемент, удаляется и устанавливается дополнительный контейнер. часть Затем устанавливается дополнительный контейнер, содержащий съедобный наполнитель.

Работа в трех измерениях — руководящие принципы

Самая сложная часть Трехмерный принтер — это мобильный элемент. Недостаточно установить несколько рулевых двигателей, подключить их к электричеству и проводить внеклассные занятия. Необходимо научить головки, отвечающие за подачу материала, правильно и точно выравниваться.

Чтобы они могли создавать полноценные трехмерные объекты, принтер они должны работать вдоль трех движущих сил — высоты, ширины и длины. Это означает, что механизм должен организовать печать таким образом, чтобы во время создания объект занимал положение вдоль оси XYZ. Этот эффект может быть достигнут с помощью печатающих головок, платформ или комбинации того и другого. В математике движение во всех трех направлениях называется «декартовой системой координат». Но не волнуйтесь — мы не будем углубляться в математическую теорию.

Если вы еще не поняли этого, вы можете создать соотношения на обычном 2D-принтере. Создайте изображение на уровнях X и Y. Отправьте документ на принтер, и компьютер рассчитает и пришлет вам все необходимые координаты. их принтеру . Последний начинает перемещать печатающую головку слева направо, а внутреннее колесо перемещает лист на новую линию.

Каждый 3d принтер Построенные аналогичным образом, три оси являются линейными. Они перпендикулярны между собой и не меняют своего положения в процессе печати. Для перемещения вдоль осей используются зубчатые ремни, стержни, тяги и двигатели.

Двигатели имеют относительно небольшие размеры, но достаточно мощные, чтобы приводить в движение печатающую головку или печатную платформу с миллиметровой точностью. В 3D-принтерах используются очень дорогие двигатели, поскольку недорогие двигатели не обеспечивают требуемой точности. Кроме того, недорогие двигатели, хотя и постоянно совершенствуются, производят значительный шум.

Экструдеры.

Само понятие «экструдер» используется не только при разработке и создании 3D-принтеров, но и в случае с 3D-принтерами для обозначения устройства для подачи нагретого материала (нагретой нити). Экструдеры — это та часть 3d-принтеры, которые постоянно модифицируются и дополняются, чтобы позволить разработчикам использовать различные материалы. Некоторые головки встроены в резьбу устройства, другие устанавливаются отдельно и подключаются к так называемому шлейфу.

Говоря о терминологии, давайте определим некоторые из них. частей Здесь есть свои сложности, поскольку технология 3D-принтеров еще относительно новая и не все обозначается стандартными названиями. Главное помнить, что принтер подает материал методом экструзии (метод выдавливания). Сам материал осаждается слоями до тех пор, пока изделие не будет полностью готово, о чем чуть позже.

Каждый тип расположения экструдера, будь то интегрированный или выносной, имеет свои преимущества и недостатки.

Интегрированные системы редко вызывают проблемы при печати, так как нет необходимости создавать сложную систему подачи материала в саму головку, но в отличие от выносных аналогов, интегрированные механизмы тяжелее и работают гораздо медленнее. Эти особенности значительно снижают скорость печати устройства. но часть Однако на этот раз простота замены пластиковых винтов компенсирует это.

В выносной системе, напротив, для подачи питания на печатающую головку используются специальные полые трубки (кабели Боудена). Они не только обеспечивают непрерывную подачу нити к экструдеру, но и при необходимости могут работать в обратном направлении (функция втягивания). Система дистанционного позиционирования экструдера перемещается с помощью так называемых кабелей.

Важнейшим преимуществом дистанционных экструзионных компоновок является их малый вес, благодаря чему достигается более высокая скорость печати. Ultimaker, один из самых быстрых принтеров, использует именно такую последовательность экструзии.

Основной проблемой полых труб является количество трения, создаваемого в системе питания, что может вызвать проблемы как с питанием, так и с разрушением самого термопластика (или других используемых материалов).

Другим недостатком системы являются сложности, которые могут возникнуть при замене принтера . Поэтому перед удалением нитей необходимо нагреть саму печатающую головку. При остановке материал остывает и затвердевает, что приводит к блокировке. Ошибкой многих начинающих пользователей 3D-принтеров является попытка силой вытащить оставшийся материал, что категорически не рекомендуется делать, так как это может просто разрушить печатающую головку и всю систему.

Системы подачи материала постоянно совершенствуются, а энтузиасты в 3D-сообществе постоянно придумывают всевозможные новые идеи.

Продолжение статьи об устройстве 3d принтера Читайте номер два и три. частях статьи.