Принтеры

• Компьютерный принтер – УВЫВ информации на твердый носитель, обычно на бумагу.

• Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ - распечатка.

• Истинный переворот в книгопечатании произвел Иоганн Гутенберг, который изобрел ручной словолитный прибор — аппарат для отливки слов и печатный станок (около 1445 г.). Этот станок в течение нескольких веков являлся единственным печатным аппаратом.

• Спустя три года его соотечественником К. Шеллсом собрана первая пишущая машинка, получившая название "ремингтон".

• В России первая оригинальная полиграфическая машинка была предложена в 1870 г. М.И. Алисовым

История развития принтеров • В 1953 году корпорация Remington-Rand создала первое печатающее

устройство для компьютера UNIVAC, получившее название UNIPRINTER. Он печатал 600 строк в минуту (по 130 знаков на строку). Основным элементом принтера был диск в виде ромашки, на конце "лепестков" которого, были нанесены символы. Из-за такой конструкции подобные устройства получили название "лепестковые принтеры".

• В 1964 году корпорация Seiko Epson разработала первый матричный принтер – механизм, печатающий точное время.

• В 1970 году компания Centronics Data Computer разработала матричный принтер, получивший название Model 101. Для печати в нем использовался набор из 7 иголок (каждый символ имел размер 5x7 точек, поэтому принтеры и стали называться матричные), и он умел печатать со скоростью 165 символов в минуту. Стоимость такой игрушки составляла $2995.

• Первым по-настоящему домашним матричным принтером стал принтер ImageWriter от фирмы C.ltoh Electronics, разработанный еще в 1976 году, но поступивший в продажу вместе с компьютерами Apple в 1983 по цене $675.

Классификация принтеров • Электромеханические

– Барабанные – Ромашковые – Последовательные ударно-матричные принтеры – Линейно-матричные

• Лазерные - Светодиодные

• Струйные • Сублимационные • Термопринтеры

• Цветные Монохромные Фотопринтеры-полноцветные • 2D и 3D

Применение принтеров • Принтеры для режимов невысокой нагрузки • Принтеры для вывода нескольких экземпляров одновременно -

печать большого числа документов в нескольких экземплярах. • Специализированные принтеры, в которые можно загружать карточки,

сберегательные книжки и другие носители из плотного материала. • Высокопроизводительные принтеры - предназначаются для крупных

организаций, испытывающих потребность в выдаче больших объемов печатной продукции, где ключевыми требованиями являются быстродействие и надежность конструкции.

• Многофункциональные устройства

• Формат выводимой информации – А0, А1…конверты, этикетки • Материал носителя – бумага, пленка, ….. • Материал рабочего тела – порошок, краска, полимер, стволовые

клетки.

Ромашковые, барабанные Шариковые, рычажные

Барабан

Красящая лента

Бумага

Пучатающая головка

Структура матричного принтера • Головка двигается по

горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем.

Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. При ударе иголки по этой ленте на бумаге остается закрашенный след.

Печатающая головка

Иглы Каретка

Красящая лента

Бумагоопорный валик

Бумага

Принципы формирования изображения

• Матричные принтеры относятся к растровым устройствам печати. Изображение формируется печатной головкой, которая состоит из набора иголок, приводимых в действие электромагнитами (игольчатая матрица).

Принципы формирования изображения

• По количеству иголок в головке различают 9- ти, 18- ти и 24-игольчатые принтеры. – В 9-игольчатых принтерах иголки, как правило, располагаются

вертикально в один ряд. Среди 9-игольчатых принтеров есть также принтер, у которых иголки в головке располагаются в два ряда (соответственно 5 и 4 иголки).

– В 18-игольчатых принтерах иголки в головке расположены в два ряда по 9 иголок.

– В 24-игольчатых принтерах используется технология последовательного расположения иголок в два ряда по 12 иголок. Вследствие того, что иголки в соседних рядах сдвинуты по вертикали, точки на распечатке перекрываются таким образом, что их невозможно различить.

Принципы формирования изображения

• Благодаря активизации отдельных иголок печатной головки печатается символ. Графические образы знаков зашиты в ПЗУ.

Современные модели

Линейно-матричный принтер P7000ZT фирмы Printronix:

• Максимальное разрешение – 180 dpi по горизонтали и 144 dpi по вертикали

• Скорость печати – 1000 сps в режиме печати текста

• Тип бумаги – рулон с перфорацией шириной от 3 до 17 дюймов

• Габариты – 660х580х1080 мм • Вес – 80 кг.

Термопечать • Подобные принтеры так и не смогли завоевать

рынок, тем не менее, они встречаются довольно часто, их используют при печати факсов, выписок по счетам в банкоматах или билетов на пригородные электрички. По принципу своего действия они напоминают матричные, но иглы здесь заменены на нагревательные элементы, кроме того, такому принтеру необходима особая термочувствительная бумага.

• Их история начиналась в 1988 году с первой сравнительно удачной модели IBM QuietWriter. В бывшем Советском Союзе первой и, пожалуй, единственной широко используемой моделью было УВИП (устройство вывода информации печатающее) "Электроника МС 6312". Качество его печати достигало 160 точек на дюйм. Высоко оценили в торговле! Почему?

"Электроника МС 6312”

Струйные принтеры • Датой рождения технологии струйной печати можно считать только

1948 год. Шведская фирма "Siemens Elema" обнародовала свое изобретение: измерительное устройство оборудованное распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений.

• В технологии струйной печати существуют тремя методами: пьезоэлектрический – используется компаниями Epson и Brother, метод газовых пузырей (BubbleJet ) – Canon

• метод drop-on-demand – Hewlett Packard • В 1976 г. первый струйный принтер представила публике компания

IBM (Model 6640). Годом позже свой вариант “струйника” предложила Siemens. А в 1978 г. Canon объявила о разработке технологии BubbleJet. Чуть позже Hewlett Packard заявила о своем методе печати – drop-on-demand. Однако реально технология, права на которую принадлежат HP, была реализована в настоящем принтере только в 1984 г., когда компания представила устройства серии ThinkJet

Устройство принтера

Способы формирования капель Пьезоэлектрический

Термический

Устройство картриджа

Устройство картриджа

Лазерные принтеры • Лазерные принтеры считаются одним из самых "свежих"

направлений в области качественной печати. Один из первых лазерных принтеров был поставлен на рынке фирмой IBM в 1975 году, но безусловным лидером в этой индустрии является Hewlett Packard. С тех пор, как в 1984 году на рынок был представлен ее первый принтер HP LaserJet, она не сдает своих позиций. Выходу LaserJet на рынок предшествовали несколько лет исследований и десятки экспериментальных моделей. На разработку технологии наша компания потратила более 10 лет и 2,5 млрд долларов.

• В 1990 году эта компания выпустила серию принтеров LaserJet III, которая использовала технологию улучшенного расширения (RET Resolution Enhancement Technology), позволившую ей шагнуть далеко вперед, оставляя конкурентов за спиной. Спустя год, "единовластное правление" Hewlett на рынке лазерных принтеров закончилось, благодаря компании Lexmark, внедрившей на рынок настольных принтеров лазерную печать с разрешением 600х600 точек на дюйм. Лазерные принтеры Optra продолжили традицию, достигнув истинного разрешения 1200х1200 точек на дюйм.

• Два года назад компания Hewlett Packard выставила в Вашингтонском политехническом музее (США) старейший действующий лазерный принтер. Он мало напоминает принтеры последних 10-15 лет, но в основе его работы лежат все те же принципы.

Принцип печати лазерного принтера

Принцип печати лазерного принтера

• В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображений (такой же, как и в копировальных машинах Xerox). Сердце лазерного принтера - фотопроводящий цилиндр (organic photoconduction cartridge), который часто называют печатающим барабаном.

• Следующей важной его частью является лазер и презиционно оптико-механическая система, перемещающая луч. Малогабаритный лазер генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала (как правило, шестигранного) разряжает положительно заряженную поверхность барабана.

• Дальше барабан проходит мимо валика, подающего из специального контейнера черный красящий порошок тонер. Частички тонера, заряженные положительно, прилипают только к нейтральным участкам, отталкиваясь от положительно заряженных.

Принцип печати лазерного принтера

• Следующим звеном принтера, встречающего бумагу с изображением на этом пути, является узел фиксации изображения. Тонер содержит вещество, способное легко плавится. Обычно это какой-нибудь полимер или смола. При нагревании до 200-220 градусов и повышении давления порошок расплавляется и намертво соединяется с поверхностью бумаги.

• Важным является устройство управления, как правило, микроконтроллер на базе микропроцессора. Контроллер обслуживает порты, оперативную память, осуществляет диагностику принтера, выдает сообщения на панель управления, эмулирует различные стандарты подключения и, конечно, выдает десятки сигналов, управляющих всеми узлами принтера

Принцип печати цветного лазерного принтера

• При печати на цветном лазерном принтере используются две технологии.

• В соответствии с первой, широко используемой до недавнего времени, на фотобарабане последовательно для каждого отдельного цвета (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формировалось соответствующее изображение, и лист печатался за четыре прохода, что, естественно, сказывалось на скорости и качестве печати.

• В современных моделях в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из четырех цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее переносятся все четыре краски одновременно, образуя нужные сочетания цветов на отпечатке. В результате достигается более ровная передача цвето-вых оттенков, почти такая же, как при печати на цветных принтерах с термопереносом красителя

Различие в принципах печати лазерного и светодиодного принтера

В привычных лазерных системах в качестве источника света используется лазерный диод в связке с прецизионной вращающейся оптико-механической системой фокусировки. Перемещаясь согласно командам процессорного модуля принтера, весь этот механизм формирует дискретные "засвеченные" точки на поверхности светочувствительного барабана, которые, слагаясь в строки, формируют образ будущего изображения. Соответственно, лучшее качество отпечатка и большая скорость работы принтера напрямую зависят от механической части лазерного модуля и качества его фокусировки и юстировки.

Картридж лазерного принтера

Устройство картриджа лазерного принтера

Основные конструктивные элементы отделения для тонера : • 1 — Фотобарабан (Organic Photo Conductor (OPC) Drum). Представляет собой

алюминиевый цилиндр, покрытый органическим светочувствительным и фотопроводящим материалом (обычно оксидом цинка), который способен сохранять образ, наносимый лазерным лучом.

• 2 — Вал первичного заряда (Primary Charge Roller (PCR)). Обеспечивает равномерный отрицательный заряд барабана. Выполнен из токопроводящей резиновой или поролоновой основы, нанесенной на металлический вал.

• 3 — “Вайпер”, ракель, чистящее лезвие (Wiper Blade, Cleaning Blade). Очищает барабан от остатков тонера, который не был перенесен на бумагу. Конструктивно выполнен в виде металлического каркаса (stamping) с полиуретановой пластиной (blade) на конце.

• 4 — Лезвие очистки (Recovery Blade). Перекрывает область между барабаном и бункером для отработанного тонера. Recovery Blade пропускает тонер, оставшийся на барабане, внутрь бункера и не дает ему высыпаться в обратном направлении (из бункера на бумагу).

Устройство картриджа лазерного принтера

Основные конструктивные элементы тонерного отсека : • 1 — Магнитный вал (Magnetic Developer Roller, Mag Roller, Developer Roller).

Представляет собой металлическую трубку, внутри которой находится неподвижный магнитный сердечник. К магнитному валу притягивается тонер, который, перед подачей на барабан, приобретает отрицательный заряд под действием постоянного или переменного напряжения.

• 2 — “Доктор” (Doctor Blade, Metering Blade). Обеспечивает равномерное распределение тонкого слоя тонера на магнитном вале. Конструктивно выполнен в виде металлического каркаса (stamping) с гибкой пластиной (blade) на конце.

• 3 — Уплотнительное лезвие магнитного вала (Mag Roller Sealing Blade). Тонкая пластина, аналогичная по функциям Recovery Blade. Перекрывает область между магнитным валом и отсеком подачи тонера. Mag Roller Sealing Blade пропускает тонер, оставшийся на магнитном вале, внутрь отсека, предотвращая утечку тонера в обратном направлении.

• 4 — Бункер для тонера (Toner Reservoir). Внутри него находится “рабочий” тонер, который будет перенесен на бумагу в процессе печати. Кроме того, в бункер встроен активатор тонера (Toner Agitator Bar) -проволочная рамка, предназначенная для перемешивания тонера.

• 5 — Пломба, чека (Seal). В новом (или регенерированном) картридже тонерный бункер запечатан специальной пломбой, которая предотвращает просыпание тонера при транспортировке картриджа. Перед началом эксплуатации эта пломба удаляется.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЙ ПРИ ПЕЧАТИ

1 2 3

4 5 6

Цветные лазерные принтеры • Качество печати лазерных

принтеров самое разное: большинство принтеров имеет разрешение 600х600точка/дюйм (1200х600точка/дюйм). Скорость печати этих устройств достигает 20 страниц в минуту

• Ёмкость ОЗУ от 24 МБ.

ПРИНЦИП ЦВЕТНОЙ ПЕЧАТИ

Требования к фото принтеру • Цифровой фотоаппарат начального уровня с матрицей

5,25 Megapixel дает разрешение 2560х1920. Если печатать фото размером 10х15см, то принтер должен иметь разрешающую способность не меньше 2560:10см*2,54см=650 lpi, линий на дюйм.

• Человек не вооруженным глазом может оценить улучшение изображения фотографии с разрешением до 750 lpi и фотографической широтой до 24 Бит по 3 базовым цветам, True Color, и 8 Бит серого, т.е. фотографии содержащей до 16..777.216 цветов с плавными, реальными полутонами и до 256 градаций черного. К этим характеристикам «близки» результаты печати на аналоговую цветную фотобумагу, сублимационная печать «похожа» на качественную, струйная и лазерная печать находятся в начале пути к этим возможностям.

Технология сублимационной печати

Термосублимация (возгонка) - это быстрый нагрев красителя, когда минуется жидкая фаза. Из твердого красителя сразу образуется пар. Чем меньше порция, тем больше фотографическая широта (динамический диапазон) цветопередачи. Пигмент каждого из основных цветов, а их может быть три или четыре, находится на отдельной (или на общей многослойной) тонкой лавсановой ленте

Массив нагревателей 1-255 режимов

• При струйном, лазерном и матричном способах печати линиатура составляет 300-80-30 lpi, и зависит от разрешающей способности устройства. При сублимационной печати линиатура получаемых полутонов более 300 lpi, поэтому наиболее массовое применение монохромные лазерная и матричная технологии находят при печати текстов и графики, а полноцветная термосублимационная технология используется в фотопринтерах.

Сублимационная технология Процесс печати : • Нагреватель приобретает необходимую температуру для

сублимационной печати (около 200 градусов Цельсия). • Над каждым фрагментом рисунка по очереди останавливается каждая

из полос краски и нагреватель прижимает её к поверхности листа. • Управление температурой нагревателя и временем

продолжительности операции позволяет управлять яркостью цвета данной полосы краски на обрабатываемом фрагменте рисунка.

• Таким образом получается цвет фрагмента бумаги. Для получения цветного изображения необходимо таким образом «обойти» весь лист.

• Печать окончательного цвета происходит в несколько проходов: каждая лента последовательно протягивается под плотно прижатой термоголовкой, состоящей из множества термоэлементов. Эти последние, нагреваясь, возгоняют краситель. Точки, благодаря малому расстоянию между головкой и носителем, стабильно позиционируются и получаются весьма малого размера.

• Затем лист обрабатывается, чтобы сохранить нанесенный на него рисунок от ультрафиолетового излучения. В итоге получаемые отпечатки не коробятся и хорошо переносят влажность, солнечный свет и даже агрессивные среды, но возрастает цена фотографий.

Достоинства и проблемы сублимационной печати

• К достоинствам сублимационной печати относится возможность смешивать цвета в достаточно широком диапазоне (до 6 бит каждого из базовых цветов). Наиболее светлые тона формируются в облачке красителя также естественно, как и более темные. У струйных принтеров эта задача частично решается, к сожалению, за счет добавления чернильниц светлых тонов - т.е. усложнения аппаратуры и удорожания печати. Не менее трудны пути решения этой задачи для лазерных технологий, где используют предварительное смешивание цветов на барабане с помощью магнитных добавок к тонеру.

• К серьезным проблемам сублимационной печати можно отнести крайне медленный вывод фотографий (фото10х15см. печатается более 1 минуты) и чувствительность применяемых чернил к ультрафиолету. Комплекты для сублимационной печати пока еще дороги.

Печатающая головка принтера • В качестве расходных материалов

используются твердые чернила (в стиках), которые переводятся в жидкое состояние путем разогрева. Изображение наносится сначала на разогретый металлический барабан, затем с барабана переносится на бумагу.

• Изображение может переносится ТОЛЬКО на разогретую поверхность и ТОЛЬКО в горячем состоянии.

Разрез принтера

• 1 – Барабан переноса изображения. • 2 – Вакуумный узел чистки печатающей головки. • 3 – Емкость для сбора и охлаждения отходов • 4 – Узел разогрева барабана переноса изображения • 5 – Печатающая головка с нагревающим элементом • 6 – Блок плавления и хранения картриджей

Плавление чернил • Происходит процесс плавления

расходных материалов – твердых чернил. С помощью пружинных механизмов, стики постоянно прижимаются к разогретым керамическим пластинам, на которых плавится передняя кромка картриджей. Плавясь картриджи стекают в горячие полости печатающей головки. Как только емкости головки заполнятся жидкими, горячими чернилами, компьютер принтера отключает разогрев керамических пластин

Очистка форсунок • Происходит чистка форсунок

печатающей головки. При этом к головке подводится исполнительное устройство вакуумного насоса, которое плотно прижимается к дюзам (форсунки). Затем включается насос откачки вакуума с одной стороны, одновременно начинают работать дюзы печатающей головки, в форсированном режиме с другой стороны. Форсунки выстреливают под давлением расплавленные чернила в емкость исполнительного устройства

Слив отходов • По окончании процедуры

устройство уходит на свое первоначальное место сливая горячие чернила в специальную ванночку для отходов, где они и застывают. Данная процедура может быть вызвана пользователем в любой момент из меню принтера. Одновременно происходит процесс чистки барабана переноса изображения.

Подвод головки к барабану переноса

• После окончания всех технологических процедур по разогреву, наполнению жидкими чернилами и продувки форсунок, головка подводится к барабану переноса на расстояние, необходимое для формирования изображения. Как правило это 0,3-0,6мм.

Нанесение изображения на барабан переноса

После формирования изображения процессором принтера, форсунки начинают наносить изображение на поверхность вращающегося нагретого металлического барабана, причем все четыре цвета наносятся одновременно, «выстреливанием» расплавленных чернил. Головка сделана во всю длину барабана, но на каждый дюйм длинны приходится не более 18-ти дюз каждого цвета, а современный твердочернильный принтер способен печатать с разрешением 2400 точек на дюйм. Это достигается за счет того, что головка двигается вдоль поверхности барабана на величину равную расстоянию между двумя соседними дюзами. Как только 25 – 30 % изображения нанесено на барабан происходит подача листа для переноса цветного изображения. Во время движения, лист бумаги предварительно нагревается.

Перенос изображения на лист

Изображение с разогретого, вращающегося барабана переносится на «холодный» лист бумаги. На линии переноса изображения происходит прижим бумаги специальным резиновым роликом к поверхности барабана переноса изображения. Изображение может формироваться на расстоянии 5 мм от передней кромки листа. Временной точкой формирования является время прохождения бумагой датчика регистрации. Картинка передаётся по принципу «от высокой температуры к низкой». Без остановки лист выходит из принтера. Весь процесс печати занимает около одной секунды времени.

Первоначальная подготовка принтера к цветной печати (после включения принтера) происходит за 25 минут. Основные отличия твёрдочернильной печати от лазерной цветной печати: • Долгий процесс первоначальной подготовки сублимационного

принтера к работе после включения. • В технологии цветной лазерной печати происходит все наоборот. Что

бы минимизировать данный недостаток технологии сублимационной печати, принтер в дежурном режиме постоянно поддерживает себя в разогретом состоянии. При этом процесс подготовки к печати сокращается в два раза и пропускается процедура чистки дюз печатающей головки, исключая перерасход расходных материалов принтера.

Трехмерные принтеры

Первое, и самое основное, в индустрии - в основном для быстрого изготовления прототипов - чтобы посмотреть, как модель будет выглядеть в материале. Кроме того, на готовой модели можно проводить различные тесты еще до того, как будет готов окончательный вариант изделия. Более того, прототипы позволяют проводить такие тесты, которые на готовом изделии и не проведешь.

Следующая ступень - быстрое производство. Уже сейчас некоторые технологии позволяют изготовлять готовые предметы из различных материалов. Это идеальное решение для малосерийного производства, поскольку стандартный техпроцесс дает возможность сделать что угодно (в разумных пределах, конечно) за относительно небольшое время. Опять же, некоторые из технологий трехмерной печати позволяют быстро изготовлять формы для литья - ну а дальше производственный процесс уже накатан. Но в перспективе, кто откажется от возможности быстро сделать какую-нибудь нужную мелочь в домашних условиях, вместо того чтобы искать ее по магазинам.

Существует два вида устройств для изготовления объемных моделей: • Микростанки • 3D-Принтеры.

Микростанки • Наиболее простые, дешевые и

доступные устройства, претендующие на звание 3D-принтера, к принтерам на самом деле отношения почти никакого не имеют. Речь идет о станках с программным управлением. Речь идет об очень компактных настольных станочках, которые получили название desktop CNC machines (CNC значит computer numerically controlled, или станок с числовым программным управлением). Эти устройства могут управляться непосредственно из CAD программ и вырезать, выпиливать и высверливать в материале модели, которые в этих программах разрабатываются. Материалы могут быть почти любые - от пластика или дерева до мягких металлов (бронза, алюминий).

Cверлильно-фрезерный станок (это называется CNC milling machine) MicroMill 2000 Desktop Machining System от MicroProto подключается к компьютеру вместо принтера, может обрабатывать объем 23x14x15 см и способен позиционировать инструмент с точностью до сотых долей миллиметра. Обрабатывает алюминий и даже мягкие стали. Стоит эта замечательная штука чуть меньше 2000$.

Микростанки

Cтанок MDX-15 оценивается примерно в 3000$ и его уже вполне можно отнести к категории любительской и даже домашней техники. MDX-15 тоже позволяет обрабатывать различные материалы вплоть до алюминия и бронзы, имеет размер рабочей зоны 15x10x6 см и точность порядка сотых долей миллиметра. К компьютеру подключается через последовательный порт. Кстати, Roland поставляет к своим станкам специальную пьезоэлектрическую сканирующую головку, которая позволяет делать обратное преобразование - переводить реальные предметы в компьютерные трехмерные модели.

Микростанки CNC-станки делятся на три

основных вида: роутеры (routers), фрезерные (mills) и токарные (lathes). Что из себя представляет токарный станок вполне понятно. А чем различаются router и mill проще всего понять из рисунка. Из двух вышеописанных девайсов первый - mill, а второй - router. Выпускаются и машинки с четырьмя степенями свободы - до определенной степени сочетающие в себе возможности mill и lathe. Использовать всю эту технику можно как для непосредственного изготовления объектов по трехмерным моделям, так и для подготовки форм для литья - это существенно расширяет область применения. Другие возможные применения - гравировка, быстрое изготовление печатных плат (никаких фотошаблонов и травления), моделирование и еще масса других.

CNC-Mill

CNC-Router

Технологии печати FDM – Моделирование методом послойного

наплавления

Технологии печати SLA/DLP - Стереолитография

Струйная печать Выше были описаны, так сказать,

системы лазерной трехмерной печати. Впрочем, струйные принтеры не отстают от лазерных и в этой области. Простейший из процессов "струйной" объемной печати - это так называемый Fused Deposition Modeling (FDM). Идея FDM очень проста - раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика (в качестве материала может использоваться практически любой промышленный термопластик). Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта (печать здесь тоже ведется по слоям). Техпроцесс FDM позволяет с достаточно высокой точностью (минимальная толщина слоя 0.12 мм) изготовлять полностью готовые к использованию детали довольно большого размера (до 600 x 600 x 500 мм).

Струйная печать

FDM-принтер за работой

Струйная печать Другая технология, явно восходящая к

струйной печати - это разработка компании Objet Geometries под названием Polyjet. Здесь струйная головка используется для печати фотополимерным пластиком. Модель, как обычно, печатается слой за слоем, причем разрешение в слое составляет 600 x 300 dpi, а толщина слоя может быть доведена всего до 16 микрон. Каждый отпечатанный слой полимеризируется в твердый пластик под действием ультрафиолетовой лампы.

Струйная печать И еще одна технология "струйной печати",

но с использованием порошковых материалов. Суть технологии такова - специальная струйная головка (кстати, адаптированная из струйных принтеров Hewlett-Packard) набрызгивает на порошковый материал клеящее вещество. В качестве порошка используется обычный гипс или крахмал. В "забрызганных" местах порошок склеивается и формирует модель. Печать, как и в предыдущих случаях, идет послойно, а лишний порошок в конце стряхивается. Однако есть и существенная разница - этот принтер может использовать клеящую жидкость с добавление пигментных красителей - а значит, печатать цветные модели. В цветном принтере от Z Corporation установлены 4 струйные головки с чернилами-клеем основных цветов, так что полученная модель может воспроизводить не только форму, но и окраску (то есть, текстуру) своего виртуального прототипа. Правда, гипсовые модели получаются не очень то прочными, но зато их сразу можно использовать в качестве форм для литья. А что касается детализации "отпечатка", то достаточно посмотреть на приведенные фотографии, чтобы ее оценить.

Струйная печать

Струйная печать

Интересный вариант вышеописанной порошковой струйной печати разрабатывает компания ProMetal. Ее фирменный производственный процесс под названием Direct Metal Process работает абсолютно аналогично. Только вместо гипсового порошка применятся порошок металлический. Далее сформованное изделие обжигается в печи, так что порошок либо сплавляется сам, либо связывается более легкоплавким металлом (как и при лазерном спекании металлических порошков). Вот и еще один метод непосредственного производства при помощи трехмерной печати.

Лазерная печать

Первой была разработана так называемая стереолитография (StereoLithography или SLA). Суть стереолитографии в следующем - в рабочей зоне принтера находится жидкий фотополимер. При освещении ультрафиолетовым светом фотополимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик. Для засветки полимера используется либо ультрафиолетовый лазер, либо обычная ультрафиолетовая лампа Луч лазера фактически попиксельно сканирует рабочую плоскость и формирует отдельные твердые "пиксели", пока не нарисует на пластике сечение модели. Затем уровень фотополимера повышается (точнее, опускается рабочий стол вместе со сформированной частью модели), и поверх него рисуется следующий слой, пока модель не будет полностью готова. Стереолитография позволяет получить точность "отпечатка" порядка десятых долей миллиметра, хорошо воспроизводит мелкие детали и обеспечивает достаточно ровную поверхность объекта. Эта технология лучше всего обкатана и наиболее широко распространена. Впрочем, не лишена она и недостатков - установки, равно как и расходные материалы, достаточно дороги (цена такого принтера составляет порядка сотен тысяч долларов). К тому же обрабатываемый материал ограничивается только фотополимерами.

Лазерная печать

Так выглядит стереолитографическая машина изнутри.

Модель в CAD-программе и она же, но уже изготовленная в пластике по SLA-технологии

Устройство называется Prefactory и представляет собой систему быстрого прототипирования для конечного пользователя. Машинка занимает всего 0.3 квадратного метра площади, так что ее можно установить даже в небольшом офисе. Засветка производится при помощи технологии DLP (Digital Light Processing), аналогичной используемым в компьютерных проекционных системах. Разрешение (для одного рабочего слоя) составляет 1280x1024 пикселя при размере пикселя 150 или 90 микрон. Толщина слоев варьируется от 150 до 50 микрон. На Prefactory можно делать прототипы размером около 190x152x230 мм, а скорость печати составляет до 15 мм в час (в высоту). Управляется принтер встроенным компьютером под управлением Linux, а связь с внешним миром идет по Ehternet через локальную сеть. Фактически, посылать задания на Prefactory можно, как на обычный сетевой принтер.

Технологии печати SLS - Селективное лазерное спекание

Лазерное спекание Альтернативный метод трехмерной печати

называется лазерным спеканием (Selective Laser Sintering - SLS).Тут тоже используется лазер, но в качестве рабочего материала выступает уже не фотополимер, а порошок какого-нибудь относительно легкоплавкого пластика. Пластик в рабочем объеме SLS-машины нагревается почти до температуры плавления, а чтобы он не загорелся и не стал окисляться, в рабочую зону подается азот. Затем мощный лазер опять же рисует по пластиковому порошку сечение детали, пластик нагревается выше температуры плавления и спекается. Сверху насыпается следующий слой и процедура повторяется. В конце работы лишний порошок просто стряхивается с готовой модели. Лазерное спекание тоже обеспечивает достаточно высокое качество деталей, хотя поверхность у них получается пористой. Зато полученные методом SLS модели - самые прочные и эту технологию, в принципе, можно использовать для малосерийного производства. Правда, установка SLS достаточно сложная и дорога, а скорость производства составляет всего несколько сантиметров (высоты) в час (плюс, несколько часов на нагревание и остывание установки).

Лазерное спекание Кроме неплохой точности изготовления и высокой прочности полученных "распечаток", SLS

обладает еще несколькими важными достоинствами. Во-первых, лазерное спекание позволяет изготовлять модели с подвижными частями - например, с работающими петлевыми соединениями, нажимающимися кнопками и так далее. Во-вторых, для SLS-процесса разработаны специальные материалы, позволяющие напрямую изготавливать металлические детали. В качестве порошка здесь используются микрочастицы стали, покрытые сверху слоем связующего пластика. Спекание пластика происходит как обычно, а затем "отпечатанная" деталь обжигается в печи. При этом пластик выгорает, а освободившиеся поры заполняются бронзой. В результате, получается объект, состоящий на 60% из стали и на остальные 40% и бронзы. По своим механическим характеристикам он превосходит алюминий и приближается к классической нержавеющей стали. Фактически, SLS уже сейчас позволяет производить полноценные металлические предметы, причем произвольной формы. Кроме того, имеется аналогичный материал с керамической или стеклянной сердцевиной - из него можно делать модели, устойчивые к высоким температурам и агрессивным химическим веществам. Если бы только сам процесс не был так дорог…

Лазерное спекание

Так выглядит аппарат SLS и изготовленные в нем детали

площадь рабочего поля 550 × 550 × 500 мм. полиамид , нейлон и полипропилен

Технологии печати SLM - Выборочная лазерная плавка

Технологии печати LOM - Изготовление методом ламинирования

Ламинирование Еще одна технология

объемной печати с использованием лазера - это ламинирование. Суть технологии такова - в машину по очереди заряжаются тонкие листы рабочего материала, из которого затем лазером вырезаются слои будущей модели. После резки слои склеиваются друг с другом. В качестве материала первоначально использовалась специальная бумага со слоем клеящего вещества. Однако таким образом можно также нарезать тонкий пластик, керамику и даже металлическую фольгу.

Подготовка к печати 1. 3D-моделирование 2. Импорт STL

3. Слайсинг 4. Печать

Способы трансляции g-code 1. Через SD-карту 2. От внешней ЭВМ

Печать клеточными чернилами

Бумага и пленка….

Экология • С каждым годом объем сбыта принтеров возрастает на 7-8% (по данным комитета

европейских изготовителей и импортеров принтеров (EPMI)). Расходные материалы для принтеров и устройства, отслужившие свой срок, должны изыматься из обращения. Утилизация старого принтера осуществляется за счет средств покупателя, которые, однако, не учитываются при покупке и не вносятся в статью эксплуатационных затрат. О чистоте окружающей среды должны заботиться в первую очередь изготовители. От изготовителей принтеров требуют обеспечения экологической безопасности продуктов для окружающей среды как в процессе их производства, так и всего срока службы.

• И лазерные, и светодиодные принтеры относятся к электрофотографическим устройствам, использующим электростатические заряды. В прошлом это приводило к выделению озона высоких концентраций. Повышенная концентрация озона может оказаться вредной для здоровья. По этой причине он был внесен в список веществ, максимальные значения концентраций которых на рабочих местах ограничены и строго определены. Он образуется из обыкновенного кислорода под воздействием ультрафиолетовых лучей, электрических разрядов, очень высоких температур и последующего быстрого охлаждения, а, следовательно, при работе лазерных и светодиодных принтеров. Большинство изготовителей либо встроили в свои изделия озоновые фильтры, либо укомплектовали новые модели соответствующими механизмами печати, например зарядными барабанами, благодаря которым выделение озона значительно уменьшается или даже почти исчезает.

Экология

• Принтеры должны соответствовать таким стандартам безопасности, как EN 55022, EN 60950, DIN VDE 0805 и ZH1/535, а также получить сертификат TUV или GS. Последний удостоверяет, что продукт благополучно прошел проверку в тестовой организации на предмет соблюдения закона о безопасности устройств.

• Лучи в лазерных принтерах невидимы. Чтобы защитить пользователей от вредного для здоровья излучения, лазерный блок герметизируется. В настоящее время применяются лазеры с невысокой интенсивностью излучения. Если же в целях повышения производительности в принтере будет установлен более мощный лазер, то необходимо экранировать траекторию луча. Так, лазеры класса 1, используемые компанией IBM, удовлетворяют требованиям стандартов DIN EN 60825/VDE 837 и, следовательно, безопасны для здоровья.

• По данным компании Siemens-Nixdorf, после демонтажа высокопроизводительного лазерного принтера весом около 1200 кг остается: 936 кг железа и нежелезных металлов (меди, алюминия, латуни, стали, цинка и др.); 120 кг мелкого электронного лома; 48 кг сортового термопласта; 36 кг стекла; 36 кг кабеля и проводов; 12 кг электролитических конденсаторов, батарей и аккумуляторов.