Для чего 3д принтер


3D-принтер: что это и как он работает? | GeekBrains

Описание возможностей 3д принтера и история его появления.

https://d2xzmw6cctk25h.cloudfront.net/post/1999/og_image/501bb6c82a53bb3bc2a0fee73b0c9e9e.png

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома. 

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно. 

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию - предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками. 

Первый 3D-принтер. Источник: habr

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать тестового образца почки. Источник: BBC

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина. 

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

  • экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей; 
  • рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
  • линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
  • фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
  • рама — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D-принтера. Источник: Lostprinters

Все это управляется компьютером.

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком. 

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу: его создают на компьютере в специальной программе, затем сохраняют в формате STL. Этот файл выводят в программу резки для принтера — она помогает задать модели физические свойства изделия, например плотность. Далее программа преобразует модель в инструкцию для экструдера и выгружает ее на принтер, который начинает печатать изделие.

3D-чертеж легко сделать в домашних условиях — почитайте инструкцию на habr. 

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

  1. Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
  2. Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать. 
  3. Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
  4. Наблюдать за печатью.

Можно ли применять напечатанные изделия

Зависит от качества материала, принтера и конечного изделия. Часто домашние принтеры неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нужно дополнительно обработать: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами и почти всегда с ребристой поверхностью. 

Изделие после и до обработки. Источник: 3D-Today

Для обработки поверхности есть несколько способов — не все подходят для домашнего применения:

  • механическая обработка — шлифовка вручную, срезание заусенцев;
  • химическая — погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение спецраствора кисточкой. 

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel. 

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Прототипы детских протезов, 3D-печать. Источник: 3D-Pulse

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

Одно из победивших блюд шеф-повара. Источник: 3D-Pulse

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Технологии 3D-печати 

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины. 

Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.

Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения. 

Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении. 

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.

Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

На атлете — кроссовки New Balance, которые изготовили с помощью лазерного спекания. Источник: 3D-Today

Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.

Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие. 

Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли. 

Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems. 

Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.

Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома. 

Эти конфеты сделали на кондитерском струйном 3D-принтере ChefJet: вместо пластика он использует воду, сахар, шоколад и пищевые красители. Источник: 3Dcream.ru

Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани. 

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере. 

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет. 

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит. 

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования». 

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.

Что такое 3D-принтер? Введение в 3D-принтеры

3D-печать - это революционная технология, которая в последнее время произвела ажиотаж из-за их гениальной концепции, использованной в их изобретении, и огромного потенциала для влияния на текущий производственный процесс. Несравненное устройство, которое используется для создания трехмерного объекта из цифрового файла; 3D-принтеры создали чудеса в цифровом мире принтеров. Практика создания трехмерного объекта использует химический подход и аддитивные процессы, при которых объект изготавливается путем организации ряда его покрытий друг над другом до тех пор, пока неповрежденный объект не будет сформирован.Каждое из этих покрытий представляет собой очень мелко нарезанный горизонтальный кусок готового объекта, который должен быть изготовлен принтером.

Что такое 3D-принтер?

3D-принтеры

используются для создания трехмерных объектов и объектов путем печати. Этот процесс также называется аддитивным производством. В этих принтерах последовательные пленки и слои определенного материала укладываются под управлением компьютера. Объекты, которые создаются на этих принтерах, могут иметь любую форму, размер и геометрию.Принтеры последовательно размещают материал на порошковой подушке, к которой прикреплены головки струйных принтеров. Хотя их обычно называют 3D-принтерами или 3D-печатными машинами, в технических стандартах эти устройства называются , процесс аддитивного производства .

Как работают 3D-принтеры?

Эти принтеры в первую очередь формулируют фундаментальный дизайн объекта, который вы хотите создать. Этот план создается с помощью файла САПР, который применяет программу трехмерного моделирования, которая используется для создания нового проекта, или он также может использовать трехмерный сканер, который дублирует точную модель объекта, а также создает трехмерный цифровой файл объекта.Эти сканеры объединяют различные методы создания 3D-моделей. Для создания цифрового файла для печати программное обеспечение, используемое в 3D-моделировании, разбивает окончательную модель на миллионы слоев. Когда эти фрагменты загружаются в принтер, конечный объект может быть создан путем наложения слоев друг на друга. 3D-принтер изучает каждый 2D-фрагмент изображения и создает окончательный объект, создавая трехмерную модель изображения. Is

Это видео объясняет весь процесс 3D-печати.

Технологии, используемые в 3D-принтерах

В различных типах 3D-принтеров используются разные технологии. Существует множество способов печати, которые отличаются только способом построения слоев для завершения абсолютного объекта. В то время как некоторые из технологий используют процесс плавления для получения слоев, для которых они используют процесс либо селективного наслаивания, либо наплавленного осаждения.Одна из наиболее широко используемых технологий - Стереолитография . Он также использует другие технологии, такие как фотополимеризация в ванне , струйная обработка материала , heet lamination , расплавление порошкового слоя и многие другие.

3D моделирование

Печатные 3D-модели могут быть сформированы с помощью пакета САПР или 3D-сканера, который использует обычную цифровую камеру и фотограмметрическое программное обеспечение. Процедура 3D-сканирования оценивает и сохраняет цифровые данные и заставляет их материализоваться как форму реального объекта.На основе этой техники можно изготавливать трехмерные модели. Независимо от используемого программного обеспечения для 3D-моделирования, эта 3D-модель преобразуется в формат .STL или .OBJ, что позволяет программе, печатающей объект, сделать его читаемым.

Перед печатью 3D-модели из файла STL необходимо проверить файл на наличие множественных ошибок. Этот шаг называется «исправить». В файлах STL может быть много ошибок, возникающих в процессе 3D-сканирования, и эти ошибки необходимо сначала исправить, прежде чем разрезать слои файла.После этого файл .STL должен быть разработан программным обеспечением, которое преобразует модель в несколько тонких слоев и преобразует в файл с указанием конкретных инструкций. 3D-принтер отслеживает этот файл и направления, прикрепленные к нему, и накладывает несколько слоев жидкости, порошка или бумажного материала для создания модели из серии поперечных сечений. Есть несколько материалов, которые можно наносить через сопло для печати, например пластик, песок, металл, а иногда даже шоколад. Эти слои, которые соответствуют различным поперечным сечениям модели САПР, затем автоматически соединяются или объединяются для придания им окончательной формы.

Применение 3D-принтеров

3D-печать находит множество применений в различных секторах промышленности от автомобильной до аэрокосмической и авиационной, до биопечати и медицинских инструментов. 3D-печать также может быть очень полезной при создании предметов повседневного использования и личных проектов.

Самым ярким преимуществом этих принтеров является то, что они могут создавать практически любую форму и геометрию любого объекта. Что ж, время, необходимое для печати 3D-модели любого объекта, во многом зависит только от размера и структуры объекта, который нужно напечатать.Печать любого объекта может занять от нескольких часов до нескольких дней. Это также зависит от метода, использованного принтером, и от сложности модели. Технология аддитивной системы позволяет сэкономить ваше время и помочь напечатать объект за несколько часов.

Услуги 3D-печати

3D-принтеры

дороги, и не каждый может позволить себе их для своих индивидуальных целей, поэтому есть различные компании и фирмы, которые предлагают услуги 3D-печати.Существуют также онлайн-услуги 3D-печати, которые предоставляют услуги 3D-печати по экономичному диапазону цен и могут распечатать и доставить любой объект из цифрового файла, который вы загружаете на их веб-сайт.

.

Что такое 3D-принтер? Исследование 3D-печати

Рассмотрите возможность создания собственного мини-завода, для создания которого не требуется лицензия. Конечно, вы видели множество предприятий домашнего производства, для которых не требуется лицензия. Чтобы покупать и использовать соковыжималку, вам не потребуется лицензия. Если вы хотите использовать 3D-принтер в коммерческих целях, мы узнали, что несколько производственных единиц подали заявку на лицензию для оптовых продаж. Однако это случай для серийного производства и для вывода на принтер .Вам не нужна лицензия для владения 3D-принтером и для печати вещей для личного использования.

Что такое 3D-принтер

3D-печать - это процесс преобразования ваших цифровых дизайнов в твердые трехмерные объекты. Кому-то эта идея может показаться новой, но на самом деле она была разработана в конце девятнадцатого века и широко использовалась для создания прототипов в нескольких отраслях промышленности. Хотя что изменилось, так это то, что эта технология наконец-то открылась для потребительского рынка и больше не ограничивается производственными отраслями.

Как работает 3D-принтер

Для печати трехмерного прототипа необходимо выполнить ряд простых шагов.

Первый шаг - создать цифровую модель вашей идеи с помощью любого программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР). После создания чертежа приложение разбивает его на несколько горизонтальных цифровых поперечных сечений таким образом, чтобы принтер мог их понять и воспроизвести в точно определенных спецификациях. Готовый дизайн затем отправляется на 3D-принтер.

Интересно, что 3D-печать на самом деле использует «аддитивный» производственный процесс, это означает, что твердый объект создается путем добавления слоев сырья, в отличие от «вычитающего» процесса, используемого в обычном производстве, посредством которого объект создается путем выборочного удаления сырье для получения заданной структуры.

После этого выбирается материал, который принтер будет использовать для печати объекта, его можно выбрать из множества вариантов, включая пластик, резину или металл.Процесс печати состоит из создания объектного слоя последующим слоем. Разные принтеры используют разные техники для создания этих слоев. Принтер продолжает наносить слой поверх слоя до завершения. Различные слои автоматически объединяются для создания трехмерного прототипа.

Процесс печати обычно может занять от нескольких часов до целых дней в зависимости от сложности и размера печатаемого объекта.

Что может сделать 3D-принтер?

Теоретически все, что можно визуализировать в цифровом виде, можно распечатать.Единственное ограничение в настоящее время - это ограничение на размер и материал, которые могут использоваться для 3D-печати. Он широко используется в искусстве, промышленности, космических исследованиях, здравоохранении и в нескольких других различных отраслях.

Вот несколько примеров того, что может сделать 3D-принтер:

1. В сфере здравоохранения 3D-печать использовалась для создания слуховых аппаратов, протезов конечностей и стоматологических приспособлений. Исследователи работают над печатью человеческих тканей, которые можно пересадить в человеческие тела.

2. НАСА использовало 3D-печать для создания частей ракет и космических кораблей. Ученые уже работают над 3D-принтерами, которые можно будет использовать в условиях невесомости для использования на Международной космической станции.

3. Такие компании, как Boeing, на самом деле используют 3D-печать для создания деталей для создания настоящего самолета. Автомобильные компании широко используют 3D-печать для создания прототипов двигателей и других частей автомобилей.

4. Любители и художники используют 3D-печать для творческого самовыражения и создания форм и структур, которые раньше считались невозможными для реализации.Игрушки, скульптуры, подарки и украшения были созданы с помощью 3D-печати всех форм и цветов.

5. К сожалению, 3D-печать использовалась для создания прототипов оружия, способного стрелять настоящими пулями. Также его можно использовать для ковки украшений и предметов искусства.

Будущее (3D) печати

3D-печать - это революционная технология, способная изменить многие аспекты нескольких отраслей. Возможности 3D-печати безграничны.Инновации, связанные с 3D-печатью, могут стимулировать развитие инженерии, здравоохранения, архитектуры, строительства, бытовой электроники, а космические исследования просто ошеломляют.

Это правда, что 3D-печать может быть неблагоприятно использована для создания массового оружия или даже может быть использована для изготовления ценных произведений искусства и ювелирных изделий. Один из способов сдержать незаконное использование - сделать лицензию на производство обязательной для тех, кто покупает 3D-принтеры. Но кроме того, существует несколько правил по борьбе с пиратством.

BOTTOMLINE: Конструктивные применения (преимущества) 3D-печати намного перевешивают отрицательные возможности использования (недостатки и опасности 3D-принтеров).Я оставляю это на ваше усмотрение, чтобы решить, как можно использовать отрасль во благо, а не во вред.

Пожалуйста, дайте нам знать вашу точку зрения на 3D-принтеры в полях для комментариев ниже.

ПРИ ПОМОЩИ: Swagat Karnany.

.

Что такое 3D-печать - 3D-принтеры - Как работает 3D-печать

Множество устройств аддитивного производства в Массачусетском технологическом институте. США надеются, что такие технологии могут дать толчок их производственному сектору. (Изображение предоставлено: 2010 г., любезно предоставлено Нилом Гершенфельдом, Центр битов и атомов, Массачусетский технологический институт)

3D-принтер не может создавать какие-либо объекты по запросу, как репликаторы из научной фантастики «Звездный путь». Но растущее количество машин для 3D-печати уже начало революцию в производстве вещей в реальном мире.

3D-принтеры работают, следуя цифровым инструкциям компьютера для «печати» объекта с использованием таких материалов, как пластик, керамика и металл. Процесс печати включает в себя создание объекта по одному слою за раз до его завершения. Например, некоторые 3D-принтеры выбрасывают поток нагретого полужидкого пластика, который затвердевает, когда головка принтера перемещается, чтобы создать контур каждого слоя внутри объекта.

Один из 3-D принтеров, работающих в группе Mediated Matter в лаборатории MIT Media Lab.(Изображение предоставлено MIT Melanie Gonick)

Инструкции, используемые 3D-принтерами, часто принимают форму файлов автоматизированного проектирования (CAD) - цифровых чертежей для создания различных объектов. Это означает, что человек может спроектировать объект на своем компьютере с помощью программного обеспечения для 3D-моделирования, подключить компьютер к 3D-принтеру и наблюдать, как 3D-принтер создает объект прямо на его или ее глазах.

История 3D-печати

Производители незаметно использовали технологию 3D-печати, также известную как аддитивное производство, для создания моделей и прототипов продуктов в течение последних 20 лет.Чарльз Халл изобрел первый коммерческий 3D-принтер и в 1986 году предложил его для продажи через свою компанию 3D Systems. В аппарате Халла использовалась стереолитография - метод, основанный на использовании лазера для отверждения чувствительного к ультрафиолету полимерного материала везде, где его касается ультрафиолетовый лазер.

Эта технология оставалась относительно неизвестной широкой публике до второго десятилетия 21 века. Сочетание государственного финансирования США и коммерческих стартапов с того времени вызвало новую волну беспрецедентной популярности идеи 3D-печати.

Во-первых, администрация президента Барака Обамы выделила 30 миллионов долларов на создание Национального института инноваций в аддитивном производстве (NAMII) в 2012 году, чтобы помочь оживить производство в США. NAMII действует как зонтичная организация для сети университетов и компаний, которая стремится усовершенствовать технологию 3D-печати для быстрого развертывания в производственном секторе.

Во-вторых, новая волна стартапов сделала идею 3D-печати популярной в рамках так называемого движения «Maker», которое делает упор на проекты «сделай сам».Многие из этих компаний предлагают услуги 3D-печати или продают относительно дешевые 3D-принтеры, которые могут стоить всего сотни, а не тысячи долларов.

Будущее 3D-печати

3D-печать, вероятно, не заменит многие из обычных методов сборки стандартных продуктов. Вместо этого технология предлагает преимущество изготовления индивидуальных, специально адаптированных деталей по запросу - что-то более подходящее для создания специализированных деталей для военных самолетов США, а не для изготовления тысяч мусорных баков для продажи в Wal-Mart.Компания Boeing уже использовала 3D-печать для изготовления более 22 000 деталей, используемых сегодня в гражданских и военных самолетах.

Инженер-механик Ларри Бонассар держит сфабрикованное ухо, напечатанное на 3D-принтере в своей лаборатории в Weill Hall Корнельского университета. (Изображение предоставлено Линдси Франс / Фотография Корнельского университета)

Медицинская промышленность также воспользовалась способностью 3D-печати создавать уникальные объекты, которые в противном случае было бы сложно построить с использованием традиционных методов. U.Хирурги S. имплантировали напечатанный на 3D-принтере кусок черепа, чтобы заменить 75 процентов черепа пациента во время операции в марте 2013 года. Исследователи также создали напечатанный на 3D-принтере слепок уха, который служил основой для биоинженерного уха с живыми клетками.

Распространение технологии 3D-печати по всему миру может также сократить географические расстояния как для домовладельцев, так и для предприятий. Интернет-магазины уже позволяют людям загружать дизайны объектов для 3D-печати и продавать их в любой точке мира.Вместо того, чтобы платить огромные пошлины за доставку и налоги на импорт, продавцы могут просто организовать печать проданного продукта на любом предприятии 3D-печати, которое находится ближе всего к покупателю.

В ближайшем будущем такие услуги 3D-печати могут не ограничиваться специализированными магазинами или компаниями. Магазины Staples планируют предлагать услуги 3D-печати в Нидерландах и Бельгии, начиная с 2013 года.

Компании не будут единственными, кто получит выгоду от возможности 3D-печати «печать по запросу в любом месте». Американские военные развернули лаборатории 3D-печати в Афганистане, чтобы ускорить темпы инноваций на поле боя и быстро построить на месте все, что может понадобиться солдатам.НАСА изучило возможность 3D-печати для изготовления запасных частей на борту Международной космической станции и создания космических кораблей на орбите.

Большинство 3D-принтеров не выходят за рамки размеров бытовой техники, например холодильников, но 3D-печать может даже увеличиваться в размерах, чтобы создавать объекты размером с дом. Отдельный проект НАСА исследовал возможность строительства лунных баз для будущих астронавтов с использованием лунной «грязи», известной как реголит.

Ограничения 3D-печати

Но у 3D-печати все еще есть свои ограничения.Большинство 3D-принтеров могут печатать объекты только с использованием определенного типа материала - серьезное ограничение, которое не позволяет 3D-принтерам создавать сложные объекты, такие как Apple iPhone. Тем не менее исследователи и коммерческие компании начали разрабатывать обходные пути. Компания Optomec, базирующаяся в Альбукерке, штат Нью-Мексико, уже создала 3D-принтер, способный печатать электронные схемы на объектах.

Пистолет A .22 собран с использованием распечатанной на 3D-принтере части ствольной коробки. (Изображение предоставлено HaveBlue.org)

Бум 3D-печати может в конечном итоге оказаться разрушительным как в положительном, так и в отрицательном смысле.Например, возможность легко обмениваться цифровыми чертежами в Интернете и распечатывать объекты дома оказалась огромным благом для мастеров, которые делают сами.

Но экспертов по безопасности беспокоит способность 3D-печати усиливать последствия цифрового пиратства и обмена знаниями, которые могут оказаться опасными в чужих руках. Defense Distributed, техасская группа, уже начала раздвигать общественные границы, работая над первым в мире пистолетом, полностью пригодным для 3D-печати.

Для получения последней информации о 3D-печати посетите:

Статьи по теме:

.

Насколько точно работает 3D-печать?

3D-печать - это универсальный метод производства и быстрого прототипирования. За последние несколько десятилетий он произвел фурор во многих отраслях по всему миру.

3D-печать является частью семейства производственных технологий, называемых аддитивным производством. Это описывает создание объекта путем добавления материала к объекту слой за слоем. На протяжении всей своей истории аддитивное производство носило различные названия, включая стереолитографию, трехмерное наслоение и трехмерную печать, но наиболее известной является трехмерная печать.

Так как же работают 3D-принтеры?

СВЯЗАННЫЕ С: НАЧНИТЕ СОБСТВЕННЫЙ БИЗНЕС ПО 3D-ПЕЧАТИ: 11 ИНТЕРЕСНЫХ КЕЙСОВ КОМПАНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ 3D-ПЕЧАТЬ

Как работает 3D-принтер?

Процесс 3D-печати начинается с создания графической модели печатаемого объекта. Обычно они разрабатываются с использованием программных пакетов автоматизированного проектирования (САПР), и это может быть наиболее трудоемкой частью процесса. Для этого используются программы TinkerCAD, Fusion360 и Sketchup.

Для сложных продуктов эти модели часто тщательно тестируются в имитационном моделировании на предмет потенциальных дефектов в конечном продукте. Конечно, если объект для печати носит чисто декоративный характер, это менее важно.

Одним из основных преимуществ 3D-печати является то, что она позволяет быстро создавать прототипы практически всего. Единственное реальное ограничение - это ваше воображение.

На самом деле, есть объекты, которые просто слишком сложны для создания в более традиционных процессах производства или прототипирования, таких как фрезерование или формование с ЧПУ.Это также намного дешевле, чем многие другие традиционные методы производства.

После проектирования следующим этапом является цифровая нарезка модели для ее печати. Это жизненно важный шаг, поскольку 3D-принтер не может концептуализировать 3D-модель так же, как вы или я. Процесс нарезки разбивает модель на множество слоев. Затем дизайн каждого слоя отправляется в печатающую головку для печати или укладки по порядку.

Процесс нарезки обычно завершается с помощью специальной программы для резки, такой как CraftWare или Astroprint.Это программное обеспечение для срезов также обрабатывает "заливку" модели, создавая решетчатую структуру внутри твердотельной модели для дополнительной устойчивости, если это необходимо.

Это также область, в которой 3D-принтеры преуспевают. Они способны печатать очень прочные материалы с очень низкой плотностью за счет стратегического добавления воздушных карманов внутри конечного продукта.

Программное обеспечение слайсера также добавит столбцы поддержки, где это необходимо. Это необходимо, потому что пластик не может быть уложен в воздухе, а столбцы помогают принтеру заполнять промежутки.Затем эти столбцы при необходимости удаляются.

После того, как программа слайсера сработала, данные отправляются на принтер для заключительного этапа.

Источник: Интересный машиностроительный цех

Отсюда сам 3D-принтер берет верх. Он начнет распечатывать модель в соответствии с конкретными инструкциями программы слайсера, используя разные методы, в зависимости от типа используемого принтера. Например, в прямой 3D-печати используется технология, аналогичная технологии струйной печати, в которой сопла перемещаются вперед и назад, вверх и вниз, распределяя густой воск или пластмассовые полимеры, которые затвердевают, образуя каждое новое поперечное сечение 3D-объекта.В многоструйном моделировании используются десятки работающих одновременно струй для более быстрого моделирования.

При 3D-печати связующим сопла для струйной печати наносят тонкий сухой порошок и жидкий клей или связующее, которые вместе образуют каждый напечатанный слой. Принтеры для переплета делают два прохода для формирования каждого слоя. Первый проход наносит тонкий слой порошка, а второй проход использует сопла для нанесения связующего.

При фотополимеризации капли жидкого пластика подвергаются воздействию лазерного луча ультрафиолетового света, который превращает жидкость в твердое тело.

Спекание - это еще одна технология 3D-печати, которая включает плавление и сплавление частиц вместе для печати каждого последующего слоя. Связанное с этим селективное лазерное спекание основывается на использовании лазера для плавления огнестойкого пластикового порошка, который затем затвердевает, образуя печатный слой. Спекание также можно использовать для изготовления металлических предметов.

Процесс 3D может занять часы или даже дни, в зависимости от размера и сложности проекта.

«Есть несколько более быстрых технологий, производящих всплески в отрасли, например, Carbon M1, который использует лазерные лучи, выстреливаемые в слой жидкости, и вытягивает отпечаток из него, что значительно ускоряет процесс.Но эти типы принтеров во много раз сложнее, намного дороже и пока работают только с пластиком ». - howtogeek.com.

Независимо от того, какой тип 3D-принтера используется, общий процесс печати обычно одинаков.

  • Шаг 1: Создание 3D-модели с помощью программного обеспечения CAD.
  • Шаг 2: Чертеж CAD преобразуется в формат стандартного языка тесселяции (STL). Большинство 3D-принтеров используют файлы STL в дополнение к другим типам файлов такие как ZPR и ObjDF.
  • Шаг 3: Файл STL передается на компьютер, который управляет 3D-принтером. Там пользователь указывает размер и ориентацию для печати.
  • Шаг 4: Сам 3D-принтер настроен. У каждой машины свои требования к настройке, такие как заправка полимеров, связующих и других расходных материалов, которые будет использовать принтер.
  • Шаг 5: Запустите машину и дождитесь завершения сборки. В течение этого времени машину следует регулярно проверять, чтобы убедиться в отсутствии ошибок.
  • Шаг 6: Напечатанный объект удален из аппарата.
  • Шаг 7: Последний шаг - пост-обработка. Многие 3D-принтеры требуют некоторой постобработки, такой как удаление остатков порошка щеткой или промывка печатного объекта для удаления водорастворимых подложек. Новый объект также может нуждаться в лечении.

Что умеет делать 3D-принтер?

Как мы уже видели, 3D-принтеры невероятно универсальны.Теоретически они могут создать практически все, о чем вы можете подумать.

Но они ограничены видами материалов, которые они могут использовать для «чернил», и их размером. Для очень больших объектов, например дома, вам нужно будет распечатать отдельные части или использовать очень большой 3D-принтер .

3D-принтеры могут печатать в пластике, бетоне, металле и даже в клетках животных. Но большинство принтеров предназначены для использования только одного типа материала.

Некоторые интересные примеры объектов, напечатанных на 3D-принтере, включают, но не ограничиваются: -

  • Протезы конечностей и других частей тела
  • Дома и другие здания
  • Продукты питания
  • Медицина
  • Огнестрельное оружие
  • Жидкие структуры
  • Стекло продукты
  • Акриловые объекты
  • Реквизит для фильмов
  • Музыкальные инструменты
  • Одежда
  • Медицинские модели и устройства

3D-печать, несомненно, находит применение во многих отраслях промышленности.

Какие существуют типы программного обеспечения для 3D-печати?

В разных программах САПР используются различные форматы файлов, но некоторые из наиболее распространенных:

  • STL - стандартный язык тесселяции, или STL - это формат 3D-рендеринга, который обычно может обрабатывать только один цвет. Обычно это формат файла, который используют большинство настольных 3D-принтеров.
  • VRML - язык моделирования виртуальной реальности, файл VRML - это новый формат файла.Они обычно используются для принтеров с более чем одним экструдером и позволяют создавать многоцветные модели.
  • AMF - формат файла аддитивного производства, это открытый стандарт на основе .xml для 3D-печати. Он также может поддерживать несколько цветов.
  • GCode - GCode - это еще один формат файла, который может содержать подробные инструкции для 3D-принтера, которым он должен следовать при укладке каждого среза.
  • Другие форматы - Другие производители 3D-принтеров также имеют свои собственные форматы файлов.

Каковы преимущества 3D-печати?

Как мы уже упоминали выше, 3D-печать может иметь различные преимущества по сравнению с более традиционными производственными процессами, такими как литье под давлением или фрезерование с ЧПУ.

3D-печать - это аддитивный процесс, а не вычитающий, как фрезерование с ЧПУ. 3D-печать строит вещи слой за слоем, в то время как позже постепенно удаляет материал из твердого блока, чтобы создать продукт. Это означает, что в некоторых случаях 3D-печать может быть более ресурсоэффективной, чем ЧПУ.

Другой пример традиционных производственных процессов, литье под давлением, отлично подходит для изготовления множества объектов в больших объемах. Хотя его можно использовать для создания прототипов, литье под давлением лучше всего подходит для крупномасштабного массового производства утвержденного дизайна продукта. Однако 3D-печать лучше подходит для мелкосерийного, ограниченного производства или создания прототипов.

В зависимости от области применения 3D-печать имеет ряд других преимуществ перед другими производственными процессами. К ним относятся, но не ограничиваются:

  • Более быстрое производство - Хотя время от времени 3D-печать медленная, она может быть быстрее, чем некоторые традиционные процессы, такие как литье под давлением и субтрактивное производство.
  • Легкодоступный - 3D-печать существует уже несколько десятилетий и резко выросла примерно с 2010 года. Сейчас доступно большое количество разнообразных принтеров и пакетов программного обеспечения (многие из них с открытым исходным кодом), что позволяет практически любому узнать, как это сделать.
Источник: Pixabay
  • Продукция более высокого качества - 3D-печать обеспечивает неизменно высокое качество продукции. Если модель точна и соответствует назначению, и используется принтер одного и того же типа, конечный продукт обычно всегда будет одинакового качества.
  • Отлично подходит для проектирования и тестирования продукции. - 3D-печать - один из лучших инструментов для проектирования и тестирования продукции. Он предлагает возможности для проектирования и тестирования моделей, позволяющих с легкостью дорабатывать их.
  • Рентабельность - 3D-печать, как мы видели, может быть рентабельным средством производства. После создания модели процесс обычно автоматизируется, а отходы сырья обычно ограничиваются.
  • Дизайн изделий почти бесконечен - Возможности 3D-печати практически безграничны.Пока он может быть разработан в САПР, а принтер достаточно большой, чтобы его напечатать, нет предела.
  • 3D-принтеры могут печатать с использованием различных материалов. - Некоторые 3D-принтеры действительно могут смешивать материалы или переключаться между ними. В традиционной печати это может быть сложно и дорого.
.

Смотрите также