Аддитивные технологии активно набирают популярность — многие хотя бы раз слышали о 3D-принтерах, с помощью которых можно сделать полезные вещи для быта или декор для интерьера. Но рынок 3D-печати шагнул уже далеко вперёд — на крупных предприятиях принтеры печатают медицинское оборудование, протезы, детали для самолётов, части двигателей и многое другое.
Что такое 3D-принтеры
3D-принтер — это оборудование для создания объёмных объектов. Принцип устройства — послойное нанесение материала согласно программе, полученной после обработки цифровой модели. 3D-печать — это основное направление аддитивного производства. Название этой технологии пошло от английского слова add, которое переводится как «добавлять».
Несмотря на то, что все 3D-принтеры работают по единому принципу, существует множество способов реализации этого технического процесса.
Рассмотрим самые распространённые:
- Fused Deposition Modeling (FDM) — моделирование методом послойного наплавления. Для 3D-печати на этих машинах используют специальный пластиковый пруток, который нагревается и наносится на печатную платформу через сопло, слой за слоем. FDM считается одним из самых распространённых и доступных в использовании типов принтеров.
- Stereolithography (SLA) — лазерная стереолитография. Такие 3D-принтеры печатают смолой — для её отвердения используется ультрафиолетовый лазер. Он позволяет быстро изготавливать элементы с высокой детализацией.
- Selective Laser Sintering (SLS) — селективное лазерное спекание. Для печати используется материал в виде порошка — пластиковый или металлический. Порошковый материал нагревают мощным лазером. Материал сплавляется в один слой, таким образом слой за слоем получается 3D-модель.
- Digital Light Processing (DLP) — цифровая световая обработка. Суть технологии такая же, как и у SLA, только вместо лазера используется ультрафиолетовый прожектор, свет которого пропускается через матрицу, как на кинопроекторе.
- Binder Jetting — порошково-струйная печать. По принципу работы она напоминает SLS, только вместо лазера используется клей. Это позволяет работать с материалами, которые не плавятся — например, с гипсом или керамикой.
Зачем вообще нужны 3D-принтеры
Сегодня 3D-принтеры применяют почти во всех сферах производства. Устройства стали популярными благодаря универсальности и адаптивности.
Приведём примеры, в каких сферах активнее всего используются аддитивные технологии
- Проектирование. Перед тем, как запустить изделие в массовое производство, создаётся прототип — это нужно, чтобы определиться с возможными доработками.
- Мелкосерийное производство. Во многих отраслях — авиации, автомобилестроении, ювелирном производстве и архитектурном моделировании 3D-печать используется для создания мелких серий деталей.
- Медицина. Техника для изготовления объёмных изделий используется в протезировании. Аддитивные технологии применяются для производства медицинских протезов, хирургических изделий, ортопедических товаров.
- Архитектура и дизайн. Методикой пользуются специалисты для создания макетов зданий и различных элементов дизайна. 3D-принтер даёт возможность посмотреть, как здание будет выглядит после возведения.
Из чего печатаются объекты
Каждый материал для печати имеет свои свойства и область применения.
Рассмотрим основные из них
- Пластик. Для 3D-принтера выпускают много видов пластика. Например, ABS- и PLA-пластики используют для изготовления игрушек, корпусов для электроники, элементов интерьера. Пластик PETG более прочный — из него можно делать детали, устойчивые к химическому воздействию и солнечному свету, например, аксессуары для садового инвентаря, светильники. Из нейлона делают прочные и износостойкие детали — например, шестерни или кронштейны. Эластичные и ударопрочные свойства TPU делают его подходящим материалом для создания спортивного снаряжения, чехлов для телефонов, защитных накладок, ремней, обуви.
- Металл. Для 3D-печати в основном используют порошок из нержавеющей стали, алюминия и титана. Из него создают всевозможные детали для техники (самолётов, машин, станков), а также медицинское и промышленное оборудование.
- Смола. Для создания 3D-модели используют фотополимерные и эпоксидные смолы. Фотополимерные смолы используются, чтоб создавать модели для протезирования зубов, а также ювелирные изделия. Эпоксидные смолы применяются преимущественно для декоративных элементов.
- Порошковая керамика. Из этого материала делают посуду, вазы, кашпо, элементы экстерьера для сада и огорода, зданий.
Как можно использовать принтер дома
На популярных маркетплейсах можно найти много 3D-принтеров для домашнего использования. К ним можно докупить филамент любого цвета.
Новые модели принтеров просты в использовании — начать печатать 3D-модели можно без специальной подготовки. Многие производители предлагают готовые решения: чтобы начать работать, нужно просто достать принтер из коробки, включить его в сеть и загрузить нужный объект.
Какие изделия чаще всего печатают дома:
- игрушки — это модели автомобилей, кораблей, самолётов, пазлы, пластиковые куклы и др.;
- декор — вазы, свечи, рамки для фотографий, скульптуры и подсвечники;
- органайзеры — небольшие пеналы, шкатулки, коробки для хранения мелочей;
- сувениры — ключницы, кулоны, брелоки и настольные игры с индивидуальным дизайном;
- аксессуары — держатели для телефона, крепления для велосипедов, ключей.
Пример. Илья захотел создать модели локомотивов, которые не смог найти и купить. 3D-принтер Илья приобрёл на маркетплейсе — он выбрал модель Creality Ender 3 Neo за 21 350 рублей, в дополнение к нему потребовались такие товары:
- катушка пластика для печати за 1727 рублей;
- адгезивный клей для печатного стола за 400 рублей;
- шпатель за 140 рублей;
- кусачки за 420 рублей.
Чтобы настроить работу устройства и начать печатать, ему потребовалось несколько дней. Для создания 3D-моделей Илья изучил специальные программы — Компас-3D и Blender.
В среднем на одну небольшую модель локомотива длиной 10 см затрачивается 40 грамм пластика для 3D-принтера. То есть одного мотка прутка весом в 1 кг ему хватит, чтобы напечатать около 25 моделей таких поездов. При этом не стоит исключать возможный брак — около 4 фигурок, что в среднем составляет от 10 до 15%.
Что такое 3D-ферма
Ферма 3D-принтеров — несколько устройств, работающих одновременно для повышения производительности и расширения производства. На собственной 3D-ферме возможно быстро напечатать мелкую серию объектов или одновременно работать сразу над несколькими коммерческими заказами.
Такие фермы отличаются по размеру и составу машин в зависимости от нужд производства. Небольшие фермы включают от одного до нескольких десятков 3D-принтеров, тогда как крупные могут содержать сотни устройств.
Зачем нужны 3D-фермы:
- для повышения производительности — работа одновременно на нескольких устройствах снижает время производства в соответствующее количество раз;
- для повышения отказоустойчивости — если один 3D-принтер сломается, работа не будет остановлена полностью;
- для распределения нагрузки — большое число машин позволяет одновременно делать несколько заказов.
Фермы широко используются в коммерческих организациях и на предприятиях для выполнения всевозможных задач, требующих большого объёма 3D-печати. Они не подходят для домашнего использования — о том, какой бизнес можно вести в квартире, мы рассказывали тут.
Пример. Илья получил заказ на создание 1000 брелоков к юбилею крупной компании. Если он решит купить 3D-принтер и использовать только одно устройство, то справится с заказом примерно за 15 дней. Если пользоваться одновременно 3 машинами, этот срок сократится втрое — до 5 дней.
Стоит ли запускать небольшое производство с применением 3D-принтеров
Как мы уже выяснили, напечатать на 3D-принтере можно почти всё — от небольшой статуэтки до посуды и держателей для карниза. Но стоит ли запускать мелкосерийное производство? Сколько времени потребуется, чтобы окупить все расходы — зависит от того, как выстроена бизнес-модель и насколько востребованным окажется товар для конечного покупателя.
Пример. Артём захотел открыть мелкосерийное производство, для этого он решил купить десять 3D-принтеров. Его выбор пал на Anycubic Kobra 2 Max. Одна машина обошлась ему в 55 742 рубля. Для каждого принтера Артём купил по одному мотку пластика весом в 1 кг за 1 727 рублей.
Он решил печатать 3D-пазлы, фигурки для раскрашивания, а также элементы интерьера и различную сувенирную продукцию на заказ. Разместить такую ферму дома оказалось проблематично — принтеры шумят и мешают сожителям, выделяют много тепла и требуют хорошего охлаждения и воздухообмена. Кроме того, устройства просто занимают много места.
Поэтому Артём снял коммерческое помещение, где разместил все принтеры — на аренду он потратил 130 000 рублей в месяц. В среднем одна 3D-модель размером 15*15 печатается в течение 9 часов, на это расходуется 125 г пластика. В итоге за сутки он изготавливает примерно 30 деталей.
При этом нужно учитывать и некоторые нюансы — если внезапно отключается электричество, 3D-печать останавливается, и все детали, находящиеся в работе, окажутся браком. Поэтому Артём купил источник бесперебойного питания для каждого принтера — это обошлось ему в 78 240 рублей.
В итоге при отлаженном сбыте и постоянном потоке клиентов доход Артёма составил 20 рублей с каждого кубического сантиметра напечатанной модели. Это значит, что он окупит все затраты на установку фермы за 4-5 месяцев.
