Доступная 3D печать для науки, образования и ус... Александр Кузнецов

52 инертный по отношению телу (но официально не подтверждено FDA*, по крайней мере, пока).
Стоимость нейлоновой нити в два раза больше, чем стоимость PLA или ABS, единственный доступный цвет белый (естественный) и единственный источник – Taulman.
(*прим. ред. – FDA – федеральная комиссия США по контролю качества пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств, Food & Drug Administration)
Поликарбонат (PC)
Поликарбонат
60
(Polycarbonate – PC), очень прочный и долговечный пластмассовый материал с высокой оптической прозрачностью и высокой температурой плавления
(приблизительно 270 – 300 °C). Несмотря на это используется во многих промышленных производствах (например, CD и DVD сделаны из поликарбоната). Первые тесты с дешевыми 3D принтерами начались только в 2012 61
и пока есть лишь несколько производителей PC нити, продающих ее достаточно дорого, примерно 90$ за килограмм.
ПВС (PVA)
Поливиниловый спирт (Polyvinyl Alcohol – PVA) – растворимый в воде пластмассовый полимер, который может использоваться для печати поддерживающих опор (для PLA и ABS объектов), легко растворяющихся в теплой воде, оставляя прекрасную поверхность объекта и упрощая процесс удаления опор (обычно довольно утомительный). Температура печати – приблизительно 170°C, никогда не должна превышать 200 °C. Нить PVA довольно дорогое удовольствие, продающаяся порядка 90$ за килограмм.
Ударопрочный полистирол (HIPS)
Ударопрочный полистирол (High-impact Polystyrene – HIPS)
62
– пластмассовая нить, растворяющаяся в лимонене, иногда используется для создания поддерживающих структур
(особенно для ABS), которые могут быть легко удалены без механического воздействия.
Лимонен – естественный растворитель, извлекаемый из корки лимонов и других цитрусовых.
Температура печати HIPS приблизительно 230°C. Стоимость нити HIPS около 40$ за килограмм.
Другие виды пластмасс
LAYWOO-D3 – нить на древесной основе, созданная недавно
63
(технически, это соединение древесины и полимера, содержащее переработанную древесину и связующие полимеры), может использоваться для печати объектов, которые похожи на настоящие деревянные детали
(даже с типичными годичными кольцами). Все особенности – те же что и у PLA, но его цена пока очень высока, около 100$ за кг, а также придётся прибегнуть к некоторым ухищрениям
64
, чтобы изменить цвет колец.
Наконец, было проведено несколько экспериментов с токопроводящим пластиком
65
, но сопротивление полученного

53 продукта всё ещё довольно высокое, поэтому он не годится для коммерческого применения.
Печать
В этой части у нас должен быть тщательно подобранный принтер, готовый к торжественному запуску, нить подходящего для нашего принтера диаметра; типом и цветом, соответствующим нашему проекту, и файл g-кода, созданный программой-слайсером, должным образом сформированный согласно свойствам, которые мы хотели бы получить для нашего объекта. Теперь настало время включить принтер, соединить его с нашим компьютером и начать
процедуру калибровки:
1.
Первая проблема, которую надо решить, это определение правильных параметров соединения: большинство принтеров, несмотря на подключение через USB, внутри используют чип "USB-to-serial" для обеспечения последовательного потока данных
(в стиле RS-232) к центральному процессору, и это значит, что скорость последовательного канала, количество бит старт/стоп и четности и процедура подтверждения связи должна соответствовать правильным значениям.
2.
Когда, после нескольких проб и ошибок, связь установлена, мы можем начать посылать команды g-кода принтеру, чтобы проверить, работает ли все должным образом. Хорошая процедура калибровки должна включать проверку всех концевых датчиков, датчиков температуры (термисторов) и шаговых двигателей.
3.
Когда все эти проверки пройдены, мы можем сделать выравнивание основания печати: в идеале – это платформа, которая является максимально плоской и параллельна осям, движущейся во всех направлениях печатающей головки. Чтобы добиться этого, пользователь должен двигать головку по всем направлениям, сравнивая ее вертикальное положение с платформой, и правильным уровнем последней, имеются в виду несколько винтов, поднимающих или опускающих четыре угла платформы.
4.
После выравнивания, платформа должна быть тщательно очищена и покрыта необходимым видом поверхности: это может быть сделано одним или более слоями синей ленты (для PLA) или каптоновой лентой (для ABS), или подходящим материалом для других видов пластмассы.
5.
Если мы собираемся использовать нить ABS, мы должны предварительно нагреть основание для печати (печатную платформу).
6.
Следующий шаг требует загрузки нити: это потребует нагрева печатающей головки (т.е. сопла) и действия механизма экструдера: или вручную или путем активации шагового двигателя экструдера. После выдавливания небольшого количества пластмассы мы будем уверены, что сопло заполнено пластмассой, и готово к печати.
7.
Теперь мы должны загрузить g-код для объекта, который мы хотим напечатать, отправив его посредством USB или сохранив файл на SD (или micro SD) карте, а

54 затем загрузить его на принтере (если у него есть встроенное устройство считывания с карт – картридер).
8.
Наконец, мы можем начать печать. Это был долгий путь, и мы заслужили отдых, и возможно даже кофе, пока мы ждем, когда принтер закончит, и из пластмассовой нити будет создан объект.
Время печати небольшого полого объекта, шириной несколько сантиметров может быть примерно 10-20 минут, в то время как для объекта размером с яблоко время ожидания может увеличить до одного часа и даже больше (это зависит от разрешающей способности, заполнения и скорости принтера). Печать больших объектов может занять 10 часов, а если они достаточно сложные или со сплошным заполнением, то процесс может длиться 50 и более часов...
В качестве предостережения. Оставлять 3D принтер без присмотра во время печати опасно, т.к. некоторые его детали будут постоянно оставаться при температуре 200ºC или более, расплавленная пластмасса будет выдавливаться горячим соплом, в непосредственной близости от электричества, движущихся деталей, работающих двигателей и зачастую деревянной рамы, которая мало защищена от огня. Если что-то пойдёт не так, 3D принтер может быть столь же опасен, как лазерный принтер со всеми его горячими элементами.
Скорее всего, мы закончим лишь с большой кашей из пластмассы, которая мало похожа на нашу начальную модель
66
. И наконец, после нескольких попыток, наше вознаграждение – успешная распечатка нашей идеи, которая теперь стала реальным 3D объектом, после которого мы можем продолжить, ставя новые эксперименты с еще более лучшими результатами.
Идеальный результат / обычно получается /худший случай

55
Завершение
После того, как принтер закончил печатать объекта, стоит дать ему несколько минут, чтобы все его части остыли, а в случае с ABS будет намного легче отделить объект от основания. Затем, при помощи острого ножа или лезвия резака, вам придется удалить подложку и/или поддерживающие опоры.
В дополнение, хотелось бы отметить, если необходима глянцевая поверхность, то поверхность объекта можно отполировать при помощи наждачной бумаги
(но осторожно, т.к. это может повредить гладкую поверхность), или химических растворителей
(т.е. испаряющийся ацетон
67
для ABS и другие растворители
68
для PLA – осторожно, потому что
Высота слоя 0.35
мм с обработкой в
паровой ванночке
Высота слоя
0.1 мм
Высота слоя
0.35 мм

56 некоторые химикаты очень ядовиты), нагреванием (имеется в виду горячая воздуходувка) или даже покрыть прозрачным или непрозрачным слоем краски.
Заключение
Когда эта статья редактировалась, мне сказали, что неопытный человек, прочитав её до того, как успеет попробовать напечатать 3D-объект с помощью дешёвых технологий, придёт в уныние и уже не захочет пытаться. У него может сложиться впечатление, что это будет тяжёлый опыт, который скорее всего окончится полным провалом. Поэтому я чувствую необходимость внести поправку в это представление и ободрить всех читателей к тому, чтобы они приняли вызов. Я уверен, что всё пройдёт успешно, и они увидят истинное достоинство этой технологии
— тот факт, что она доступна любому, у кого есть немного терпения и готовность узнать что-то новое.
3D печать в домашних условиях, при помощи недорогих машин, и возможно в будущем, с переработкой пластмассовых отходов
69
– действительно новинка даже для сегодняшнего технологического мира. Это также переворот в наших взглядах на самих себя: способность создать что-то новое, только при помощи нашего воображения и с помощью некоторых доступных и простых в использовании механических помощников (они наши друзья, потому что мы знаем все их внутренние механизмы). Мы знаем, что мы сможем открыть дверь в невероятное будущее индивидуально изготовленных устройств и новых приложений, которые сегодня мы не можем даже представить. Новый мир начнется с нас.
Примечание:
Все
цены
и
характеристики, упомянутые в
этой статье, были проверены на
момент написания (апрель 2013).

57
Благодарности
Автор хотел бы выразить благодарность Даниэлю Пьетроземоли (Daniel Pietrosemoli) за то, что открыл ему чудесный мир доступной дешевой 3D печати. Эрманно Пьетроземоли (Ermanno
Pietrosemoli) за помощь в установлении канала связи между мной и Даниэлем. Энрике Канесса
(Enrique Canessa) за его богатый поток идей, новых испытаний и его веры в силу научного подхода решить технические проблемы, возникающие во время 3D печати, некоторых довольно сложных математических объектов. Джонатана Гэтти (Jonathan Gatti) за его постоянную помощь и поддержку такой печати. И наконец, но не в конце, Гаю Фьйор (Gaya Fior), и её драгоценную поддержку и множество исправлений, которые она сделала к моему замысловатому итальянскому английскому, для того, чтобы собрать (вместе с Джонатаном и Эрманно) большинство моих принтеров, когда я был занят, готовя другой материал, а также исследования, которые она сделала по программам 3D моделирования и хранилищам моделей, которые я широко использовал для написания этой статьи.
Ссылки
1.
https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_printing
2.
https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing
3.
https://en.wikipedia.org/wiki/Stratasys
4.
https://en.wikipedia.org/wiki/Fused_deposition_modeling
5.
https://en.wikipedia.org/wiki/Selective_laser_sintering
6.
https://en.wikipedia.org/wiki/Powder_bed_and_inkjet_head_3d_printing
7.
https://archive.fosdem.org/2010/interview/adrian-bowyer
8.
https://adrianbowyer.net
9.
https://reprap.org
10.
https://en.wikipedia.org/wiki/Maker_culture
11.
https://bits.blogs.nytimes.com/2013/02/17/disruptions-3-d-printing-is-on-the-fast-track/
12.
https://www.wired.com/design/2012/09/how-makerbots-replicator2-will-launch-era-of- desktop- manufacturing/all/
13.
https://en.wikisource.org/wiki/Barack_Obama's_Fifth_State_of_the_Union_Address
14.
https://www.sketchup.com
15.
https://www.freecadweb.org
16.
https://www.blender.org
17.
https://labs.autodesk.com/technologies/fusion
18.
https://www.openscad.org
19.
https://pixologic.com/sculptris/
20.
https://www.123dapp.com/design
21.
https://tinkercad.com
22.
https://www.3dtin.com
23.
https://shapesmith.net
24.
https://www.cubify.com/apps.aspx

58 25.
https://www.thingiverse.com
26.
https://www.123dapp.com/Gallery/
27.
https://www.3dcadbrowser.com
28.
https://grabcad.com/library
29.
https://www.shapeways.com/gallery
30.
https://sketchup.google.com/3dwarehouse/
31.
https://www.3dvia.com/users/models
32.
https://reprap.org/wiki/Build_A_RepRap
33.
https://reprap.org/wiki/Rostock
34.
https://www.ultimaker.com
35.
https://printrbot.com
36.
https://www.makerbot.com
37.
https://www.solidoodle.com
38.
https://www.pp3dp.com
39.
https://cubify.com/cube/
40.
https://blog.makezine.com/volume/make-ultimate-guide-to-3d-printing/
41.
https://netfabb.com/basic.php
42.
https://www.3daddfab.com/blog/index.php?/permalink/Automatically-Repair-STL-Files-in-2-
Minutes-with-netfabb.html
43.
https://3daddfab.com/blog/index.php?/permalink/Use-netfabb-to-Manually-Repair-STL- Holes-
Edges-and-More.html
44.
https://meshlab.sourceforge.net
45.
https://www.shapeways.com/tutorials/polygon_reduction_with_meshlab
46.
https://www.engineeringtoolbox.com/linear-expansion-coefficients-d_95.html
47.
https://fabmetheus.crsndoo.com/wiki/index.php/Skeinforge
48.
https://slic3r.org
49.
https://kisslicer.com
50.
https://wiki.ultimaker.com/Cura
51.
https://www.makerbot.com/makerware/
52.
https://solidoodletips.wordpress.com/2012/12/04/slicer-torture-test/
53.
https://reprap.org/wiki/PLA
54.
https://www.faberdashery.co.uk/products-page/
55.
https://reprap.org/wiki/ABS
56.
https://www.protoparadigm.com/blog/2013/03/testing-aqua-net-hair-spray-for-3d-printer- bed- adhesion/
57.
https://www.ivanbortolin.it/?p=752 (in italian)
58.
https://afinia.3dcartstores.com/ABS-175-mm-Filament--Color-Change-BlueGreen-to-
YellowGreen_p_40.html
59.
https://www.taulman3d.com/618-specifications.html
60.
https://reprap.org/wiki/Polycarbonate
61.
https://www.3ders.org/articles/20120101-experiment-polycarbonate-with-diy-3d- printer.html

59 62.
https://www.filaco.com/product-info/
63.
https://www.3ders.org/articles/20130204-wood-filament-laywoo-d3-suppliers-and-price- compare.html
64.
https://www.tridimake.com/2012/10/shades-of-brown-with-wood-filament-via.html
65.
https://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0049365 66.
https://www.thingiverse.com/thing:44267/copies
67.
https://blog.reprap.org/2013/02/vapor-treating-abs-rp-parts.html
68.
https://www.thingiverse.com/thing:74093 69.
https://www.perpetualplasticproject.com/Perpetual_Plastic_Project/Project.html
Переводчики: Woolpit, fidller_fly, alex_itz, radical_dreamer, aks_id, Ainuriel

60
Роль свободного программного и аппаратного
обеспечения в революции 3D печати
Марко Дзеннаро
Отдел научных публикаций,
Международный центр теоретической физики имени Абдуса Салама,
Триест, Италия
mzennaro@ictp.it
Сегодня ещё неизвестно, является ли настольная 3D-печать предвестником «Третьей промышленной революции», как предположили Джереми Рифкин
1
и Крис Андерсон
2
. Но это определённо одно из самых интересных направлений развития окружающих нас технологий. На следующих страницах мы хотим рассказать о роли открытого программного и аппаратного обеспечения в её успехе.
Открытые источники
Понятие открытые источники распространилось с появлением интернета, который дал доступ к разнообразным производственным моделям, каналам связи и интерактивным сообществам. Изначально это понятие применялось только по отношению к исходному коду компьютерных программ, но сейчас его используют и во многих других областях. Основа проекта с открытыми источниками – это сообщество.
Открытое программное обеспечение
Открытое программное обеспечение (Open Source Software)
3
можно определить как компьютерную программу с исходным кодом в понятном для человека виде; доступ к коду обеспечивается авторской лицензией (или, например, соглашением о переходе в общественное достояние), согласующейся с определением открытых источников
4
. Такие программы можно

перейти в каталог файлов