Кто изобрел 3d принтер – 3D-принтер: история создания машины будущего

Содержание

История возникновения 3D принтеров

Создание трехмерных предметов с помощью специализированных принтеров – тренд печатных технологий. Подобное оборудование постепенно выходит за рамки интересов бизнес среды – сегодня купить лазерный принтер 3D печати можно для домашнего использования.

Современные производители предлагают большой выбор 3Д принтеров, но все они имеют схожий принцип работы – послойно «выращивают» объемные предметы на основе трехмерного компьютерного макета. Для создания слоев используются жидкие полимеры, смолы, керамика, пластиковые/металлические порошки и другие материалы (даже биологические). Технологии также отличаются разнообразием, но все они относятся к двум основным категориям:

  • лазерная 3D печать – стереолитография, ламинирование, спекание;
  • струйная 3D печать – охлаждение, склеивание, полимеризация.

История оборудования для трехмерной печати

Массовые продажи 3D принтеров начались всего несколько лет назад, но первые модели оборудования появись еще в конце XX века. Единственного изобретателя аппарата для трехмерной печати выделить нельзя – свою лепту в дело внесли многие ученые и энтузиасты, разработавшие основные методы объемной печати.

  • Стереолитография (SLA). В 1984 г. американец Чарльз Халл впервые продемонстрировал аппарат для трехмерной печати – установка создавала объемные предметы из слоев жидкого фотополимера, которые твердели под воздействием у/ф излучения. Через два года Халл запатентовал технологию и открыл компанию 3DSystems, которая начала выпуск специализированных печатных станков промышленного образца.
  • Селективное лазерное спекание (SLS). В 1988 г. Карл Декарт представил принципиально иной способ трехмерной печати – его аппарат создавал предметы методом послойного спекания. Для нагрева исходных материалов (металлического, пластикового, керамического порошка) и прорисовки контуров деталей использовался лазерный луч.
  • Послойная заливка полимера (FDM). В том же 1988 г. американец Скотт Крамп запатентовал технологию трехмерной печати с помощью послойного наложения расплавленной нити полимера. Разогретый материал подавался на рабочую площадку и после охлаждения создавал тонкий слой запрограммированного предмета. Первое коммерческое устройство на основе технологии FDM появилось в 1991 г. под торговой маркой Stratasys.
  • Струйная 3D печать. В 1995 г. студенты массачусетского университета усовершенствовали обычный бумажный принтер – вместо чернил аппарат подавал капли жидкого термопластика в специальную емкость, где они застывали и образовывали слои предмета.

С момента появления оборудование для трехмерной печати прошло большой путь развития. Место огромных станков заняли компактные настольные принтеры с различными принципами работы. Изменения коснулись и цены аппаратов – сегодня бытовой 3D принтер стоит около 1000$, что вполне доступно рядовым потребителям.

Сферы применения 3D принтеров

С помощью трехмерной печати можно создавать практически любые объекты – от макетов деталей и зданий до автомобилей и самолетов. Перспективным направлением является разработка оборудования для выращивания живых тканей и органов.

К наиболее уникальным изделиям, созданным с помощью 3D принтера, относится:

  1. Самолет. Группа инженеров из Университета Саунтгемптона (Британия) спроектировала и изготовила легкий летательный аппарат, который не только держится в воздухе, но и развивает приличную скорость.
  2. Автомобиль. Канадский энтузиаст Джим Кор представил миру легковую машину с напечатанным на принтере корпусом. Работа заняла 2500 часов.
  3. Кровеносные сосуды. Медицинская корпорация OrganovoInc. (США) впервые в истории вырастила искусственные кровеносные сосуды. Пока что инновационный биоматериал находится в стадии тестирования.
  4. Ортопедический протез. Родители американского мальчика, родившегося без пальцев на одной руке, напечатали на бытовом принтере протез кисти, сэкономив несколько десятков тысяч долларов.
  5. Акустическая гитара. Американский дизайнер Скотт Саммит создал на принтере все элементы гитары за исключением струн и деревянного грифа.

3D принтеры в компании OfiTrade

Выгодно купить 3D принтер в Москве можно в интернет-магазине оргтехники «Офитрейд». Мы предлагаем оборудование от известных мировых брендов (3DSystems, FELIXprinters, Envisiontec, ПИКАСО), даем длительные гарантии на весь ассортимент продукции, оказываем широкий спектр сервисных услуг.

Заказать 3D принтер можно у нас на сайте. Для консультации с менеджером позвоните по телефону 8 (495) 215–13–15 или воспользуйтесь формой обратной связи.

kanst.ru

Что такое 3D печать? | Как применить 3D принтер и прочие технологии 3D печати

  1. Что такое 3D печать?
  2. Технологии 3D печати
  3. История возникновения 3D печати
  4. Сферы применения 3D печати
  5. Что такое 3D принтер?
  6. В чем разница между машинами по прототипированию и 3D принтером?
  7. Что можно сделать при помощи 3D принтера?
  8. Кто занимается производством 3D принтеров?
  9. Какая цена 3D принтера?
  10. Как собрать 3D принтер?
  11. Какие материалы используются при печати 3D принтером?
  12. Какое программное обеспечение для 3D моделирования подойдет начинающим?
  13. Я не владею навыками 3D моделирования, сколько времени понадобится для их приобретения?
  14. Где в интернете можно найти готовые примеры 3D моделей?
  15. Где найти интернет-сервис 3D печати?

3D печать также известна как компьютерное моделирование или альтернативное конструирование. Это процесс воссоздания реального объекта по образцу 3D модели. Цифровая 3D модель сохраняется в формате файла STL и передается на печать 3D принтеру. Затем 3D принтер, накладывая слой за слоем, формирует реальный объект.

Немногие технологии способны выполнить 3D печать. Основная разница заключается в том, каким образом слои накладываются один на другой.

СЛС (селективное лазерное сплетение), НРМ (моделирование путем наложения слоев расплавленных материалов) и СЛА (стереолитиография) – наиболее распространенные технологии, используемые при 3D печати. Технологии селективного лазерного сплетения (СЛС) и моделирование путем наложения слоев расплавленных материалов (НРМ) используют расплавленные материалы для создания слоев.

Это видео демонстрирует, каким образом селективный лазер расплавляет тонкодисперсные порошки и шаг за шагом превращает их в объемную фигуру.

Это видео показывает процесс моделирования путем наложения слоев расплавленных материалов (НРМ).

Видео ниже раскрывает секрет процесса стереолитиографии (СЛА).

Чаще всего решающими факторами выступают: скорость и цена создания прототипа, цена 3D принтера, возможности выбора материалов и их доступность.

5 октября 2011 года – Roland DG Corporation презентовала первую модель под названием iModela iM-01.

Сентябрь 2011 года – Венский технический университет разработал уменьшенное, более легкое и дешевое устройство для печати. Этот самый маленький 3D принтер весом около 1,5 кг стоит примерно1200 евро.

Август 2011 года

– инженерами Университета Саутгемптона был создан первый в мире самолет при помощи 3D печати.

Июль 2011 года – под руководством Университета Эксетера, Университета Брунель и разработчика приложений компании Delcam, британские исследователи представили первую в мире 3D шоколадный принтер.

6 Июня 2011 года – Shapeways и Continuum Fashion заявили о создании первого в мире печатного 3D бикини.

Январь 2011 – голландский производитель 3D принтеров, компания Ultimaker сумела увеличить скорость печати с 300 мм /сек до 350 мм /сек.

Январь 2011 – исследователи из Корнельского университета начали строить 3D принтер для продуктов питания.

8 Декабря 2010 года – компания Organovo, Inc., специализирующаяся на применении биопечати в регенеративной медицине, объявила про публикацию данных о создании первых кровеносных сосудов, созданных путем биопечати.

Ноябрь 2010 года – представлен первый прототип автомобиля Urbee. Это первый в мире автомобиль, корпус которого полностью был создан при помощи огромного 3D принтера. Все внешние компоненты – включая прототипы окон – были изготовлены компаниями Dimension 3D Printers и Fortus 3D Production Systems в Страсбурге, которые предоставили услуги цифрового производства – по запросу компании RedEye.

2008 год – компания Objet Geometries Ltd. заявили о намерении создать первую в истории систему быстрого прототипирования Connex500™, которая впервые позволит производить 3D объекты, используя одновременно сразу несколько видов материалов.

2008 год – вышла первая версия принтера Reprap, который мог производить около 50% собственных комплектующих.

2006 год – стартовал открытый проект – Reprap – целью которого стало создание самовоспроизводящихся 3D принтеров. Пользователь имеет право распространять и/или заменять их в соответствии с лицензией GNU (General Public Licence).

2005 год – компания Z Corp. выпустила принтер Spectrum Z510, который стал на рынке первым принтером с широкими возможностями, позволившим печатать в цвете.

1997 год – компания EOS продала проект стереолитиографии компании 3-D Systems, однако все же осталась крупнейшим производителем в Европе.

1996 год – компания 3D Systems выпустила принтер «Actua 2100». Термин «3D принтер» впервые был использован для обозначения машины быстрого прототипирования.

1996 год – компания Z Corporation представила модель «Z402».

1996 год – компания Stratasys выпустила принтер «Genisys».

1995 год – компания Z Corporation получила эксклюзивное право от MIT на использование технологий и начала разработку 3D принтеров, основанных на технологии 3DP.

1993 год – Массачусетский технологический институт (MТИ) запатентировал «Технологию трехмерной печати». Она подобна струйной технологии 2D принтеров.

1993 год – основана компания Solidscape для производства машин на струйной основе, которые способны производить небольшие детали с идеальной поверхностью, при этом относительно недорого.

1992 год – компания DTM продала первую систему селективного лазерного спаивания (СЛС).

1992 год – компания Stratasys продала первое устройство «3D Modeler», основанное на FDM.

1991 год – Helisys продала первую технологию для производства многослойного объекта (ПMO).

1989 год – компания Scott Crumpосновала предприятие Stratasys.

1988 год – компания Scott Crump изобрела моделирование плавлеными осаждениями (МПО).

1988 год – компания 3D Systems разработала модель принтера SLA-250, первого принтера для использования в домашних условиях.

1986 год – компания Charles Hull основала предприятие 3D Systems и разработала первый промышленный 3D принтер под названием Stereolithography Apparatus.

1986 год – компания Charles Hull дала название и запатентировала технику стереолитиографии (Stereolithography).

1984 год – компания Charles Hull разработала технологию 3D печати для воссоздания реальных объектов, используя цифровые данные.

Одной из важных сфер для применения 3D печати является медицина. Используя 3D печать, хирурги могут конструировать макеты частей тела пациента, которые нужно прооперировать. 3D печать позволяет всего в течение нескольких часов изготовить запчасти практически с нуля. Она позволяет дизайнерам и разработчикам придать нужную форму плоской поверхности.

На сегодняшний день практически всё, как запчасти для авиакосмической промышленности, так и детские игрушки, начинают производить при помощи 3D принтеров. 3D печать применяется для создания украшений и произведений искусства, архитектуры, в индустрии моды, архитектуре и дизайне интерьера.

Вот несколько необычных способов применения 3D печати:

1. Первый в мире принтер для печати шоколадом

2. Первый в мире купальник, напечатанный на 3D принтере:

3D принтер отличается от обычного принтера. 3D принтер производит печать объектов в трехмерном пространстве. 3D модель строится путем накладывания слоев. Поэтому весь процесс получил название быстрого макетирования, или 3D печати.

Параметры таких принтеров находятся в приделах от 28 x 328 x 606 DPI (xyz) до 656 x 656 x 800 DPI (xyz) в ультра-HD расширении. Точность составляет 0.025 мм - 0.05 мм на 2,5 см. Максимальный размер модели, которую он может произвести, до 737 мм x 1257 мм x 1504 мм.

Огромным недостатком использования 3D принтера в домашних условиях является его высокая стоимость. Еще один недостаток – печать модели может проходить на протяжении нескольких часов или даже дней (зависит от количества деталей, сложности конструкции, размера объекта). Помимо вышеупомянутого, профессиональное программное обеспечение для 3D моделирования тоже стоит недешево.

Как альтернатива, существуют упрощенные версии 3D принтеров для «любителей», их стоимость гораздо ниже. Материалы, которые они используют при печати, также менее дорогие. Однако, такие 3D принтеры менее точные, если сравнивать с коммерческими 3D принтерами.

3D принтеры являются упрощенным вариантом машин для прототипирования. Они менее затратные и не такие функциональные.

Машины для прототипирования (МП) – это традиционный метод, годами применяемый в автомобилестроении и авиационной промышленности.

В общей сложности, 3D принтеры компактнее и меньше, нежели МП. Они идеально подходят для применения в офисах. Они потребляют меньше энергии и занимают меньше места. Их задача – репродукция небольших объемных предметов, сделанных из нейлона или других видов пластика. Это также означает, что 3D принтеры производят небольшие запчасти. Машины для прототипирования, ко всему прочему, имеют встроенные камеры размером примерно 25,5 см, а у 3D принтеров их размер достигает 20,3 см. Однако, 3D принтеры имеют такой же ряд функций, что и МП, такие как: проверка и утверждение дизайна, создание прототипа, восприятие информации от других источников и прочее.

В результате 3D принтер прост в обращении и недорогой в обслуживании. Вы можете приобрести один из специальных DIY-наборов и собрать его самостоятельно. Все это стоит дешевле, нежели профессиональное прототипирование, 3D принтер можно приобрести за $1000 или менее. В то время как профессиональное быстрое прототипирование обойдется как минимум в $50,000.

3D принтеры не такие точные, как машины для быстрого прототипирования. В связи с их упрощенностью, выбор материалов для печати также ограничен.

Знатоки в области 3D печати заявляют: «Если вы можете это нарисовать, значит, вам под силу это создать». Видео ниже показывает, какие различные предметы можно сделать при помощи 3D принтера. Все же, сложные объекты можно создать только при помощи профессионального 3D принтера, а их может себе позволить далеко не каждый.

Промышленные 3D принтеры производят такие предприятия, как:
3D принтеры для частного использования:

Вот таблица сравнения цен на DIY 3D принтеры (комплекты для сборнки) и на полностью укомплектованные промышленные 3D принтеры (менее $25,000)

Reprap

Для 3D печати используют разнообразные материалы, такие как: ABS и PLA пластмассы, полиамид (нейлон), стекловолокно полиамида, стереолитографические материалы (эпоксидные смолы), серебро, титан, сталь, воск, фотополимеры и поликарбонаты.

Если вы начинающий пользователь, то вы можете попробовать установить одну из программ для 3D моделирования, которые можно загрузить бесплатно.

  • Google SketchUp – это программа довольно интересная и бесплатная, известна простотой использования. Чтобы построить модели в SketchUp, вы рисуете контуры и лица, используя несколько простых приемов, которые можно освоить в кратчайшие сроки. При помощи инструмента Push/Pull (вдавить/выдавить) любую плоскую поверхность модно преобразить в трехмерную фигуру. Программа может работать совместно с программой Google Earth. Из Google Earth можно загрузить фотографию ландшафта (рельефа) территории, или построить в SketchUp модели, которые можно будет увидеть в Google Earth.
  • 3Dtin – простейшая программа для 3D моделирования. Можно рисовать непосредственно из браузера.
  • Blender – это бесплатный, доступный контент наборов для 3D моделирования, которые подходят для всех основных операционных систем, имеющих лицензию GNU (General Public License). Blender был разработан для внутреннего пользования голландской анимационной студии NeoGeo и Not a Number Technologies (NaN). Эта мощная программа имеет качества высококлассного программного обеспечения для 3D моделирования.
  • OpenSCAD – программа для создания твердых 3D CAD объектов. Это бесплатное программное обеспечение подходит для Linux/UNIX, MS Windows и Mac OS X. Программа сосредоточена не на дизайнерских аспектах 3D моделирования, а на вопросах CAD.
  • Tinkercad – новый способ создавать модели более быстро для печати 3D принтером. Всего три основных инструмента создают широкий спектр возможностей для создания множества полезных вещей. Как только проект завершен, загрузите STL-файл и начните 3D печать.
Коммерческое программное обеспечение, такое как CAD-программа AutoCAD и Pro Engineer, пакет программ Rhino, Maya, и SolidWorks, идеально подходит для 3D моделирования.

Вы можете приобрести навыки 3D моделирования, изучая принципы работы инструментов таких программ как Rhino, Blender или SketchUp.

Ознакомление с инструментами 3D моделирования (программы Rhino, Blender или SketchUp) займет около трех недель.

Чтобы достичь профессионального уровня, понадобиться обучение и практика на протяжении примерно одного года.

Вот список Интернет ресурсов, имеющих подобные примеры:

Компании Shapeways, i.Materialise, Sculpteo и Ponoko активно предлагают услуги 3D печати в Интернете.

www.3dindustry.ru

Классификация 3D принтеров (7 технологий 3D печати) / Habr

На хабре уже были статьи о технологиях печати, которые используют 3D принтеры, однако в данной статье я постарался подойти к вопросу системно, чтобы в голове у читателя сложилась четкая картина о том, какие принципы заложены в технологии 3D печати, какие материалы используются и в конечном итоге какую технологию лучше использовать для получения определенного результата, будь то деталь из титана, или мастер-модель для последующего тиражирования.
Статья основана на книге Fabricated: The New World of 3D printing

I. Те которые что-то выдавливают или выливают или распыляют

1) FDM (fused deposition modeling) принтеры которые выдавливают какой-то материал слой за слоем через сопло-дозатор, не буду расписывать подробно, мы про них все знаем. Все мэйкерботоподобные принтеры + принтеры Stratasys + различные кулинарные принтеры (используют глазурь, сыр, тесто) + медицинские которые печатают “живыми чернилами” (когда какой-либо набор живых клеток помещается в специальный медицинский гель которые используется далее в биомедицине)

2) Технология Polyjet , была изобретена израильской компанией Objet в 2000 г. в 2012 их купили Stratasys. Суть технологии: фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемого девайса под воздействием УФ излучения. Важная особенность, отличающая PolyJet от стереолитографии, является возможность печати различными материалами.
Преимущества технологии: а) толщина слоя до 16 микрон (клетка крови 10 микрон) б) быстро печатает, так как жидкость можно наносить очень быстро. Недостатки технологии: а) печатает только с использованием фотополимера — узко-специализированный, дорогой пластик, как правило, чувствительный к УФ и достаточно хрупкий.
Применение: промышленное прототипирование и медицина

3) LENS (LASER ENGINEERED NET SHAPING)
Материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера мгновенно спекается и слой за слоем формирует трехмерную деталь. Именно по такой технологии печатают стальные и титановые объекты.
Поскольку до появления этой технологии печатать можно было только объекты из пластика, к 3D печати особенно серьезно никто не относился, а эта технология, открыла двери для 3D печати в “большую” промышленность. Порошки различных материалов можно смешивать и получать таким образом сплавы, на лету.
Применение: например, титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения. Производитель оборудования: Optomec

4) LOM (laminated object manufacturing)
Тонкие ламинированные листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются в трехмерный объект. Т.е. укладывается тонкий лист материала, который вырезается по контуру объекта, таким образом получается один слой, на него укладывается следующий лист и так далее. После этого все листы прессуются или спекаются.
Таким образом печатают 3D модели из бумаги, пластика или из алюминия. Для печати моделей из алюминия используется тонкая алюминиевая фольга, которая вырезается по контуру слой за слоем и затем спекается с помощью ультразвуковой вибрации.

II. Те которые что-то спекают или склеивают

1) SL (Stereolithography) Стереолитография.
Есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется. После того как один слой готов платформа с деталью опускается, жидкий полимер заполняет пустоту далее запекается следующий слой и так далее. Иногда происходит наоборот: платформа с деталью поднимается вверх, лазер соответственно расположен снизу…
После печати таким методом, требуется постобработка объекта — удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют. В зависимости от необходимых свойств конечного объекта модель запекают в т.н. ультрафиолетовых духовках.
Фотополимер зачастую бывает токсичным поэтому при работе с ним нужно пользоваться средствами защиты и респираторами. Содержать и обслуживать такой принтер дома — сложно и дорого
Преимущества: быстро и точно, точность до 10 микрон. Для спекания фотополимера достаточно лазера от Blu-ray проигрывателя, благодаря чему на рынке появляются дешевые при этом точные принтеры работающие по такой технологии (e.g. Form1).

2) LS (laser sintering)
Лазерное спекание. Похоже на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером.
Преимущества: а) менее вероятно, что деталь сломается в процессе печати, так как сам порошок выступает надежной поддержкой б) материалы в порошковой форме довольно легко найти в продаже в том числе это могут быть: бронза, сталь, нейлон, титан
Недостатки: а) поверхность получается пористая б) некоторые порошки взрывоопасны, поэтому должны храниться в камерах, заполненных азотом в) спекание происходит при высоких температурах, поэтому готовые детали долго остывают, в зависимости от размера и толщины слоев, некоторые предметы могут остывать до одного дня.

3) 3DP (three dimensional printing)
Технология изобретена в 1980 году в MIT студентом Paul Williams, технология была продана в несколько коммерческих организаций, одна из которых — zCorp, в настоящее время поглощена 3D Systems.
На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс)
Преимущества: а) так как используется клей, в него можно добавить краску и таким образом печатать цветные объекты б) технология относительна дешевая и энергоэффективная в) можно использовать в условиях дома или офиса в) можно печатать использовать порошок стекла, костный порошок, переработанную резину, бронзу и даже древесные опилки. Используя похожу технологию можно печатать съедобные объекты например из сахара или шоколадного порошка. Порошок склеивается специальным пищевым клеем, в клей может добавляться краситель и ароматизатор. Как пример, новые 3D принтеры от компании 3D systems, которые были продемонстрированы на CES 2014 — ChefJet и ChefJet Pro
Недостатки: а) на выходе получается достаточно грубая поверхность, с невысоким разрешение ~ 100 микрон б) материал нужно подвергать постобработке (запекать), чтобы придать ему необходимые свойства.

Надеюсь материал будет для вас полезен.
Дополнения принимаются.

habr.com

3D принтер – чудо современной техники

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

techno-guide.ru

3D-принтер — Википедия. Что такое 3D-принтер

3D-принтер — станок с числовым программным управлением, использующий метод послойного создания детали. 3D печать является разновидностью аддитивного производства и обычно относится к инструментам быстрого прототипирования.

Технологии

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания («выращивания») твёрдого объекта.

Виды технологии, применяемые для создания слоев

[1][2][3]

Тип Технология Печать несколькими материалами одновременно Цветная печать Описание
Экструзия Моделирование методом наплавления (англ. Fused deposition modeling, FDM) возможно возможна Застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта
Робокастинг (англ. Robocasting или Direct Ink Writing, DIW) возможно возможна «Чернила» (обычно керамический шлам) выходят из сопла в жидком состоянии, но сразу же принимают нужную форму благодаря псевдопластичности.
Фотополимеризация Лазерная стереолитография (англ. laser stereolithography, SLA) невозможно невозможна ультрафиолетовый лазер засвечивает жидкий фотополимер (через фотошаблон, или постепенно, пиксель за пикселем)
SLA-DLP невозможно невозможна DLP-проектор засвечивает фотополимер
Формирование слоя на выровненном слое порошка англ. 3D Printing, 3DP невозможно возможна склеивание порошка путем нанесения жидкого клея с помощью струйной печати
Электронно-лучевая плавка (англ. Electron-beam melting, EBM) невозможно невозможна плавление металлического порошка электронным лучом в вакууме
Селективное лазерное спекание (англ. Selective laser sintering, SLS) невозможно невозможна плавление порошка под действием лазерного излучения
Прямое лазерное спекание металла, англ. Direct metal laser sintering, DMLS невозможно невозможна плавление металлического порошка под действием лазерного излучения
Выборочное тепловое спекание, англ. Selective heat sintering, SHS невозможно невозможна плавление порошка нагревательной головкой
Подача проволочного материала англ. Electron beam freeform fabrication, EBF возможно возможна плавление подаваемого проволочного материала под действием электронного излучения
Ламинирование Изготовление объектов с использованием ламинирования (англ. Laminated object manufacturing, LOM) возможно возможна деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер (или режущий инструмент) вырезает в каждом контуре сечения будущей детали
Точечная подача порошка Directed Energy Deposition возможно возможна подаваемый порошок плавится под действием лазерного или электронного луча
Струйная печать Метод многоструйного моделирования (Multi Jet modeling, MJM) возможно возможна рабочий материал наносится с помощью струйной печати
Замечания:
  1. Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей[4].
  2. Биопринтеры — экспериментальные установки, в которых печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки[5]. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. В 2013 году китайские учёные начали печатать уши, печень и почки — из живой ткани. Исследователи Ханчжоу Dianzi университета разработали 3D-биопринтер, названный «Regenovo». Сюй Минген, разработчик Regenovo, прогнозировал тогда, что полностью функциональные печатные органы, вероятно, будут созданы в течение ближайших десяти-двадцати лет[6][7]. В том же году исследователи из университета Хассельт в Бельгии успешно напечатал новую челюсть для 83-летней бельгийки[8]. В начале 2016 года вице-президент центра «Сколково» Кирилл Каем сообщил: «щитовидная железа, напечатанная на российском 3D-принтере…, имплантирована и успешно функционирует в организме лабораторной мыши… Они собираются печатать и другие органы, про почку речь идет, про печень. Пока все это лабораторный уровень, но это позволит и саму машину развивать»[9].

Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки:

  • Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.
  • При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке (см. статью Дельта-робот).
  • Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счёт какого-либо движителя, приводящего шасси в движение[10].
  • 3D-принтер с вращающимся столиком — использование на одной (или нескольких) осях вращения вместо линейного передвижения.
  • Ручная, когда печатающая головка выполнена в виде ручки/карандаша, и пользователь сам подносит её в то место пространства, куда считает нужным добавить выделяемый из наконечника быстро затвердевающий материал. Назван такой прибор «3D-ручка», и к 3D-принтерам может быть отнесён с известной натяжкой. Существуют варианты с использованием термополимера, застывающего при охлаждении, и с использованием фотополимера, отверждаемого ультрафиолетом[11].

Прочие технологии

  • Лазерная стереолитография (англ. laser stereolithography, SLA) — объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя[1][2][3]. Также существует вариация данной технологии — SLA-DLP, в которой вместо лазера используется DLP-проектор (в это случае слой формируется сразу целиком, что позволяет ускорить процесс печати).
    Замечание: Для принтеров с высокой разрешающей способностью, используют следующую схему: источник излучения размещают внизу (под прозрачным резервуаром с фотополимером), который формирует в зазоре между дном резервуара и предыдущим слоем (или если это первый слой — между дном резервуара и платформой) текущий слой разрабатываемого объекта, после чего платформа с объектом поднимается на толщину одного слоя.
  • Селективное лазерное спекание (также англ. Direct metal laser sintering — DMLS) — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного излучения[1][2][3]. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения пустот порошком. Для уменьшения необходимой для спекания энергии температура рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде.
  • Электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting, EBM) — аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме[1][2][3]. Крупногабаритная 3D-печать деталей из тугоплавких металлов по технологии EBAM компании Sciaky[12].
  • Моделирование методом наплавления (англ. Fused deposition modeling, FDM) — объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся в экструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя таким образом текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой[1][2][3][13]. Часто в данной технологии участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.  Пример печати текста методом FDM
  • Метод многоструйного моделирования (Multi Jet modeling, MJM) — аналогична технологии FDM, только вместо экструзии используется струйная печать.
  • Изготовление объектов с использованием ламинирования (англ. laminated object manufacturing, LOM) — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое. За счет отсутствия пустот данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, однако удаление лишнего материала (обычно его разделяют на мелкие кусочки) в некоторых ситуациях может вызывать затруднения[1][2][3].
  • 3D Printing (3DP) — аналогична технологии SLS, только здесь не используется плавление: объект формируется из порошкового материала путём склеивания, с использованием струйной печати для нанесения жидкого клея. Данная технология позволяет производить цветное моделирование за счет добавления в клей красителей (непосредственно во время печати), или за счет использования нескольких печатающих головок с цветным клеем.
  • Новая технология 3D-печати на основе ультразвуковой левитации, позволяющая создавать из подвешенных в воздухе раскаленных частиц трехмерные объекты заданной формы. Созданная учеными из Томского государственного университета технология позволит работать с взрывоопасными и токсичными субстанциями.[14]

Применение

  • Для быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.
  • Для быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства.
  • Изготовление моделей и форм для литейного производства.
  • Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами Porsche при изучении тока масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке.
  • Производство различных мелочей в домашних условиях.
  • Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например, беспилотный самолёт Polecat[en] компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
  • Разработки университета Миссури, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии — выращивание полноценных органов.
  • В медицине, при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа[15], костей, хрящевые ткани). Ведутся эксперименты по печати донорских органов[16]. Также для производства медикаментов.
  • В медицине Американское управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration — FDA) в 2015 году одобрило производство таблетки с помощью 3D-печати. Новое лекарство Spritam разработано компаний Aprecia Pharmaceuticals и предназначено для контроля судорожных приступов при эпилепсии. Компания планирует вывести Spritam на рынок в первом квартале 2016 года[17].
  • Для строительства зданий и сооружений[18][19].
  • Для создания компонентов оружия (Defense Distributed). Существуют эксперименты по печати оружия целиком[20].
  • Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили[21], телефоны, радио-электронное оборудование)
  • Пищевое производство[22].

3D-печать оружия

В 2012 году сетевая организация Defense Distributed анонсировала планы «разработать работающий пластмассовый пистолет, который любой человек сможет скачать и напечатать на 3D-принтере»[23][24]. В мае 2013 года они закончили разработку, а вскоре после этого Государственный департамент США потребовал удалить инструкции с веб-сайта[25].

21 ноября 2013 года в Филадельфии (США) был принят закон, запрещающий изготовление огнестрельного оружия с помощью 3D-принтеров[26].

В Великобритании нелегальны производство, продажа, приобретение и владение оружием, напечатанным на 3D-принтере[27].

Строительство зданий

В 2014 году начался прорыв в области строительства зданий с использованием 3D-печати бетоном.

В течение 2014 года шанхайская компания WinSun анонсировала сначала строительство десяти 3D-печатных домов, возведенных за 24 часа, а после напечатала пятиэтажный дом и особняк[28].

В Университете Южной Калифорнии прошли первые испытания гигантского 3D-принтера, который способен напечатать дом с общей площадью 250 м² за сутки.[29]

В октябре 2015 года в рамках выставки «Станкостроение» (Крокус-Экспо) ЗАО «СПЕЦАВИА» были представлены российские разработки и промышленные образцы строительных 3D-принтеров[30].

В мае 2016 года состоялось открытие первого в мире здания, напечатанного на 3D-принтере — офиса Dubai Future Foundation[31].

В феврале 2017 года первый дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, создали в России, в подмосковном Ступино. Он был целиком напечатан на стройплощадке, а не собран из деталей, созданных в заводских условиях[32].

Американская компания Apis Cor сумела построить дом с помощью 3D-принтера. Площадь — 38 м² и построен дом всего за сутки. По словам компании, материал использованный при строительстве сможет простоять минимум 175 лет. Дом оснащен всеми коммуникациями, в нём есть коридор, гостиная, ванная комната и компактная кухня. Цена такого дома составила $10 134 доллара США. Этот принтер способен построить здание любого размера и формы. Единственным ограничением являются законы физики, сообщают представители компании.[33]

Приложения

После создания 3D-модели используются САПР-системы, поддерживающие управление 3D-печатью. В большинстве случаев для печати используют формат файла STL, а также в некоторых случаях XYZ. Практически все принтеры имеют свой собственный софт для управления печатью, причём часть — коммерческие, часть с открытым исходным кодом. Например, 3D-принтеры PICASO 3D — программа Polygon, 3DTouch — Axon 2, MakerBot — MakerWare, Ultimaker — Cura.

Самовоспроизведение

Частично реплицирующийся (способный воссоздать самого себя) трёхмерный принтер RepRap версия 2.0 (Мендель)

Некоторые недорогие 3D-принтеры могут распечатывать часть собственных деталей. Один из первых подобных проектов — RepRap (реализуется английскими конструкторами из университета Бата), который производит более половины собственных деталей. Проект представляет собой разработку с общедоступными наработками и вся информация о конструкции распространяется по условиям лицензии GNU General Public License. Ярким активистом движения 3D-печати и этого сообщества можно с полной уверенностью считать молодого изобретателя из Чехии, Джозефа Пруза, в честь которого была даже названа одна из самых известных моделей трёхмерного принтера — «Mendel Prusa».

Здоровье и безопасность

Выбросы и процессы углеродных наночастиц с использованием порошковых металлов являются высоко-горючими и повышают риск взрыва пыли.

Был отмечен, по крайней мере, один случай серьезной травмы из-за взрыва, связанного с металлическими порошками, используемыми для печати с плавленной нитью.

Другие общие проблемы охраны здоровья и безопасности включают горячую поверхность УФ-ламп и блоков печатающих головок, высокое напряжение, ультрафиолетовое излучение от УФ-ламп и возможность получения повреждений механическими движущимися частями.

Проблемы, отмеченные в отчете NIOSH, были уменьшены за счет использования покрытых изготовителем крышек и полных корпусов с использованием надлежащей вентиляции, удержания работников от принтера, использования респираторов, выключения принтера, если он застрял, и использования более дешевых эмиссионных принтеров и нитей. Был отмечен хотя бы один случай тяжелой травмы из-за взрыва, связанного с металлическими порошками, используемыми для расплавленной нити. Было установлено, что индивидуальное защитное оборудование является наименее желательным методом контроля с рекомендацией использовать его только для дополнительной защиты в сочетании с утвержденной защитой от выбросов.

Опасности для здоровья и безопасности также существуют в результате последующей обработки, выполняемой для отделки деталей после их печати. Эти операции после обработки могут включать химические ванны, шлифование, полировку или пар, позволяющие улучшить чистоту поверхности, а также общие методы вычитания, такие как сверление, фрезерование или поворот, чтобы изменить печатную геометрию. Любая техника, которая удаляет материал из печатной части, может создавать частицы, которые могут вдыхаться или вызывать повреждение глаз, если не используется надлежащее личное защитное оборудование, например респираторы или защитные очки. Каустические ванны часто используются для растворения материала носителя, используемого некоторыми 3D-принтерами, что позволяет им печатать более сложные формы. Эти ванны нуждаются в средствах индивидуальной защиты, чтобы предотвратить повреждение кожи.

См. также

Ссылки

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 Слюсар, В.И. Фаббер-технологии: сам себе конструктор и фабрикант.. Конструктор. – 2002. - № 1. C. 5 - 7. (2002).
  2. 1 2 3 4 5 6 Слюсар, В.И. Фаббер-технологии. Новое средство трехмерного моделирования.. Электроника: наука, технология, бизнес. - 2003. - № 5. C. 54 - 60. (2003).
  3. 1 2 3 4 5 6 Слюсар, В.И. Фабрика в каждый дом.. Вокруг света. – № 1 (2808). - Январь, 2008. C. 96 - 102. (2008).
  4. ↑ Contour Crafting, University of Southern California
  5. ↑ 3D bioprinting of tissues and organs // Nature Biotechnology № 32, 773—785 (2014), doi:10.1038/nbt.2958
  6. The Diplomat. Chinese Scientists Are 3D Printing Ears and Livers – With Living Tissue. Tech Biz. The Diplomat (15 августа 2013). Проверено 30 октября 2013.
  7. ↑ How do they 3D print kidney in China. Проверено 30 октября 2013.
  8. ↑ Mish's Global Economic Trend Analysis: 3D-Printing Spare Human Parts; Ears and Jaws Already, Livers Coming Up ; Need an Organ? Just Print It. Globaleconomicanalysis.blogspot.co.uk (18 августа 2013). Проверено 30 октября 2013.
  9. ↑ Представитель Сколкова: напечатанный на российском 3D-принтере орган успешно вживлен мыши // ТАСС
  10. ↑ Самоходные строительные печатающие модули
  11. ↑ Термополимер используют в 3D-ручке 3Doodler (англ.)русск. и её клонах. Томскими учёными запатентована технология 3D-ручек с холодными чернилами, использующая полимерную пасту (ароматизированную, магнитную, светящуюся в темноте, токопроводящую, термоконтрастную), затвердевающую под действием ультрафиолета Российские учёные создали первую в мире 3D-ручку с холодными чернилами
  12. ↑ Крупногабаритная 3D-печать металлами по технологии EBAM компании Sciaky
  13. ↑ Лаборатория 3D. 3D-печать методом FDM // zen.yandex.ru
  14. ↑ В Томске придумали новую технологию 3D-печати (рус.), INFOX.ru. Проверено 19 января 2018.
  15. ↑ Технология Oxford Performance Materials по производству имплантатов с помощью 3D-печати одобрена в США. Пострадавшему в автокатастрофе имплантировали 75 % черепной коробки.
  16. ↑ Эксперименты университета Гериот-Ватт (Эдинбург, Шотландия) по 3D-печати стволовыми клетками.
  17. ↑ First 3D-printed pill approved by US authorities — BBC News
  18. ↑ TEDxOjai — Behrokh Khoshnevis — Contour Crafting: Automated Construction // TED Talk
  19. ↑ Первое полностью напечатанное жилое здание появится в Амстердаме.
  20. ↑ Should We Print Guns? Cody R. Wilson Says «Yes» (Video)
  21. ↑ Представлен первый автомобиль, созданный с помощью 3D-принтера.
  22. ↑ Печатная еда будущего: забудь про магазины // Cnews, 2013-03-20
  23. Greenberg, Andy. 'Wiki Weapon Project' Aims To Create A Gun Anyone Can 3D-Print At Home, Forbes (23 августа 2012). Проверено 27 августа 2012.
  24. Poeter, Damon. Could a 'Printable Gun' Change the World?, PC Magazine (24 августа 2012). Проверено 27 августа 2012.
  25. ↑ Blueprints for 3-D printer gun pulled off website. statesman.com (May 2013). Проверено 30 октября 2013.
  26. Михаил Карпов. В США начали запрещать напечатанное на 3D-принтерах оружие (25 ноября 2013). Проверено 12 декабря 2013. (недоступная ссылка)
  27. ↑ В США появился первый запретивший «печать» оружия город // Lenta.ru, 2013-11-25
  28. ↑ Шанхайская WinSun напечатала пятиэтажный дом и особняк.
  29. ↑ Гигантский 3D-принтер, способен напечатать дом.
  30. ↑ Аддитивные строительные технологии  (недоступная ссылка — история). Архивировано 22 декабря 2015 года.
  31. ↑ Dubai says opens world's first functioning 3D-printed office (англ.). Рейтер (24 May 2016). Проверено 22 декабря 2016.
  32. ↑ В подмосковном Ступино распечатали коттедж на 3D принтере - Novostroy.ru (рус.). www.novostroy.ru. Проверено 22 февраля 2017.
  33. ↑ Создан 3D принтер способный печатать дома, theUK.one.

wiki.sc

ЧТО ТАКОЕ 3D-ПРИНТЕР - Описание и видео

Ламинирование — деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контуре сечения будущей детали.

Струйная:

  • Застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.
  • Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.
  • Склеивание или спекание порошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельчённой бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.
  • Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей.
  • Биопринтеры — ранние экспериментальные установки, в которых печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки:

  • Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.
  • При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке (см. статью Дельта-робот).
  • Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счёт какого-либо движителя, приводящего шасси в движение.
  • Ручная, когда печатающая головка выполнена в виде ручки/карандаша, и пользователь сам подносит её в то место пространства, куда считает нужным добавить выделяемый из наконечника быстро затвердевающий материал. Назван такой прибор «3D-ручка», и к 3D-принтерам может быть отнесён с известной натяжкой. Существуют варианты с использованием термополимера, застывающего при охлаждении, и с использованием фотополимера, отверждаемого ультрафиолетом.

Существующие технологии

  • Лазерная стереолитография (англ. laser stereolithography, SLA) — объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя.
  • Селективное лазерное спекание (англ. selective laser sintering, SLS) (также англ. Direct metal laser sintering — DMLS) — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения пустот порошком. Для уменьшения необходимой для спекания энергии температура рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде.
  • Электронно-лучевая плавка — аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме.
  • Моделирование методом наплавления — объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся в экструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя таким образом текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой. Часто в данной технологии участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.
  • Изготовление объектов с использованием ламинирования (англ. laminated object manufacturing, LOM) — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое. За счет отсутствия пустот данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, однако, удаление лишнего материала (обычно его разделяют на мелкие кусочки) в некоторых ситуациях может вызывать затруднения.

Применение технологии

  • Для быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.
  • Для быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства.
  • Изготовление моделей и форм для литейного производства.
  • Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами Porsche при изучении тока масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке.
  • Производство различных мелочей в домашних условиях.
  • Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например, беспилотный самолёт Polecat[en] компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
  • Разработки университета Миссури, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии — выращивание полноценных органов.
  • В медицине, при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа, костей, хрящевые ткани). Ведутся эксперименты по печати донорских органов. Также, для производства медикаментов. FDA одобрило таблетку, производимую с помощью 3D-печати.
  • В медицине, Американское управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration – FDA) в 2015 году одобрило производство таблетки с помощью 3D-печати. Новое лекарство Spritam разработано компаний Aprecia Pharmaceuticals и предназначено для контроля судорожных приступов при эпилепсии. Компания планирует вывести Spritam на рынок в первом квартале 2016 года.
  • Для строительства зданий и сооружений.
  • Для создания компонентов оружия (Defense Distributed). Существуют эксперименты по печати оружия целиком.
  • Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили, телефоны, радио-электронное оборудование).
  • Пищевое производство.

Приложения

После создания 3D-модели используются САПР-системы, поддерживающие управление 3D-печатью. В большинстве случаев для печати используют формат файла STL. Практически все принтеры имеют свой собственный софт для управления печатью, причём часть — коммерческие, часть с открытым исходным кодом. Например, 3D-принтер Picaso Builder — программа Polygon, 3DTouch — Axon 2, MakerBot — MakerWare, Ultimaker — Cura.

Самовоспроизведение

Некоторые недорогие 3D-принтеры могут распечатывать часть собственных деталей. Один из первых подобных проектов — RepRap (реализуется английскими конструкторами из университета Бата), который производит более половины собственных деталей. Проект представляет собой разработку с общедоступными наработками и вся информация о конструкции распространяется по условиям лицензии GNU General Public License. Ярким активистом движения 3D-печати и этого сообщества можно с полной уверенностью считать молодого изобретателя из Чехии, Джозефа Пруза, в честь которого была даже названа одна из самых известных моделей трёхмерного принтера — «Mendel Prusa».

3D-печать оружия

В 2012 году сетевая организация Defense Distributed анонсировала планы «разработать работающий пластмассовый пистолет, который любой человек сможет скачать и напечатать на 3D-принтере». В мае 2013 года они закончили разработку, а вскоре после этого Государственный департамент США потребовал удалить инструкции с веб-сайта.

21 ноября 2013 года в Филадельфии (США) был принят закон, запрещающий изготовление огнестрельного оружия с помощью 3D-принтеров.

В Великобритании нелегальны производство, продажа, приобретение и владение оружием, напечатанным на 3D-принтере.

Видео 3d-принтер

Чудо техники - 3D-принтеры

Топ 3 напечатанных на 3D-принтере вещей

3D принтер — Как работает 3Д принтер (печать оружия) Обзор!

Printing a vase with FUS3D Printer - My home made 3D Printer

Огромный 3D принтер для строительства домов. Эволюция принтеров

В Китае при помощи гигантского 3D принтера построили небольшой поселок из 10 домов.

Печатать дома на принтере начали в Китае. Технология действительно дешёвая, а скорость строительства необычно высокая. Небольшой дом можно построить всего за сутки, а за неделю большой павильон площадью 1400 квадратных метров.

Искусственный интеллект в 3D виртуальном ребенке

Сотрудникам новозеландской Лаборатории Анимационных технологий удалось объединить продвинутый искусственный интеллект на основе нейронных сетей и внешность маленькой девочки. Проект получил название "Baby X" и сейчас уже тестируют третью программную версию этого интересного эксперимента.

(wiki)



highstar.ru

3D-принтер что такое?

Распечатывать картинки научились уже давно. Хотя, собственно говоря, не так уж давно. Сначала принтеры печатали только текст одним-единственным шрифтом, как на пишущей машинке.

А потом на этих принтерах с помощью букв и цифр удавалось даже нарисовать изображение. Это была так называемая матричная печать.

Струйная и лазерная печать позволили без труда печатать черно-белые и цветные изображения практически любой степени разрешения всех цветов и оттенков.

Но идея печатать трехмерные материальные объекты никогда не покидала разработчиков.

И вот стали совершенно реальными принтеры, которые печатают не картинку на бумаге, а объект в пространстве. Пространство имеет 3 измерения, поэтому такие принтеры получили название 3D-принтеры или, говоря простыми словами, трехмерные принтеры. Итак, 3D-принтеры: что такое, как работает и что можно напечатать с его помощью?

Распечатать или воссоздать трехмерное изделие сразу, одним махом невозможно. Поэтому и трехмерные принтеры распечатывают такие объекты слой за слоем, также как лазерные или струйные двухмерные принтеры распечатывают картинку строка за строчкой.

Распечатанное на принтере 3D модель – это не рисунок на бумаге. Это полноценный материальный объект, который можно взять в руки, перенести, поставить, убрать и наконец использовать по назначению.

3D-принтер – это устройство, которое позволяет создавать изображение в трехмерном измерении.

Такой принтер слой за слоем распечатывает цифровую трехмерную модель.

В качестве материала для создания модели, как правило, используется специальный пластик.

Предпосылки создания 3D-принтера

Первые попытки создания технологии трехмерной печати делали еще в 80-х годах. В то время был разработан стереолитограф, с помощью которого можно было создавать 3D-объекты из жидкого фотополимерного пластика. Технология в таком оборудовании основывается на свойствах фотополимеров – под воздействием лазера он застывает, приобретая твердую форму пластика.

Еще одним предшественником современного 3D-принтера стала технология «лазерного спекания». Основой для создания объемных моделей является порошок легкоплавкого пластика. От воздействия лазера пластик плавится, а затем спекается в единую массу. А чтобы от сильного нагрева пластик не воспламенился, в рабочую камеру закачивают инертный газ. Сложность обслуживания такого оборудования не позволяет такие принтеры использовать в домашних условиях.

Современный домашний 3D-принтер

Уже сегодня есть модели 3D-принтера для дома. Правда, стоимость их достаточно высока.

Как работает 3D-принтер?

Работает следующим образом: к рабочему элементу – головке-экструдеру подается пластиковая нить, он ее плавит и через сопло наносит в нужную точку распечатываемого слоя. При комнатной температуре пластик очень быстро застывает, что позволяет беспрерывно печатать, создавая слой за слоем объемный объект.

Каких-либо специальных условий при обслуживании 3D-принтера для дома не требуется, кроме затрат на печать (стоимость одного килограмма пластиковой нити 50-60 долларов).

В процессе печати такой принтер, можно сказать, прямо в воздухе из расплавленной нити воссоздает материальный объект. Данный объект предварительно должен быть оцифрован и в виде файла находиться в компьютере. Далее с помощью драйвера из цифровой модели объекта воспроизводятся такие движения печатающей головки, чтобы вытекающая из них расплавленная нить в конечном итоге застыла в виде точной копии оцифрованного объекта.

Встает собственно вопрос, а что это за цифровая модель материального объекта? Это файл, в котором специальным образом описано устройство этого объекта. Также как в текстовых файлах содержится модель текста, в графических файлах – модель картинок, в видео-файлах содержится модель видео изображения со звуком.

Мы привыкли к тому, что в таких файлах есть соответствующие расширения, по которым мы легко определяем, что за информация в них хранится. Например, расширение .txt и .doc – это тексты. Расширение .jpg и .png – это картинки. Расширение .avi и .mpeg4 – это видео. Также и у файлов 3d-моделей должны быть свои, отличные от других расширения файлов.

А как создать такие файлы? Для этого нужны соответствующие программы-конструкторы, равно как для создания текстов нужен текстовый редактор, для создания картинок нужен графический редактор.

Также уже существуют 3D-сканеры, позволяющие автоматизировать процесс создания 3D-файла также, как привычный сканер создает файл с только что отсканированным им изображением.

Как видим, технология работы с 3D-принтером и 3D-моделями во многом схожи с привычными методами и приемами работы с компьютерными файлами.

3D-принтер открывает новые возможности

Благодаря технологии 3D-принтера возможно печатать очень сложные трехмерные модели. Например, можно распечатать проекционную модель здания, причем точность передачи объекта может доходить до 100 микрон. Интересно, что 3D-принтеру под силу распечатывать даже модели с подвижными частями уже в сборе.

3D-принтеры для дома еще достаточно дороги, но многие уже оценили возможности такого оборудования. Эти принтеры пока более актуальны в научных институтах. Ведь благодаря им появилась возможность быстро и относительно просто воссоздавать разработанные прототипы, не прибегая к услугам опытного или серийного производства.

Оценили возможности 3D-принтеров люди разных профессий.

  • Ювелирам теперь проще создавать новые украшения самых разнообразных форм.
  • Понравилась новинка и археологам, так как при необходимости можно сделать точную копию найденной находки.
  • А в археологии очень трепетно относятся к оригиналам, стараясь лишний раз к ним даже не прикасаться.

3D-принтеры действительно открывают огромные возможности во всех сферах деятельности человека. Интересно, что существуют 3D-принтеры, которые печатают не пластиком, а шерстью, металлом и даже есть тестовые модели, печатающие пиццу.

Видео “В России напечатали первый жилой 3D-дом”

Мечтой ученых, которая скоро может стать былью – воссоздание человеческих органов, а так же создание бытовых «пищевых принтеров», которые из углеводов и белков смогут производить настоящие продукты. «Фантастика!», – скажете Вы… Возможно… но уже сегодня активно ведутся разработки технологии 3D-печати живой ткани с помощью стволовых клеток.

Сканирование 3D-объекта и последующая передача его модели в виде файла в любую точку мира, где есть Интернет, и там распечатка с помощью 3D-технологии – чем не быстрая передача материального объекта на любые расстояния? Об этом пока еще можно только мечтать. Но не за горами то время, когда можно будет позвонить или через Интернет сделать заказ пиццы на дом, оплатить этот заказ опять же через Интернет, и тут же у себя на кухне распечатать горяченькую пиццу. Приятного аппетита!

За 3D-технологиями большое будущее. Пока мы еще стоим в самом начале этого пути. Но ведь матричные принтеры, которые могли печатать только текст – это не такое уж отдаленное прошлое. И кто тогда мог представить, какие возможности открывает технология печати?!

 

P.S. Как Вы считаете, можно ли сравнить компьютерную грамотность с Джином, выпущенным из кувшина? Еще по теме:

Картридж для принтера: заправить или купить?

Что такое сканер и как им пользоваться

Что значит iPad и для чего он сгодится?

Что такое гаджет и что такое виджет?

Что такое планшетный ПК?


Получайте актуальные статьи по компьютерной грамотности прямо на ваш почтовый ящик.
Уже более 3.000 подписчиков

.

Важно: необходимо подтвердить свою подписку! В своей почте откройте письмо для активации и кликните по указанной там ссылке. Если письма нет, проверьте папку Спам.

Автор: Надежда

19 декабря 2014

www.compgramotnost.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *