Обзор 3D-принтера Up! Plus

За последние несколько веков мир радикально изменился, и все благодаря научно-техническому прогрессу, где особое место занимают три судьбоносных изобретения - двигатель, компьютер и беспроводная связь. Интересно, какое изобретение послужит следующим толчком для новой социально-промышленной революции? Есть мнение, что эта роль достанется 3D-принтеру.

За последние несколько веков мир радикально изменился, и все благодаря научно-техническому прогрессу, где особое место занимают три судьбоносных изобретения - двигатель, компьютер и беспроводная связь. Интересно, какое изобретение послужит следующим толчком для новой социально-промышленной революции? Есть мнение, что эта роль достанется 3D-принтеру.

Что же такое 3D-принтер? 

Несмотря на то, что многие слышали об этом футуристическом девайсе много раз, мало кто знает, что же представляет собой 3D-принтер, тем более на текущий момент. Собственно, в этой статье на примере обзора домашнего 3D-принтера UP! Plus мы попытаемся раскрыть этот вопрос.

Но для начала давайте проведем краткий ликбез по теме.

3D-печать представляет собой процесс создания трехмерных твердых объектов практически любой формы из цифровой модели (обувь, еду, электронику, оружие, органы и т.д.). Способы печати и донорский материал бывают разными, но принцип работы один - послойное создание (выращивание) твердого объекта. Существует две основные технологии формирования слоев - лазерная и струйная. UP! Plus использует струйную технологию, где донорским материалом служит ABS или PLA пластик. Объект формируется путем послойной укладки расплавленной нити пластика на платформу, где он охлаждается и застывает (fused deposition modeling, FDM). Увидеть работу 3D-принтера струйного типа можно ниже:

Но более прогрессивной технологией считается лазерный способ. Интересно, что в 2014 году истекает срок действия патентов на ключевую технологию выборочного лазерного спекания (selective laser sintering, SLS), которая изобретена в 80-е годы и сейчас широко используется в промышленных 3D-принтерах. Благодаря этому в скором времени на рынке может появиться ряд доступных 3D-принтеров этого типа:

Как это работает?

Все очень просто. Чтобы напечатать какой-либо объект, нужно иметь цифровую модель этого объекта, донорский материал, из которого он будет сделан, и саму 3D-машину. 3D-принтер работает в связке с ПК, через который им можно управлять, калибровать, задавать настройки и т.д.

Основные ограничения 3D-принтера на сегодняшний день.

Сегодня любой 3D-принтер ограничен рабочей областью (это влияет на максимальный размер создаваемого объекта), количеством используемых донорских материалов (чем их больше, тем более сложным и продвинутым будет объект), а также затрачиваемым временем на создание объекта (простенькие детали можно создать за минуты, сложные - за часы, а для серьезной промышленности - дни, недели или даже месяцы.

3D-принтер и будущее.

Сейчас 3D-принтер сильно ограничен в своих возможностях, но в будущем человек в домашних условиях сможет создать абсолютное большинство необходимых вещей - еду, одежду, электронику, мебель и даже органы. По сути, для получения конечного продукта нам нужен донорский материал (пластик, металл, стволовые клетки и т.д.) и цифровая модель этого продукта (3D-модель смартфона, кроссовка, человеческого органа и т.д.).

Но это не значит, что 3D-принтер станет панацеей для бездельника, а заводы закроются. Как сказано выше, чтобы напечатать, к примеру, смартфон, нужно будет иметь соответствующую 3D-модель. Поэтому в будущем нам будут продавать 3D-модели, а не готовые изделия. В этом плане заводы действительно пострадают, скорее-всего, они перейдут на производство крупных и сверхсложных объектов, которые в домашних условиях нереально создать. Что же касается донорского материала, то он тоже не бесплатный, но в любом случае конечная стоимость печати в домашних условиях будет гораздо ниже тех затрат, которые мы несем сегодня, покупая готовую продукцию у производителя.

Домашний 3D-принтер UP! Plus

Стоит отметить, что 3D-принтер, может быть как домашнего типа, так и промышленного. Отличие между ними не только в размерах, цене и возможностях. Домашний 3D-принтер намного проще в работе и обслуживании, а также безопасней. В принципе, именно домашний 3D-принтер по своей концепции ближе всего к тому устройству, которому под силу совершить революцию.

На данный момент 3D-принтеры от китайской компании PP3DP самые дешевые в мире. В Китае официальная стоимость модели UP! Plus составляет $ 1499, в то же время у нас (Украина) ее цена почти на тысячу больше - $ 2399.

Основные характеристики UP! Plus:

• Материал печати: ABS и PLA пластик
• Один экструдер
• Рабочая область: 140 мм (ширина) х 140 мм (глубина) х 135 мм (высота)
• Толщина слоя: 0.15 / 0.20 / 0.25 / 0.30 / 0.35 / 0.40 мм
• Габариты: 245 мм (ширина) х 260 мм (глубина) х 350 мм (высота)
• Вес: 5 кг
• Питание: 100-240 V, 50-60 Hz, 220 W
• ПО совместимость: Windows, Mac OS
• Особые требования: нет
• Комплект поставки: три пластины (рабочие платформы), плоскогубцы, шпатель, перчатки, несколько отверток и ключей, а также моток с пластиком.

Внешний вид UP! Plus мало чем напоминает высокотехнологичное устройство. Дизайн принтера очень прост - корпус открытого типа. Но именно благодаря открытой рабочей области можно наглядно наблюдать за процессом создания объекта с нуля. Кроме того, это сделало UP! Plus более компактным и легким, его габариты 245 х 260 х 350 мм, а вес 5 кг. Корпус почти полностью сделан из металла, за исключением нескольких пластиковых деталей. Не металлические - бабина с мотком пластика, рабочая платформа и большая часть элементов модуля печатающей головки.

UP! Plus в качестве донорского материала использует ABS и PLA пластик. В данном случае висит бабина с ABS пластиком. К примеру, в этой бабине 700 грамм пластика, который стоит 500 грн ($ 62). Стоимость PLA пластика несколько меньше. Пластик бывает различных цветов: от классики - черного и белого, до ярких - фиолетового или оранжевого. Вот еще несколько цифр: чтобы напечатать бампер для iPhone, нужно потратить примерно 12 г пластика, в итоге себестоимость печати составит не более 10 грн (включая электроэнергию и прочие расходы). Как видим, для создания некоторых вещей 3D-принтер выгоден уже сегодня.

Модуль печатающей головки, пожалуй, самый важный компонент 3D-принтера UP! Plus. Он состоит из одного экструдера, куллера и моторчика. Моторчик двигает модуль по горизонтальной оси влево или вправо, а куллер охлаждает систему. Кабель с ниткой пластика тянется от бабины к этому модулю и крепится (входит) сверху крышки.

Стоит отметить, что белая пластиковая крышка, которая почти полностью закрывает печатающий модуль, была напечатана на таком же принтере. В мире сейчас ведется разработка такой машины, которая сможет сама себя распечатать, если не полностью, то близко к этому. Проект называется RepRap и реализуется английскими конструкторами университета Бата. На данный момент принтер уже производит более половины собственных деталей.

Разогретый пластик выдавливается через сопло экструдера и слой за слоем наносится на рабочую платформу, на которой остывает. В UP! Plus двигается как печатающая головка, так и рабочая платформа. Экструдер двигаетсятолько по горизонтальной оси - влево/вправо, когда платформа может двигаться вперед/назад и вверх/вниз. Благодаря комбинациям всех доступных движений и создаются 3D объекты. К сожалению, UP! Plus - принтер с одним экструдером. Это существенно ограничивает возможности печати. Например, этот принтер не может напечатать за раз разноцветную модель. Чтобы такое сделать, надо печатать деталь каждого цвета отдельно, а потом их вручную соединять.

Отверстия небольшого диаметрана рабочей платформе служат для того, чтобы, чтобы печатающийся объект крепко фиксировался и не слетал.

В этом месте находится «мозг» принтера. Мы не выяснили, какое конкретно железо установлено в UP! Plus.

Все внешние интерфейсы вынесены сзади. Слева на право - разъем для питания, разъем питания податчика (в этой модели не используется), кнопка выключения питания и разъем USB для связи с ПК.

Запуск системы

Любой 3D-принтер работает в паре с компьютером. Если компьютер не встроен в систему, то используется любой сторонний ПК. Чтобы начать работу с Up Plus, его нужно подключить к обычной сети, а затем к ПК (посредством кабеля USB). В нашем случае используется ноутбук.

На компьютере устанавливаем специальную программу от производителя, с помощью которой будем управлять печатью, менять настройки, калибровать систему и тому подобное. Следующим шагом станет подготовка STL-файла с 3D-моделью. Цифровую модель можно создать в ряде современных графических редакторов. К примеру, можно использовать такие популярные 3D-редакторы, как 3DSMAX, Autodesk Inventor или SolidWorks.

ПО принтера также покажет, сколько потребуется времени и донорского материала на печать модели.

Перед началом работы лучше прочитать руководство пользователя, которое можно скачать с официального сайта здесь. Несмотря на то, что мануал на английском, там все написано предельно просто, и есть много картинок. Закрепить полученную информацию поможет просмотр видео, в котором наглядно показана подготовка Up Plus к работе:

Скорость печати и детализация объекта во многом зависит от размера и сложности этого объекта, а также толщины слоя, который наносится. В Up Plus он может быть 0,15/0,20/ 0,25/0,30/0,35/0,40 мм. К примеру, деталь (что на фото ниже) весом 7 грамм с использованием не самого тонкого слоя печаталась примерно полчаса. Бампер для iPhone (12 грамм), о котором говорили ранее, примерно столько же, но он существенно проще по форме и не требует высокой детализации.

Спустя полчаса получаем готовую модель нашей детали. К сожалению, без ручной работы здесь не обойтись. Сначала прилипшую модель нужно отделить от рабочей платформы, а потом аккуратно очистить от ненужных слоев. Сделать это несложно, но в этом отношение современному 3D-принтеру еще далеко до того футуристического идеала, где все будет “под ключ”.

А вот демонстрация работы Up! Plus на видео:

[media=http://youtu.be/1gzkCuLGzn0]

Как видим, все довольно просто. Есть материал, цифровая модель и принтер, который печатает объект. В обслуживании он очень прост, иногда нужно протирать лишь головку экструдера. Также Up! Plus можно считать безопасным устройством. Особых навыков для его эксплуатации не нужно. Единственное правило - во время работы не лезть к печатающему модулю. Там находится нагревательный элемент, который расплавляет пластик при температуре 270 градусов по Цельсию. Кроме того, после окончания работы, рабочая площадка и сам объект тоже разогреты, хотя до значительно меньшей температуры, но все же рекомендуется несколько минут подождать, пока принтер не остынет полностью. Что же касается продуктов испарения плавленого пластика, то, по некоторым исследованиям, они вредят так же, как пребывание в закрытом помещении, где курят или используют газовую плиту. Поэтому для пущей безопасности рекомендуем использовать 3D-принтер в хорошо проветриваемом помещении, как в случае с плитой.

Кому сегодня нужен 3D-принтер?

Ниже на фотографиях показан ряд 3D объектов, которые были напечатаны на Up! Plus. Здесь есть как примитивные модели, так и довольно сложные объекты. К примеру, рабочий подшипник или череп с вырезами глазных впадин, носа и т.д. Если объект массивный и сложный, его можно разбить на составляющие детали и распечатать их по отдельности, а потом сложить. Точно также создают разноцветные объекты.

Сегодня устройства подобного рода весьма популярны у рекламных агентств, архитекторов, дизайнеров, разработчиков электроники, создателей сувенирной продукции, и даже среди студентов, точнее в лабораториях ВУЗов. В общем, компактный 3D-принтер будет отличным помощником там, где нужен макет какого-либо прототипа. Но, как видим, уже сегодня его часто применяют в чисто коммерческих целях - печать сувениров, пластмассовых деталей и т.д.

Слева - MakerBot Replicator 2X, справа - UP! Mini.

Кроме Up! Plus, на рынке Украины представлены и другие модели домашних 3D-принтеров. Например, популярный американец MakerBot Replicator 2X и еще один китаец от PP3DP - модель UP! Mini. В отличие от Up! Plus, эти устройства имеют корпус закрытого типа. MakerBot Replicator 2X более продвинутый 3D-принтер, его рабочая область больше, он имеет две печатающие головки, соответственно, цена его заметно выше - $ 4500 в Украине. UP! Mini еще меньше, чем Up! Plus и считается самым дешевым 3D-принтером в мире (или точно одним из), в Украине его цена $ 1600. Конечно, это немаленькие деньги, поэтому о массовой доступности говорить еще рано, да и не нужен он пока всем. Но то, что 3D-принтер это уже реальность, доступная многим - факт. Современнику пока еще далеко до идеала, но эта технология быстро прогрессирует, и мы очень надеемся, что совсем скоро такая «лампа Аладдина» появится у каждого и сотворит очередной прорыв для человечества.