3D-Принтеры: Виды, категории и производители — Современное производство и техника

3D-Принтеры: Виды, категории и производители

Разработка 3D-принтеров ведется нарастающими темпами. Начиная с 2010 г., стоимость 3D-принтеров существенно сокращается. Например, принтеры одного класса, стоившие в 2010 г. 20 000 долл., сейчас понизились в цене почти в 20 раз, а сборочные комплекты RepRap уже стоят менее 500 долл.

Уменьшение цены на 3D-принтеры стимулирует развитие бытового производства, что ведёт к снижению экологического вреда от промышленного производства за счёт экономии расходных материалов и сокращения логистических издержек.

В процессе кастомизации 3D-принтеров появились полупрофессиональные принтеры для малого бизнеса с точностью печати, находящейся между промышленными и бытовыми принтерами.

1. Категории 3D-принтеров

Пищевые 3D-принтеры. Среди огромного множества пищевых 3D-принтеров выделяются две разные группы:

  • обычные принтеры, в которых за счёт применения разных инградиентов и режимов приготовления получаются разнообразные продукты;
  • высокотехнологические, химические принтеры, позволяющие выполнять процесс синтеза нужных веществ.

Принтеры второй группы более сложные и универсальные, но среди их разработчиков и тестировщиков продолжает дискуссироваться вопрос об их вредности для человека. Ведь там, где пища получается в процессе синтеза веществ, всегда возникает сомнение в её полезности. Однако сторонники такой искусственной еды указывают, что в процессе синтеза можно управлять количественным составом белка, жира и углеводов, а также сразу витаминизировать пищу или добавлять в неё микроэлементы.

Широкому применению пищевых 3D-принтеров пока препятствуют в основном два фактора:

  • доступность нужных компонент и полуфабрикатов;
  • дефицит программистов для создания специализированного ПО, которое существенно облегчило бы производство и сделало его доступным для новичков.

3D-принтеры военного применения. Оказалось, что современные, продвинутые 3D-принтеры экономически выгодно применять в практически полном производстве ракетных двигателей. Такие проекты уже выполняются в NASA при изготовлении пока ещё комплектующих деталей двигателей.

Предпринимаются шаги для производства полнофункционального оружия. Например, для демонстрации перспективности 3D-печати, группа разработчиков провела тиражирование популярного в США оружия (М-4). Сегодня в США организован фактически свободный доступ к полностью готовым пространственным моделям разнообразного оружия, что открывает возможность его печати на несложных трёхмерных принтерах.

Строительные 3D-принтеры. Строительные 3D-принтеры, как и другие категории принтеров, также основаны на технологи послойного экструдирования расходного материала.

Аддитивные технологии в строительстве позволяют создавать сооружения с креативными формами, а также, что самое главное, создавать дома во всех ситуациях, когда необходимо в сжатые сроки построить много жилья для людей. В недалёком будущем массовая 3D-печать в архитектуре и строительстве станет реальностью от производства небольших домов до сооружения небоскрёбов.

В качестве практического примера приведём несколько широко известных компаний, уже реализующих проекты с применением аддитивной технологии в строительстве.

WinSun, Китай. Шанхайская компания продемонстрировала строительный 3D-принтер WinSun. Габариты принтера впечатляют – длина 150 м, ширина 10 м и высота более 6 м. Экономические показатели в результате использования WinSun значительные: на 50 % дешевле по сравнению с классическим строительством, до 60 % экономятся материалы, до 80 % экономятся трудозатраты.

Apis Cor, США. 3D-принтер компании Apis Cor был протестирован в 2016 г. совместно с рядом российских компаний в Ступино Московской области. Тестовый объект – жилой дом площадью 38 м2 был напечатан с помощью аддитивной технологии, слой за слоем за 24 часа. При этом российская сторона выполняла отделку дома, а американская – его возведение. В строительной практике России это был первый дом, напечатанный как единое целое, а не собранный из отпечатанных панелей.

ProTo R 3Dp, Нидерланды. 3D-принтер ProTo R 3Dp создан компанией CyBe Additive Industries для строительства сооружений произвольной формы из специального бетона. При этом компания анонсирует сокращение сроков строительства до 80 %, так как проектирование, разработка и производство объединяются в единую систему. Компания имеет свой рецепт быстро твердеющего бетона, состав которого сохраняется в секрете, что значительно ускоряет строительство.

Batiprint3D, Франция. В рамках проекта Yhnova реализуется печать 5-комнатного дома площадью 95 м2 методом Batiprint3D (3D-печать «изнутри»). При этом в качестве опалубки для заливки бетона послойно распыляют полиуретан. Разработчики метода Batiprint3D указывают на сокращение сроков и эксплуатационных расходов на строительство, а также на улучшение теплоизоляционных свойств.

Медицинские 3D-принтеры. Применение технологии 3D-печати в медицине относят к началу 2000-х гг., когда она впервые была успешно опробована в стоматологии для изготовления зубных протезов. После этого существенно возрос поток сообщений об использовании биопечати тканей и органов для изготовления многочисленных частей организма, например таких, как сосуды кровеносной системы, детали скелета, уши, дыхательные пути, стволовые клетки, а также «печать» лекарств и других применений.

Биопечать выполняется на специальных 3D-биопринтерах как и на обычных 3D-принтерах, послойно на базе цифровой 3D-модели. Однако в биопринтере расходным материалом являются конгломераты клеток, которые наносят слой за слоем на специальную подложку. В результате формируется объёмный живой орган. На основе биопечати можно получать высокоточные 3D-модели человеческих органов и некоторые имплантаты.

Так как каждое новое успешное применение биопечати оставляло после себя соответствующие цифровые модели органов, то стали накапливаться базы данных таких моделей. В связи с этим значительно упростился обмен работами в медицинском сообществе, а созданная в 2014 г. национальными учреждениями здравоохранения биржа, способствовала доступу исследователей из различных стран к готовым 3D-моделям.

Современное использование 3D-печати в медицине в основном связано со следующими направлениями:

  • подготовка к операциям и обучение студентов;
  • биопечать тканей и органов;
  • печать хирургических инструментов;
  • «печать» лекарств;
  • протезирование и стоматология.

2. Российские производители 3D-принтеров

PICASO 3DPICASO 3D. Идея о создании собственного 3D-принтера появилась у студентов Московского института Электронной Техники в 2010 г. В 2011 г. появилась их первая модель Gen-X, а уже в 2012 г. была создана модель PICASO 3D Builder, которая первой пошла в серийное производство. Далее последовали PICASO 3D Designer и Designer PRO 250.

Компания неоднократно отмечалась наградами: «Лучший отечественный производитель», «Лучшая инновационная компания» и «Бренд г.». Осенью 2018 г. на выставке Top 3D Expo компания представила широкоформатную модель Designer XL.

ИмпринтаИмпринта. Компания была основана в 2013 г. Идея разработки собственного 3D-принтера появилась в компании как результат недовольства производительностью и стоимостью существующих моделей.

Первый 3D-принтер появился в компании спустя полгода, а в 2015 г. модель Hercules Strong сделала компанию известной. В следующем году Hercules Strong участвовал в выставке в Амстердаме. 2018 г. компания отметила выпуском 3D-принтера Hercules Strong Duo.

Maestro. Компания Шоу-Дизайн (юридическое наименование) была основана в 2016 г. Она стала преемником предприятия, которое было основано в начале 2000-х гг. Первый принтер Maestro был создан в 2017 г. Принтеры компании используются в дизайне одежды, образовании, архитектуре.

HARZ LabsHARZ Labs. Молодая российская компания, занимающаяся разработкой качественных расходных материалов для 3D-печати. Компания регулярно сотрудничает с образовательными учреждениями, научными и исследовательскими центрами. Кроме того, компания имеет собственный научно-исследовательский центр, оснащенный современным оборудованием.

В линейке производителя представлены материалы для технологий печати DLP, LCD, SLA, а также для промышленного применения по технологиям SLA, CJP.

Total ZTotal Z. Компания работает с 2017 г. Директор Total Z так объясняет её создание: «…мы тогда по большому счёту кроме слов «3D-принтеры» и «3D-печать» вообще ничего не знали. Закупили какие-то готовые образцы, поняли, какое потребуется оборудование, наняли инженеров, и с нуля начали вгрызаться в тему».

Первый 3D-принтер компании появился через 3 г. Компания разрабатывает как универсальные 3D-принтеры (Anyform 250/250-g3), так и промышленные (Anyform 450-Pro v.3 или Anyform 1200-Pro).

СпецавиаСпецавиа. Компания зарегистрирована в 2009 г. и выпускала оборудование с ЧПУ. С 2012 г. занялась созданием собственного 3D-принтера, который был запущен в серию в 2015 г. В области производства строительных принтеров является безусловным лидером. Спецавиа – первая компания в Европе, которая в 2015 г. напечатала жилой дом. На данный момент в компании разработан модельный ряд строительных и крупноформатных принтеров, которые применяются в ландшафтном дизайне, архитектуре.

Царь-3DЦарь-3D. Компания работает в области аддитивных технологий с 2012 г. До 2014 г. компания специализировалась в производстве только настольных вариантов 3D-принтеров. В дальнейшем компания занялась производством крупноформатных принтеров.

АнизопринтАнизопринт. ООО «Анизопринт» работает с 2014 г. Приобрело широкую известность благодаря созданию уникальной технологии трёхмерной печати сложных объектов из композитных материалов путём добавления углеволокна в пластик в процессе печати. Применение такой технологии значительно повышает прочность готовых изделий в отличие от использования технологии с тугоплавкими пластиками.

ЛАР-ТехнологииЛАР-Технологии. Компания специализируется на проектировании и модернизации производственных комплексов с ЧПУ-оборудованием. В 2017 г. компания создала 3D-принтер по металлу LAR P с программным обеспечением к нему и стала первой российской компанией, сделавшей такой 3D-принтер доступным широкому кругу пользователей.

Лазерные системыЛазерные системы. Работает более 20 лет в области лазерных технологий не только на российском рынке, но и за рубежом. Компания создала и запустила в серийное производство промышленный SLM 3D-принтер М250, который стал первым отечественным промышленным 3D-принтером с сертификатом происхождения СТ-1.

Лазеры и аппаратураЛазеры и аппаратура. Научно-производственный центр «Лазеры и аппаратура» создан в 1997 г. Основное направление работы – создание лазерных систем для оборонного комплекса. К 2010 г. центр фактически стал комплексом предприятий по производству специального технологического оборудования, среди которого и SLM 3D-принтеры.

Additive solutionsAdditive solutions. Сначала основной деятельностью компании была поставка различного промышленного оборудования. Впоследствии она занялась производством 3D-принтеров для оборонно-промышленного комплекса и других отраслей промышленности. Сегодня модельный ряд компании представляют 3D-принтеры: D130, D250, D500, D130 medical и S800.

Институт лазерных и сварочных технологий ИЛИСТ (ИЛИСТ). Более 15 лет проводит успешные исследования и разработки в сфере лазерных технологий 3D-печати металлом. Реализовал более 50-ти проектов в отраслях машиностроения.

3. Зарубежные производители 3D-принтеров

WanhaoWanhao. Компания WanHao Precision Casting Co., Ltd была создана в начале 2011 г. В этом же году была собрана первая модель 3D-принтера и назвали её Duplicator. Эта модель, сделанная в Китае, объединила достоинства 3D-устройств от RepRap и MakerBot. В 2012 г. компания вывела на рынок 3D-принтеры с ЖК-дисплеем, реализовав возможность 3D-печати «напрямую» посредством карты памяти SD, установленной в принтере. В этом же году WANHAO выходит на мировой рынок, предлагая конкурентоспособные модели 3D-принтеров. На сегодняшний день на рынке представлено четвёртое поколение принтеров WANHAO – Duplicator 4X.

FlashForgeFlashForge. Компания Zhejiang Flashforge 3DTechnology Co., Ltd. была создана в 2011 г. и является одной из самых крупных в Китае. Производственные мощности компании позволяют производить до 5000 принтеров ежемесячно. Продукция компании многократно отмечалась многочисленными призами, а принтеры серий Creator и Dreamer имеют высокий рейтинг. В 2015 г. они заняли 2-е и 3-е место в разделе бюджетных моделей и моделей для энтузиастов.

EsunEsun. Основанная в 2002 г. китайская компания ESUN – это высокотехнологичное предприятие в области разлагаемых полимерных материалов, таких как PLA и других видов пластика. С 2007 г. компания начала разработку материалов для 3D-печати и стала производить пластиковую высокопрочную нить абсолютной круглой формы, со стабильной температурой плавления и разнообразными цветами. В связи с этим пластиковая нить, произведенная ESUN, так популярна среди производителей 3D-принтеров, дистрибьюторов и потребителей по всему миру.

Raise3DRaise3D. В компании Raise3D начали работу 3 года назад и создали для компании Wanhao серию принтеров Duplicator 5 и ПО IdeaMaker. В 2015 г. компания объявила о создании линейки принтеров под своим собственным брендом Raise3D. 3D-принтеры, выпускаемые Raise3D, завоевали самые престижные награды в мире аддитивных технологий, такие как 3D Printing Industry Awards-2017, первое место в ежегодном рейтинге журнала Make, первое место в путеводителе 3D HUBS в категории «Профи» и пр. В настоящий момент Raise3D производит 3D-принтеры серии Pro2, разработанные специально для промышленного использования.

Dremel DigiLabDremel DigiLab. Компания основана в США, в 1932 г. Одними из первых продуктов компании были ротационные инструменты. За почти вековую историю компания изобрела множество инновационных продуктов и установила собственные стандарты того, что означает надежность и безопасность в отрасли. Сегодня Dremel DigiLab создает новые технологии и современные решения. Мощные и надежные 3D-принтеры Dremel проходят испытания и имеют сертификаты безопасности и уже успели завоевать доверие пользователей по всему миру.

PhrozenPhrozen. Тайваньская компания Phrozen была образована в 2014 г. с целью сделать профессиональное оборудование для 3D-печати более доступным для широкого круга потребителей.

Компания акцентирует свое внимание на разработке и производстве принтеров с высокой точностью и скоростью печати, работающих по технологии LCD, а также расходных материалов для них. Важным пунктом является «всеядность» принтеров, так как они прекрасно работают с разными качественными смолами. Сейчас компания успешно растет и развивается, является активным участником профессиональных выставок.

FormlabsFormlabs. Компания основана студентами Массачусетского университета технологий в 2011 г. Они объединили свои усилия для создания настольного стереолитографического 3D-принтера. На сегодняшний день наиболее известными продуктами Formlabs являются принтеры Form 1, Form 1+, Form 2 и PreForm (программный пакет, предназначенный для подготовки моделей к 3D-печати). Модели отличаются функционалом и размером области построения.

3D-Systems3D-Systems. Компания – инновационный лидер в области трёхмерной печати, в частности разработки и производства 3D-принтеров и cканеров, расходных материалов и программного обеспечения. В 2014 г. компания представила ряд революционных продуктов, в линейке пищевых 3D-принтеров. Инновационную направленность компании характеризуют её изобретения:

  • 3D-печати и первого стереолитографического принтера;
  • селективного лазерного способа печати;
  • струйного 3D-принтера и струйного мультипринтера.

В настоящее время 3D-принтеры компании являются определённым стандартом для всей отрасли.

AnycubicAnycubic. Компания основана в 2015 г. и проделала путь от небольшой группы энтузиастов до одного из крупнейших производителей высокотехнологичного оборудования для аддитивного производства. По данным на 2021 г. продукция компании представлена в более чем 200 странах. Визитная карточка компании – качественные комплектующие, грамотно спроектированная конструкция и низкий ценник.

За последние четыре года. количество реализованных 3D-принтеров увеличивалось на 100 % в год. При этом компания остаётся ориентированной на клиента – каждая новая модель 3D-принтера создаётся с учётом пользовательских отзывов и пожеланий.

UnizUniz. Компания UNIZ TECHNOLOGY LLC была основана в 2014 г. в США. Компания занимается разработкой собственного 3D-оборудования  и фотополимерных смол как общего, так и узконаправленного назначения (инженерные, стоматологические и ювелирные). Кроме того, компания разработала и успешно представила на рынок новую технологию фотополимерной печати – LCD-стереолитографию, отличающуюся максимальной точностью построения при высокой скорости печати. При этом компания сохраняет баланс между доступной ценой и внедрением инновационных технологий.

CreatBotCreatBot. CreatBot – бренд, созданный китайской компанией Henan Suwei Electronic Technology Co., Ltd в 2011 г. Компания специализируется на разработке и производстве профессиональных 3D-принтеров в настольном и промышленном вариантах, которые работают на базе основных технологий FDM, SLA и DLP.

В 2018 г. компания выпускает принтер промышленного класса F160-PEEK для печати высокотемпературным инженерным пластиком PEEK. В этом же г. компания выпускает уже 4-е поколение своих принтеров CreatBot D600, отличающихся стабильностью и удобством в эксплуатации.

На данный момент компания продает оборудование более чем в 60 странах мира и имеет международную сертификацию своих продуктов.

FelixFelix. Компания создана в Голландии. Компания создала инновационный 3D-принтер Felix, непохожий ни на один другой, представленный на рынке. Вначале этот 3D-принтер Felix

поставлялся только как набор для самостоятельной сборки, но в настоящее время это 100 % готовый для использования 3D-принтер с лучшим для этого класса устройств показателем точности печати в 50 микрон. Make Magazine присвоил принтеру Felix 3.0 звание Surprise Hit 2014.

UP!UP! Известный бренд настольных 3D-принтеров, выпускаемых PP3DP, которая является дочерней компанией китайской корпорации Tiertime. UP3D выпускает компактные, надежные и лаконичные по своему дизайну 3D-принтеры для использования в домашних условиях, небольших производствах или в общеобразовательных учреждениях. Одно из новейших брендовых устройств – 3D-принтер Mini 2, который позиционируется как принтер для школьников, студентов и для новичков в трёхмерной печати.

ZortraxZortrax. Европейский производитель-поставщик  интегрированных решений по 3D-печати. 3D-принтеры Zortrax широко известны в области трёхмерных технологий благодаря своей долговечности и высокому уровню контроля над процессом печати. Чаще всего модели применяют в сферах архитектуры, инженерии, медицины, образования и дизайна. Команда исследователей Zortrax постоянно работают над расширением продуктовой линейки, разрабатывая новые инновационные функции для ПО Z-Suite и устройств. На данный момент в линейке Zortax представлены модели 3D-принтеров M200, M300 и Inventure.

XYZprintingXYZprinting. Основанная в 2013 г. компания специализируется на бюджетных и передовых устройствах для 3D-печати и 3D-сканирования. Компания поддерживается крупнейшим в мире конгломератом-производителем электроники Kinpo Group. В 2014 г. на премии Editor’s Choice Award первый 3D-принтер XYZprinting выиграл в номинации «Бытовая электроника» и был признан самым доступным 3D-принтером на рынке. На сегодняшний день офисы компании представлены по всей Европе, в США, Японии, Таиланде, Китае, Южной Корее и Тайване.

UltimakerUltimaker. Компания из Нидерландов. Создаёт высокопроизводительные и доступные по цене 3D-принтеры, которые пользуются популярностью как у крупных компаний, так и у розничных покупателей. Модели Ultimaker чаще всего применяются для 3D-прототипирования в технологии FDM.

BQBQ. Испанский бренд, входящий в состав холдинга Mundo Reader. Известен как производитель электроники широкого потребления, а также настольных вариантов 3D-принтеров. Наиболее популярные модели 3D-принтеров – Hephestos с открытой камерой построения и WitBoxс закрытой камерой построения. Для своих девайсов BQ использует технологию послойного наплавления пластиковой нити, что зачастую считают одной из наиболее универсальных.

BigRepBigRep. Немецкий вендор BigRep создает  3D-принтеры, которые позволяют осуществлять быструю и точную крупномасштабную 3D-печать.

Основная цель BigRep – сделать широкоформатную 3D-печать доступной для широкой аудитории и внедрить ее в процессы производства, прототипирования и проектирования.

Choc EdgeChoc Edge. Компания Сhoc Edge стартовала как исследовательский проект Университета Эксетер из Великобритании. Цель компании – создание принтера, позволяющего печатать объекты из материалов, которые до этого не использовались в 3D-печати. Шоколад был выбран как всеми любимый продукт, который идеально подойдет для привлечения энтузиастов 3D-печати и привлечению новой аудитории до этого не интересовавшейся 3D-печатью.

Результатом этой работы стало создание в 2012 г. 3D-принтера Choc Creator V1, который стал первым доступным для коммерческого использования шоколадным 3D-принтером. Этот принтер вызвал большой интерес у публики и за ним последовали модели Choc Creator V2 и V2 Plus.

Компания Choc Edge нацелена на революцию в мире производства шоколадных изделий с помощью 3D-печати, которая позволит создавать уникальные изделия и в целом изменит потребительский опыт в этой области.

HPHP. Компания Hewlett-Packard – гигант в сфере цифровых технологий – была основана в 1939 г. в США. В 1966 г. компания создала и первой поставила на рынок мини-компьютер. Сегодня компания уделяет особенное внимание развитию перспективных аддитивных технологий: 3D-принтеров, сканеров и программного обеспечения для них.

В 2019 г. компания открыла Центр 3D-технологий в Барселоне, который объединил мировых экспертов по аддитивному производству. Вместе с другими промышленными лидерами компания объединила поставщиков 3D-печатных деталей и полимеров для более эффективной поставки продукта на рынок.

4. Краткий обзор современных моделей 3D-принтеров

В табл. 1 приведён обзор современных моделей 3D-принтеров.

Таблица 1. Обзор современных моделей 3D-принтеров

Модель
Picaso Designer XL Pro Размер рабочей камеры 360х360х610

Используемая технология печати – FDM; FFF

Толщина формируемого слоя от 10 мкм

Цена 449 000 ₽

Picaso Designer XL Pro
Hercules Strong DUO Размер рабочей камеры 300х300х400 мм

Используемая технология печати – FFF

Толщина формируемого слоя от 20 мкм

Цена 299 000 ₽

Hercules Strong DUO
Zenit DUO Switch Размер рабочей камеры 160х195х230 мм

Используемая технология печати – FDM

Толщина формируемого слоя от 15 мкм

Цена 125 000 ₽

Zenit DUO Switch
Phrozen Shuffle XL Lite Размер рабочей камеры 190х120х200 мм

Используемая технология печати – LCD

Толщина формируемого слоя от 10 мкм

Цена 79 000 ₽

Phrozen Shuffle XL Lite
Picaso Designer Classic Размер рабочей камеры 200х200х210

Используемая технология печати – FFF

Толщина формируемого слоя от 10 мкм

Цена 85 000 ₽

Picaso Designer Classic
Raise3D Pro2 Plus Размер рабочей камеры 305×305×605 мм

Используемая технология печати – FDM

Толщина формируемого слоя от 10 мкм

Цена 549 000 ₽

Raise3D Pro2 Plus
Anycubic Photon Mono SE Размер рабочей камеры 130х78х160 мм

Используемая технология печати – LCD  ЖК-масочная стереолитография

Толщина формируемого слоя от 10 мкм

Цена 38 500 ₽

Anycubic Photon Mono SE
Uniz SLASH PLUS

Размер рабочей камеры 192х120х200 мм

Используемая технология печати – LCD

Толщина формируемого слоя от 10 мкм

Цена 245 000 ₽

Uniz SLASH PLUS
Sinterit Lisa Pro Размер рабочей камеры 150 x 200 x 260 мм

Используемая технология печати – SLS

Толщина формируемого слоя от 75 мкм

Цена 1 924 748 ₽

Sinterit Lisa Pro
Maestro Duet

Размер рабочей камеры 240х240х400 мм

Используемая технология печати – FDM

Толщина формируемого слоя от 50 мкм

Цена 264 000 ₽

Maestro Duet
Total Z Anyform 250-G3 Размер рабочей камеры 250х250х250

Используемая технология печати – FDM

Толщина формируемого слоя от 50 мкм

Цена 131 100 ₽

Total Z Anyform 250-G3
BiZone Prusa i3 Steel v2 Размер рабочей камеры 300 х 300 х 330 мм

Используемая технология печати – FDM

Толщина формируемого слоя от 50 мкм

Цена 56 900 ₽

BiZone Prusa i3 Steel v2
Formlabs Form 3B Размер рабочей камеры 145х145х185 мм

Используемая технология печати – LFS

Толщина формируемого слоя от 25 мкм

Цена 420 000 ₽

Formlabs Form 3B