Промышленные применения AT & 3D решений для профессионалов

Как выбрать 3D-принтер

Краткое руководство по выбору 3D-принтера


Настоящее краткое руководство предназначено не столько облегчить покупателю сам процесс выбора 3D-принтера, сколько вооружить правильным подходом и методикой принятия решения, обратить внимание на особенности, учет которых обеспечит успешное решение задач, а как результат, удовлетворение от использования этой передовой техники.

Несмотря на относительно молодой возраст активного внедрения в повседневную жизнь устройств аддитивного построения, примерно 10-15 лет, в настоящее время получили распространение несколько основных технологий их реализации, а производителей представлено уже почти необозримое множество.

"Большинство подобных руководств, выложенных на различных сайтах поставщиков, сводятся к выбору основной технологии исходя из требуемого материала, а затем уже к рекламе тех или иных производителей в рамках выбранного решения«Большинство подобных руководств, выложенных на различных сайтах поставщиков, сводятся к выбору основной технологии исходя из требуемого материала, а затем уже к рекламе тех или иных производителей в рамках выбранного решения. Умело манипулируя читателем, авторы пытаются под видом помощи избавить потенциального покупателя оборудования от принятия решения, сделать это за него, навязать готовый вывод. Если Вам нужно строить недорогие детали из пластика, тогда выберите технологию X, а наиболее популярный (продвинутый, раскрученный) производитель Y предлагает Вам модель принтера Z, которая обеспечит Ваше счастье и процветание.

Наш опыт продаж от начальных моделей 3D-принтеров до промышленных установок аддитивного построения говорит, что чаще всего разочарование результатом использования инновационной технологии возникает не от неверного выбора технологии или производителя, и даже не от неудачно выбранной конкретной модели. Негатив, как правило, возникает от изначально неверной оценки класса требуемого оборудования, уровня его оснащенности, оценки его способности постоянной круглосуточной работы или гибкости для возможных экспериментов. Если привести грубый пример по ассоциации с эпиграфом, будет разочарован и владелец дорогого лимузина при попытке нагрузить его несколькими кубометрами строительных материалов, и водитель карьерного самосвала при попытке подъехать на нем к «Большому театру». Поэтому будет предложена другая логика принятия решения — по следующим этапам:

  1. Определение класса оборудования на основе планируемого режима использования.

  2. Выбор возможных технологий в данном классе. Не все технологии представлены одинаково широко в каждом классе, и причины этого будут отдельно рассмотрены. Далее для каждого класса будет описан разный дальнейший алгоритм выбора.

  3. Критерием выбора технологии станут требования к материалам, к точности/разрешению процесса 3D-печати, исходя уже из конкретных поставленных задач. На этом этапе следует учесть вектор дальнейшего развития вашей деятельности.

  4. Уже после выбора класса и технологии (одной или нескольких подходящих), будут рассмотрены варианты их технической реализации. Упор будет сделан на возможные расходные материалы и степень их вариативности, а также наиболее важные опции каждого технического решения для получения ожидаемых результатов.

  5. И только как примеры по мере изложения будут приводиться конкретные модели устройств различных производителей.

Логика и порядок наших действий

Класс оборудования -> возможные технологии -> набор требуемых материалов ->
требования по точности/разрешению -> выбор технического решения ->
примеры конкретных его реализаций различными производителями ->
принятие Вами самостоятельного решения по выбору

Классы устройств аддитивного построения — 3D-принтеров

С самого начала для взаимопонимания важно договориться о единой терминологии. Термином «3D-принтер» сегодня пытаются называть все — от недорогого сборного конструктора для детского творчества до промышленной установки аддитивного построения стоимостью более миллиона долларов. Точно как под понятие «автомобиль» подходит и фура, и маленькое спортивное купе. Озадачиваясь вопросом выбора оборудования на самом начальном этапе, необходимо решить, что Вы подразумеваете под этим понятием. Предлагается, как принято в нашей отрасли, разделить все аддитивные устройства на три основных условных класса, внутри которых уже обозначить дополнительные категории:

  1. "Персональные" или "настольные" - предназначены для личного/индивидуального пользования без требований по помещению.

  2. "Профессиональные" - устройства, предназначенные для осуществления работы инженеров, дизайнеров, конструкторов, но не связанные с определенным производственным процессом. Они легко могут быть размещены в офисе или конструкторском бюро.

  3. "Промышленные" или "Производственные" — установки аддитивного построения, изначально предназначенные для глубокого внедрения в производственный процесс. Рассчитаны на большую загрузку и постоянную круглосуточную работу при необходимости. Как правило, эта группа устройств имеет специальные требования к помещению.

Класс «Персональные/настольные»

Это относительно недорогие принтеры, которые используются дома или на рабочем месте в режиме персонального использования. Разделение на классы условное и вовсе не значит, что настольные принтеры невозможно использовать в работе. Некоторые компании оказывающие услуги аддитивного построения, объединяют несколько настольных принтеров в «фермы», распределяют загрузку, таким образом, используют устройства этого класса как производственное оборудование. Существует и множество профессиональных принтеров, которые легко поместятся на рабочем столе. Не размер играет определяющую роль. Важно, что изначально персональные/настольные не предназначены для специализированной деятельности, и они не рассчитаны на внедрение в индустриальный производственный процесс.

Основные признаки «персонального/настольного» 3D-принтера:

  1. Относительно невысокая стоимость, как самого устройства, так и расходных материалов.

  2. Компактность — поместится на рабочем столе. Низкий или средний уровень безопасности.

  3. Отсутствие требований к размещению: дома в детской комнате, в гараже, в офисе, у конструктора на столе — да где угодно. Питание от обычной розетки 220 вольт.

  4. Простой понятный интерфейс, легкость в использовании, нет требований к высокой квалификации пользователя. Прилагается наглядное «Руководство пользователя».

  5. Понятие «пуско-наладочные работы» отсутствует — открыл коробку, достал устройство, включил, заправил расходный материал, начал работать. Техническое обслуживание и замену ресурсных элементов способен выполнить сам пользователь.

  6. Расходные материалы широкодоступны к покупке в большом количестве различных интернет магазинов, без предварительного заказа. Как правило, запасные части, ресурсные сменные элементы, аксессуары.

  7. В результате себестоимость детали или модели получается невысокой.

 

Дополнительные категории настольных/персональных 3D-принтеров

  1. Конструкторы «собери сам» — набор дешевых китайских комплектующих, из которых пользователем самостоятельно собирается установка. Эта категория носит международное название RepRap. Предназначена для творчества и саморазвития. Требует навыки в сборке моделей и устройств, но не требует глубоких знаний аддитивных технологий, потому что в результате получается простейшее устройство с минимальными функциями-возможностями. Пригодно только для развлечения, процесс сборки-настройки важнее, чем результаты 3D-печати. Ни о каком качестве и повторяемости результатов печати речь не идёт.

    01| Cобери сам" — 3D принтер Creality Ender-3 (KIT — набор для сборки)

    p1.png


    Домашние «бытовые» — недорогие аппараты, обычно с открытой камерой построения, часто без подогрева платформы и только с одним экструдером. Продаются полностью готовыми к работе — этим в основном и отличаются от предыдущей категории. В остальном всё то же самое: минимум опций и возможностей, минимальный набор рекомендованных расходных материалов. Годятся для детского творчества, для первичного знакомства с аддитивными технологиями в домашней обстановке. Однако некоторые полезные для дома-семьи предметы уже можно делать самостоятельно, например ажурную салфетницу как на иллюстрации.

    02| Anycubic Mega S

    p2.png
    03| Wanhao Duplicator I3 Plus


    Персональные рабочие инструменты (инженера, конструктора, дизайнера и т.п.) — самая обширная и распространенная категория устройств, вплотную приближающаяся по возможностям к классу профессиональных. Представлены как модели для работы с фотополимерными смолами, так и «продвинутые» настольные принтеры для печати пластиковой нитью (технологии описаны ниже). С закрытой камерой и двумя или более экструдерами для работы с несколькими материалами.

    На рынке представлены модели, уже способные использовать новейшие инженерные материалы-термопласты. Идеальный персональный инструмент для углубленного изучения аддитивных технологий и тестирования новых материалов. Однако, для профессионального использования у персональных 3D-принтеров недостаточен ресурс и точность-повторяемость полученных моделей. К принтерам этой категории часто ошибочно предъявляют требования как к классу "профессиональных«. Такая установка может стоить слишком дорого для личного приобретения «домой», но вполне приемлемо даже для небольшой Компании.

    На персональных 3D-принтерах можно изготавливать рабочие детали и оснастку небольшими тиражами при не самых строгих требованиях к качеству поверхности и точности размеров. Их объединяют в фермы бюро по оказанию 3D-печати как платных услуг. Работа на оборудовании этой категории позволит получить достаточный опыт пользователю для дальнейшего шага к работе на устройстве профессионального класса.

    Примеры популярных на рынке персональных устройств верхнего уровня: Picaso Designer X PRO (Россия), 3DGence DoubleP255 (Польша), Raise3D Pro2 (Китай) и Flashforge Hunter DLP - фотополимерный (Китай).


    04| Принтер 3DGence DoubleP255p5.png

     

    В каких случаях следует выбрать класс настольных/персональных 3D-принтеров

    1. При небогатом опыте работы или отсутствии знаний и понимания аддитивных технологий —это самый главный критерий. Когда нужен инструмент для начального или углубленного изучения аддитивных технологий.

    2. При очень ограниченном бюджете. Также при необходимости получать модели с максимально низкой себестоимостью при небольших начальных вложениях. При организации стартапа по оказанию платных услуг по 3D-печати.

    3. Когда нужно быть максимально независимым в выборе материалов — покупать их буквально «на каждом углу». Когда важна возможность тестирования новых материалов.

    4. Домой себе и/или детям. Подростку купите 3D-ручку, 3D-принтер — это для старшеклассника или студента с начальными навыками использования электрических инструментов или приборов.

    Выбрать класс устройства Вам поможет Таблица сравнения признаков классов аддитивных устройств.

    Класс «Профессиональные»

    Это самый разнообразный класс устройств, как по доступным базовым аддитивным технологиям, так и по различным реализованным техническим решениям. Одной фразой они характеризуются «только для профессионального использования». Первые аддитивные устройства, созданные еще в прошлом веке, сразу позиционировались именно в таком классе. Сегодня же определить принадлежность конкретной модели именно к данному классу не всегда удаётся просто и однозначно — он находится как «между молотом и наковальней». На пятки профессиональным моделям наступают продвинутые персональные 3D-принтеры, а профессиональные устройства аддитивного построения сами вплотную приближаются к промышленным решениям.

    Для верного определения нужно понять и прочувствовать истинное предназначение устройств этого класса. Они были созданы и продолжают создаваться для обеспечения максимально возможных: сложности формы получаемых и качества поверхности напечатанных моделей, особых свойств разнообразных используемых инженерных материалов. Свойства полученных прототипов деталей должны быть максимально приближены к оригиналам, изготовленным по традиционным технологиям, а в некоторых случаях и превзойти возможности неаддитивных способов производства. При этом себестоимость и скорость 3D-печати порой приносятся в жертву реализации максимальных возможностей. Лозунг класса таков: «Сложная форма, высокое качество и особенные материалы любой ценой!»

    Основные признаки «профессионального» 3D-принтера:

    1. Средняя или высокая стоимость, самого устройства, расходных материалов.

    2. Размер такого принтера может быть от миниатюрного до большого. Вообще в этом классе размер значения не имеет. Высокий уровень безопасности, иногда нужен допуск.

    3. Рассчитаны на размещение в служебных помещениях общего назначения: конструкторское бюро, архитектурный отдел, научно-исследовательский институт или больница. Возможно требование по трехфазному электропитанию 380 вольт.

    4. У оператора такого принтера должен быть высокий уровень профессиональных знаний/навыков, как в аддитивном производстве, так и в области применения устройства.

    5. Пуско-наладочные работы, техническое обслуживание? замену ресурсных элементов выполняет сертифицированный сервисный инженер авторизованного дистрибьютора или дилера. Эти виды услуг отдельно оговариваются в Контракте на поставку оборудования.

    6. 3D-принтеры могут быть аппаратно защищены от применения «сторонних» расходных материалов. Если же применение сторонних материалов допустимо и предусмотрено Производителем, предлагается список рекомендованных материалов и профилей настроек для работы с ними. Качество получаемого результата не гарантируется при работе с материалом не из «списка рекомендованных».

    7. В результате себестоимость изделия, средняя или высокая. Качество, сложность формы и свойства материала полученного результата будут уникальными, а порой просто непостижимыми для непосвященных в аддитивные технологии.

    Дополнительные категории промышленных 3D-принтеров

    Узкоспециализированные закрытые устройства специального назначения. К данной категории сразу отнесем 3D-принтеры для использования в ювелирной промышленности для печати выжигаемых и выплавляемых форм. Стоматологическое аддитивное оборудование для изготовления брекетов, хирургических шаблонов и т.п. К категории профессиональных, а не производственных, такие устройства относятся по двум признакам: не требуют особого помещения, не используют материалы в промышленном количестве. Они близки к производственным, потому что глубоко встроены в производственные процессы. Закрытые, защищенные расходные материалы, в некоторых случаях даже «чипованные» картриджи оправданы строгостью требований к материалам из медицинских или узкоотраслевых соображений. Могут быть небольшими по размерам и не очень производительными, и по этим признакам также относятся к профессиональным, а не производственным. Примером узкоспециализированного профессионального 3D-принтера может послужить устройство американского производителя 3D Systems ProJet MJP 3600W. Оно печатает только специальным воском выплавляемые формы для ювелирного или литейного производства.


    05| Принтер 3D Systems ProJet MJP 3600Wp6.png

    Принтеры для прототипирования деталей перед производством традиционным способом. Важно: прототипы могут быть как функциональные, то есть имитирующие прочностные свойства будущего изделия, так и для «проверки на собираемость». Когда важно получить прототип точной и достаточно сложной формы, но он может быть непрочным и недолговечным. К этой же категории отнесем «полноцветные» аппараты, имитирующие внешний вид будущего объекта, фактически создающие «визуальные прототипы». Набор применяемых материалов может быть не таким уж широким, устройство может быть как защищено от использования сторонних «расходников», так и открытым. Это не так критично, как для предыдущей категории специального назначения, потому что требования не такие жёсткие. Пример: UnionTech Pilot 450 (Китай) — стереолитографическая установка общего назначения, открытая для использования фотополимеров сторонних производителей.

    06| Принтер UnionTech Pilot 450

    3D-принтеры широкого профиля для исследований свойств различных материалов. Вам нужен гибкий резиноподобный прототип высокого качества поверхности — пожалуйста, прозрачная деталь — запросто! Огнеупорная негорючая прокладка — да легко! Сегодня Вы печатаете поликарбонатом, завтра полипропиленом, послезавтра новомодным высокотемпературным химически инертным материалом PEEK(полиэфирэфиркетон), а потом обычным пластиком для настольных принтеров? Тогда для Вас оптимален профессиональный 3D-принтер широкого профиля. Только помните, что универсальность дорого стоит, да и материалы порой очень и очень недешевые. Однако то, что Вы сможете создать, способно повергнуть в шок даже видавшего все виды (кроме аддитивного построения) конструктора. Хороший пример — FDM установка INDUSTRY F420 польского производителя 3DGence. Благодаря темперируемой подогреваемой камере и трём сменным печатающим головам она способна использовать абсолютно все (это не опечатка!) представленные на рынке материалы термопласты в виде нити.

    07| FDM установка INDUSTRY F420p9.png

    Устройства аддитивного построения с большой рабочей камерой. Условно примем, что если сумма трёх измерений (ширина+длина+высота) рабочей камеры устройства равна или превышает 2 метра, то это уже устройство с большой камерой. От настольных оно отличается тем, что на столе его разместить уже не удастся. Да и ценник такого 3D-принтера, если он реально способен создавать большие детали, явно выйдет за границы класса персональных моделей. Это связано с возрастающими в кубе при увеличении габаритов техническими проблемами при конструировании — и рама должна быть жесткой, и производительность высокой, иначе результатов аддитивного построения придётся ждать годами. При увеличении линейных размеров изделия в 2 раза его объем, вес, время построения увеличивается ...в 8 раз! В качестве примера годится немецкий BigRep ONE с рабочей камерой 1м х 1м х 1м

    08| BigRep ONE с рабочей камерой 1м х 1м х 1мp10.jpg

     

    В каких случаях следует выбрать класс профессиональных 3D-принтеров

    1. Если вам надо «не в игрушки играть, а делом заниматься», для осуществления профильной деятельности предприятия на ежедневной основе в режиме 24/7.

    2. Если бюджет позволяет приобрести устройство такого класса: условно от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен тысяч долларов.

    3. Когда себестоимость полученного прототипа, оснастки или опытного образца не играет роли. Главное — возможность изготовления абсолютно уникального или высокоспециализированного объекта.

    4. Когда Вы готовы попасть в зависимость от дорогостоящих и не всегда доступных «по первому свистку» расходных материалов. Или наоборот, Вы готовы экспериментировать с различными материалами, даже не зная заранее, получится приемлемый результат или нет. Вам важна сама возможность проведения подобных экспериментов.

    5. Пожалуй, самое главное и определяющее успех применения подобного устройства у вас на предприятии — наличие квалифицированного персонала. Никогда не приобретайте профессиональное устройство первым! Или если Вы решитесь на такой рискованный шаг, сначала «купите» опытного оператора. Самые лучшие операторы-профессионалы по опыту, это энтузиасты, у которых дома есть персональный 3D-принтер, они понимают и чувствуют аддитивное построение, но уже переросли своего домашнего любимца и хотят более серьезного применения своим навыкам.

    Важно: не технология аддитивного построения определяет класс устройства, а наоборот. Сделать правильный выбор класса устройства Вам поможет Таблица сравнения признаков классов аддитивных устройств.