09.12.2019

Виды 3д принтеров: классификация по используемым материалам и технологиям печати

Виды 3D принтеров – классификация по кинематической схеме.

Для начала определимся с терминами: Кинематическая схема (принципиальная) – это такая схема, на которой показана последовательность передачи движения от двигателя через передаточный механизм к рабочим органам машины (например, шпинделю станка, режущему инструменту, ведущим колёсам автомобиля и др.) и их взаимосвязь.

3D-принтер как устройство, имеющее сложную конструкцию, не может обойтись без схематического описания принципа своей работы. Сама же разработка подразумевает наличие чертежей и определенного принципа реализации конструкции изготавливаемого механизма.

В данной статье речь пойдет не о схеме как таковой, а о принципиальных отличиях некоторых схем, в вопросе реализации точности перемещения печатающего узла над поверхностью изготавливаемого объекта.

Как видно из приведенного рисунка, изготавливаемый объект должен перемещаться в трех плоскостях: вправо-влево (ось X), вперед-назад (ось Y) и вверх-вниз (ось Z).

Обратное справедливо и для печатающей головки экструдера, т.е. если объект будет оставаться на месте, а перемещаться начнет только головка, то это не воспрепятствует полноценному процессу построения детали.

Возможны различные варианты, например, когда головка имеет одну степень свободы (поднимается в плоскости Z), а рабочий стол с объектом движется в двух других или на оборот – стол опускается, тогда как экструдер перемещается над ним по осям X и Y.

Вот эти различия кинематической части, реализованные в некоторых распространенных моделях 3D принтеров, и будут приведены в этом обзоре.

Первая и самая многочисленная группа: экструдер перемещается по осям X и Z, а по оси Y перемещается платформа.

Из наиболее популярных принтеров входящих в это семейство можно назвать Prusa Mendel, PrintrBot, и прочие Rep-Rap-образные конструкции которые легко отличить по внешнему виду.

Отличительной их особенностью являются открытая платформа и два треугольных элемента расположенных по бокам.

Это упрощает процесс сборки, но порождает массу проблем, связанных с недостаточной жесткостью несущих элементов каркаса, что приводит к паразитным вибрациям от которых страдает точность печати.

В конструкцию PrintrBot”а его создателем Бруком Драммом, были внесены некоторые изменения призванные улучшить жесткость несущей рамы. Для этого он отказался от треугольного каркаса и утяжелил основание с одновременным размещением там электронных компонентов.

Это позволило упростить процесс сборки и удешевить конструкцию принтера.

На данный момент разработка данной категории принтеров продолжается и можно надеяться на появление новых моделей выполненных по данной схеме.

Ознакомиться с “Деревом развития” семейства Rep-Rap можно по этой ссылке.

Вторая группа принтеров. В этой группе рабочий стол с печатаемым объектом двигается только вверх или вниз по оси Z, а по осям X,Y двигается печатающая головка экструдера.

Самым ярким представителем этого семейства без сомнения является Makerbot .

Линия развития этих 3D-принтеров началась с Cupcake, затем появился Thing-o-matic, а уже на смену ему пришел всем известный Replicator и Replicator 2 .

Сейчас это наверное если не самая массовая модель 3D принтера , то уж точно одна из них. Об этом можно судить и по количеству клонов изготовленных с использованием компоновки его основных узлов, выпущенных предприимчивыми китайцами.

На нашем сайте вы можете найти такие модели как: Come3D C120N – полный клон Makerbot Thing-o-matic, Wanhao Duplicator 4 Black DH – являющийся копией уже следующего поколения Makerbot Replicator и другие.

Еще одним “долгожителем” из этой группы является Ultimaker .

Эти принтеры были разработаны немецкой группой инженеров, и быстро завоевали популярность благодаря некоторым удачным конструкторским решениям.

Отличительной особенностью этих моделей является реализация перемещения печатного узла в плоскостях X и Z, при которых направляющие проходят сквозь сам экструдер, и не используется крепления к нему ременной передачи.

За счет этого, появилась возможность увеличения скорости перемещения по данным осям в два-три раза по сравнению с аналогами, без существенной потери качества.

Аналог Ultimaker”a производится китайской фирмой LXMaker и представлен в нашем магазине несколькими моделями. Например: LX Maker Acrilic R1, LX Maker Special Plastic или LX Maker Double Nozzles.

Третья группа. Схема, при которой печатающий узел перемещается по оси X, а рабочий стол – по осям Y и Z, не получила широкого распространения в силу сложной реализации конструкции и отладки устройства.

Поэтому данная группа принтеров совсем небольшая и единственным успешным ее представителем является принтер UP! разработанный компанией PP3DP.

Из многочисленных обзоров и отзывов покупателей данный принтер практически не требует дополнительной настройки перед печатью и при этом имеет высокое качество печатаемых объектов. Единственный его недостаток – это его цена, весьма немалая по сравнению с конкурентами, тем более если эти конкуренты располагаются в Китае.

Остальные модели 3D принтеров разработанных по такой кинематической схеме не получили широкого распостранения, так что можно сказать что модель UP! безусловно доминирующей в этом сегменте.

Четвертая и последняя группа в данном обзоре стоит особняком, по причине необычности конструкционного исполнения.

Это так называемые Дельта-принтеры. Принтеры, в которых рабочий стол неподвижен, а перемещается только печатающая головка экструдера, приводимая в движение тремя манипуляторами расположенными по окружности называются Delta-printers.

На этом поприще пока никто не добился заметных коммерческих успехов, и пока дело ограничивается лишь прототипами. Возможно, это связано с тем, что не смотря на кажущуюся простоту конструкции, данный тип принтеров весьма сложен в постройке и отладке, а также требует специфичного программного обеспечения для своей работы.

Сам по себе, принтер в котором рабочий стол неподвижен, не может по умолчанию называться Дельта-принтером, т.к. его экструдер может иметь привод от трех двигателей, расположенных перпендикулярно друг другу в каждой из плоскостей – X, Y и Z.

Но только в конструкции Дельта-принтера это перемещение реализуется по кинематической схеме дельта-робота, с помощью параллельно установленных по окружности приводов.

Одним из факторов снижающих интерес такой кинематической схеме, может быть и его весьма небольшая область печати, ограниченная тремя пересекающимися полу-окружностями.

В добавок ко всему, все Дельта-принтеры имеет довольно высокий каркас, из-за наличия длинных рычагов требующих большого свободного хода.

Тем не менее, несмотря на это, у данного класса аппаратов есть и свои неоспоримые преимущества. Это, прежде всего, скорость работы и точность позиционирования при несравнимо меньших энергетических затратах требующихся для перемещения печатающей головки.

Сюда же можно отнести и высокую область печати по вертикали.

Остается только надеяться на новые прорывы в области таких схем конструирования 3D-принтеров, ожидать их более широкого распространения, и появления на рынке коммерческих версий.

В данной статье был дан краткий обзор существующих 3D принтеров, реализующих FDM-технологию, классифицированных по кинематической схеме. Обзор ни в коей мере не претендует, на полноту и представление всех известных моделей 3D-принтеров, использующих приведенные выше схемы.

Множество моделей 3D-принтеров могло остаться не включенными в данный обзор, что не является умышленным действием, и объясняется лишь неравномерностью представления информации о них в открытых источниках.

Виды принтеров

Принтером называют технический прибор. Тиражи, которые он способен охватить, малы – от 1 до 100 листов. Первый появился в 1969 году благодаря учёным, которые придумали как из копировального аппарата сделать известный прибор с лазерным типом печати.

Классификация принтеров.

Классифицировать можно по нескольким признакам:

По принципу формирования изображений их делят на три категории: последовательное формирование, которое создаёт текст символ за символом. Далее идут строчные и страничные .
По способу печати их делят на ударные и безударные.
По цветовому спектру на цветные и нет.
По типу материала. Различают:

оснащённые подмоткой рулонные;
предназначаемые для печати на плёнке и бумаге листовые;
применяемые для печати на дисках, гаджетах и для проставления штампов сувенирные принтеры;
позволяющие печатать объёмные формы 3D устройства.

По типу используемых чернил:

не получившие большого распространения спиртовые;
самые распространённые сольвентные;
использующиеся в промышленных производствах масляные;
позволяющие получить изображения высокого разрешения пигментные;
уф-отверждаемые, являющиеся аналогом сольвентным чернилам.

По назначению:

широкоформатные, которые нужны для наружной рекламы;
интерьерные, помогающие в оформлении интерьеров;
фотопринтеры для печати снимков;
офисные;
маркировочные.

По технологии печати их подразделяют на:

матричные;
струйные;
лазерные;
светодиодные (ЛЕД);
изменяющие форму чернил.

Важно! Последняя классификация является основной, так как на неё обращает внимание большинство пользователей. Самыми распространёнными типами устройств в зависимости от технологии считаются матричные, лазерные и струйные принтеры.

Характеристика принтеров

К числу основных характеристик относят такие критерии:

разрешение – измеряется в числе наносимых точек красителя на один дюйм бумаги, величина самых мелких деталей;
количество цветов, которые может передать готовое изображение;
быстродействие – количество страниц и знаков, которые устройство может распечатать за одну секунду или минуту.

Какие различают типы принтеров по принципу действия, их достоинства и недостатки.

Для редкого использования чаще всего приобретают лазерные принтеры. От других они отличаются удовлетворительной скоростью, качеством изображения и доступной ценой.

Принцип работы лазерных машин во многом совпадает с принципом работы «Ксероксов»: с помощью чернильного порошка – тонера. Текст и картинки сначала наносятся на барабан, после чего переносятся на листы и запекается с помощью термических узлов.

Важно! Самый простой лазерный принтер печатает от 10 до 20 страниц в минуту.

К преимуществам использования относят:

возможность долгого не использования устройства во время которого тонер не портится и не высыхает;
дешевизну деталей и расходников;
устойчивость готового изображения к воздействию высоких температур и влаге;
простоту эксплуатации;
то, что картриджи с тонером можно заправить самостоятельно, используя совместимые расходники.

Важно! Если из-за нехватки тонера принтер заблокировался его можно перепрошить или поменять чип на картридже.

К недостаткам причисляют:

выделение в атмосферу во время работы озона, ацетона и оксида азота;
наличие узлов с высоким энергопотреблением;
возможность образования поломки из-за попавшейся скрепки или смятых листов;
отсутствие стабильности в оттисках.

Подвидом лазерных устройств стали светодиодные принтеры, которые отличаются от них источником. Если в лазерных приборах луч один, то в светодиодных их целая батарея. Они не движутся, за нанесение каждой точки отвечает своя лампочка.

К неоспоримым преимуществам относят высокую скорость и качество. Ключевым недостатком считают высокую стоимость и низкую распостраненность.

Конкуренцию лазерным аппаратам могут составить струйные принтеры. Изображение на листе состоит из микроскопических точек. Внутри машины расположена головка, которая и наносит на бумажные листы жидкую краску.

Важно! Между собой такие принтеры различаются по типу применяемых чернил и скорости.

Струйные устройства подходят тем, кто хочет печатать изображения высокого качества. Однако пользователям нужно учесть, что от длительного простоя жидкие краски могут засохнуть, а поменять их не так уж и дешёво. Раньше в них использовалось только 4 цвета:

В современных моделях было добавлено ещё два цвета, которые позволили увеличить яркость и насыщенность готовых изображений. К плюсам струйных устройств относят:

стоимость;
качество готовых изображений;
возможность использования фотобумаги;
бесшумность при работе;
низкий расход электроэнергии при работе;
возможность печати на разных носителях;
многофункциональность.

Среди недостатков выделяют высокую себестоимость и медленную скорость. Помимо этого картриджи с краской стоят намного дороже чем, к примеру, цветной тонер для лазерного устройства.

Следующим в рейтинге числится матричный принтер. Долгое время его использовали, как стандартный аппарат, помогающий вывести информацию с компьютера на бумажный носитель. Матричные устройства использовались даже тогда, когда уже появились лазерные и струйные аналоги. От них они отличались низкой ценой, но и качество изображения оставляло желать лучшего.

К плюсам таких устройств относят:

дешевизну расходников;
способность печатать на всех типах бумаги;
возможность печатать на бумаге с большим количеством слоёв.

Среди минусов выделяют то:

что печатают матричные принтеры очень медленно и громко;
что качество изображений очень плохое;
что цветная печать практически невозможна.

Важно! Чаще всего матричные устройства используют для печати на бланках.

Отдельную категорию устройств, используемых для печати занимают 3-D принтеры. Похожие на большую коробку со стеклом позволяющим наблюдать за процессом они создают фигурные объекты на основе визуальных рисунков.

Во время работы прибор использует керамический порошок, пластиковые нити и фотополимерные смолы, которые, соединяясь постепенно, слой за слоем, создают заданный рисунок.

Важно! То, что можно было бы долго создавать вручную, можно быстро напечатать на 3-D принтере.

Отдельного внимания заслуживают устройства, которые сочетают в себе ряд функций: сканирование, копирование, печать фото и документов, приём и отправку факсов. Их так и называют – многофункциональные устройства или «МФУ». Компактные по размерам МФУ используются для работы в офисах и дома, так как сочетая в себе функции нескольких периферийных устройств они занимают мало место, работают быстро и практически бесшумно. Принцип работы МФУ заключается в использовании струйных или лазерных технологий. А также в магазинах можно найти и светодиодные МФУ.

К плюсам работы многофункциональных устройств относят:

дешевую стоимость относительно покупки каждого из устройств по отдельности;
экономия пространства;
низкая себестоимость печати;
возможность одновременной печати с двух сторон бумажного листа;
высокую производительность;
возможность печати фотографий на фотобумаге.

К недостаткам МФУ причисляют:

то, что если один из узлов вышел из строя, остальные работать не смогут;
низкую скорость копирования бумажных документов;
то, что если МФУ выходит из строя работа может остановиться во всём офисе.

Помимо вышеперечисленных типов принтеров, различающихся между собой по принципу действия существует ещё несколько других видов. Некоторые из них уже перестали пользоваться спросом, а некоторые используются лишь для определённых целей. К таким машинам относят:

Сублимационные принтеры. Отличающиеся хорошим уровнем цветопередачи и высоким качеством сублимационные принтеры используются в типографиях.
Барабанные. Барабанными принтерами давно перестали пользоваться из-за того, что при печати буквы часто располагались на разных уровнях, «плясали» и «бегали» по бумаге. В основе устройства таких машин лежал барабан с оттисками символов, который, вращаясь, оставлял на бумаге нужные буквы и цифры.
Лепестковые. Ещё один канувший в забытьё вид принтеров – лепестковый. Печатал он при помощи гибкого диска с расположенными на не лепестками. В процессе работы лепестки касались ленты с краской и бумаги оставляя на нём определённые отметины.