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.

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.

Z510

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.

katushki

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

121112234308

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.

Напечатано на 3D принтере

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.

sla-hd-printer-7

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

SCI-Duffy-Pic-2-SLA

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.

SLA

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.

Dimension3D

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:

uncia4

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.

arcam

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:

arcam-3d-printer-ebm-1

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

Технология НРМ (FDM) HPM

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.

top_luchshih_podarkov_9

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:

765276d1d3f5c2e30d34892c9ba08ea9

9c3cb892265f7da20c37d02ecf66149f

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.

3dcorp_ruZprinter-450-1

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.

mcor3

mcoriris6

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.

p1010037-3

 

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.

Zprint8506

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.

Другие интересные статьи

Написать комментарий

29 комментариев

15 Дек, 2014

Очень интересная статья. Спасибо большое автору. В голове все равно не укладывается, что уже такие фантастические вещи стали реальностью. Странно, что подобное чудо еще так активно не афишируется, изобретение достойно общественности, чтобы как можно больше людей о нем узнали.

16 Дек, 2014

Как говорилось в одном из известных мультфильмов: «До чего техника дошла». Теперь в реальность можно воплощать самые смелые идеи и при этом не надо тратить огромное количество времени для этого процесса.

16 Дек, 2014

Слышала раньше о 3D принтерах, но не могла понять, где можно его применить и как он работает. Соглашусь, как то странно думать, что это возможно.

16 Дек, 2014

Действительно, мы живем в молниеносно-развивающемся мире технологий.

Это невероятно. Вот они — новые технологии!!! Думаю, скоро такие принтеры войдут в широкий обиход. И, очень надеюсь, что когда-то они «научатся печатать» органы для трансплантации!

17 Дек, 2014

Популярность 3d печати абсолютно понятна, ведь она помогает людям посмотреть на мир с другого ракурса, а это всегда привлекает.

17 Дек, 2014

Действительно, так это здорово и необычно — можно бизнес собственный легко организовать, штамповать сувенирчики какие-нибудь. Думаю, и дальше развиваться эта технология будет.

17 Дек, 2014

3D принтеры действительно очень популярны в наше время , рекомендую всем к покупке.

17 Дек, 2014

Очень интересная статья! Если честно, совсем не так себе представляла эту технологию… И правда, как быстро развивается техника!

17 Дек, 2014

Какое-то время 3d принтеры уже облегчают людям процесс изготовление различных трудоёмких разработок. Недавно узнал, что изобретён принтер, делающий конфеты, стоимостью всего 5000 у.е. Круто.

18 Дек, 2014

Наслышана о 3d принтерах, правда никогда не задавалась вопросом КАК же все-таки они работают. Я немного по-другому представляла себе этот процесс. И еще интересно стало, сколько по времени в среднем занимает процесс создания модели?

18 Дек, 2014

Подробное и наглядное объяснение. Подумалось насчёт игрушек и различных сувениров: раньше их выплавляли из нескольких частей, пару раз уронишь такую вещь, и она раскалывалась на части. А если те же игрушки творить с помощью 3D-принтеров, они ведь надёжнее на выходе получатся — бросай сколько хочешь, не сломаются.

19 Дек, 2014

Для меня сегодняшний день — день открытия. Я отношусь к тем людям, которые ранее ничего не знали о 3D-печати и 3D-принтерах. Спасибо, что просветили )) Мне интересно, какая скорость печати, например, чехла на телефон, как на видео и, главное, какова стоимость такой печати?

19 Дек, 2014

Скорость печати напрямую зависит от выбранных параметров — скорости, толщины слоя, ну и конечно принтера. В черновом варианте можно напечатать за 30 минут, а если выбрать качество, то и все 5-10 часов. Стоимость не велика, 1 кг. пластика сейчас стоит порядка 1300 рублей, можно напечатать 50-100 таких чехлов. Конечно, стоимость будут падать.

19 Дек, 2014

Слышала о возможности восстановлении лица человека по найденному черепу, о выращивании искусственной кожи. Но даже не подозревала, что это все делается с помощью принтера. Прочитала статью, посмотрела видео и пытаюсь привести свои мысли в порядок и осознать, что это — реалии, а не фантастика.

20 Дек, 2014

Ух, ты это невероятно. Эра информационно технологического прогресса говорит сама за себя. Сложно представить что будет в скором будущем, а ведь несколько десятков лет назад человечество и слова такого как принтер не знало, что уж говорить о 3d.

20 Дек, 2014

У меня это не помещается в голове, я с трудом верю, что такое может быть. Вижу своими глазами, и всё равно не верю, настолько это выглядит нереально, и ни на что не похоже. Видимо, к этому надо привыкнуть. Прогресс идёт семимильными шагами, и сознание не успевает под него перестроиться.

22 Дек, 2014

Спасибо за полезную информацию. В статье прекрасно рассказано о многих возможностях 3d печати. В скором времени трудно будет представить хотя бы одну сферу жизни где бы не использовалось это чудо современных технологий.

23 Дек, 2014

Хочу такой принтер ! :)

26 Сен, 2016

Сейчас это уже не проблема. Можно собрать самому, очень интересно и увлекательно (особенно если есть свободное время). Вот здесь 220v.biz продаются все запчасти для 3д принтера.

24 Дек, 2014

Наука и прогресс постоянно в движении, человеческий разум постоянно создает то, что ещё совсем недавно казалось фантастикой. Один из примеров тому это 3D печать, интересно и доступно описанная в данной статье.

24 Дек, 2014

Посмотрим, пригодится ли это вообще миру )

25 Дек, 2014

Много слышала о подобных принтерах, но очень хочу посмотреть на них в жизни. Наука развивается очень быстро, возможно, через 30-40 лет ни кого не удивит 3D печать человеческих органов, которая избавит людей от многих болезней. Наша фантазия не может вместить всё, что человек ещё придумает и воплотит в жизнь.

23 Фев, 2015

Продемонстрировали бы наглядно ещё печать человеческой почки, а то что-то сомнительно… фигурку из пластика (и даже дом из бетона) это понятно, а вот сложный живой орган, да ещё чтобы был функциональным… ой, сомнительно!

27 Фев, 2015

Смотрела по телевизору передачу про 3D принтеры.Это прямо какое-то фантастическое будущее, которое происходит у нас на глазах. Лишь бы дали нормально развиваться такому полезному делу.

03 Мар, 2015

Это и вправду удивительно, достаточно сделать чертеж какой-нибудь штучки, чтобы получить ее наяву.

15 Май, 2015

напечатать можно что угодно, кроме человеческой совести и положительных качеств человека. Именно страсти человека исказили истинный смысл жизни человека.

Да, спасибо автору, все коротко и понятно. Наверное, все это уже когда-то было, как ковры-самолеты, блюдечко с экраном, и прочие сказки, ставшие явью. Не случайно мой отец, строитель, всегда говорил: «Что нам стоит дом построить, нарисуем — будем жить». Наверное, эту поговорку многие знают, откуда она?

26 Сен, 2016

Уже настало время 3Д принтеров (не фантастика как некоторые могут подумать). Лет через 5-10 3д принтер будет обычным устройством как и обычный 2д принтер. 220v.biz