Спецпроект

Что такое 3D-печать?


Зачем что-то покупать, если можно напечатать?

Вряд ли в современном мире найдется человек, который хотя бы краем уха не слышал о 3D-печати. Получив патент еще в 80-х годах, технология начала набирать популярность только сейчас, и это вполне обоснованно — появилось больше перспективных идей и возможностей для ее развития. Раньше Impact Lab уже побывал в гостях у Fabricator/FabLab: мы попытались разобраться, как работают 3D-технологии, и сами запустили в работу 3D-принтер. Что из этого получилось, можно посмотреть здесь.

Что  особенного в 3D-печати и зачем такой принтер нужен в каждом доме? Рассказываем, как работает эта технология, оцениваем все за и против.

 

Как работает 3D-печать?

Сначала программа создает на компьютере образец 3D-модели, а потом «строит» по нему реальный объект. Пошаговый алгоритм создания выглядит так.

Шаг 1. Создание 3D-модели объекта на компьютере и сохранение в специальном файловом формате (для трехмерных объектов).

Шаг 2. Файл загружается в программу, которая позволяет задавать физические свойства модели (например, плотность заполнения).

Шаг 3. Программа преобразует 3D-модель в G-код (он определяет, как должен выполняться каждый слой модели).

Шаг 4. Код загружается в принтер, начинается печать.

Шаг 5. В принтер заряжают специальную нить, он ее втягивает и расплавляет для того, чтобы материал стал жидким и ему можно было придать форму.

Так получается вполне реальное изделие. В отличие от обычного принтера, 3D-технология может создавать трехмерные физические объекты.

Оборудование обычно работает с пластиком, керамическим порошком, металлоглиной или фотополимерными смолами, но перечень материалов постоянно растет и тестируется.

3D, Принтер, Печать, Технология, 3D Модель

Виды 3D-печати

Для создания разных объектов используются разные 3D-технологии. Они могут отличаться скоростью, точностью и материалами для печати.

Моделирование методом наплавления (fused deposition modeling, FDM) — самая удобная и широко применяемая модель 3D-печати. Она представляет собой идеальное соотношение цены и качества и обеспечивает высокую механическую, химическую и термическую прочность деталей. Каждый новый слой изделия формируется из жидкого пластика, который пропускается через экструдер (программируемое устройство, придающее ему определенную форму) и после этого отверждается лазером. Затем отвержденный слой смещается вниз, экструдер придает форму новому слою, и он наплавляется сверху на предыдущий и т. д.

Лазерная стереолитография (laser stereolithography, SLA) — метод, который используется для создания объектов с маленькими деталями. Одним из главных преимуществ является скорость печати. Внутри принтера помещается ванна, в которой находится жидкий фотополимер. Фотополимеры – это пластмассы или смолы, которые затвердевают при воздействии света. По поверхности смолы движется лазерный луч, и там, где он ее касается, смола отвердевает. В фотополимерном бассейне есть платформа, которая после каждого затвердевания опускается немного вниз. Таким образом, объект печатается по рядам, как текст в обычном принтере.

Селективное лазерное спекание (selective laser sintering, SLS) чаще всего используется в промышленном производстве для изготовления прочных металлических элементов. Принцип работы напоминает лазерную трубу, в которой находится платформа. В начале печати она находится наверху, а материал распределяется по платформе тонким слоем при помощи валика. Затем по платформе начинает перемещаться лазерный луч, нагревая определенные точки в порошке, так что они соединяются и образуют первую плоскость объекта. После этого платформа движется немного вниз, и процесс начинается снова. Таким образом объект строится по слоям.

Приспособления для ручной печати — скорее не печатные устройства, а ручки для рисования трехмерных объектов. Такой себе инструмент, способный рисовать в воздухе. Напоминает FDM-технологию, но сфера использования намного шире — от художественных экспериментов до бытовых предметов.

Преимущества и недостатки 3D-печати

3D-принтер обладает множеством преимуществ по сравнению с обычным принтером.

  1. Экономия. Например, для создания какой-либо 3D-детали вручную может уйти огромное количество времени — от нескольких лет до нескольких месяцев. В случае с трехмерной печатью сокращаются расходы на разработку и уменьшается срок самого серийного производства.
  2. Детализация. Благодаря 3D-технологиям можно исключить ручной труд и необходимость делать чертежи на бумаге. Программа позволяет увидеть модель на экране, «покрутить» ее, рассмотреть со всех ракурсов и выявить недостатки еще в процессе разработки, а не в процессе создания.
  3. Качество. Метод 3D-производства отличается от работы на станках, поэтому слабых мест и изъянов в процессе намного меньше.
  4. Экологичность. 3D-принтеры производят значительно меньше отходов, чем традиционная обработка, так как технология сокращает расходы.
  5. Разнообразие материалов. С помощью трехмерной печати можно симулировать керамику, стекло, металл, пластик и другие вещества — это намного разнообразней, чем сырье при традиционных методах производства.

Специалисты выделяют также недостатки 3D-печати, акцентируя на том, что мир движется к избавлению от пластика, а трехмерные принтеры в большинстве случаев работают именно с ним. А если 3D-печать будет применяться в промышленных масштабах, то использование пластмассы станет серьезной экологической проблемой. Также отмечают, что трехмерный принтер в домашних условиях может быть опасным для здоровья, так как он выделяет частицы, по химическому составу похожие на выделения от сигарет.

Принтер, 3D, Печать, 3D-Печать, Белый, 3D Модель

Как все начиналось

Все началось в 1984 году, когда компания Charles Hull разработала технологию трехмерной печати для создания разных объектов. Через два года эта же компания запатентовала технику стереолитографии — технологии быстрого прототипирования. Компания создала первый промышленный 3D-принтер, а уже в 1988 году другая компания – 3D Systems – разработала модель 3D-принтера для печати в домашних условиях. Представляешь? Уже в 80-х была возможность купить себе домой принтер для трехмерной печати. Но только в 1993 году была основана компания Solidscape, которая приступила к серийному производству принтеров на струйной основе, то есть они могли воспроизводить небольшие детали с идеальной поверхностью.

Тем не менее пик развития 3D-технологий все же пришелся на XXI век. Первый такой принтер, способный печатать в цвете, появился в 2005 году (выпущенный компанией Z Corp). Более того, за последние 10 лет такие принтеры существенно упали в цене, что делает технологию более привлекательной как для технологических компаний, так и для обычного потребителя. Сегодня сфера применения трехмерной печати постоянно расширяется. Оказалось, ей подвластно почти все – от мебели до коралловых рифов и человеческих органов. Кажется, совершенству 3D-печати нет предела.

Где применяется 3D-печать?

В медицинской сфере: трехмерная печать очень востребована среди хирургов, так как позволяет печатать прототипы и готовые импланты, протезы, ортопедические корсеты. Технология позволяет создавать живые ткани, кости и органы, идентичные человеческим. В качестве материалов можно использовать даже живые органические клетки.

В строительстве: специалисты предполагают, что в скором будущем упростится и ускорится процесс возведения зданий. Например, калифорнийские инженеры создали систему 3D-печати для крупногабаритных предметов: она работает по принципу строительного крана, который возводит стены из слоев бетона. Всего за 20 часов такой принтер сможет построить двухэтажный дом.

В дизайне: благодаря точности и скорости воспроизведения с помощью 3D-печати дизайнеры выпускают ювелирные изделия, обувь и предметы интерьера. Прочность используемых материалов обычно высокая, что позволяет предметам служить своим владельцам долгое время.

3D-технологии также позволяют создавать предметы искусства, игрушки или прототипы потребительских товаров. Есть перспективы даже в сфере пищевой промышленности — 3D-принтер может печатать еду для космонавтов. Широкую известность получила история с орлом, который по вине браконьеров потерял клюв. С помощью трехмерной печати для птицы напечатали его точную копию. Так 3D-печать ускоряет процессы производства и спасает жизни (не только человеческие).

sfery-primenenija-3d-pechati-22

Какими будут 3D-технологии в будущем?

3D-печать — это самая настоящая «настольная» фабрика для производства. Уже сейчас технология дает возможность значительно ускорить и сократить процесс производства, а в будущем специалисты обещают совершенствование принтеров и расширение функционального спектра. Через несколько лет 3D-принтеры станут качественнее, надежнее и доступнее. Несмотря на то, что сейчас они применяются практически во всех возможных сферах, в будущем технологии предвещают еще более масштабное распространение. Представьте, насколько упростятся все процессы, если у каждой семьи будет возможность купить 3D-принтер? Даже игрушки дети смогут печатать себе сами 🙂

К наиболее футуристическим сценариям развития технологий также относится план Европейского космического агентства — создание постоянного 3D-печатного поселения на Луне. Лунную почву также планируют использовать в качестве материала для трехмерной печати «Лунной деревни». По самым пессимистичным прогнозам, к следующему году рынок 3D-печати может вырасти до $11 млрд. ING Analytics считают, что через 40 лет 50% всего, что производит мировая индустрия, будет напечатано. Другими словами, мировая экономика должна подготовиться к промышленной революции.

Артем Мачача, коммерческий директор STEREOFORMA (компания, которая специализируется на 3D-печати):

Бум начнется, когда 3D-принтеры смогут печатать любыми материалами. Уверен, что наше поколение станет свидетелем того, как можно будет напечатать человека

Это касается тебя, потому что…

3D-печать – это аддитивная технология, за которой без преувеличения будущее производства. Это существенно изменит наши потребительские привычки и рынок в целом: зачем идти в магазин за пуговицей, если ее можно напечатать? Предлагаем начать подготовку и изучить работу технологии сейчас, чтобы знать, как уже через пару лет обеспечить свою семью всеми необходимыми предметами.

Подписывайтесь на нас в Facebook!

Написать комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.