3D принтер — купить или собрать?

Если верить опросам, то примерно каждый третий интернет-пользователь не против иметь домашний 3D принтер. Правда, средняя сумма, которую россияне готовы потратить на эту «игрушку», составляет около 40 тысяч рублей, в то время как средняя цена бытового 3D принтера составляет около 80 тысяч. Такое положение дел наводит на мысль о недоступности трёхмерной печати для рядового пользователя.

И это, кстати, касается не только России — такой уровень цен не устраивает и зарубежных пользователей. А какая категория граждан славится постоянной нехваткой денег и постоянной разработкой способов создания того, что нужно, из того, что есть? Правильно — студенты! Неудивительно, что именно студентам и удалось собрать практически «на коленке» действующий 3D принтер. Случилось это в 2003 году, в британском Университете Бата (University of Bath). Такой проект не мог не получить развития и сейчас в Интернете можно найти немало схем «самопальных» устройств для 3D печати и подробных инструкций по их сборке — вплоть до чертежей деталей и узлов с указанием типа используемых материалов. Следующим витком развития этого проекта является проект, известный сейчас как RepRap.

Что нужно для того, чтобы собрать 3D принтер?

Несмотря на то, что разработанные энтузиастами 3D принтеры временами сильно отличаются друг от друга, основные составляющие любого их них — те же, что и для промышленных образцов.

Механическая часть:

металлические шпильки или стержни, формирующие каркас конструкции и служащие направляющими для движущихся узлов;
пластиковые шестерни, из которых состоят шевронные передачи от электроприводов к подвижным элементам;
платформа (рабочий стол), на которой происходит формирование изделия, с нагревательным элементом и термопарой, позволяющей контролировать температуру поверхности.

Электрооборудование:

шаговые электродвигатели;
экструдер с термодатчиком, отвечающий за превращение твердого расходного материала в жидкий расплав;
концевые выключатели, служащие для ограничения области печати по основным осям;
электронная плата с микроконтроллером, управляющим процессом печати и контролирующим положение каретки в пространстве.

Все элементы механической части при желании можно сделать или подобрать самостоятельно, электронику же придётся покупать. Как видите, все различия в основном сводятся к внешнему виду и индивидуальному набору комплектующих, которые подбираются в зависимости от возможностей владельца и ожидаемых от 3D принтера характеристик.

Как всё это работает?

Для печати модели из STL файла потребуется также специальная программа-слайсер (например, Skeinforge или Slic3r) — именно она производит «нарезку» фигуры на слои. Кроме того, слайсер переводит «нарезанный» STL файл в файл GCODE, содержащий последовательность простых команд (G-код), «понятных» микроконтроллеру.

Полученный алгоритм загружается в оперативную память 3D принтера и последовательно выполняется микроконтроллером, корректируясь по мере необходимости в зависимости от данных двух термодатчиков (экструдера и рабочего стола). Также электроника управляет перемещением экструдера, температурой и дозированием выдавливаемого расплава. Результатом подобного взаимодействия становится готовый трехмерный объект.

Немалое значение для обеспечения точного положения каретки (а значит – точности печати) имеет не только настройка контроллера, но и подбор шагового двигателя, используемого для её передвижения. Так, если количество шагов, выполняемых электроприводом при повороте шпинделя на 360 градусов, равно 200 (двухсотшаговый электродвигатель), точность составляет 5 мкм, если 400 — 2,5 мкм. Так что, если хотите добиться от принтера большей точности, выбирайте двигатель с большей «шаговостью».

Немного из истории RepRap

RepRap — сокращение от английского термина Replicating Rapid Prototyper, обозначающего устройство, способное воспроизводить само себя. Идея, как уже было сказано, зародилась в стенах Университета Бата, и была изложена доктором технических наук Андрианом Боуером, читавшем в то время студентам курс машиностроения, на страницах личного блога. Состояла он в том, что для максимальной популяризации 3D печати устройство не просто должно быть дешёвым и доступным для самостоятельной сборки, но и уметь самостоятельно воспроизводить детали, из которых состоит. Только тогда можно будет говорить об обеспечении каждой семьи «универсальным устройством воспроизведения предметов быта».

Первый образец мог напечатать лишь шестерни да некоторые элементы кинематики для замены изношенных, но в течение нескольких следующих лет возможности RepRap принтеров возросли, и среди результатов имеется даже плата с электронными компонентами и токопроводящей электрической цепью. Поскольку такой 3D принтер уже по определению получается самосборным, с его же помощью можно также печатать и детали устройств следующего поколения — чем и занимаются члены сообщества RepRap, число которых постоянно растёт. А вместе с их числом растёт и вероятность скорого исполнения мечты Боуера — стопроцентно самовоспроизводимого «устройства воспроизведения предметов быта».