3Д принтер кто изобрел – 3D-принтер: история создания машины будущего

Содержание

История появления 3D принтера

К середине 90-х годов прошлого столетия в мировой экономике сложилась интересная ситуация: фирмы-конкуренты стали не просто бороться за потребителей продукции, но буквально выполнять любые их пожелания. Самое важное, что в итоге однообразную продукцию – например, часы и автомобили – прекратили приобретать миллионными партиями.

Объем продаж с заводов-производителей сократился до нескольких тысяч штук в одной партии. Это ознаменовало начало эпохи мелкосерийного производства. В конечном итоге компании обнаружили, что разработка форм, лекал и прототипов для все новых и новых моделей обходится весьма дорого.

Примерно тогда же становятся популярными устройства, способные быстро и с минимумом затрат изготавливать модели, — станки с ЧПУ, числовым программным управлением. Многие из них так и остались в секторе производства, но интенсивное развитие отдельной ветви «эволюции» привело к появлению офисных принтеров объемной печати – так началась история развития 3D-печати.

Самым первым устройством для создания 3D-прототипов была американская SLA-установка, разработанная и запатентованная Чарльзом Халлом в 1986 году и использующая стереолитографию. Само собой, это еще не был первый 3D-принтер в современном понимании, но именно она определила, как работает 3D-принтер: объекты наращиваются послойно.

Халл сразу же создал фирму 3D Systems, которая изготовила первое устройство объемной печати под названием Stereolithography Apparatus. Первой моделью этой машины, имевшей широкое распространение, стала разработанная в 1988 году SLA-250. Понятное дело, что и такой 3 d принтер цветным не был, а работал лишь с сырьём одного цвета, но для того времени и это было сродни чуду.

В 1990 году был использован новый способ получения объемных «печатных оттисков» — метод наплавления. Его разработали Скотт Крамп, основатель компании Stratasys, и его жена, продолжившие развитие 3D-печати.

После этого стали активно использоваться понятия «лазерный 3D-принтер» и «струйный 3D-принтер».

Современный исторический этап развития 3D-печати стартовал в 1993 году с созданием компании Solidscape. Она производила струйные принтеры, которые предшествовали трехмерным. В 1995 году двумя студентами Массачусетского технологического института был модифицирован струйный принтер. Он создавал изображения не на бумаге, а в специальной емкости, и они были объемными. Тогда же появилось понятие «3D-печать» и первый 3D-принтер. Этот метод был запатентован, и теперь используется в созданной теми же студентами компании Z Corporation, а также в ExOne. Z Corp. до сих пор производит 3D-принтеры, использующие эту технологию.

История создания 3D-принтера продолжилась появлением технологии под названием PolyJet, основанной на использовании фотополимерного жидкого пластика. При таком способе печати головка «рисует» слой фотополимера, который моментально засвечивается лампой. Метод оказался выигрышным по многим параметрам: цена его значительно ниже, а высокая точность дает возможность изготовления не просто моделей, но готовых к применению деталей.

С течением времени развитие индустрии 3D-печати ускорялось, появлялись новые фирмы производители 3D-принтеров, вносящие свой вклад в ее разработку, использовались новые материалы и принципы, размеры и цены устройств становились все меньше – первые 3D-принтеры были огромны, сейчас же они умещаются на столе (исключая разве что промышленный 3D-принтер). Современный трехмерный принтер все больше становится похож на обычный, печатающий на бумаге, по внешнему виду и технологии нанесения «красящего» вещества. Печатаемые им модели отличаются еще и высокой прочностью, поэтому могут применяться в качестве готовых изделий.

Сейчас 3D-принтер может занимать очень мало места – конечно, это зависит от его назначения. В начале развития цена такого принтера была доступна разве что очень крупным компаниям, теперь же любой человек может приобрести 3D-принтер, цена которого в среднем $1000. История 3D-принтера еще не окончена, и самое интересное – впереди.

smitnews.ru

Краткая история возникновения 3D-печати - 3DPrinter

Краткая история возникновения 3D-печати

Обычно 3D-печать  считают новой «футуристической» концепцией, но она, на самом деле, существует уже более 30 лет.

Чак Халл изобрел первый процесс 3D-печати под названием “стереолитография” еще в 1983 году. В патенте он определил стереолитографию как «способ и устройство для создания твердых объектов путем последовательной « печати »тонких слоев ультрафиолетового отверждаемого материала один поверх другого ». В этом патенте основное внимание уделяется «печати» световой отверждаемой жидкостью, но после того, как Халл основал компанию «3D Systems», он вскоре понял, что его техника не ограничивается только жидкостями, расширяя определение до «любого материала, способного затвердевать или способного изменять его физическое состояние ». Благодаря этому он заложил основу того, что мы  сегодня называем как производство присадок (AM) – или

3D-печать.

SLA-1, первый 3D-принтер, изобретенный Чак Халл в 1983 году

После получения патента, Чарльз Хулл основал компанию 3D Systems и разработал первый промышленный станок для 3D печати. Так как термин «3D принтер» в то время еще не использовался, станок назывался просто «аппарат для стереолитографии». Технология 3D печати была достаточно нова в то время, и компания 3D Systems изготовила и поставила первую модель станка нескольким избранным заказчикам. В 1988 г., основываясь на откликах клиентов о станке, компания разработала усовершенствованную модель 3D принтера SLA-250 и было начато его серийное производство.

В то время как к концу 1988 г. технологии 3D копирования получила широкую популярность, появились новые технологии: моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling (FDM)) и метод селективного лазерного спекания (Selective Laser Sintering (SLS)). Технология моделирования методом наплавления была изобретена Скотом Крамп в 1988 г. В следующем году им была основана компания Stratasys и налажено промышленное производство станков.

В 1992 г. компания продала свой первый станок “3D Modeler”. В том же году компания DTM выпустила на рынок станок, работающий по технологии селективного лазерного спекания (SLS). В 1993 г. в Массачусетском технологическом институте (MIT) была изобретена и запатентована еще одна технология 3D печати. Она получила название «Технологии трехмерной печати» и была подобна технологии струйной печати, используемой в 2D принтерах. В 1995г. компания ZCorporation получила от Массачусетского технологического института патент на использование технологии и начала производство 3D принтеров, на базе 3DP технологий.

В 1996 г. были произведены станки “Genisys” от компании Stratasys, “Actua 2100” – от 3D Systems, и “Z402” – Z Corporation. В течение этого времени впервые появился термин «трехмерная печать» для обозначения станков быстрого моделирования. Только в конце 1990-х – начале 2000 гг., в продаже появились несколько моделей станков по относительно низким ценам. В 2005 г. компания Z Corporation выпустила на рынок революционно-новую модель Spectrum Z510 – станок 3D печати с высоким разрешением цветов.

Еще один прорыв в области трехмерной печати произошел в 2006 г. с созданием общедоступного проекта Reprap, нацеленного на производство 3D принтера, способного воспроизводить детали собственной конструкции. Первая модель Reprap, произведенная в 2008 г., может произвести приблизительно 50% своих собственных частей. Вторая модель проекта Reprap находится в настоящее время в стадии разработки.

Предполагаемые продажи 3D-принтеров с 2007 по 2015 год

До 2009 года 3D-печать в основном ограничивалась промышленным использованием. Но затем истек срок действия патента на моделирование технологией плавленого напыления (FDM) – одной из самых распространенных технологий

3D-печати.

Благодаря миссии проекта RepRap по созданию самореплицирующейся машины родился первый настольный 3D-принтер. Поскольку на рынке начали появляться все больше новых производителей 3Д-машин, их стоимость резко упала с $200,000 до $2000. Именно поэтому 3Д-принтеры стали доступными для большинства  пользователей и потребительский рынок 3Д-печати  взлетел в 2009.

С тех пор продажи 3D-принтеров растут. По мере того, как патенты на аддитивное производство продолжают истекать, в ближайшие годы можно ожидать больше инноваций. В настоящее время в мире насчитывается около 300 000 потребительских 3D – принтеров, и эта цифра ежегодно удваивается.

 

3dprinter.ua

История появления и развития 3D печати

Технология изготовления физических трехмерных объектов с использованием цифровых данных была впервые разработана Чарльзом Хуллом в 1984 г. В 1986 г. он получил патент на свое изобретение и назвал данную технологию Стереолитография. После получения патента, Чарльз Хулл основал компанию 3D Systems и разработал первый промышленный станок для 3D печати. Так как термин «3D принтер» в то время еще не использовался, станок назывался просто «аппарат для стереолитографии». Технология 3D печати была достаточно нова в то время, и компания 3D Systems изготовила и поставила первую модель станка нескольким избранным заказчикам. В 1988 г., основываясь на откликах клиентов о станке, компания разработала усовершенствованную модель 3D принтера SLA-250 и было начато его серийное производство.

 

В то время как к концу 1988 г. технологии 3D копирования получили широкую популярность, появились новые технологии: моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling (FDM)) и метод селективного лазерного спекания (Selective Laser Sintering (SLS)). Технология моделирования методом наплавления была изобретена Скотом Крамп в 1988 г. В следующем году им была основана компания Stratasys и налажено промышленное производство станков. В 1992 г. компания продала свой первый станок "3D Modeler". В том же году компания DTM выпустила на рынок станок, работающий по технологии селективного лазерного спекания (SLS). В 1993 г. в Массачусетском технологическом институте (MIT) была изобретена и запатентована еще одна технология 3D печати. Она получила название «Технологии трехмерной печати» и была подобна технологии струйной печати, используемой в 2D принтерах. В 1995г. компания ZCorporation получила от Массачусетского технологического института патент на использование технологии и начала производство 3D принтеров, на базе 3DP технологий.

 

В 1996 г. были произведены станки "Genisys" от компании Stratasys, "Actua 2100" – от 3D Systems, и "Z402" – Z Corporation. В течение этого времени впервые появился термин «трехмерная печать» для обозначения станков быстрого моделирования. Только в конце 1990-х - начале 2000 гг., в продаже появились несколько моделей станков по относительно низким ценам. В 2005 г. компания Z Corporation выпустила на рынок революционно-новую модель Spectrum Z510 – станок 3D печати с высоким разрешением цветов. Еще один прорыв в области трехмерной печати произошел в 2006 г. с созданием общедоступного проекта Reprap, нацеленного на производство 3D принтера, способного воспроизводить детали собственной конструкции. Первая модель Reprap, произведенная в 2008 г., может произвести приблизительно 50% своих собственных частей. Вторая модель проекта Reprap находится в настоящее время в стадии разработки.

 

 

3dcorp.ru

Изобретатель 3D-принтера поражен возможностями своего детища. 3D-принтеры сегодня!

Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта! Подробнее >>>

Чарльз Халл, американский изобретатель 3D-принтера, рассказал в своем интервью издательству Informationweek о своем впечатлении от скорости развития технологии 3D-печати. Он сказал, что медицинские применения его изобретения восхищают его в больше всего.

«Я думаю, первое, что впечатлило меня – это хирургическое применение 3D-печати», заявил Чарльз. Говоря о современном использовании 3D-печати во врачебной практике, он упомянул тот факт, что ныне доктора могут отсканировать тела своих пациентов и использовать 3D-распечатанные модели их органов для детального их осмотра. По сути, это позволяет хирургам увидеть органы еще до хирургического вмешательства.

«Первым фактом, который ошеломил меня, была операция на сиамских близнецах, ставшая успешной благодаря детальному планированию. Сегодня уже существуют люди, которые были рождены сиамскими близнецами, но теперь ведут обычную жизнь».

Совсем недавно китайские хирурги использовали 3D-технологии для сканирования таза женщины, который был поврежден вследствие ее падения с балкона. Они создали 3D-модель полностью повторяющую структуру таза пациентки, включая все трещины. Они использовали эту модель для того, чтобы попрактиковаться на ней, после чего выполнили операцию с относительной легкостью.

Согласно исследованиям компании Visiongain, рынок 3D-печати вырастет до более чем 4-х миллиардов долларов до 2018-го года.

Согласно словам Чарльза Халла, падение цен на исходные материалы сможет принести технологию 3D-принтеров в каждый дом. Это означает, что большая часть производственной индустрии может быть перемещена в дома потребителей. Тем не менее, сам Халл сказал: «Я думаю это футуристическая мысль. А я никогда особо не вдавался в футуризм».

По его словам: «В будущем нет никаких барьеров. Большая часть производства может быть перемещена в другие места или даже в дома потребителей, но для меня, это скорее выглядит как дальняя перспектива».

Чарльз Халл основал компанию 3D Systems в 1986-м году. На сегодняшний день 3D Systems работает над ускорением процесса 3D-печати и уменьшением затрат на него. Также они активно работают над «распечаткой еды», что, по словам Халла, может победить мировой голод в ближайшие годы.

Чарльз был номинирован на Европейскую Премию Изобретателей. Церемония пройдет в Берлине 17-го июня.

Статья подготовлена для 3DToday.ru

3dtoday.ru

3D принтер: описание, возможности, преимущества

Еще совсем недавно 3D принтер был фантазией, в которую поверить было крайне сложно. Его можно было встретить только в фильмах и книгах о будущем. Однако уже сегодня 3D принтеры не только стали реальностью, но и плотно вошли в жизнь людей. Кроме этого они доступны для всех желающих. Конечно, стоимость такого принтера достаточно высока, однако если использовать его для производства каких-либо товаров, то эта стоимость достаточно быстро окупается.

0.1. Модели изготовленные на 3D принтере

1. Что такое 3Д принтер

3D-принтер – это устройство, которое способно  выводить трехмерные данные. Другими словами, такой принтер способен создавать объемные фигуры. Каждый знаком с обычным принтером, который способен распечатывать текст или картинки. Принцип действия трехмерного принтера схож с обычным, однако 3Д принтеры создают указанные в программе трехмерные объекты. Технология трехмерной печати основывается на последовательном нанесении слоев. Для печати используется пластик, который плавиться в печатающей головке. После нанесения слоев пластик застывает и затвердевает.

Главное преимущество такой печати в сравнении с традиционными методами создания нужных моделей заключается в высокой скорости печати, простоте изготовления фигур и их низкой себестоимости. Другими словами для создания определенного объекта вручную может уйти несколько недель или даже месяц, в то время как 3D принтеры выполняют ту же работу за считанные часы, а иногда даже минуты. В результате ручной работы себестоимость изготовленной продукции сильно возрастает, так как потрачено много времени. При этом трехмерные принтеры имеют только один расходный материал – пластик, который имеет низкую стоимость.

1.1. Кто изобрел 3D принтер

Изобретателем технологии трехмерной печати и, соответственно, первого устройства для создания объемных моделей является Чарльз Хулл. Конечно, в те времена не было такого понятия как «принтер». Изобретение Чарльза Хулла имело название «Стереолитография». Технология была разработана в 1984 года, но только спустя 2 года Чарльз получил патент на изобретение. В дальнейшем изобретатель трехмерной печати основал компанию, которая получила название «3D System». В 1988 году компания начала серийное производство первой модели трехмерного станка – SLA-250.

1.2. Преимущества 3D принтеров

В результате сочетания высокой скорости производства моделей и низкой стоимости расходного материала конечная продукция имеет низкую себестоимость. Это делает трехмерный принтер идеальным инструментом для решения определенных задач.

Еще одно преимущество трехмерной печати заключается в том, что принтеры практически не допускают ошибок в процессе изготовления модели. Это позволяет полностью исключить «человеческий фактор» на производстве.

1.3. Для чего нужен 3D принтер

Современный трехмерный принтер способен распечатывать практически любые объекты – от детских игрушек и букв, до идеальных копий производственных механизмов и моделей автомобилей и их агрегатов. Это позволяет создавать экспериментальные модели, с которыми в дальнейшем можно работать. К примеру, автомобильные компании постоянно изготавливают уменьшенные копии отдельных агрегатов автомобиля – шестерни коробки передач, головки блоков цилиндров, поршневые группы и так далее. Это позволяет наглядно изучать механизмы, работать с ними и усовершенствовать отдельные части.

Профессиональный 3D принтер – это незаменимый инструмент на любом производстве. При помощи таких устройств создаются модели узлов и механизмов для дальнейшего изучения и улучшения. Также трехмерные принтеры используются и в строительстве. Они позволяют строительным компаниям создавать уменьшенные модели будущих зданий и целых районов. Учитывая тот факт, что модели имеют высокую точность, это позволяет наглядно работать с объектами.

Зачем нужен 3D принтер помимо использования его в промышленности? Трёхмерный принтер способен изготовить массу вещей, которые используются в повседневной жизни. К примеру, гребень для расчесывания волос, заколки, ручки, брелоки, фигурки животных для детских игр, а также различные развивающие игры для маленьких детей. Обычный бытовой 3Д принтер может стать отличным помощником в доме, так как с его помощью можно изготовить практически любую деталь или игрушку.

2. Чудо техники - 3D-принтеры: Видео

www.techno-guide.ru

3D Принтеры - будущее уже сегодня!

Человечество знакомо с 3D принтерами не так давно, ведь они появились всего несколько десятилетий назад. Однако в основе работы данных устройств лежит 3D печать, которой нашлось применение в самых разных сферах. Данная технология появилась намного раньше, но только в последние годы с помощью 3D принтеров она стала практически идеальной. Такая печать являет собой поочередное наложение слоев друг на друга с целью воссоздания той или иной объемной фигуры на основе виртуального трехмерного образа.


Как появились первые 3D принтеры

Создание трехмерных печатающих устройств стало особенно актуальным после появления токарных и фрезерных станков, которые по праву считаются главными предшественниками и праотцами трехмерных принтеров. Еще в средине двадцатого века люди задумывались об автоматизированных устройствах, которые были бы способны выполнить деталь или объект абсолютно любой формы из прочных материалов, например, из металла или древесины. Именно в тот период времени и было создано первый 3D принтер, купить который можно было за колоссальную сумму денег в размере нескольких десятков, а то и сотен тысяч американских долларов.

Напечатать на 3D принтере тогда можно было достаточно ограниченное количество объектов и деталей, так как применение 3D принтера еще не достигло современных масштабов. Важно также отметить, что первые устройства трехмерной печати не имели ничего общего с нынешними миниатюрными компактными моделями. Громоздкость и масштабность первых таких аппаратов привела к тому, что использовать их могли только крупные предприятия, а небольшие частные организации просто не были способны позволить себе применение подобных аппаратов из-за их высокой стоимости и габаритов.

Однако печать на 3D принтере на то время уже стала необходимой и среди частных предпринимателей, поэтому разработчики начали активную работу над созданием компактных и более экономичных аппаратов для трехмерной печати. Совсем скоро на мировом рынке появились самые разные устройства. 3D принтер, фото которого вы можете увидеть ниже, датируется 1988 годом. Его разработкой занималась компания 3D Systems, а уже совсем скоро именно эта модель стала широко применяться среди пользователей по всему миру.

Стоит отметить, что в качестве материала для создания трехмерных фигур мог выступать шоколад, дерево или такое востребованное вещество, как пластик АВС. Сегодня список таких материалов стал уже намного шире, а трехмерная печать используется практически повсеместно.


С чего всё началось

Впервые реализацией воссоздания предметов и фигур в трехмерной плоскости занялся американский ученый Чарльз Халл, еще в начале 1948 года. Именно с именем этого человека связана разработка технологии создания 3D печати из так называемой фотополимеризующейся композиции. В те далекие годы ученые назвали её стереолитографией. Несмотря на многочисленные успешные исследования, запатентовать своё творение Халл смог лишь в 1986 году. После этого изобретатель уже не терял ни минуты своего времени и открыл компанию под названием 3D System.

Именно этой компании и принадлежит разработка первого в мире 3D принтера, который тогда еще носил название стереолитографичной установки. Вам, конечно же, интересно узнать, на чем основана работа 3D принтера, но более подробно об этом мы поговорим немного позже. Согласно разработкам Халла, объект, ожидающий воссоздания, моделировался на компьютере с помощью специальных программ, а затем путем наложения тончайших слоев выращивался из жидкой композиции фотополимеров, которая укладывалась на постоянно движущуюся платформу. Известно, что каждый такой слой занимает не больше 0,2 миллиметра. Это был первый 3D принтер промышленного типа.

Рис. 1. Чарльз Халл и его творение

Чарльз Халл вовсе не собирался останавливаться на достигнутом результате, поэтому передал несколько пробных моделей такого устройства самым лучшим своим заказчикам. Так ему удалось выяснить достоинства и недостатки своего творения, которые в скором времени были устранены или модифицированы. Как результат, уже в 1988 году корпорация 3D System выпустила целую серию стереолитографических устройств. 3D принтер бизнес стал делом всей жизни Халла, что принесло ему миллионы долларов.

Модель аппарата типа SLA-250, 3D принтер, фото которого вы можете увидеть ниже, быстро стала популярной в самых разных промышленных сферах. Некоторые хитрецы, не желая тратить бешеные суммы денег на покупку такого дорогостоящего оборудования, пытались собрать 3D принтер своими руками, но большинство попыток оставались безуспешными. Хотя промышленные принтеры использовались достаточно широко, необходимость в упрощенных и миниатюрных моделях становилась всё более явной.

Рис. 2. 3D принтер, модель SLA-250

Вскоре фирма 3D System порадовала своих клиентов и такими устройствами. Обновленные миниатюрные 3D принтеры покорили мировой рынок в 2012 году, по своим размерам они были в разы меньшими, чем промышленные аналогов. На сегодняшний день устройства объемной печати доступны практически каждому желающему, купить 3D принтер в Москве или в любом другом городе можно в специализированных магазинах или через интернет. Главное знать, как выбрать подходящий 3D принтер и как обслуживать такое устройство. Более подробно мы разберемся с этим в следующих статьях.

Рис. 3. Потребительские трехмерные принтеры


Технологии трехмерной печати

Известно, что не один Чарльз Халл изучал вопросы, касающиеся трехмерной печати. Именно поэтому на сегодняшний день человечеству известна не только стереолитография как технология, используемая для воссоздания трехмерных деталей и объектов:

1) LOM – формирование трехмерных объектов из слоев листового материала

Изобретателем такого способа 3D печати стал Михаило Фейген, еще в 1985 году. На тот момент разработка Халла также еще не получила патента. Чтобы понять, как работает 3D принтер Фейгена, необходимо взглянуть на объемное изображение рельефа нашей планеты. Такое формирование планировалось создавать из тонких слоев листового материала, например, бумаги, полиэтилена или пластмассы. Эти тончайшие лепестки соединялись друг с другом благодаря разгоряченному валику.

Рис. 4. Модель, выполненная по технологии LOM

Ранее подобные модели создавались вручную, что занимало по времени от нескольких дней до нескольких недель, в зависимости от сложности и размеров объекта. Согласно результатам исследования, устройство Фейгена значительно упрощало данный процесс, и такой трехмерный объект можно было изготовить всего за пару часов. Однако идеальной данную технологию назвать сложно, так как модели получаются слишком уж шероховатыми и достаточно хрупкими. Наибольшей проблемой трехмерных деталей, созданных таким способом, является расслоение.

2) SLS – избирательное лазерное спекание

Такой метод был предложен Карлом Декартом еще в 1986 году. Печать на 3D принтере такого типа заключалась в поочередном спекании порошкового вещества под воздействием лазера.

Исследователь использовал относительно небольшую рабочую камеру, куда был помещен специальный порошок из производственного материала. Идея такой трехмерной печати заключается в разогревании камеры до температуры плавления, а следом за этим порошковый материал равномерно распределяется по поверхности. Когда луч лазера касается её кромки, он создает заданный заранее контур и спекает первый слой порошка. Далее в камеру необходимо засыпать очередную порцию материала, а описанный выше цикл повторится вновь. Продолжать поочередное засыпание порошковой смеси в горячую камеру и спекание слоев нужно до тех пор, пока модель или деталь не будет закончена полностью.

Применение 3D принтера, работающего на селективном спекании, отличается пористостью полученных объектов, но, в отличие от технологии Фейгена, лишний порошковый материал очень просто удаляется с его поверхности. О том, как работает 3D принтер такого типа, было немало обсуждений, ведь он прекрасно справляется с поставленными перед ним задачами, когда в качестве строительного материала используется керамика, разного рода металлы, полимерные соединения и литейный воск. Главнейшим недостатком такого оборудования можно считать разве что необходимость тщательной очистки камеры

buyprinter3d.com

Что такое 3D печать и как работает 3D принтер?

С начала нового тысячелетия понятие «3D» прочно вошло в нашу повседневную жизнь. В первую очередь, мы связываем его с киноискусством, фотографией или мультипликацией. Но едва ли сейчас найдётся человек, который хотя бы раз в жизни не слышал о такой новинке, как 3D-печать.

Что же это такое и какие новые возможности в творчестве, науке, технике и повседневной жизни несут нам технологии трехмерной печати, мы и попытаемся разобраться в статье, приведенной ниже.

Но сначала немного истории. Хоть и много стали говорить о 3D печати только последние несколько лет, на самом деле эта технология существует уже достаточно давно. В 1984 году компания Charles Hull разработала технологию трёхмерной печати для воспроизведения объектов с использованием цифровых данных, а двумя годами позже дала название и запатентовала технику стереолитографии.

Тогда же эта компания разработала и создала первый промышленный 3D принтер. Впоследствии эстафету приняла компания 3D Systems, разработавшая в 1988 году модель принтера для 3Д печати в домашних условиях SLA – 250.

В том же году компанией Scott Grump было изобретено моделирование плавлеными осаждениями. После нескольких лет относительного затишья, в 1991 году компания Helisys разрабатывает и выпускает на рынок технологию для производства многослойных объектов, а через год, в 1992, в компании DTM выходит в свет первая система селективного лазерного спаивания.

Затем, в 1993 году основывается компания Solidscape, которая и приступает уже к серийному производству принтеров на струйной основе, которые способны производить небольшие детали с идеальной поверхностью, причём при относительно небольших затратах.

Тогда же Массачусетский университет патентует технологию трёхмерной печати, подобную струйной технологии обычных 2D принтеров. Но, пожалуй, пик развития и популярности 3D печати всё же пришёлся на новый, 21 век.

В 2005 году появился первый 3D принтер, способный печатать в цвете, это детище компании Z Corp под названием Spectrum Z510, а буквально через два года появился первый принтер, способный воспроизводить 50% собственных комплектующих.

В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3Д печати постоянно растёт. Этим технологиям оказалось подвластно всё — от кровеносных сосудов до коралловых рифов и мебели. Впрочем, о сферах применения данных технологий мы поговорим чуть позже.

Итак, что же представляет из себя печать на 3d принтере?

Вкратце — это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D модели. Затем цифровая трёхмерная модель сохраняется в формате STL-файла, после чего 3D принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие.

Сам процесс печати – это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трёхмерных моделей, нанесением на рабочий стол (элеватор) принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов.

Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.

Как работает 3D принтер?

Применение трехмерной печати – это серьезная альтернатива традиционным методам прототипирования и мелкосерийному производству. Трёхмерный, или 3д-принтер, в отличие от обычного, который выводит двухмерные рисунки, фотографии и т. д. на бумагу, даёт возможность выводить объёмную информацию, то есть создавать трёхмерные физические объекты.

На данный момент оборудование данного класса может работать с фотополимерными смолами, различными видами пластиковой нити, керамическим порошком и металлоглиной.

Что такое 3d принтер?

В основу принципа работы 3d принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определённого материала, о котором будет сказано немного позже. Преимущества 3D печати перед привычными, ручными способами построения моделей — высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость.

Например, для создания 3D модели или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени — от нескольких дней до месяцев. Ведь сюда входит не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы — чертежи и схемы будущего изделия, которые всё равно не дают полного видения окончательного результата.

В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства.

3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге — ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов.

При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается.

Что такое 3d принтер: видео

Существуют различные технологии трёхмерной печати. Разница между ними заключается в способе наложения слоёв изделия. Рассмотрим основные из них.

Наиболее распространенными являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев расплавленных материалов) и SLA (стереолитиография).

Наиболее широкое распространение благодаря высокой скорости построения объектов получила технология стереолитографии или SLA.

Технология SLA

Технология работает так: лазерный луч направляется на фотополимер, после чего материал затвердевает.

В качестве фотополимера используется полупрозрачный материал, который деформируется под действием атмосферной влаги.

После отвердевания он легко поддаётся склеиванию, механической обработке и окрашиванию. Рабочий стол (элеватор) находится в ёмкости с фотополимером. После прохождения через полимер лазерного луча и отвердения слоя рабочая поверхность стола смещается вниз.

Технология SLS

Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча – оно же SLS — единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья.

Пластмассовые модели обладают отличными механическими качествами, благодаря которым они могут использоваться для изготовления полнофункциональных изделий. В SLS технологии используются материалы, близкие по свойствам к маркам конечного продукта: керамика, порошковый пластик, металл.

Устройство 3d принтера выглядит следующим образом: порошковые вещества наносятся на поверхность элеватора и спекаются под действием лазерного луча в твёрдый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий её форму.

Технология DLP

Технология DLP – новичок на рынке трехмерной печати. Стереолитографические печатные аппараты сегодня позиционируются, как основная альтернатива FDM оборудованию. Принтеры данного типа используют технологию цифровой обработки светом. Многие задаются вопросом, чем печатает 3d принтер данного образца?

Вместо пластиковой нити и нагревающей головки для создания трехмерных фигур используются фотополимерные смолы и DLP-проектор.

Ниже вы можете увидеть, как работает 3d принтер видео:

Впервые услышав про DLP 3d принтер, что это такое – вполне резонный вопрос. Несмотря на замысловатое название, устройство почти не отличается от других настольных печатных аппаратов. К слову, его разработчики, в лице компании
QSQM Technology Corporation, уже запустили в серию первые образцы высокотехнологичного оборудования. Выглядит оно следующим образом:

Технология EBM

Стоит отметить, технологии SLS/DMLS – далеко не единственные в области печати металлом. В настоящее время для создания металлических трехмерных объектов широко используется электронно-лучевая плавка. Лабораторные исследования показали, что использование металлической проволоки для послойного наплавления при изготовлении высокоточных деталей малоэффективно, поэтому инженеры разработали специальный материал – металлоглину.

Металлическая глина, использующаяся в качестве чернил во время электронно-лучевой плавки изготавливается из смеси органического клея, металлической стружки и определенного количества воды. Для того чтобы превратить чернило в твердый объект, его нужно нагреть до температуры, при которой клей и вода выгорят, а стружка сплавится между собой в монолит.

EBM 3d принтер: как работает

Примечательно, что данный принцип также используется при работе с SLS принтерами. Но в отличие от них, EBM-аппараты генерируют для плавки металлоглины направленные электронные импульсы вместо лазерного луча. Нужно сказать, что данный метод обеспечивает высокое качество печати и отличную прорисовку мелких деталей.

На сегодняшний день продаются только промышленные принтеры, использующие EBM технологию. Вот как выглядит один из них:

На видео, представленном ниже, наглядно продемонстрированы возможности 3d принтера, приспособленного для электронно-лучевой плавки:

Технология НРМ (FDM) HPM

Даёт возможность создавать не только модели, но и конечные детали из стандартных, конструкционных и высокоэффективных термопластиков. Это единственная технология, использующая термопластики производственного класса, обеспечивающие не имеющую аналогов механическую, термическую и химическую прочность деталей.

Печать по технологии НРМ выгодно отличается чистотой, простотой использования и пригодностью для применения в офисе. Детали из термопластика устойчивы к высоким температурам, механическим нагрузкам, различным химическим реагентам, влажной или сухой среде.

Растворимые вспомогательные материалы позволяют создавать сложные многоуровневые формы, полости и отверстия, которые было бы проблематично получить обычными методами. 3D-принтеры, действующие по технологии НРМ, создают детали слой за слоем, разогревая материал до полужидкого состояния и выдавливая его в соответствии созданными на компьютере путями.

Для печати по технологии НРМ используется два различных материала — из одного (основного) будет состоять готовая деталь, и вспомогательного, который используется для поддержки. Нити обоих материалов подаются из отсеков 3D-принтера в печатающую головку, которая передвигается зависимости от изменения координат X и Y, и наплавляет материал, создавая текущий слой, пока основание не переместится вниз и не начнется следующий слой.

Когда 3D-принтер завершит создание детали, остаётся отделить вспомогательный материал механически, или растворить его моющим средством, после чего изделие готово к использованию.

Интересно, что в наши дни популярностью пользуются не только автоматические настольные HPM принтеры, но и приспособления для ручной печати. Причем, правильно было бы назвать их не печатными устройствами, а ручками для рисования трехмерных объектов.

Ручки сделаны по той же схеме, что и принтеры, использующие технологию послойного наплавления. Пластиковая нить подается в ручку, где плавится до нужной консистенции и тут же выдавливается через миниатюрное сопло! При должной сноровке получаются вот такие оригинальные декоративные фигурки:

Ну и конечно, так же, как и технологии, отличаются друг от друга и сами принтеры. Если у вас принтер, работающий по SLA, то технологию SLS на нём применить будет невозможно, т. е. каждый принтер создан только под определённую технологию печати.

Цветная 3D-печать

Данная технология единственная в своем роде, которая позволяет получать объекты во всем доступном диапазоне оттенков. Примечательно, что окрашивание изделий происходит непосредственно во время их изготовления. С ее помощью получаются фотореалистичные объекты. Это и вызывает неподдельный интерес к ней со стороны дизайнеров.

Зачастую в качестве исходного материала применяют порошок, созданный на основе гипса. Щетки и ролики формируют не очень толстый слой расходника. Дальше с помощью подвижной головки на необходимые участки наносятся микрокапли клееобразного вещества (перед этим его окрашивают в нужный цвет). Оно напоминает по своему составу цианокрилат. Послойно создается готовый разноцветный объект. Финальная обработка изделия цианоакрилатом обеспечивает ему блеск и жесткость.

Промышленные и настольные цветные 3D-принтеры

Современный рынок предлагает различные многоцветные 3D-принтеры. С их помощью создаются разноцветные объекты в домашних условиях. Большинство агрегатов предназначено для профессионального использования.

Профессиональная цветная печать на 3D-принтере осуществляется с помощью:

1. Линейки Zрrintеr от известной торговой марки 3D Sуstems. Эти устройства могут создавать габаритные разноцветные объекты. Снабжаются 5-ю картриджами и системой автоматической загрузки порошка. Техника практически на 100% автоматизирована, поэтому настройка или контроль процесса печати не обязателен. Весят модели около 340 килограмм. Стоимость в пределах 90-130 тысяч долларов.

2. Полноцветный 3D-принтер Мсor Iris. Разноцветные изделия создаются путем склеивания отдельных бумажных клочков. Данный агрегат от Мсоr Тесhnologies Ltd создает объемные фотореалистичные модели с неплохими показателями прочности. Может генерировать до миллиона цветов. Стоит 15 тысяч долларов.

Настольные модели для домашнего использования:

1. Цветной 3D-принтер 3D Тоuch. Данный агрегат работает по технологии FDМ. Модель может снабжаться одной, двумя или даже тремя экструзионными головками. Работает с АВS или РLА-пластиком. Весит ни много ни мало 38 килограмм. Стоимость – около 4 тысяч долларов.

2. 3D-принтер трехцветный ВFB 3000 РАNTHER – первый цветной принтер, который был выпущен на рынок. Сегодня его стоимость составляет около 2,5 тысяч долларов. В качестве рабочего материала применяется стандартная пластиковая нить. Для работы понадобится нить трех цветов.

3. Одна из самых дешевых моделей – РroDеsk3D. Для создания изделий используется система из пяти картриджей. Возможна работа с РLA или АВS-пластиком. Принтер снабжен системой автоматической настройки. Стоит всего 2 тысячи долларов. К сожалению, не может похвастаться высокими показателями разрешения печати.

 

Области применения 3D печати

3D печать открыла большие возможности для экспериментов в таких сферах как архитектура, строительство, медицина, образование, моделирование одежды, мелкосерийное производство, ювелирное дело, и даже в пищевой промышленности.

В архитектуре, например, 3D печать позволяет создавать объёмные макеты зданий, или даже целых микрорайонов со всей инфраструктурой — скверами, парками, дорогами и уличным освещением.

Благодаря используемому при этом дешёвому гипсовому композиту обеспечивается низкая себестоимость готовых моделей. А более 390 тысяч оттенков CMYK позволяют в цвете воплотить любую, даже самую смелую фантазию архитектора.

3d принтер: применение в области строительства

В строительстве есть все основания предполагать, что в недалёком будущем намного ускорится и упростится процесс возведения зданий. Калифорнийскими инженерами создана система 3D печати для крупногабаритных объектов. Она работает по принципу строительного крана, возводящего стены из слоёв бетона.

Такой принтер может возвести двухэтажный дом всего в течение 20 часов.

После чего рабочим останется лишь провести отделочные работы. 3D House Постепенно завоёвывают прочные позиции 3D принтеры и в мелкосерийном производстве.

В основном эти технологии используются для производства эксклюзивных изделий, таких как предметы искусства, фигурки персонажей для ролевых игр, прототипов моделей будущих товаров или каких-либо конструктивных деталей.

В медицине благодаря технологиям трёхмерной печати врачи получили возможность воссоздавать копии человеческого скелета, что позволяет более точно отработать приёмы, повышающих гарантии успешного проведения операций.

Всё большее применение находят 3D принтеры в области протезирования в стоматологии, так как эти технологии позволяют намного быстрее получить протезы, чем при традиционном изготовлении.

Не так давно немецкими учёными была разработана технология получения человеческой кожи. При её изготовлении используется гель, полученный из клеток донора. А в 2011 году учёным удалось воспроизвести живую человеческую почку.

Как видим, возможности, которые открывает 3D печать практически во всех сферах деятельности человека поистине безграничны.

Принтеры, создающие кулинарные шедевры, воспроизводящие протезы и органы человека, игрушки и наглядные пособия, одежду и обувь — уже не плод воображения писателей — фантастов, а реалии современной жизни.

А какие ещё горизонты откроются перед человечеством в ближайшие годы, наверное, это может быть ограничено только фантазией самого человека.

make-3d.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *