3D-ручка

FDM печать стала логическим развитием станков с числовым программным управлением. Единственным принципиальным отличием стало использование специализированной насадки (экструдера) для плавки и подачи пластика. По той же логике получили развитие и термоклеевые пистолеты, широко распространенные в быту. Использование термопластиков вместо термопластичного клея позволяет использовать подобные устройства, получившие названия 3D-ручек, в качестве ручных устройств аддитивного производства.


Части будущей модели можно прорисовать по шаблонам на бумаге и склеить вместе


История


Одна из новейших разработок – 3D-ручка Dim3W

Первенцем нового направления развития 3D-печати стала ручка 3Doodler от компании Wobbleworks.

Команда обратилась к площадке Kickstarter для сбора средств, необходимых для воплощения проекта в жизнь.

Поставив целью собрать $30 000, компания Wobbleworks сумела поднять более двух миллионов долларов к моменту окончания кампании, что говорит о высоком интересе публики.

На фоне успеха 3Doodler прокатилась конкурентная волна. На данный момент ассортимент 3D-ручек включает в себя фактические клоны 3Doodler – такие, как 3DYAYA или SwissPen, а также более оригинальные разработки, включая Dim3W и LIX.

Основной принцип работы всех этих устройств одинаков, но имеются и некоторые конструктивные особенности, направленные на совершенствование достаточно молодой концепции.

Конструкция

В сущности, 3D-ручка есть не что иное, как ручной экструдер. В роли ЧПУ станка выступает сам пользователь.


Разборка 3D-ручки 3Doodler. Хорошо видны сопло в нижней части и протягивающий механизм в середине ручки

Основные элементы 3D-ручки: сопло, механизм подачи пластиковой нити, нагревательный элемент, вентилятор для охлаждения верхней части сопла и ручки в целом, микроконтроллер для управления работой вентилятора, механизма подачи и нагревательного элемента.

Так как практически все программные функции 3D-принтеров выполняет сам пользователь, 3D-ручки не требуют соединения с компьютером или создания цифровых моделей. Требуется лишь электропитание – как правило, используются обычные блоки питания с преобразователем напряжения 12В.

Как и в FDM-принтерах, нагрев сопла занимает несколько минут, после чего ручка готова к печати. Подача материала осуществляется при нажатии соответствующей кнопки. Некоторые модели, например Dim3W, оснащаются регулятором скорости печати.

Также возможно наличие реверса протягивающего механизма. Эта функция позволяет быстро извлекать пластиковую нить из ручки и заменять ее материалом другого цвета.

Материалы


3Doodler в комплекте с упаковками разноцветного ABS-пластика

На данный момент в качестве материалов для 3D-ручек используются два самых популярных пластика в FDM 3D-печати – ABS-пластик и органический, биоразлагаемый полилактид (PLA-пластик). Теоретически, возможно применение и других материалов – поликарбоната, нейлона и т.д. В то же время, существующие модели не дают возможности точной регулировки температуры сопла, важной при переходе на другие материалы. Температурные характеристики заложены в прошивке. В будущем можно ожидать большего разнообразия ассортимента материалов и возможность точной настройки температуры, если будет соответствующий спрос.

Как и полноценные FDM принтеры, 3D-ручки используют термопластиковые нити диаметром 1,75 или 3мм. Для удобства работы с ручкой, нити, как правило, поставляются в виде обрезков, а не катушек, но в конечном итоге все зависит от выбора пользователя.

Применение


Подобные пустоты, образующиеся при расслоении пластика из-за неравномерного охлаждения, можно заполнить с помощью 3D-ручки

3D ручки позиционируются, как средство для творческой работы, трехмерного рисования. Хотя устройства действительно могут выполнять такую роль, создание более-менее приличных на вид моделей требует серьезной сноровки.

Однако изначально 3D-ручки задумывались совсем для другой цели, аналогичной с целью своих прародителей – термоклеевых пистолетов. Речь идет о ремонте. Дело в том, что некоторые виды пластиков, используемых в FDM 3D-печати (например, весьма популярный ABS-пластик), имеют высокую степень усадки и склонность к деформациям при неравномерном охлаждении. Все это зачастую приводит к растрескиванию изготовляемых моделей. 3D-ручки должны были стать инструментом для ручного ремонта напечатанных моделей. Эти устройства позволяют заполнять пропущенные слои или разломы.

Особенно хороших результатов можно добиться при аккуратной обработке трещин ацетоном, растворяющим ABS-пластик. Размягченная таким образом поверхность будет хорошо схватываться со свеженанесенным с помощью 3D-ручки пластиком.


3D-ручки позволяют рисовать по воздуху вместо бумаги

Поверхность отремонтированного участка можно выровнять за счет шлифовки и аккуратной обработки тем же ацетоном. Аналогичным образом можно подвергнуть ремонту и бытовые изделия – многие из них выполняются из того же ABS-пластика, получившего широкое распространение в промышленности.

Что же касается применения в художественных целях, 3D-ручки придутся по душе тем, кто любит рисовать и желает перейти с двухмерных зарисовок к трехмерным физическим моделям.

Основная сложность заключается в чисто человеческих ограничениях – любое нежелательное движение руки отразится на качестве исполнения модели, особенно при рисовании модели «в воздухе».

Одним интересным способом повышения качества стало деление моделей на составные части с использованием зарисовок на бумаге в качестве шаблонов. Готовые же детали просто склеиваются вместе.


BioPen позволяет хирургам «закрашивать» поврежденные участки костной или хрящевой ткани, способствуя ее восстановлению

Таким методом вполне можно выполнить неплохую репродукцию Эйфелевой башни.

Само собой, метод применим лишь при создании частей моделей с относительно плоскими поверхностями.

Весьма многообещающей является возможность применения разновидности 3D-ручек в медицине.

Такие устройства, называемые «биоручками» (BioPen) испытываются в качестве инструментов для нанесения слоев живых клеток, смешанных с биополимерами, выполняющими роль поддерживающих матриксов и содержащих необходимые питательные вещества.

Оригинальная 3D-ручка BioPen была разработана австралийскими учеными из ASEC и предназначена для ремонта хрящевых и костных тканей.

При хирургическом вмешательстве PioPen позволяет врачам «закрашивать» поврежденные участке костной или хрящевой ткани, стимулируя восстановительный процесс.

Развитие


CreoPop - следующий шаг в развитии 3D-ручек

Вслед за технологией FDM, адаптации для «ручного» применения подверглась и фотополимерная 3D-печать. Проект CreoPop предлагает новаторский дизайн 3D-ручки, основанный на экструзии жидкой фотополимерной смолы, затвердевающий на выходе под воздействием ультрафиолетового излучателя. В отличие от FDM ручек, такое устройство не представляет угрозы ожогов – в конструкции нет никаких горячих элементов. Кроме того, фотополимерные смолы известны широким выбором физических свойств – здесь и твердые материалы, и резиноподобные, и даже магнитные. Стоимость таких устройств будет достаточна невысокой, на уровне FDM 3D-ручек, но стоимость расходных материалов сделает этот метод 3D-рисования несколько более дорогостоящим.

Интересные посты в блогах 3Dtoday про использование 3D-ручек:

- Новогодний символ года 3d ручкой
- 3Doodler для маленьких и больших творческих "Ниндзя"

Перейти на главную страницу Энциклопедии 3D-печати