Работа 3d принтера: Как работает 3D принтер: принцип работы, устройство

Содержание

Как работает 3D принтер: принцип работы, устройство

Технологии трехмерной печати уже никого не удивляют. Многие пользуются 3Д принтерами в личных целях, и практически не одно предприятие не обходится без промышленного принтера для трехмерной печати. И хоть это уже и не новость, а сама технология была разработана уже достаточно давно, мало кто знает, как работает 3D принтер. Если вас интересует этот вопрос, то данная статья будет вам весьма полезна.

Для начала, чтобы понять принцип работы принтера для трехмерной печати следует понять, что это вообще такое и принцип печати.

0.1. Работа 3D принтера

1. Что такое 3D принтер

3D принтер – это устройство для создания физических объектов путем последовательного накладывания слоев. Другими словами 3Д принтер способен распечатать любой физический предмет, который смоделирован на ПК.

На сегодняшний день существуют различные модели 3D принтеров, которые способны работать с разными расходными материалами. Это означает, что при помощи трехмерной печати можно изготавливать любые детали для механизмов, которые смогут выдерживать высокие нагрузки, и не уступают деталям, сделанным традиционным способом.

Независимо от модели все современные 3D принтеры имеют одинаковый принцип работы.

2. Принцип работы 3D принтера

Теперь вы знаете определение 3Д принтера, и можно переходить к вопросу, как он работает. Вы уже знаете, что принтер для трехмерной печати способен выводить трехмерную информацию, то есть создавать физические объекты по информации, поступающей с персонального компьютера. Принцип действия 3D принтера заключается в последовательном наложении тончайших слоев расходного материала (пластика, или металлической пудры и так далее).

Слой за слоем создается физический объект. При этом стоит отметить, что такая технология изготовления моделей отличается высокой скоростью. Кроме этого принтер абсолютно лишен так называемого «человеческого фактора». То есть машина не совершает ошибок, благодаря чему изделия получаются абсолютно точными и идентичными оригиналу.

Из-за того, что существуют разные типы устройств для трехмерной печати невозможно однозначно ответить на вопрос, как работает 3Д принтер. К примеру, устройство, печатающее пластиком, имеет один принцип, а принтер, работающий с металлической пудрой совершенно другой. Конечно, все они работают по принципу послойного создания модели, однако в случае с пластиком принтер должен плавить расходный материал до жидкого состояния, а в случае с металлической пудрой печатающая головка распыляет связующее вещество.

2.1. Как работает 3D принтер по пластику

Принцип работы такого принтера заключается в том, что печатающая головка (так называемый экструдер) сильно нагревается и плавит пластик, который подается в виде литой трубки. Далее расплавленный материал подается с нижней части печатающей головки и помещается в нужных местах.

Для правильно работы принтера необходим специальный файл, который содержит всю информацию о создаваемой модели. В зависимости от модели принтер может быть подключен к ПК или работать автономно.

2.1.1. Работа 3D принтера по металлу

Как и любой другой 3Д принтер, устройства, печатающие металлом, также управляются при помощи компьютера. Кроме этого используется такой же принцип послойного создания модели. Однако в отличие от принтера, печатающего пластиком, 3D принтер по металлу не плавит расходный материал.

Принцип работы заключается в следующем. Печатающая головка наносит специальное связующее вещество (клей) в местах, указанных компьютером. После этого вал наносит тончайший слой металлической пудры на всю рабочую площадь. В местах, где нанесен «клей» металлическая пудра склеивается и затвердевает. Далее печатающая головка снова наносит «клей», после чего вал насыпает еще один тончайший слой металлического порошка и так далее.

3. Как работает 3D принтер: Видео

По окончанию работы принтера получается необходимый физический объект. Лишняя пудра просто сдувается с модели. Однако изделие все еще не готово. На данной стадии деталь очень пористая и хрупкая. Для придания ей жесткости и прочности изделие помещается в специальный контейнер, который засыпается бронзовой пудрой, и все это помещается в специальную печь, для сплавления молекул металла между собой и насыщения изделия бронзой.

Конечно, весь этот процесс занимает достаточно много времени, однако все равно изготовление детали происходит существенно быстрее, чем традиционным способом. Кроме этого такое производство существенно дешевле. Такой же принцип работы имеют и принтеры, печатающие стеклом.

4. Устройство 3D принтера

По своему устройству 3D принтер схож с обычным принтером для печати 2Д изображений. Отличие заключается только в том, что 3Д принтер печатает в трех плоскостях. То есть помимо ширины и высоты появляется еще и глубина. Не зависимо от модели, все 3D принтеры имеют практически одинаковое строение. Они состоят из одинаковых элементов. Итак, устройство 3Д принтера включает в себя:

  • Экструдер, который разогревает и выдавливает полужидкий пластик;
  • Рабочая поверхность – платформа, на которой выполняется печать;
  • Линейный мотор, который приводит в движение подвижные органы;
  • Фиксаторы – датчики, ограничивающие движения подвижных органов, к примеру, когда они подходят к краю рабочей поверхности;
  • Рама;
  • Картезианский робот – машина, которая способна двигаться в трех направлениях по осям координат X, Y и Z.

Все это управляется при помощи компьютера, который задает величины движений каждого из компонентов. Теперь вы знаете, как устроен 3D принтер, что позволяет лучше узнать современную технику и понять принцип ее работы. Конечно, этот пример описывает простейшую конструкцию 3D принтера. Сегодня существуют более сложные устройства, которые имеют дополнительные возможности и более сложные схемы. Однако устройства новых моделей компании изготовители, по определенным причинам, держат в строгом секрете.

Как пользоваться 3D-принтером? Советы начинающим

Если несколько лет назад купить 3D принтер мог позволить себе далеко не каждый, то сегодня это устройство начинает прочно занимать свое место в повседневном быту человека. Аппараты используют для обучения детей, для нужд небольшого бизнеса, просто для развлечения и для других целей.


Один из первых вопросов, возникающих после покупки: как пользоваться 3D-принтером? Разумеется, инструкции по работе с печатающим устройством прилагаются к каждому изделию, но часто бывает так, что написаны они сложным техническим языком, который трудно понять простому обывателю либо вовсе без перевода.

У тех, кто уже имел опыт работы с подобной техникой, не должно возникнуть никаких проблем с тем, как пользоваться 3D-принтером – алгоритм работы аппаратов для трехмерной печати примерно одинаков. Ну а кто приобрел свое первое устройство, должны ознакомиться с правилами его освоения и принципами работы, чтобы избежать проблем при запуске принтера и его возможной поломки.

Как пользоваться 3D-принтером после его покупки?

Поэтапно процесс использования выглядит следующим образом. Мануал распространяется на профессиональные 3D принтеры и любые другие. 

Этап 1. Установка принтера и подготовка его к работе.

После распаковки устройства и удаления всех ограничителей нужно поставить принтер на рабочее место и удостовериться с помощью обычного строительного уровня в том, что он стоит идеально ровно, без перекосов. Ошибки могут сказаться на качестве печати. Затем нужно подключить аппарат к компьютеру либо ноутбуку и установить драйвера. Как правило, установочный диск поставляется в комплекте с принтером.

Этап 2.Подготовка изделия к работе. 

В первую очередь необходимо убедиться в том, что на рабочий стол аппарата нанесена подложка для печати. Поверхность стола нужно покрыть специальным покрытием, например Builid Tak или Fixpad, которое обеспечивает прилипание изготавливаемых объектов во избежание их смещения и ошибок при процессе печати. Часто пользователи применяют для этих целей обычный двусторонний малярный скотч или каптон – термостойкий скотч.

Этап 3. Проверка проходимости экструдера. 

Нечасто, но встречается ситуация, когда после проверки принтера в сопле застывают остатки пластиковой нити, которые будут препятствовать полноценной печати. Поэтому перед началом работы лучше всего убедиться в том, что сопло экструдера чисто и при необходимости очистить его.

Этап 4. Заправка принтера расходными материалами. 

В зависимости от того, чем именно производится печать на купленном устройстве – пластиковыми нитями, гипсом, фотополимерами, воском, металлическим порошком и т. д. этот процесс будет осуществляться по-разному. Для установки пластиковой нити аппарат нужно включить в режим преднагрева, чтобы облегчить заправку пластика в механизм.

Этап 5. Работа с моделями.

Создание или загрузка готовой 3D-модели в программу либо сканирование объекта для копирования. Проверка и редактирование нужных параметров.

Этап 6. Начало печати.

Запуск модели в печать. После этого останется только подождать пока макет не будет готов полностью. Скорость печати будет зависеть от модели 3Д-принтера.

Как избежать ошибок при 3D-печати?

После того, как изделие будет готово, не нужно сразу же вынимать его из аппарата. Большая часть устройств разогревают материал для печати, поэтому готовому макету необходимо остыть. При возникновении какой-либо ошибки в процессе, можно использовать перезапуск печати – обычно это помогает. Если это не помогло – потребуется ввести модель в программу заново или изменить настройки.

Зная основные правила того, как пользоваться 3D-принтером, его эксплуатация не составит труда даже для новичка.

Как работать с 3D принтером: объясняем базовый принцип

Как работать с 3D принтером: особенности

При покупке нового функционального устройства первым делом возникает вполне логичный вопрос – «Как с ним работать?». 3D принтеры в этом случае не исключение, особенно если пользователю ранее не приходилось сталкиваться с приборами для 3D печати. Конечно, инструкцию по эксплуатации никто не отменял, и с ней непременно следует ознакомиться. Но в сегодняшней статье мы хотим коротко рассказать о том, как работать с 3D принтером и осветить основные пункты эксплуатации, не вдаваясь в особенности конкретных моделей. Эти правила касаются настольных устройств для FDM 3D печати и применимы ко всем стандартным принтерам данного класса.


Наши советы пригодятся как начинающим пользователям 3D принтеров, так и желающим приобрести данный девайс в будущем. Для общего развития статья будет полезной всем, кто интересуется трехмерными технологиями и принципом работы аппаратного обеспечения для 3Д печати. А тем, кто только приобрел собственный прибор быстрого прототипирования, рекомендуем ознакомиться с правилами для более быстрого освоения нового устройства и во избежание возникновения проблем при запуске объекта в печать. Итак, перейдем к делу.

Подготовка 3D принтера к работе

В первую очередь следует убедиться в работоспособности 3D принтера. Что проверить:

  • Нанесена ли подложка для печати. Нужно позаботиться о покрытии стола материалом, улучшающим прилипание изделий и облегчающим их удаление с платформы. Это может быть малярный скотч, каптон, либо специализированные покрытия типа BuildTak. Предварительно стол нужно качественно очистить.

  • Установлен ли вообще стол:) Иногда случается, что рабочая платформа не подключена, либо отсутствует. В этом случае необходимо установить стол согласно инструкции пользователя.
  • Проходимость экструдера. Остатки застывшего пластика в сопле принтера могут создавать препятствие для прохождения нового полимера. Потому перед началом печати лучше убедиться в чистоте экструдера и прочистить его в случае необходимости.
  • Заправлен ли филамент. Хотя этот пункт и очевиден, не стоит его игнорировать. Убедитесь, что нужный вам 3D пластик заправлен в принтер по всем правилам, иначе о какой печати может идти речь 🙂

    И, само собой, проверьте подачу электропитания. При желании, на данном этапе можно поставить устройство на преднагрев. Это не обязательно, но позволит ускорить процесс запуска в печать.

Подготовка 3D модели

Теперь, когда 3D принтер точно готов к процессу печати, пора подготовить 3D модель. Интересуясь, как работать с 3D принтером, этот пункт игнорировать нельзя. Модель в формате STL необходимо залить в программу-слайсер, генерирующую управляющий код для принтера. Существуют различные версии слайсеров (Cura ,slic3r, KISSlicer), причем некоторые принтеры по умолчанию поддерживают работу с определенными программами.


В нашем случае используется слайсер Cura. После загрузки модели проверяем ее готовность к 3D печати. Наличие любых ошибок и неточностей сразу отразится в программе, что потребует исправления 3D модели согласно правилам 3Д-моделирования для печати.


Если же с цифровой версией создаваемого изделия все в порядке, выставляем настройки печати. Помните, что грамотные действия на данном этапе отразятся на качестве 3D-печатного образца. Следует проконтролировать такие настройки:


Проделав эти несложные действия 3D модель можно слайсить и записывать на флешку. Дальше все совсем просто: подключаем флешку к принтеру, и запускаем изделие в печать.


Важно проконтролировать воспроизведение первого слоя, ведь от него часто зависит весь последующий процесс печати.

Как работать с 3D принтером: финал

Если проблем избежать не удалось, можно попробовать перезапустить печать объекта. Часто это помогает. Если же перезапуск не сработал – потребуется перезаписать модель, возможно, изменив настройки.


На этом перечень основных этапов запуска изделия в печать завершен. Теперь вы знаете, как работать с 3D принтером и при случае будете ориентироваться в базовых принципах управления этим устройством. Не забывайте, что в нашем магазине представлен широкий выбор 3D принтеров, пластика и смол для 3D печати, так что вы непременно найдете именно то, что нужно. Надеемся, наша статья была полезной для вас! А если какой-то пункт остался непонятным, или вы хотите получить больше информации – обращайтесь к нам по одному из контактных телефонов, либо по электронной почте.

Вернуться на главную

Как работает 3D принтер и что такое 3D печать




В наш век, век развития технологий, практически все знают или хотя бы слышали о 3D. В основном, люди связывают данную технологию с кинематографом, мультипликацией или фото, однако, все чаще в различных новостях появляется информация о 3D печати.

Что из себя представляют 3D принтеры, как они осуществляют печать и какие возможности в различных сферах науки и творчества сулят нам в будущем, об этом и поведает данная статья.

История появления 3D печати

Хотя 3D печать и начала распространяться относительно недавно, сама технология была зарождена относительно давно. В середине восьмидесятых годов прошлого века, а если быть более точным, то в 1984 году, корпорация «Charles Hull» создала методику трёхмерной печати для воссоздания объектов с применением цифровых данных, а уже в 1986 году, назвала и запатентовала свое изобретение. Техника получила название – стерео литография.

В том же году был сделан первый индустриальный 3D принтер. Спустя время, разрабатывать данную технологию продолжила уже «3D Systems», создавшая в 1988 году принтер для печатания в 3D формате, уже в бытовых условиях. Данная разработка получила название – SLA – 250.



В 1988 году, корпорация «Scott Grump» создала технологию моделировки плавлеными осадкообразованиями, после чего в развитии данной сферы наступил незначительный спад. Однако, спустя три года, а именно в 1991 году, корпорация «Helisys» создает и запускает в широкое производство технологию, способную производить многослойные объекты, а уже спустя год, в 1992 году, корпорация «DTM» демонстрирует миру первую на планете методику избирательной лазерной спайки.

Еще через год, на рынке появляется компания, под названием «Solidscape», начавшая серийный выпуск струйных принтеров, способных создавать детали небольшого размера с четкой поверхностью, при достаточно незначительных затратах.

В тоже время Massachusetts Institute of Technology оформляет патент на трехмерную печать, напоминающую струйную методику, стандартных 2D принтеров. Однако, безусловно, прорыв в развитии данного направления произошел уже в начале нашего века.

В 2005 году миру был представлен первый в истории 3D принтер, который мог создавать цветные объекты. Им оказался принтер Spectrum Z510, от компании «Z Corp». Уже в 2007 году был создан принтер, который мог печатать половину собственных деталей.



Из года в год, возможности и сферы использования 3D принтеров и 3D печати, начали увеличиваться в разы. На сегодняшний день на подобном оборудовании можно воссоздать практически все, от игрушек и мебели, до внутренних органов человека.

Так что же это - печать на 3D принтере?

Конечно же, принцип работы столь высокотехнологичного изобретения достаточно сложен, однако, мы попытаемся объяснить, чтобы это было понятно обывателю. И так, 3D печать – это создание настоящего объекта, по разработанному на компьютере 3D образцу. После того, как объект воссоздан на компьютере, его трехмерная модель сохраняется в STL файле, а затем, 3D принтер, на который вывели файл, необходимый для распечатки, создает натуральный объект.

Процесс печати представляет из себя череду воспроизводящихся действий, связанных с построением 3D моделей, при помощи нанесения на рабочий стол (элеватор) устройства, прослойки материалов, передвижением рабочего стола ниже, к уровню уде созданного слоя и снятием с рабочей поверхности остатков сырья.

Циклы постоянно повторяются: материал накладывается слоем на слой, элеватор опускается каждый раз до того времени, пока на рабочей поверхности не появится изделие в своем окончательном виде.

Принцип работы 3D принтера?

Использование 3D печати – значительная альтернатива классическим методикам создания прототипов и производству, осуществляющему выпуск небольшими партиями. 3D-принтер, отличается от обычного тем, что он создает физические трехмерные объекты.



На сегодняшний день, подобное оборудование способно применять в качестве рабочего материала, фотополимерные смолы, разнообразные виды пластиковых нитей, порошки из керамики и глинометалл.

Что это - 3d принтер?

В работу трехмерного принтера вложен принцип послойного формирования твердого объекта, который «выводится» из конкретного материала (об этом вы узнаете в дальнейшем). Привилегиями данного метода, в сравнении с вариантом создания объекта в ручную, является внушительная скорость, легкость и незначительная стоимость.

К примеру, для формирования трехмерного объекта вручную, придется затратить внушительное количество времени, дни, а возможно и месяцы. Ведь в перечень работ входит не только создание, а и чертежи и схематическое построение планируемого объекта, которые, в конечном итоге, так и не дают полной картины и визуального восприятия объекта в окончательном виде.

По этой причине затраты на разработку увеличиваются, возрастает длительность времени от исполнения до серийного выпуска.

Технология печати трехмерного объекта, в свою очередь, дает возможность отказаться от ручного труда в полной мере. В результате применения 3D технологии, нет нужды в чертежах и расчетах на бумаге. Благодаря программе, модель можно будет увидеть на мониторе со всех сторон и убрать погрешности и недочеты не во время финальной стадии, как это происходит при ручном варианте, а прямо при производстве. А на всю работу будет затрачено несколько часов, что во временном эквиваленте будет быстрее в n-ое количество раз.

Также, стоит добавить, что ошибки, допускающиеся при ручной работе, исключены при применении 3D технологии.



Стоит также отметить, что имеются разнообразные технологии данной печати. Они разнятся между собой способом накладки наслоений изготавливаемого объекта. Перейдем к рассмотрению наиболее популярных из них.

Наиболее популярными являются SLS (селекционное лазерное сплетение), НРМ (накладка наслоений расплавленных материалов) и SLA (стерео литография).

Максимально используемой, в основном из-за своей внушительной скорости при создании объектов, является SLA (стерео литография).

SLA Technology

Принцип работы данной технологии таков – луч лазера посылается на фото полимер, после этого материал приобретает твердую форму.



В качестве фото-полимера применяют незамутненный материал, изменяющий форму под действием влаги.

После того, как материал стал твердым, он может быть подвержен покраске, оклейке, механизированной обработке и так далее. Элеватор размещается в сосуде с фото-полимером. После того, как сквозь полимер прошел лазер и наслоение затвердело, рабочая поверхность опускается ниже.

SLS Technology

Соединение порошковых исходных веществ, при помощи лазерного луча или SLS — единственная в своем роде 3D технология, применяющаяся при создании форм из металлического и пластмассового литья.



Пластиковые объекты имеют великолепные механические качества, из-за чего способны применятся в создании полностью работоспособных изделий. В SLS применяются вещества, очень схожие по свойствам к произведенному конечному продукту: керамика, порошковая пластмасса, сталь.

Порошковые материалы размещаются на рабочей поверхности элеватора и соединяются под действием луча лазера в затвердевший слой, подходящий габаритам модели и обуславливающий её форму.

DLP Technology

DLP – одна из новых технологий 3D печати. Стерео литографические устройства, в настоящее время, обозначаются, как противовес FDM устройствам. Устройства этого типа применяют технологию нумерационного возделывания светом. Возникает логичный вопрос, чем тогда печатают данные принтеры? Ответ прост, для создания трехмерных объектов, данная разновидность принтера применяет фотополимерные смолы и проектор DLP.

Несмотря на оригинальное название, данные аппарат практически ничем не разнится от прочих 3D принтеров. Стоит отметить, что создатели данного устройства, а именно
«QSQM Technology Corporation», уже начали серийно производить свое оборудование. Разницу в работе SLA и DLP вы можете увидеть на изображении ниже.



EBM Technology

Хотелось бы добавить, что SLS/DMLS не единственные варианты, способные создавать металлические трехмерные модели. На сегодняшний день, для воссоздания трехмерных объектов из металла, очень часто применяется электронно-лучевое плавление. Длительные испытания подтвердили, что применение проволоки из металла для плавления слоями, при создании максимально точных деталей, не слишком эффективно. В связи с этим, специалистами был создан специализированный материал, который называется металлоглина.

Глина металл, применяющаяся в виде основы, при электронно-лучевом плавлении, создается из смеси органичного клея, стружки металла и некоторого количества воды. Для преобразования данного материала в твердое состояние, необходимо нагреть его до такой температуры, при которой жидкость и клей испарятся, а стружка переплавится в монолитный объект.



Как функционирует EBM 3D принтер

Очевидно, такая же технология использовалась при работе с SLS принтерами. Однако, есть в ней существенные отличия, EBM преобразовывает для плавления металлической глины сконцентрированные электронные импульсы, а не лазер, как в случае с SLS. Стоит отметить, что преимущество данного метода заключается в том, что печать оказывается более качественная, а детали маленького размера получаются более четкими.

В настоящее время реализуются только EBM принтеры промышленных масштабов, для собственного пользования приобрести их не представляется возможным.

НРМ (FDM) HPM Technology

НРМ позволяет производить, как модели, так и законченные части из классических, конструкторских и значительно эффективных термических пластиков. Единственная в свое роде технология, применяющая термические пластики высочайшего класса, гарантирующие вне аналоговую механическую, температурную и составную крепость деталей.

Печать по данной технологии характеризуется аккуратностью, легкостью в применении и возможностью использования в офисных помещениях. Изделия из термического пластика отлично переносят внушительные температуры, механические нагрузки, попадания разного рода химических элементов, а также чрезмерно сухой или влажной внешней среде.
Растворяющиеся добавочные материалы, дают возможность изготавливать замысловатые несколько уровневые объекты, углубления и просветы, которые было затруднительно получить при помощи стандартных методик. Аппараты, работающие по НРМ, изготавливают детали послойно, разогревая материал до тягучего состояния и вытесняя его, согласно рассчитанным на компьютере порядком.


Для НРМ печати применяются два разных материала — основной, из которого состоит готовый объект и дополнительный, применяющийся для поддержки. Нити каждого материала, выдавливаются из отверстий 3D-принтера в воспроизводящую головку, которая двигается согласно заданным X и Y координатам, и наслаивает плавильный материал, образовывая текущее наслоение, до тех пор, пока фундамент объекта не опустится ниже и не начнется создание последующего слоя.

После завершения создания объекта, необходимо механически убрать дополнительный материал или растворить его при помощи моющего средства. Это финальная фаза, после данных действий изделие готово к последующей эксплуатации.


Стоит отметить, что в наше время, достаточно распространены не только настольные HPM принтеры, но и устройства позволяющие осуществлять ручную печать. Данную разновидность устройств можно назвать «ручкой» для создания 3D объектов.



«Ручки» созданы по такое же технологии, что и принтеры. Они применяют технику плавления слоями. Нить плавится внутри «ручки» до необходимого состояния и выдавливается через незначительных размеров насадку. При внушительной квалификации, можно создавать фигурки вот такого плана.

Безусловно, учитывая то, что все технологии разнятся между собой, принтеры отличаются друг от друга тоже. Принтер рассчитанный на SLA не сможет применить SLS, то есть отдельный принтер заточен под конкретную печатную технику.

3D-печать в цвете

Уникальнейшая технология, дающая возможность создавать объекты любых оттенков и цветов. Знаменательно, что придание цвета изделию, осуществляется во время его создания. Благодаря этому, получаются невероятно реалистичные конструкции. Из-за чего данная технология невероятно популярна среди дизайнеров.

Очень часто, в виде рабочего материала используется порошок, разработанный на гипсовой основе. Специальные ролики и щеточки создают незначительный по толщине расходный слой. После этого, при помощи двигающейся головки, на нужные части переносятся микроскопические капельки материала, напоминающего клей (перед началом работы, ему предают необходимый цвет). По составу, он напоминает цианокрилатный клей. Слоями формируется конечный объект необходимых цветов. Финишная отделка объекта цианокрилатом, гарантирует его блеск и крепость.

Производственные и подручные 3D-принтеры, печатающие в цвете

В наше время существуют самые разные 3D-принтеры со множеством цветов. Благодаря им, в домашних условиях, изготавливаются изделия различных цветов. Однако, основная масса подобных аппаратов предназначается для высокопрофессионального применения.

Высокопрофессиональная 3D печать в цвете производится благодаря:



  1. Линейке «Zрrintеr» выпускаемой «3D Sуstems». Данный агрегат способен изготавливать внушительные по размерам изделия, различных цветов и оттенков. Оборудован он пятью картриджами и возможностью загружать рабочий материал в автоматическом режиме. Технология практически полностью автоматизирована, так что настраивание или контролирование этапов создания не обязательны. Масса подобного устройства составляет около трехсот сорока килограмм, а стоимость в пределе 89-129 тысяч долларов.


  2. Мсor Iris в полном цвете. Изделия различных цветов изготавливаются методом склейки клочков бумаги. Устройство от фирмы «Мсоr Тесhnologies Ltd.» изготавливает внушительные объекты различных цветов с хорошими прочностными показателями. Количество генерируемых цветов, составляет, не много, ни мало, один миллион, цена в районе пятнадцати тысяч долларов.

Модели для домашнего применения:

  1. 3D Тоuch. Устройство функционирующее по технологии FDМ. Устройство может быть оборудовано от одной до трех экструзионных головок. Использует АВS или РLА пластик. Масса около тридцати восьми килограмм, стоимость до четырех тысяч долларов.
  2. ВFB 3000 РАNTHER – первый реализуемый на рынке цветной принтер. Цена на данный агрегат составляет почти две с половиной тысячи долларов. В его работе используется классическая пластиковая нить. Для использования необходима нить трех различных оттенков.
  3. Наиболее бюджетная модель – РroDеsk3D. Для изготовления объектов, применяется пяти картриджная система. В качестве рабочего материала допускается РLA или АВS пластик. Устройство оборудовано автоматической настройкой. Цена две тысячи долларов. Показатели разрешения печати невнушительны, и это один из главных минусов данного бюджетного устройства.



Где применяется 3D печать

3D печать дала возможность расширять возможность различных сфер деятельности, таких как: строительство, медицина, образование, дизайн и многое другое.

В архитектурном плане, данное направление дает возможность изготавливать макеты строений в объеме, да и не только отдельные строения, но и целые районы с указанием инфраструктуры (парки, тротуары, остановки, дороги, фонари и так далее).

Плюс ко всему, из-за дешевизны применяемых материалов, себестоимость данных проектов становится гораздо ниже, чем была ранее. А почти четыреста тысяч различных оттенков и цветов, дают возможность воплощать в жизнь все имеющиеся в голове архитектора фантазии.

Благодаря развитию подобных технологий, можно смело сказать, что в ближайшем будущем постройка зданий станет куда проще. Инженерами из Соединенных Штатов Америки уже разработана новая система создания 3D объектов внушительных размеров. Она функционирует, как строительный кран, создающий стены из наслоения бетона.
Подобное устройство, может соорудить каркас двухэтажного жилого дома, менее чем за сутки.

В основном данные технологии применяются для создания элитарных изделий, предметов искусства, различных прототипов или высокоточных деталей.

В медицинской отрасли, с помощью 3D принтера, врачи уже научились создавать точную копию скелета человека и человеческую кожу, благодаря чему они смогут более тщательно усовершенствовать свое мастерство. Не так давно, ученные сделали прорыв в попытках создания внутренних органов человека. Шесть лет назад на 3D принтере удалось создать живую почку.

Популярными 3D принтеры становятся у дантистов и стоматологов. Ведь при использовании новейших технологий, процесс создания протезов ускоряется в разы, в сравнении с нынешним их изготовлением.

Невероятно, но факт, возможности, открывающиеся перед 3D печатью, не имеют границ. Они способствуют упрощению жизнедеятельности человека во всех сферах.

Устройства, которые создают пищу, протезы конечностей, внутренние органы человека, обувь – это не история из фантастической книжки, это сегодняшние реалии.

Надеемся, данная статья заинтересовала вас и стала для вас полезной. Учитесь, совершайте каждый день новые открытия и стремитесь к познаниям, ведь учение – это свет!

3D принтер: принцип работы и возможности

Всего каких-то десять лет назад 3D принтеры были огромными, дорогостоящими машинами, зарезервированными для крупных фабрик и корпораций. Все они оставались укрыты за пределами узкого круга специалистов, которые конструировали и использовали их. Но, в основном, благодаря движению RepRap (Replicating Rapid-prototyper — самореплицирующий механизм для быстрого прототипирования) с открытым исходным кодом, эти удивительные устройства стали жизнеспособными и доступными продуктами для использования дизайнерами, инженерами, любителями. Успели обзавестись 3D принтерами и многие учебные заведения, что подтверждает перспективность этого направления.

Все модели 3D-принтеров значительно отличаются друг от друга. Они бывают разных стилей и могут быть оптимизированы для определенной аудитории или вида печати.

На данный момент существует множество 3D принтеров и отличия их бывают в качестве печати (разрешение принтера), скорости печати, объёме рабочего пространства, возможности использования разных материалов, цветовой гамме и даже возможности печатать одновременно несколько объектов. Возможности принтера очень велики: создание моделей домов, печать каркасов для велосипедов, печать деталей кузова машин, создание протезов и даже распечатка живых тканей из биоматериала.

3D принтеры — это крайне перспективная разработка в сфере медицины. На данный момент, благодаря обьемной печати, специалисты могут за короткие сроки создать качественный имплант кости, протез, сложный медицинский инструмент и т. п. Уже сейчас медики пытаются воссоздать функционирующий орган, но пока что это просто экспериментальные разработки.

 

Поговорим о принципе работы чудо принтера. Как же данной машине удается перенести цифровую трехмерную модель в пространство?

Рабочая часть 3D принтера состоит из платформы (рабочее пространство) и печатающей головки «экструдер» (extrude – выдавить). Экструдер послойно создает объект путем выдавливания термопластика (или другого материала) в виде филамента (нить).

Экструдер делится на две основные части: верхняя – блок, подающий филамент, и нижняя – сопло с нагревателем. В блоке стоит ролик и шестерня, соединенная с электромоторчиком. Эти элементы тянут нить, и выводят ее вниз к соплу, где материал выходит на рабочую поверхность в плавленом виде. У сопла экструдера устанавливают термодатчик. Эта деталь принтера позволяет следить за температурами экструдера, так как исходные или пользовательские настройки могут сбиться. Как всем известно, у каждого материала свои температуры плавления, и при использовании любого из них необходимо установить подходящую температуру. Нагревательный элемент представляет из себя спираль из нихромовой проволоки и пару резисторов. Верхняя часть экструдера сильно нагревается в процессе печати, что недопустимо, так как материал преждевременно расплавляется. Для предотвращения этой неприятности между холодной и горячей частью экструдера устанавливают теплоизоляционную прокладку. Помимо этого, на блок с механизмом подачи нити устанавливают кулер и радиатор.

Кроме вышеописанного экструдера, существует боуден-экструдер, в котором горячая и холодная часть расположены отдельно. Филамент в таком типе экструдера подается от блока подачи на корпусе принтера в сопло через трубку.

Некоторые новые модели 3D принтера имеют по два и три экструдера, что позволяет работать с несколькими цветами и параллельно печатать несколько моделей. Также существует экспериментальная модель экструдера с несколькими механизмами подачи нити и одним соплом.

Термопринтеры – это не единственные аппараты, которые способны печатать 3D модели. Крайне популярен на данный момент 3D принтер с холодным экструдером в виде шприца. Такой принтер позволяет работать с бетонными смесями, глиной, силиконом, пластилином и т.д. Именно такой вид принтеров используется в строительстве.

На сегодняшний день уже существуют дома, возведенные с помощью крупного строительного принтера. Он имеет высоту в 6 метров и длину пролета около 150 метров. На данный момент принтер может распечатать пол и стены здания, а вот окна, перекрытие и крыша монтируются обычные. При изготовлении стен жилого дома принтер возводит несколько десятков слоев и машину выключают, укладывают арматуру по периметру всех стен, и принтер продолжает работу над домом. Этот технологический процесс раз за разом повторяется до возведения всего дома.

Для создания чего-либо на принтере Вам необходимо отсканировать или создать свою 3D модель. Для создания модели используют множество различных программ, ориентированных на объёмное моделирование. Одной из самых популярных программ являются 3DMax, 3DTin и самый простой и интересный — Thinkecard, разработанный для детишек. Программа имеет множество готовых файлов, и даже возможность экспортировать модель в игру MineCraft.

После создания модели необходимо сверить параметры принтера и создаваемого объекта. Можно масштабировать объект или разрезать его на детали, которые без труда поместятся на рабочем пространстве принтера.

Найти программное обеспечение на 3D принтер не составит труда, так как их огромное количество. Во-первых, почти все производители предоставляют фирменное ПО к своему продукту. Во-вторых, тема 3D принтеров достаточно популярна и интересна, в связи с чем постепенно появляется новое программное обеспечение с множеством дополнительных плагинов.

 

То, о чем некогда писали в своих книгах фантасты XX века, уже сегодня, благодаря разработке Чака Халла в 1986 году, стало не просто реальным, а и вполне доступным девайсом.

Благодарим за внимание!

Поделиться в соцсетях

Как работает 3D-принтер? Просто о сложном

Трехмерная печать становится все популярнее. Как работает 3D-принтер, какие материалы используются при печати моделей, а также некоторые практические советы рассмотрим в нашей статье.

Как работает 3D-принтер?

Классический 3D-принтер с технологией FDM

Начнем с технологии печати. В наши дни 3D-принтеров очень много, а соответственно, и способов создания моделей с их помощью — тоже не перечесть. Но в принципе, все принтеры в основе имеют одну из трех различных технологий.

Во-первых, существует так называемая стереолитография (SL или SLA). Внутри принтера помещается ванна, в которой находится жидкий фотополимер. Фотополимеры — это пластмассы или смолы, которые затвердевают при воздействии света. Принтеры обычно работают с акриловой, эпоксидной или виниловой смолой. 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 (глубже в ванну). Таким образом, объект печатается по рядам, как текст в обычном принтере. После полного отвердения модели она отличается высокой прочностью и химической стойкостью. Преимуществом этого метода является точность передачи: даже мелкие микрометрические структуры принтер может напечатать очень чисто. К сожалению, стереолитографические принтеры в настоящее время очень дороги.

Вторая технология работы 3D-принтера — селективное лазерное спекание (SLS). Чтобы понять, как это работает, представьте себе вертикальную трубу, в которой находится движущаяся платформа. В начале печати платформа находится наверху. Пластик, формовочный песок с пластмассовым покрытием, металлический или керамический порошок распределяются 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 снова строится по слоям.

Третий способ — классический. Он называется моделированием методом наплавления (FDM). В этом процессе каждый новый слой изделия формируется из жидкого пластика, который пропускается через экструдер (программируемое устройство, придающее ему определенную форму) и после этого немедленно отверждается лазером. Затем отвержденный слой смещается вниз, экструдер придает форму новому слою, и он наплавляется сверху на предыдущий, и так далее. Такие принтеры относительно недороги и могут быть собраны самостоятельно с применением некоторых ноу-хау. Здесь точность печати получается хуже по сравнению со стереолитографией, однако для любителей это самая подходящая процедура 3D-печати.

Как создаются модели для печати?

Сначала создается 3D-модель объекта при помощи программы CAD и сохраняется в специальном формате STL. Затем файл STL загружается в программу резки для принтера, например, Cura или Slic3r. Программа резки позволяет задавать физические свойства модели, такие как плотность заполнения или использование опорных конструкций.

Программа преобразует 3D-модель в G-код. Он содержит инструкции для экструдера, по которым тот должен придавать форму каждому слою модели. Код загружается в принтер, устройство запускается, и начинается печать.

Какие материалы используются в 3D-печати?

3D-печать осуществляется при помощи различных видов пластика. Он выпускается в форме нитей, намотанных на большие катушки. Нить заряжается в принтер, который втягивает и расплавляет ее для того, чтобы пластик стал жидким, и ему можно было придавать форму.

Чаще всего в принтерах используется полилактид (PLA). Это пластик, который получают из возобновляемых источников — например, из кукурузного крахмала. Он  водоотталкивающий, а также безопасный для изготовления емкостей для пищевых продуктов. Кроме того, он огнестойкий и устойчивый против УФ-излучения. Самое большое преимущество — у него при печати нет неприятного запаха.

Печать при помощи полилактида (PLA)

Очень часто используется сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS). Этот пластик является одной из наиболее широко используемых пластмасс в мире. Он особенно устойчив к маслам, жирам и высоким температурам. При печати он также не дает запаха. Модели из него получаются матовыми.

Еще один материал для 3D-печати — поливиниловый спирт (PVAL или PVOH). Особенностью этого пластика является его водорастворимость. Благодаря этому он удобен для печати несущих конструкций внутри модели, на которые затем наплавляется водостойкий пластик, тот же PLA. После завершения модели несущие конструкции внутри растворяются.

Для печати несущих конструкций в моделях из пластика ABS часто используется ударопрочный полистирол (HIPS). Этот пластик обладает высокой ударной вязкостью и твердостью.

К эксклюзивным методам относится печать соединениями PLA, то есть, при помощи смеси пластика PLA и частиц других веществ. Таким образом создаются модели, к примеру, из дерева или меди.

Редко, но все-таки используется поликарбонат (PC). У этого пластика очень высокая температура плавления — от 270 ° C до 300 ° C. Кроме того, этот пластик обладает высокой ударопрочностью и термостойкостью.

Для печати деталей механизмов, к примеру, зубчатых колес или винтов, которые должны выдерживать большое усилие и не ломаться, используется нейлон.

Также существует ряд пластиков с маркировкой «elastic» или «flex». Они могут быть изготовлены из разных веществ, но, как правило, в качестве основного ингредиента используются термопластичные эластомеры на основе уретана. Их объединяет одно — гибкость.

Посуда и контейнеры для пищевых продуктов печатаются с использованием безопасных нетоксичных пластика. Это либо уже упомянутый PLA, либо полипропилен (PP), который, в отличие от первого, является гибким. Существует также безопасное для пищевых продуктов сочетание PLA и ABS — PETG, которое более устойчиво к атмосферным воздействиям.

Читайте также:

Фото: chip.de, pixabay.com

3d Принтеры Ultimaker | Работа архитекторов: от 3D-печати макета до отмеченного наградами здания3d Принтеры Ultimaker

Make Architects – это компания, принадлежащая человеку, который стремится проектировать лучшие здания и пространства в мире. 3D-принтеры Ultimaker поддерживают демократическую культуру дизайна студии и позволяют моделирующей команде ежегодно печатать тысячи моделей — от концепций проектов до огромных архитектурных моделей.

Моделирование до работы с 3D -принтерами

Прежде чем использовать 3D-принтеры, менеджер отвечающий за изготовление моделей — Пол Майлс, полагался на традиционные методы моделирования. Концептуальные модели вырезались вручную из пены и картона, а моделирование массивов выполнялось из древесины, но это была объемная и трудоемкая работа.

“У нас все еще есть мастерская по дереву, но это доставляет большие хлопоты в обработке больших кусков древесины. Шум и пыль полностью отличаются от работы чистых и тихих принтеров в офисе.”

Трехмерная печать экономит время и затраты

Сегодня почти все архитектурные проекты Make начинают жизнь на печатном столе 3D-принтера Ultimaker.
3D-принтеры используются даже для крупных технико-экономических обоснований. Например, недавно, команда завершила масштабную контекстную модель 1:1000 в Восточном Лондоне. Воспроизводя квадратный километр города, 850 зданий были напечатаны в 3D и точно расположены на базе одного квадратного метра.

Это крупное трехмерное технико-экономическое исследование стоило всего 2 000 фунтов стерлингов и на данный проект потребовалось две недели.

Еще несколько лет назад, Пол поручил стороннему поставщику построить эту модель из древесины. С типичной ценой в 20 000 фунтов стерлингов (26 500 долларов США) потребовалось до шести недель. Теперь, с набором принтеров Ultimaker 2+ и Ultimaker 3, приумножающие их усилия, команда Пола собрала сотни отдельных структур за два дня. Цена:
2 000 фунтов стерлингов (2 650 долларов США) за труд и материалы с двухнедельным сроком исполнения!

Хотя 90% экономии времени и затрат было бы изменением рентабельности для большинства предприятий, Пол видит это только в качестве перка. Для него истинная ценность 3D-моделирования моделей заложена в другом.

Поддержка культуры семинара

3D-принтеры Ultimaker играют важную роль в работе «мастерской» Make. Каждый сотрудник студии вводится в курс дела, чтобы использовать 3D-принтеры и создавать свои собственные проекты. Пол говорит, что это было бы невозможно без простой в использовании экосистемы Ultimaker:

«Весь пакет Ultimaker Cura и принтеров означает, что любой может сделать собственный 3D -дизайн. Благодаря профилям материалов по умолчанию, простой рабочий процесс, безусловно, является большим преимуществом».

Дизайнеры часто печатают грубые «3D-эскизы», чтобы найти эстетические пределы пространства. Масштаб, объем, масса, пропорция и ориентация — все переменные в этом поиске. И при разработке наилучшего здания для этого пространства, их поиск должен быть строгим. Затем, каждая структура проверяется на окружающем городском пейзаже для обеспечения ее гармонии с окружающей средой, рассматривается как она вмешивается в человеческую деятельность и, даже, бросает ли правильные тени.

Пол объясняет, что такой же опыт не реализуем в двумерной плоскости экрана компьютера:
«3D-печатные концептуальные модели означают, что каждый — от архитекторов до клиентов — может опуститься и действительно перемещаться по модели, они могут взять здания и почувствовать их».

С базовыми моделями, используемыми для идей и моделей с последующей обработкой для презентации, трехмерная печать стала чрезвычайно важной частью разработки дизайна Make. Год редко проходит без проектов, которые попадают в шорт-лист — некоторые из них выигрывают награды. Например, их дизайн St James’s Market недавно получил лондонскую премию RIBA2018 года.

Местное цифровое производство для глобального бизнеса

Благодаря дополнительным студиям в Сиднее и Гонконге, рабочий процесс 3D-графики Make позволяет объединять и повышать производительность. Например, когда надвигаются крайние сроки, глобальная команда может круглосуточно сотрудничать в 3D-дизайне. Пол добавляет, что между офисами очень большое расстояние:
«Мы создаем файлы в Лондоне, а в дальнейшем, их печатают в Сиднее или Гонконге. Это скорее совместное усилие, чем работа отдельных студий ».

Масштабируемое моделирование в одной сети

За прошедшие годы зависимость производителей 3D-моделей от принтеров Ultimaker значительно возросла. После того, как первые два принтера были хорошо приняты коллегами в 2014 году, Пол быстро увеличил пропускную способность до четырех, а затем до восьми». Теперь, когда в их мастерской находятся 14 3D-принтеров Ultimaker, команда может оперативно создавать широкий спектр модельных проектов. Пол говорит: «При использовании нескольких 3D-принтеров Ultimaker 3, Cura Connect позволяет легко отслеживать процесс печати и работу 3D-принтеров. Я иногда выхожу в сеть из дома и просматриваю ход печати».

Удостоенные наградами проекты благодаря эффективности 3D -печати

Благодаря 3D-печати, встроенной в их рабочий процесс, Пол и его команда полагаются на свои 3D-принтеры Ultimaker как на наиболее эффективный инструмент для решения множества задач. Объединив эту технологию с напылением и лазерной резкой, команда Пола максимально эффективно использует драгоценное время и внимание, чтобы сосредоточиться на общей презентации моделей. На данный момент 14 3D-принтеров удовлетворяют их потребности. Но Пол признает: «Если нам понадобится 100 3D-принтеров Ultimaker — мы приобретем 100!».

Чтобы узнать больше о том, как 3D-печать может принести пользу Вашей практике в сфере архитектуры, предлагаем Вашему вниманию интересную статью «6 причин почему каждому архитектору необходим 3D-принтер».

Будем держать Вас в курсе последних новостей!

Ваша команда iGo3D

Наши группы в социальных сетях:

YouTube

VKontakte

Facebook

Instagram

3D-печать для чайников: как они работают? | The Independent

Кажется, что все, от Белого дома до Amazon.com, в наши дни говорят о 3D-печати, но что именно? Вот краткое руководство по поводу того, о чем идет речь…

Что такое 3D-принтер?

3D-принтеры - это новое поколение машин, которые могут делать повседневные вещи. Они замечательны тем, что могут изготавливать разные виды предметов из разных материалов на одной машине.

3D-принтер может изготавливать практически все, от керамических чашек до пластиковых игрушек, металлических деталей машин, керамических ваз, модных шоколадных тортов или даже (скоро в скором времени) частей человеческого тела.

Они заменяют традиционные заводские производственные линии одной машиной, точно так же, как домашние струйные принтеры заменяют бутылки с чернилами, печатный станок, горячее железо и сушильную стойку.

Почему это называется печатью?

Если вы внимательно посмотрите (в микроскоп) на страницу с текстом на домашнем принтере, вы увидите, что буквы не просто окрашивают бумагу, они на самом деле немного сидят на поверхности страницы. .

Теоретически, если вы напечатаете одну и ту же страницу несколько тысяч раз, в конечном итоге чернила будут накладывать достаточно слоев друг на друга, чтобы создать твердую трехмерную модель каждой буквы. Идея создания физической формы из крошечных слоев - вот как работали первые 3D-принтеры.

Как работают 3D-принтеры?

Вы начинаете с проектирования 3D-объекта на обычном домашнем ПК, подключаете его к 3D-принтеру, нажимаете «печать», а затем садитесь и смотрите. Процесс немного похож на приготовление буханки нарезанного хлеба, но в обратном порядке.Представьте, что вы выпекаете каждый отдельный ломтик хлеба, а затем склеиваете их вместе в целую буханку (в отличие от приготовления целого хлеба, а затем нарезания его, как это делает пекарь). Это в основном то, что делает 3D-принтер.

В процессе 3D-печати весь объект превращается в тысячи крошечных кусочков, а затем создается снизу вверх, фрагмент за фрагментом. Эти крошечные слои слипаются, образуя твердый объект. Каждый слой может быть очень сложным, то есть 3D-принтеры могут создавать движущиеся части, такие как шарниры и колеса, как части одного и того же объекта.Вы можете напечатать весь велосипед - руль, седло, раму, колеса, тормоза, педали и цепь - в собранном виде, без использования каких-либо инструментов. Вопрос просто в том, чтобы оставить пробелы в нужных местах.

Какие возможности?

Вы когда-нибудь ломали что-то, но обнаруживали, что оно больше не продается и вы не можете его заменить? 3D-печать означает, что вы можете просто распечатать новую. Этот мир, в котором вы можете сделать практически все, что угодно, очень отличается от того, в котором мы живем сегодня.Это мир, в котором не нужны грузовики для доставки товаров или склады для их хранения, где ничего не бывает на складе и где меньше отходов, упаковки и загрязнения.

Это также мир, в котором предметы повседневного обихода изготавливаются по индивидуальному заказу и в соответствии с вашими требованиями. Это означает, что мебель создана для вашего дома, обувь - по ноге, дверные ручки - по руке, блюда, приготовленные по вашему вкусу одним нажатием кнопки. Даже лекарства, кости, органы и кожа, предназначенные для лечения ваших травм.

Вы можете получить некоторые из этих вещей сейчас, если вы богаты, но 3D-печать обеспечивает доступное производство на заказ для масс. Если это звучит как чистая фантазия, попробуйте поискать в Google «персонализированные 3D-печатные продукты» и убедитесь в этом сами. В конце концов, идея делать покупки в супермаркете на iPad напоминала что-то из «Звездного пути» 20 лет назад.

Какие ограничения?

Хотя покупка 3D-принтера намного дешевле, чем создание фабрики, стоимость каждой единицы, которую вы производите, выше, поэтому экономичность 3D-печати еще не превосходит традиционное массовое производство.Он также не может сравниться с гладкой поверхностью промышленных машин, а также предлагать разнообразие материалов или широкий диапазон размеров, доступных в промышленных процессах. Но, как и многие бытовые технологии, цены снизятся, а возможности 3D-принтера со временем улучшатся.

Это следующая большая вещь?

Да, если вы дизайнер или инженер, но для большинства людей нет.

Как и все новые технологии, шумиха в отрасли на несколько лет опережает потребительскую реальность.Это новая технология, которая, как и домашние компьютеры или мобильные телефоны, означает, что большинство людей скептически относятся к тому, что они нужны, пока они не появятся у всех… и тогда мы все удивимся, как мы вообще обходились без них.

@Killdozer

Как работают 3D-принтеры?

Даже лучшие художники изо всех сил стараются показать нам, какие объекты реального мира выглядят во всей своей трехмерной (3D) красе.Большую часть времени это не имеет значения - просмотр фотографии или эскиза дает нам хорошая идея. Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: модель, которую можно потрогать, подержать и Чувствовать. Беда только в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут создавать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). Ура, тогда для 3D принтеров , которые немного работают как струйные принтеры, и создавайте 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость.Как именно они работают? Давайте внимательнее!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка принтера Invent3D, медленно создавая объект, слой за слоем, брызгая расплавленным синим пластиком из его точно движущегося сопла. Фото капрала. Джастин Апдеграфф любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.

От ручных прототипов до быстрого прототипирования

Фото: Качественный скоростной прототип космического самолета, сделанный из воска. из чертежа САПР НАСА.Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Раньше были такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеены из кусочков картона или пластика. Они могли взять дней или даже недель, чтобы заработать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или дополнений было трудным и отнимало много времени, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и это может оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментарии на борту в последнюю минуту: "Слишком поздно!"

С появлением более совершенных технологий, идея под названием быстрое прототипирование (RP) зародилась в 1980-х. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно за часы или дни. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование.3D печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают свои собственные быстрые прототипы, за часы, с использованием сложных машин похожи на струйные принтеры.

Как работает 3D-принтер?

Artwork: Один из первых в мире трехмерных принтеров FDM, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана. на опорной плите (темно-синий, 10), которая перемещается в горизонтальном (X – Y) направлениях, в то время как печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении.В качестве сырья для печати используется пластиковый стержень (желтый, 46), оплавленный печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается с помощью сжатого воздуха из большого резервуара и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним.Иллюстрация из патента США 5,121,329: Устройство и метод для создания трехмерных объектов, автор С. Скотт Крамп, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Ты бы начните с бруска из цельного дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая «спрятанный» внутри предмет. Или если вы хотели сделать модель дома по архитектурному проекту, вы бы построили это как настоящий сборный дом, наверное, вырезая миниатюрные копии стен из картона и их склейка.Теперь лазер может легко вырезать из дерева форму, и это не выходит за рамки области возможностей научить робота приклеивать картон вместе, но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер. с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою за раз из снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области методом, известным как моделирование методом сплавленного осаждения (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D CAD. втягивание в партии двухмерных, поперечных слои - эффективно разделяют 2D-отпечатки, расположенные один поверх другой, но без бумаги между ними.Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накапливаются объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и соединяет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолета.

Q: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? A: Пластик!

Там, где струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! Вы можете моделировать пластик.3D-принтер по сути работает, выдавливая расплавленный пластик через крошечное сопло, которое он перемещает точно под компьютером контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера, то вы получаете либо потрясающе выглядящую трехмерную модель, либо множество двухмерных пластиковых линий, грубо лежащих друг на друге - как глазурь для торта с плохо нанесенным трубопроводом! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot.Вы можете увидеть маленькую катушку из сырого красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера любезно предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует много типов пластика, все они различны как химически (по их молекулярному составу), так и физически (в их поведение по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты , (пластмассы, которые плавятся при нагревании и превращаются в твердые, когда снова охлаждают), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо PETG (полиэтиленгерефталат гликоль).

Пожалуй, наиболее знакомый материал, из которого изготавливаются кирпичи LEGO®, ABS также широко используется в интерьере автомобилей (иногда и во внешних частях, таких как колпаки), для изготовления внутренних частей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (вполне вероятно, что мышь и клавиатура, которыми вы сейчас пользуетесь, сделаны из АБС-пластика). Так почему этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиенстирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100 ° C (220 ° F), что достаточно прохладно, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева, и достаточно горячее, чтобы модели, напечатанные с его помощью, выиграли ''. тают, если их оставить на солнце.После схватывания его можно отшлифовать или покрасить; Еще одно полезное свойство ABS - это то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические вещества цвета в краске), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более экологичен, хотя он более мягкий и менее прочный. PETG - это промежуточный вариант, близкий к прочности ABS, его легко формовать и относительно легко перерабатывать.

Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и схватывается. В июле 2011 г. исследователи из Английский университет Эксетера представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты из расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator ™ - типичный недорогой 3D-принтер своими руками. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он приходит в собранном виде в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.Фото любезно предоставлено Винделлом Х. Оскаем, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. под лицензией Creative Commons.

Производители 3D-принтеров заявляют, что они в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы за часы, а не дни. Несмотря на то что высокопроизводительные 3D-принтеры они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а гораздо более дешевые машины также есть в наличии (вы можете купить комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).Они также достаточно маленькие, безопасные, простые в использовании и надежны (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как проектные / инженерные школы).

С другой стороны, отделка моделей, которые они производят, обычно уступает тем, которые производятся на станках с РП более высокого класса. Выбор материалы часто ограничиваются одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере может быть лучше для предварительной визуализации новых продуктов; более сложные машины RP могут быть использованы позже в процессе, когда проекты близки к доработке и такие вещи, как точная поверхность текстуры важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос "Как много способов использовать копировальный аппарат? »Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределы - это точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно технология все еще относительно новая; даже в этом случае диапазон использования 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr благодаря галерее изображений NIH США и 3D Print Exchange.

Жизнь - это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со складками, осыпающиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания заменяющих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать.Уже у нас видел 3D-печатные уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мускулы (от Корнельского университета). 3D-принтеры имеют также использовались для производства искусственной ткани (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожа (в партнерстве косметических гиганты L'Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полные 3D-печатные заменяющие органы (например, сердце и печень), все быстро движется в этом направлении.Один проект, известный как Тело на чипе, управляется Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет их искусственной крови.

Помимо сменных частей тела, все чаще используется 3D-печать. используется для медицинского образования и обучения. В детском доме Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операцию на 3D-копии детских сердечек.В другом месте то же самое Техника используется для репетиции операции на головном мозге.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Разработка и испытание самолетов - дело сложное и дорогое: Boeing Внутри Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что компьютерные модели могут быть использованы для проверки многих аспектов того, как самолеты вести себя, точные прототипы еще нужно сделать для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать - простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в большом количестве, военные самолеты, скорее всего, будут сильно индивидуализированы, а 3D-печать позволяет проектировать, испытывать и производить мелкосерийные или единичные детали как быстро и экономично.

Фото: ВМС США с тех пор тестируют 3D-принтеры на кораблях. один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самодостаточным, с меньшими затратами на запасные части и материалы, особенно в военное время. Это подводное беспроводное зарядное устройство, напечатанное на 3D-принтере. типично для объектов, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера любезно предоставлено ВМС США.

Космические аппараты даже сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «производятся» в крошечных количества - иногда когда-либо производится только один.Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может многое сделать Разумнее печатать на 3D-принтере одноразовые компоненты. Но зачем вообще делать части космоса на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов) в 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные частей), вдали от Земли, когда они им нужны.Но даже обычные космические проекты, порожденные Землей, могут извлечь выгоду из скорость, простота и дешевизна 3D-печати. Последние, поддерживаемые людьми NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере, созданные с помощью Stratasys.

Фото: Запасные части и ремонт - без проблем. 3D-принтер Lulzbot Taz 6, используемый для изготовления запасных частей на борту военного корабля США, крупным планом. Фото Кристофера А. Велойказы любезно предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое применение для 3D-печати: визуализация того, как новые дизайны будут смотреть в трех измерениях.Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что видят и трогать. Все чаще 3D-принтеры используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы (пока) не можем печатать 3D в материалах например, кирпич и бетон, существует широкий ассортимент пластмасс. доступны, и их можно раскрасить, чтобы они выглядели как реалистичные здания отделка. Точно так же 3D-печать теперь широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие повседневные вещи вылеплены из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похож на готовый продукт - идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Персонализированные товары

Современная жизнь - от пластиковых зубных щеток до фантиков. здесь-сегодня, ушел-завтра - удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят серийное массовое производство. вот почему так популярны дорогие «дизайнерские этикетки». в в будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, персонализированные продукты, изготовленные на заказ в точном соответствии с нашими требованиями Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатается на 3D-принтере.Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy воспроизвел что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам вроде Shapeways, каждый может сделать свои собственные ник-нэки на 3D-принтере для себя или для себя. продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Товары по индивидуальному заказу» - это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: еда, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию.На приготовление нужно время, умение и терпение, потому что готовится аппетитный еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большинство продуктов можно выдавливать (выдавливать через сопла), они могут (теоретически) также можно напечатать в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Scientist Laboratories в шутку напечатали какие-то странные предметы из сахар. В 2013 году New York Times обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатайте всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в Он случайно натолкнулся на работу Ход Липсона из Корнельского университета, кто верит, что еда может быть когда-нибудь лично, напечатана на 3D-принтере, чтобы соответствовать точные потребности вашего организма в питании.Что аккуратно переносит нас в будущее ...

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-отпечатки из любого сырья, в которое вы можете подавать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных из сахарного песка "CandyFab 4000" (взломанный старый плоттер HP) от всегда занятных людей в лабораториях злых безумных ученых. Фотография любезно предоставлена ​​Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликована на Flickr в 2007 году по лицензии Creative Commons License.

Будущее 3D-печати

Многие люди верят, что 3D-печать возвестит не только о приливной волне нахальных пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой он управляет.Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяет нам делать наши собственные вещи, есть ограничить то, что вы можете достичь самостоятельно с помощью дешевого принтера и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды могут быть получены тогда, когда 3D-печать повсеместно принята крупными компаниями в качестве центрального столп обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей настройки существующих продуктов, поэтому доступность серийного массового производства будет в сочетании с привлекательностью одноразового ремесла, сделанного на заказ.Во-вторых, 3D-печать - это, по сути, роботизированная технология, поэтому она будет снизить стоимость производства до такой степени, что опять же, экономически выгодно производить товары в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время собирают дешево (плохо оплачиваемыми людьми) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для того, чтобы делать то же самое, потребуется меньше людей), снижение общие затраты на производство, что должно привести к снижению цен и больший спрос - и это всегда хорошо для потребителей, для производители и экономика.

Фотография: два вида печатающей головки (иногда называемой «головкой инструмента») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Как работают 3D-принтеры?

Даже лучшие художники изо всех сил стараются показать нам, какие объекты реального мира выглядят во всей своей трехмерной (3D) красе. Большую часть времени это не имеет значения - просмотр фотографии или эскиза дает нам хорошая идея.Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: модель, которую можно потрогать, подержать и Чувствовать. Беда только в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут создавать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). Ура, тогда для 3D принтеров , которые немного работают как струйные принтеры, и создавайте 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость. Как именно они работают? Давайте внимательнее!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка принтера Invent3D, медленно создавая объект, слой за слоем, брызгая расплавленным синим пластиком из его точно движущегося сопла.Фото капрала. Джастин Апдеграфф любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.

От ручных прототипов до быстрого прототипирования

Фото: Качественный скоростной прототип космического самолета, сделанный из воска. из чертежа САПР НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Раньше были такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеены из кусочков картона или пластика.Они могли взять дней или даже недель, чтобы заработать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или дополнений было трудным и отнимало много времени, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и это может оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментарии на борту в последнюю минуту: "Слишком поздно!"

С появлением более совершенных технологий, идея под названием быстрое прототипирование (RP) зародилась в 1980-х. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно за часы или дни. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование.3D печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают свои собственные быстрые прототипы, за часы, с использованием сложных машин похожи на струйные принтеры.

Как работает 3D-принтер?

Artwork: Один из первых в мире трехмерных принтеров FDM, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана. на опорной плите (темно-синий, 10), которая перемещается в горизонтальном (X – Y) направлениях, в то время как печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении.В качестве сырья для печати используется пластиковый стержень (желтый, 46), оплавленный печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается с помощью сжатого воздуха из большого резервуара и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним.Иллюстрация из патента США 5,121,329: Устройство и метод для создания трехмерных объектов, автор С. Скотт Крамп, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Ты бы начните с бруска из цельного дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая «спрятанный» внутри предмет. Или если вы хотели сделать модель дома по архитектурному проекту, вы бы построили это как настоящий сборный дом, наверное, вырезая миниатюрные копии стен из картона и их склейка.Теперь лазер может легко вырезать из дерева форму, и это не выходит за рамки области возможностей научить робота приклеивать картон вместе, но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер. с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою за раз из снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области методом, известным как моделирование методом сплавленного осаждения (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D CAD. втягивание в партии двухмерных, поперечных слои - эффективно разделяют 2D-отпечатки, расположенные один поверх другой, но без бумаги между ними.Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накапливаются объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и соединяет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолета.

Q: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? A: Пластик!

Там, где струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! Вы можете моделировать пластик.3D-принтер по сути работает, выдавливая расплавленный пластик через крошечное сопло, которое он перемещает точно под компьютером контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера, то вы получаете либо потрясающе выглядящую трехмерную модель, либо множество двухмерных пластиковых линий, грубо лежащих друг на друге - как глазурь для торта с плохо нанесенным трубопроводом! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot.Вы можете увидеть маленькую катушку из сырого красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера любезно предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует много типов пластика, все они различны как химически (по их молекулярному составу), так и физически (в их поведение по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты , (пластмассы, которые плавятся при нагревании и превращаются в твердые, когда снова охлаждают), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо PETG (полиэтиленгерефталат гликоль).

Пожалуй, наиболее знакомый материал, из которого изготавливаются кирпичи LEGO®, ABS также широко используется в интерьере автомобилей (иногда и во внешних частях, таких как колпаки), для изготовления внутренних частей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (вполне вероятно, что мышь и клавиатура, которыми вы сейчас пользуетесь, сделаны из АБС-пластика). Так почему этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиенстирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100 ° C (220 ° F), что достаточно прохладно, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева, и достаточно горячее, чтобы модели, напечатанные с его помощью, выиграли ''. тают, если их оставить на солнце.После схватывания его можно отшлифовать или покрасить; Еще одно полезное свойство ABS - это то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические вещества цвета в краске), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более экологичен, хотя он более мягкий и менее прочный. PETG - это промежуточный вариант, близкий к прочности ABS, его легко формовать и относительно легко перерабатывать.

Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и схватывается. В июле 2011 г. исследователи из Английский университет Эксетера представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты из расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator ™ - типичный недорогой 3D-принтер своими руками. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он приходит в собранном виде в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.Фото любезно предоставлено Винделлом Х. Оскаем, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. под лицензией Creative Commons.

Производители 3D-принтеров заявляют, что они в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы за часы, а не дни. Несмотря на то что высокопроизводительные 3D-принтеры они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а гораздо более дешевые машины также есть в наличии (вы можете купить комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).Они также достаточно маленькие, безопасные, простые в использовании и надежны (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как проектные / инженерные школы).

С другой стороны, отделка моделей, которые они производят, обычно уступает тем, которые производятся на станках с РП более высокого класса. Выбор материалы часто ограничиваются одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере может быть лучше для предварительной визуализации новых продуктов; более сложные машины RP могут быть использованы позже в процессе, когда проекты близки к доработке и такие вещи, как точная поверхность текстуры важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос "Как много способов использовать копировальный аппарат? »Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределы - это точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно технология все еще относительно новая; даже в этом случае диапазон использования 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr благодаря галерее изображений NIH США и 3D Print Exchange.

Жизнь - это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со складками, осыпающиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания заменяющих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать.Уже у нас видел 3D-печатные уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мускулы (от Корнельского университета). 3D-принтеры имеют также использовались для производства искусственной ткани (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожа (в партнерстве косметических гиганты L'Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полные 3D-печатные заменяющие органы (например, сердце и печень), все быстро движется в этом направлении.Один проект, известный как Тело на чипе, управляется Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет их искусственной крови.

Помимо сменных частей тела, все чаще используется 3D-печать. используется для медицинского образования и обучения. В детском доме Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операцию на 3D-копии детских сердечек.В другом месте то же самое Техника используется для репетиции операции на головном мозге.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Разработка и испытание самолетов - дело сложное и дорогое: Boeing Внутри Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что компьютерные модели могут быть использованы для проверки многих аспектов того, как самолеты вести себя, точные прототипы еще нужно сделать для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать - простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в большом количестве, военные самолеты, скорее всего, будут сильно индивидуализированы, а 3D-печать позволяет проектировать, испытывать и производить мелкосерийные или единичные детали как быстро и экономично.

Фото: ВМС США с тех пор тестируют 3D-принтеры на кораблях. один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самодостаточным, с меньшими затратами на запасные части и материалы, особенно в военное время. Это подводное беспроводное зарядное устройство, напечатанное на 3D-принтере. типично для объектов, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера любезно предоставлено ВМС США.

Космические аппараты даже сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «производятся» в крошечных количества - иногда когда-либо производится только один.Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может многое сделать Разумнее печатать на 3D-принтере одноразовые компоненты. Но зачем вообще делать части космоса на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов) в 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные частей), вдали от Земли, когда они им нужны.Но даже обычные космические проекты, порожденные Землей, могут извлечь выгоду из скорость, простота и дешевизна 3D-печати. Последние, поддерживаемые людьми NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере, созданные с помощью Stratasys.

Фото: Запасные части и ремонт - без проблем. 3D-принтер Lulzbot Taz 6, используемый для изготовления запасных частей на борту военного корабля США, крупным планом. Фото Кристофера А. Велойказы любезно предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое применение для 3D-печати: визуализация того, как новые дизайны будут смотреть в трех измерениях.Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что видят и трогать. Все чаще 3D-принтеры используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы (пока) не можем печатать 3D в материалах например, кирпич и бетон, существует широкий ассортимент пластмасс. доступны, и их можно раскрасить, чтобы они выглядели как реалистичные здания отделка. Точно так же 3D-печать теперь широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие повседневные вещи вылеплены из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похож на готовый продукт - идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Персонализированные товары

Современная жизнь - от пластиковых зубных щеток до фантиков. здесь-сегодня, ушел-завтра - удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят серийное массовое производство. вот почему так популярны дорогие «дизайнерские этикетки». в в будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, персонализированные продукты, изготовленные на заказ в точном соответствии с нашими требованиями Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатается на 3D-принтере.Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy воспроизвел что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам вроде Shapeways, каждый может сделать свои собственные ник-нэки на 3D-принтере для себя или для себя. продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Товары по индивидуальному заказу» - это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: еда, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию.На приготовление нужно время, умение и терпение, потому что готовится аппетитный еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большинство продуктов можно выдавливать (выдавливать через сопла), они могут (теоретически) также можно напечатать в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Scientist Laboratories в шутку напечатали какие-то странные предметы из сахар. В 2013 году New York Times обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатайте всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в Он случайно натолкнулся на работу Ход Липсона из Корнельского университета, кто верит, что еда может быть когда-нибудь лично, напечатана на 3D-принтере, чтобы соответствовать точные потребности вашего организма в питании.Что аккуратно переносит нас в будущее ...

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-отпечатки из любого сырья, в которое вы можете подавать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных из сахарного песка "CandyFab 4000" (взломанный старый плоттер HP) от всегда занятных людей в лабораториях злых безумных ученых. Фотография любезно предоставлена ​​Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликована на Flickr в 2007 году по лицензии Creative Commons License.

Будущее 3D-печати

Многие люди верят, что 3D-печать возвестит не только о приливной волне нахальных пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой он управляет.Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяет нам делать наши собственные вещи, есть ограничить то, что вы можете достичь самостоятельно с помощью дешевого принтера и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды могут быть получены тогда, когда 3D-печать повсеместно принята крупными компаниями в качестве центрального столп обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей настройки существующих продуктов, поэтому доступность серийного массового производства будет в сочетании с привлекательностью одноразового ремесла, сделанного на заказ.Во-вторых, 3D-печать - это, по сути, роботизированная технология, поэтому она будет снизить стоимость производства до такой степени, что опять же, экономически выгодно производить товары в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время собирают дешево (плохо оплачиваемыми людьми) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для того, чтобы делать то же самое, потребуется меньше людей), снижение общие затраты на производство, что должно привести к снижению цен и больший спрос - и это всегда хорошо для потребителей, для производители и экономика.

Фотография: два вида печатающей головки (иногда называемой «головкой инструмента») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Как работают 3D-принтеры?

Даже лучшие художники изо всех сил стараются показать нам, какие объекты реального мира выглядят во всей своей трехмерной (3D) красе. Большую часть времени это не имеет значения - просмотр фотографии или эскиза дает нам хорошая идея.Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: модель, которую можно потрогать, подержать и Чувствовать. Беда только в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут создавать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). Ура, тогда для 3D принтеров , которые немного работают как струйные принтеры, и создавайте 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость. Как именно они работают? Давайте внимательнее!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка принтера Invent3D, медленно создавая объект, слой за слоем, брызгая расплавленным синим пластиком из его точно движущегося сопла.Фото капрала. Джастин Апдеграфф любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.

От ручных прототипов до быстрого прототипирования

Фото: Качественный скоростной прототип космического самолета, сделанный из воска. из чертежа САПР НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Раньше были такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеены из кусочков картона или пластика.Они могли взять дней или даже недель, чтобы заработать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или дополнений было трудным и отнимало много времени, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и это может оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментарии на борту в последнюю минуту: "Слишком поздно!"

С появлением более совершенных технологий, идея под названием быстрое прототипирование (RP) зародилась в 1980-х. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно за часы или дни. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование.3D печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают свои собственные быстрые прототипы, за часы, с использованием сложных машин похожи на струйные принтеры.

Как работает 3D-принтер?

Artwork: Один из первых в мире трехмерных принтеров FDM, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана. на опорной плите (темно-синий, 10), которая перемещается в горизонтальном (X – Y) направлениях, в то время как печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении.В качестве сырья для печати используется пластиковый стержень (желтый, 46), оплавленный печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается с помощью сжатого воздуха из большого резервуара и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним.Иллюстрация из патента США 5,121,329: Устройство и метод для создания трехмерных объектов, автор С. Скотт Крамп, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Ты бы начните с бруска из цельного дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая «спрятанный» внутри предмет. Или если вы хотели сделать модель дома по архитектурному проекту, вы бы построили это как настоящий сборный дом, наверное, вырезая миниатюрные копии стен из картона и их склейка.Теперь лазер может легко вырезать из дерева форму, и это не выходит за рамки области возможностей научить робота приклеивать картон вместе, но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер. с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою за раз из снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области методом, известным как моделирование методом сплавленного осаждения (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D CAD. втягивание в партии двухмерных, поперечных слои - эффективно разделяют 2D-отпечатки, расположенные один поверх другой, но без бумаги между ними.Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накапливаются объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и соединяет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолета.

Q: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? A: Пластик!

Там, где струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! Вы можете моделировать пластик.3D-принтер по сути работает, выдавливая расплавленный пластик через крошечное сопло, которое он перемещает точно под компьютером контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера, то вы получаете либо потрясающе выглядящую трехмерную модель, либо множество двухмерных пластиковых линий, грубо лежащих друг на друге - как глазурь для торта с плохо нанесенным трубопроводом! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot.Вы можете увидеть маленькую катушку из сырого красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера любезно предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует много типов пластика, все они различны как химически (по их молекулярному составу), так и физически (в их поведение по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты , (пластмассы, которые плавятся при нагревании и превращаются в твердые, когда снова охлаждают), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо PETG (полиэтиленгерефталат гликоль).

Пожалуй, наиболее знакомый материал, из которого изготавливаются кирпичи LEGO®, ABS также широко используется в интерьере автомобилей (иногда и во внешних частях, таких как колпаки), для изготовления внутренних частей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (вполне вероятно, что мышь и клавиатура, которыми вы сейчас пользуетесь, сделаны из АБС-пластика). Так почему этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиенстирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100 ° C (220 ° F), что достаточно прохладно, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева, и достаточно горячее, чтобы модели, напечатанные с его помощью, выиграли ''. тают, если их оставить на солнце.После схватывания его можно отшлифовать или покрасить; Еще одно полезное свойство ABS - это то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические вещества цвета в краске), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более экологичен, хотя он более мягкий и менее прочный. PETG - это промежуточный вариант, близкий к прочности ABS, его легко формовать и относительно легко перерабатывать.

Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и схватывается. В июле 2011 г. исследователи из Английский университет Эксетера представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты из расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator ™ - типичный недорогой 3D-принтер своими руками. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он приходит в собранном виде в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.Фото любезно предоставлено Винделлом Х. Оскаем, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. под лицензией Creative Commons.

Производители 3D-принтеров заявляют, что они в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы за часы, а не дни. Несмотря на то что высокопроизводительные 3D-принтеры они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а гораздо более дешевые машины также есть в наличии (вы можете купить комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).Они также достаточно маленькие, безопасные, простые в использовании и надежны (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как проектные / инженерные школы).

С другой стороны, отделка моделей, которые они производят, обычно уступает тем, которые производятся на станках с РП более высокого класса. Выбор материалы часто ограничиваются одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере может быть лучше для предварительной визуализации новых продуктов; более сложные машины RP могут быть использованы позже в процессе, когда проекты близки к доработке и такие вещи, как точная поверхность текстуры важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос "Как много способов использовать копировальный аппарат? »Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределы - это точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно технология все еще относительно новая; даже в этом случае диапазон использования 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr благодаря галерее изображений NIH США и 3D Print Exchange.

Жизнь - это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со складками, осыпающиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания заменяющих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать.Уже у нас видел 3D-печатные уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мускулы (от Корнельского университета). 3D-принтеры имеют также использовались для производства искусственной ткани (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожа (в партнерстве косметических гиганты L'Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полные 3D-печатные заменяющие органы (например, сердце и печень), все быстро движется в этом направлении.Один проект, известный как Тело на чипе, управляется Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет их искусственной крови.

Помимо сменных частей тела, все чаще используется 3D-печать. используется для медицинского образования и обучения. В детском доме Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операцию на 3D-копии детских сердечек.В другом месте то же самое Техника используется для репетиции операции на головном мозге.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Разработка и испытание самолетов - дело сложное и дорогое: Boeing Внутри Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что компьютерные модели могут быть использованы для проверки многих аспектов того, как самолеты вести себя, точные прототипы еще нужно сделать для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать - простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в большом количестве, военные самолеты, скорее всего, будут сильно индивидуализированы, а 3D-печать позволяет проектировать, испытывать и производить мелкосерийные или единичные детали как быстро и экономично.

Фото: ВМС США с тех пор тестируют 3D-принтеры на кораблях. один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самодостаточным, с меньшими затратами на запасные части и материалы, особенно в военное время. Это подводное беспроводное зарядное устройство, напечатанное на 3D-принтере. типично для объектов, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера любезно предоставлено ВМС США.

Космические аппараты даже сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «производятся» в крошечных количества - иногда когда-либо производится только один.Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может многое сделать Разумнее печатать на 3D-принтере одноразовые компоненты. Но зачем вообще делать части космоса на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов) в 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные частей), вдали от Земли, когда они им нужны.Но даже обычные космические проекты, порожденные Землей, могут извлечь выгоду из скорость, простота и дешевизна 3D-печати. Последние, поддерживаемые людьми NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере, созданные с помощью Stratasys.

Фото: Запасные части и ремонт - без проблем. 3D-принтер Lulzbot Taz 6, используемый для изготовления запасных частей на борту военного корабля США, крупным планом. Фото Кристофера А. Велойказы любезно предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое применение для 3D-печати: визуализация того, как новые дизайны будут смотреть в трех измерениях.Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что видят и трогать. Все чаще 3D-принтеры используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы (пока) не можем печатать 3D в материалах например, кирпич и бетон, существует широкий ассортимент пластмасс. доступны, и их можно раскрасить, чтобы они выглядели как реалистичные здания отделка. Точно так же 3D-печать теперь широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие повседневные вещи вылеплены из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похож на готовый продукт - идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Персонализированные товары

Современная жизнь - от пластиковых зубных щеток до фантиков. здесь-сегодня, ушел-завтра - удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят серийное массовое производство. вот почему так популярны дорогие «дизайнерские этикетки». в в будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, персонализированные продукты, изготовленные на заказ в точном соответствии с нашими требованиями Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатается на 3D-принтере.Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy воспроизвел что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам вроде Shapeways, каждый может сделать свои собственные ник-нэки на 3D-принтере для себя или для себя. продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Товары по индивидуальному заказу» - это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: еда, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию.На приготовление нужно время, умение и терпение, потому что готовится аппетитный еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большинство продуктов можно выдавливать (выдавливать через сопла), они могут (теоретически) также можно напечатать в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Scientist Laboratories в шутку напечатали какие-то странные предметы из сахар. В 2013 году New York Times обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатайте всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в Он случайно натолкнулся на работу Ход Липсона из Корнельского университета, кто верит, что еда может быть когда-нибудь лично, напечатана на 3D-принтере, чтобы соответствовать точные потребности вашего организма в питании.Что аккуратно переносит нас в будущее ...

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-отпечатки из любого сырья, в которое вы можете подавать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных из сахарного песка "CandyFab 4000" (взломанный старый плоттер HP) от всегда занятных людей в лабораториях злых безумных ученых. Фотография любезно предоставлена ​​Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликована на Flickr в 2007 году по лицензии Creative Commons License.

Будущее 3D-печати

Многие люди верят, что 3D-печать возвестит не только о приливной волне нахальных пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой он управляет.Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяет нам делать наши собственные вещи, есть ограничить то, что вы можете достичь самостоятельно с помощью дешевого принтера и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды могут быть получены тогда, когда 3D-печать повсеместно принята крупными компаниями в качестве центрального столп обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей настройки существующих продуктов, поэтому доступность серийного массового производства будет в сочетании с привлекательностью одноразового ремесла, сделанного на заказ.Во-вторых, 3D-печать - это, по сути, роботизированная технология, поэтому она будет снизить стоимость производства до такой степени, что опять же, экономически выгодно производить товары в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время собирают дешево (плохо оплачиваемыми людьми) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для того, чтобы делать то же самое, потребуется меньше людей), снижение общие затраты на производство, что должно привести к снижению цен и больший спрос - и это всегда хорошо для потребителей, для производители и экономика.

Фотография: два вида печатающей головки (иногда называемой «головкой инструмента») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Как работают 3D-принтеры?

Даже лучшие художники изо всех сил стараются показать нам, какие объекты реального мира выглядят во всей своей трехмерной (3D) красе. Большую часть времени это не имеет значения - просмотр фотографии или эскиза дает нам хорошая идея.Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: модель, которую можно потрогать, подержать и Чувствовать. Беда только в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут создавать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). Ура, тогда для 3D принтеров , которые немного работают как струйные принтеры, и создавайте 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость. Как именно они работают? Давайте внимательнее!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка принтера Invent3D, медленно создавая объект, слой за слоем, брызгая расплавленным синим пластиком из его точно движущегося сопла.Фото капрала. Джастин Апдеграфф любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.

От ручных прототипов до быстрого прототипирования

Фото: Качественный скоростной прототип космического самолета, сделанный из воска. из чертежа САПР НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Раньше были такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеены из кусочков картона или пластика.Они могли взять дней или даже недель, чтобы заработать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или дополнений было трудным и отнимало много времени, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и это может оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментарии на борту в последнюю минуту: "Слишком поздно!"

С появлением более совершенных технологий, идея под названием быстрое прототипирование (RP) зародилась в 1980-х. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно за часы или дни. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование.3D печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают свои собственные быстрые прототипы, за часы, с использованием сложных машин похожи на струйные принтеры.

Как работает 3D-принтер?

Artwork: Один из первых в мире трехмерных принтеров FDM, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана. на опорной плите (темно-синий, 10), которая перемещается в горизонтальном (X – Y) направлениях, в то время как печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении.В качестве сырья для печати используется пластиковый стержень (желтый, 46), оплавленный печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается с помощью сжатого воздуха из большого резервуара и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним.Иллюстрация из патента США 5,121,329: Устройство и метод для создания трехмерных объектов, автор С. Скотт Крамп, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Ты бы начните с бруска из цельного дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая «спрятанный» внутри предмет. Или если вы хотели сделать модель дома по архитектурному проекту, вы бы построили это как настоящий сборный дом, наверное, вырезая миниатюрные копии стен из картона и их склейка.Теперь лазер может легко вырезать из дерева форму, и это не выходит за рамки области возможностей научить робота приклеивать картон вместе, но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер. с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою за раз из снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области методом, известным как моделирование методом сплавленного осаждения (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D CAD. втягивание в партии двухмерных, поперечных слои - эффективно разделяют 2D-отпечатки, расположенные один поверх другой, но без бумаги между ними.Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накапливаются объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и соединяет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолета.

Q: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? A: Пластик!

Там, где струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! Вы можете моделировать пластик.3D-принтер по сути работает, выдавливая расплавленный пластик через крошечное сопло, которое он перемещает точно под компьютером контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера, то вы получаете либо потрясающе выглядящую трехмерную модель, либо множество двухмерных пластиковых линий, грубо лежащих друг на друге - как глазурь для торта с плохо нанесенным трубопроводом! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot.Вы можете увидеть маленькую катушку из сырого красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера любезно предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует много типов пластика, все они различны как химически (по их молекулярному составу), так и физически (в их поведение по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты , (пластмассы, которые плавятся при нагревании и превращаются в твердые, когда снова охлаждают), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо PETG (полиэтиленгерефталат гликоль).

Пожалуй, наиболее знакомый материал, из которого изготавливаются кирпичи LEGO®, ABS также широко используется в интерьере автомобилей (иногда и во внешних частях, таких как колпаки), для изготовления внутренних частей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (вполне вероятно, что мышь и клавиатура, которыми вы сейчас пользуетесь, сделаны из АБС-пластика). Так почему этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиенстирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100 ° C (220 ° F), что достаточно прохладно, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева, и достаточно горячее, чтобы модели, напечатанные с его помощью, выиграли ''. тают, если их оставить на солнце.После схватывания его можно отшлифовать или покрасить; Еще одно полезное свойство ABS - это то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические вещества цвета в краске), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более экологичен, хотя он более мягкий и менее прочный. PETG - это промежуточный вариант, близкий к прочности ABS, его легко формовать и относительно легко перерабатывать.

Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и схватывается. В июле 2011 г. исследователи из Английский университет Эксетера представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты из расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator ™ - типичный недорогой 3D-принтер своими руками. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он приходит в собранном виде в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.Фото любезно предоставлено Винделлом Х. Оскаем, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. под лицензией Creative Commons.

Производители 3D-принтеров заявляют, что они в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы за часы, а не дни. Несмотря на то что высокопроизводительные 3D-принтеры они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а гораздо более дешевые машины также есть в наличии (вы можете купить комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).Они также достаточно маленькие, безопасные, простые в использовании и надежны (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как проектные / инженерные школы).

С другой стороны, отделка моделей, которые они производят, обычно уступает тем, которые производятся на станках с РП более высокого класса. Выбор материалы часто ограничиваются одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере может быть лучше для предварительной визуализации новых продуктов; более сложные машины RP могут быть использованы позже в процессе, когда проекты близки к доработке и такие вещи, как точная поверхность текстуры важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос "Как много способов использовать копировальный аппарат? »Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределы - это точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно технология все еще относительно новая; даже в этом случае диапазон использования 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr благодаря галерее изображений NIH США и 3D Print Exchange.

Жизнь - это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со складками, осыпающиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания заменяющих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать.Уже у нас видел 3D-печатные уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мускулы (от Корнельского университета). 3D-принтеры имеют также использовались для производства искусственной ткани (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожа (в партнерстве косметических гиганты L'Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полные 3D-печатные заменяющие органы (например, сердце и печень), все быстро движется в этом направлении.Один проект, известный как Тело на чипе, управляется Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет их искусственной крови.

Помимо сменных частей тела, все чаще используется 3D-печать. используется для медицинского образования и обучения. В детском доме Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операцию на 3D-копии детских сердечек.В другом месте то же самое Техника используется для репетиции операции на головном мозге.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Разработка и испытание самолетов - дело сложное и дорогое: Boeing Внутри Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что компьютерные модели могут быть использованы для проверки многих аспектов того, как самолеты вести себя, точные прототипы еще нужно сделать для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать - простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в большом количестве, военные самолеты, скорее всего, будут сильно индивидуализированы, а 3D-печать позволяет проектировать, испытывать и производить мелкосерийные или единичные детали как быстро и экономично.

Фото: ВМС США с тех пор тестируют 3D-принтеры на кораблях. один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самодостаточным, с меньшими затратами на запасные части и материалы, особенно в военное время. Это подводное беспроводное зарядное устройство, напечатанное на 3D-принтере. типично для объектов, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера любезно предоставлено ВМС США.

Космические аппараты даже сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «производятся» в крошечных количества - иногда когда-либо производится только один.Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может многое сделать Разумнее печатать на 3D-принтере одноразовые компоненты. Но зачем вообще делать части космоса на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов) в 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные частей), вдали от Земли, когда они им нужны.Но даже обычные космические проекты, порожденные Землей, могут извлечь выгоду из скорость, простота и дешевизна 3D-печати. Последние, поддерживаемые людьми NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере, созданные с помощью Stratasys.

Фото: Запасные части и ремонт - без проблем. 3D-принтер Lulzbot Taz 6, используемый для изготовления запасных частей на борту военного корабля США, крупным планом. Фото Кристофера А. Велойказы любезно предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое применение для 3D-печати: визуализация того, как новые дизайны будут смотреть в трех измерениях.Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что видят и трогать. Все чаще 3D-принтеры используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы (пока) не можем печатать 3D в материалах например, кирпич и бетон, существует широкий ассортимент пластмасс. доступны, и их можно раскрасить, чтобы они выглядели как реалистичные здания отделка. Точно так же 3D-печать теперь широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие повседневные вещи вылеплены из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похож на готовый продукт - идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Персонализированные товары

Современная жизнь - от пластиковых зубных щеток до фантиков. здесь-сегодня, ушел-завтра - удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят серийное массовое производство. вот почему так популярны дорогие «дизайнерские этикетки». в в будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, персонализированные продукты, изготовленные на заказ в точном соответствии с нашими требованиями Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатается на 3D-принтере.Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy воспроизвел что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам вроде Shapeways, каждый может сделать свои собственные ник-нэки на 3D-принтере для себя или для себя. продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Товары по индивидуальному заказу» - это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: еда, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию.На приготовление нужно время, умение и терпение, потому что готовится аппетитный еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большинство продуктов можно выдавливать (выдавливать через сопла), они могут (теоретически) также можно напечатать в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Scientist Laboratories в шутку напечатали какие-то странные предметы из сахар. В 2013 году New York Times обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатайте всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в Он случайно натолкнулся на работу Ход Липсона из Корнельского университета, кто верит, что еда может быть когда-нибудь лично, напечатана на 3D-принтере, чтобы соответствовать точные потребности вашего организма в питании.Что аккуратно переносит нас в будущее ...

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-отпечатки из любого сырья, в которое вы можете подавать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных из сахарного песка "CandyFab 4000" (взломанный старый плоттер HP) от всегда занятных людей в лабораториях злых безумных ученых. Фотография любезно предоставлена ​​Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликована на Flickr в 2007 году по лицензии Creative Commons License.

Будущее 3D-печати

Многие люди верят, что 3D-печать возвестит не только о приливной волне нахальных пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой он управляет.Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяет нам делать наши собственные вещи, есть ограничить то, что вы можете достичь самостоятельно с помощью дешевого принтера и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды могут быть получены тогда, когда 3D-печать повсеместно принята крупными компаниями в качестве центрального столп обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей настройки существующих продуктов, поэтому доступность серийного массового производства будет в сочетании с привлекательностью одноразового ремесла, сделанного на заказ.Во-вторых, 3D-печать - это, по сути, роботизированная технология, поэтому она будет снизить стоимость производства до такой степени, что опять же, экономически выгодно производить товары в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время собирают дешево (плохо оплачиваемыми людьми) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для того, чтобы делать то же самое, потребуется меньше людей), снижение общие затраты на производство, что должно привести к снижению цен и больший спрос - и это всегда хорошо для потребителей, для производители и экономика.

Фотография: два вида печатающей головки (иногда называемой «головкой инструмента») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Что такое 3D-печать? Как это работает?

3D-печать предоставила несколько полезных решений для строительства, медицины, пищевой и авиакосмической промышленности.

Примеры 3D-печати

3D-печать проникла почти во все отрасли и предложила инновационные решения для проблем во всем мире.Вот несколько интересных примеров того, как 3D-печать меняет будущее:

Еда, отпечатанная на 3D-принтере

Еда, напечатанная на 3D-принтере, кажется чем-то необычным или слишком хороша, чтобы быть правдой. На самом деле, если его можно протереть, его можно смело печатать. Как что-то из научно-фантастического шоу, 3D-принтеры накладывают на настоящие протертые ингредиенты, такие как курица и морковь, чтобы воссоздать продукты, которые мы знаем и любим. Еда, напечатанная на 3D-принтере, полностью безопасна для употребления, если принтер полностью очищен и работает должным образом.Однако вы можете заказать еду заранее. 3D-принтеры для еды по-прежнему относительно медленны. Например, для печати детализированного кусочка шоколада требуется около 15-20 минут. Тем не менее, мы видели, как принтеры изготавливают все, от гамбургеров до пиццы и даже пряничных домиков, используя эту умопомрачительную технологию.

Вот как выглядит первый дом, напечатанный на 3D-принтере, выставленный на продажу с сайта CNBC Television

3D Printed Houses

Некоммерческие организации и города по всему миру обращаются к 3D-печати, чтобы решить глобальный кризис бездомных.New Story, некоммерческая организация, занимающаяся улучшением жилищных условий, прямо сейчас печатает дома. Используя принтер длиной 33 фута, New Story может создать дом площадью 500 квадратных футов со стенами, окнами и двумя спальнями всего за 24 часа. На данный момент New Story создала мини-кварталы с 3D-печатью в Мексике, Гаити, Сальвадоре и Боливии, причем более 2000 домов напечатаны на 100%.

Органы и протезы, напечатанные на 3D-принтере

В ближайшем будущем мы увидим, как 3D-принтеры будут создавать рабочие органы для тех, кто ждет трансплантации.Вместо традиционного процесса донорства органов врачи и инженеры объединяются для разработки новой волны медицинских технологий, которые могут создавать сердца, почки и печень с нуля. В этом процессе органы сначала моделируются в 3D с использованием точных характеристик тела реципиента, а затем слой за слоем распечатывается комбинация живых клеток и полимерного геля (более известного как биочернила), чтобы создать живой человеческий орган. Эта революционная технология способна изменить известную нам медицинскую отрасль и сократить чрезвычайно большое количество пациентов в списке ожидания донорства органов в США.

3D-печать

предлагает несколько дополнительных революционных средств улучшения качества жизни пациентов, одновременно делая решения более доступными для поставщиков медицинских услуг: от компонентов для хирургических машин до масок N95 и аппаратов ИВЛ, предназначенных для помощи в борьбе с COVID-19. Пожалуй, наиболее впечатляюще то, что технология 3D-печати даже позволила ускорить производство и обеспечить долговечность протезов при одновременном снижении затрат, как, например, GE Additive произвела более 10000 замен тазобедренного сустава с помощью 3D-печати с 2007 по 2018 год.

Аэрокосмическая технология с 3D-печатью

Будет ли будущее космических путешествий зависеть от ракет, напечатанных на 3D-принтере? Так думают такие компании, как Relativity Space в Калифорнии. Компания утверждает, что она может напечатать рабочую ракету на 3D-принтере всего за несколько дней и из 100 раз меньшего количества деталей, чем у обычного шаттла. Первая концептуальная ракета компании, Terran 1, займет всего 60 дней от начала печати до запуска в космос. Ракета будет напечатана на заказ с использованием запатентованного сплава металла, который максимизирует грузоподъемность и минимизирует время сборки.Общая грузоподъемность этой ракеты достигает 1750 кг (примерно вес среднего носорога). Неплохо для того, что вышло из принтера.

3D-печатные материалы не только легче производить быстро и с меньшими затратами, но и 3D-печать также позволяет сократить общее количество деталей, которые необходимо сваривать, а также значительно снизить вес и повысить прочность. Другой известный пример - двигатель LEAP компании GE Aviation, самый продаваемый двигатель в аэрокосмической промышленности, в котором используются топливные форсунки из кобальт-хрома, напечатанные на 3D-принтере, которые весят на 25% меньше и в пять раз прочнее, чем форсунки традиционного производства.

Машины, напечатанные на 3D-принтере

3D-печать используется в автомобильной промышленности в течение многих лет, что позволяет компаниям сокращать циклы проектирования и производства при одновременном снижении количества необходимых запасов. Запасные части, инструменты, приспособления и приспособления могут производиться по мере необходимости, обеспечивая при этом гибкость, которую невозможно было представить для предыдущих поколений.

Кроме того, 3D-печать дает автолюбителям возможность настраивать свои автомобили или восстанавливать старые автомобили с помощью деталей, которые больше не производятся.Авторемонтные мастерские могут даже использовать 3D-печать, когда сталкиваются с необычными запросами на ремонт.

Потребительские товары с 3D-печатью

Потребительские товары без цифрового или электронного качества сборки, такие как обувь, очки, ювелирные изделия и т. Д., Могут производиться серийно с помощью 3D-печати. В то время как различные другие продукты могут иметь корпус или каркас, изготовленные с помощью 3D-печати, любой предмет, который может быть изготовлен в форме, также может быть изготовлен с помощью 3D-печати.

Что такое 3D-печать? Как работает 3D-принтер? Изучите 3D-печать

3D-печать или аддитивное производство - это процесс создания трехмерных твердых объектов из цифрового файла.

Создание объекта 3D-печати осуществляется с помощью аддитивных процессов. В аддитивном процессе объект создается путем наложения последовательных слоев материала до тех пор, пока объект не будет создан. Каждый из этих слоев можно рассматривать как тонко срезанное поперечное сечение объекта.

3D-печать - это противоположность субтрактивного производства, при котором вырезают / выдалбливают кусок металла или пластика, например, на фрезерном станке.

3D-печать позволяет изготавливать сложные формы с использованием меньшего количества материала, чем традиционные методы производства.

Присоединяйтесь к нашему списку рассылки

Наша информационная рассылка бесплатна, и вы можете отказаться от подписки в любое время.

Как работает 3D-печать?

Все начинается с 3D модели. Вы можете создать его с нуля или загрузить из 3D-библиотеки.

Программное обеспечение 3D

Доступно множество различных программных инструментов. От промышленного уровня до открытого исходного кода. Мы создали обзор на нашей странице программного обеспечения для 3D.

Мы часто рекомендуем новичкам начать с Tinkercad.Tinkercad бесплатен и работает в вашем браузере, вам не нужно устанавливать его на свой компьютер. Tinkercad предлагает уроки для начинающих и имеет встроенную функцию для экспорта вашей модели в виде файла для печати, например .STL или .OBJ.

Теперь, когда у вас есть файл для печати, следующий шаг - подготовить его для вашего 3D-принтера. Это называется нарезкой.

Нарезка: от файла для печати к 3D-принтеру

Нарезка в основном означает разбиение 3D-модели на сотни или тысячи слоев и выполняется с помощью программного обеспечения для нарезки.

Когда ваш файл нарезан, он готов для вашего 3D-принтера. Загрузку файла на принтер можно выполнить через USB, SD или Wi-Fi. Теперь ваш нарезанный файл готов к 3D-печати слой за слоем .

Промышленность 3D-печати

Внедрение 3D-печати достигло критической массы, поскольку те, кому еще предстоит интегрировать аддитивное производство в свою цепочку поставок, теперь составляют часть постоянно сокращающегося меньшинства. Если на ранних этапах 3D-печать подходила только для создания прототипов и разового производства, то сейчас она быстро превращается в производственную технологию.

Большая часть текущего спроса на 3D-печать носит промышленный характер. Acumen Research and Consulting прогнозирует, что к 2026 году мировой рынок 3D-печати достигнет 41 миллиарда долларов.

По мере своего развития технология 3D-печати призвана преобразовать практически все основные отрасли и изменить наш образ жизни, работы и развлечений в будущем.

Примеры 3D-печати

3D-печать включает в себя множество форм технологий и материалов, поскольку 3D-печать используется практически во всех отраслях, о которых вы только можете подумать.Важно рассматривать его как кластер различных отраслей с множеством различных приложений.

Несколько примеров:

  • - товары народного потребления (очки, обувь, дизайн, мебель)
  • - продукция промышленного назначения (инструменты для изготовления, прототипы, функциональные части конечного использования)
  • - стоматологические товары
  • - протезирование
  • - архитектурные макеты и макеты
  • - реконструкция окаменелостей
  • - копирование древних артефактов
  • - реконструкция улик в судебно-медицинской патологии
  • - реквизит для фильмов

[wonderplugin_carousel id = ”215 ″]

Быстрое прототипирование и быстрое производство

Компании использовали 3D-принтеры в процессе проектирования для создания прототипов с конца семидесятых годов.Использование 3D-принтеров для этих целей называется быстрое прототипирование .

Зачем использовать 3D-принтеры для быстрого прототипирования?
Вкратце: это быстро и относительно дешево. От идеи до 3D-модели и до прототипа в руках - вопрос дней, а не недель. Итерации проще и дешевле производить, и вам не нужны дорогие формы или инструменты.

Помимо быстрого прототипирования, 3D-печать также используется для быстрого производства . Быстрое производство - это новый метод производства, при котором предприятия используют 3D-принтеры для мелкосерийного производства по индивидуальному заказу.

История по теме

3D-печать как производственная технология

Автомобильная промышленность

Производители автомобилей уже давно используют 3D-печать. Автомобильные компании печатают запасные части, инструменты, приспособления и приспособления, а также детали конечного использования. 3D-печать позволила производить продукцию по требованию, что привело к снижению уровня запасов и сокращению циклов проектирования и производства.

Автомобильные энтузиасты во всем мире используют детали, напечатанные на 3D-принтере, для восстановления старых автомобилей.Один из таких примеров - когда австралийские инженеры напечатали детали, чтобы вернуть к жизни Delage Type-C. При этом им приходилось печатать детали, которые не производились десятилетиями.

История по теме

Как 3D-печать меняет автомобильное производство

Авиация

Авиационная промышленность использует 3D-печать по-разному. Следующий пример знаменует собой важную веху в производстве 3D-печати: GE Aviation напечатала на 3D-принтере 30 000 кобальто-хромовых топливных форсунок для своих авиационных двигателей LEAP.Они достигли этого рубежа в октябре 2018 года, и, учитывая, что они производят 600 в неделю на сорока 3D-принтерах, это, вероятно, намного выше, чем сейчас.

Около двадцати отдельных деталей, которые ранее приходилось сваривать, были объединены в один компонент, напечатанный на 3D-принтере, который весит на 25% меньше и в пять раз прочнее. Двигатель LEAP является самым продаваемым двигателем в аэрокосмической промышленности из-за его высокого уровня эффективности, и GE экономит 3 миллиона долларов на самолет за счет 3D-печати топливных форсунок, поэтому эта единственная 3D-печатная деталь приносит сотни миллионов долларов финансовой выгоды.

Топливные форсунки

GE также попали в Boeing 787 Dreamliner, но это не единственная деталь, напечатанная на 3D-принтере в 787. Конструктивные элементы длиной 33 сантиметра, которые крепят кормовой кухонный гарнитур к планеру, напечатаны на 3D-принтере компанией под названием Norsk Titanium. Компания Norsk решила специализироваться на титане, потому что он имеет очень высокое соотношение прочности и веса и является довольно дорогим, а это означает, что сокращение количества отходов за счет 3D-печати имеет более значительные финансовые последствия, чем по сравнению с более дешевыми металлами, где затраты на отходы материалов равны легче впитывается.Вместо того, чтобы спекать металлический порошок с помощью лазера, как в большинстве металлических 3D-принтеров, Norsk Merke 4 использует плазменную дугу для плавления металлической проволоки в процессе, называемом Rapid Plasma Deposition (форма направленного энергетического осаждения), который может наносить до 10 кг титана. в час. Для изготовления 2-килограммовой титановой детали обычно требуется 30-килограммовый блок титана, что дает 28 кг отходов, но для 3D-печати той же детали требуется всего 6 кг титановой проволоки.

История по теме

GE получает сертификат летной годности USAF для Metal AM Critical Part

Строительство

Можно ли распечатать здание? - Да, это так.3D-печатные дома уже доступны в продаже. Некоторые компании печатают сборные детали, а другие делают это на месте.

История по теме

Здание для получения напечатанного на 3D-принтере композитного фасада произвольной формы

Большинство статей о печати на бетоне, которые мы рассматриваем на этом веб-сайте, сосредоточены на крупномасштабных системах печати на бетоне с довольно большими соплами для большой скорости потока. Он отлично подходит для быстрой и повторяемой укладки бетонных слоев. Но для действительно сложной бетонной работы, в которой в полной мере используются возможности 3D-печати, требуется что-то более проворное и более тонкое.

История по теме

Производство добавок к бетону усложняется

Потребительские товары

Когда мы впервые начали вести блог о 3D-печати в 2011 году, 3D-печать не была готова к использованию в качестве метода производства для больших объемов. В настоящее время существует множество примеров потребительских товаров, предназначенных для конечного использования на 3D-принтере.

Обувь

Линия 4D Adidas имеет полностью напечатанную на 3D-принтере межподошву и печатается в больших объемах.Тогда мы написали статью, в которой объясняли, как Adidas изначально выпускал для широкой публики всего 5000 пар обуви и намеревался продать к 2018 году 100000 пар моделей, наполненных AM.

С их последними версиями обуви кажется, что они превзошли эту цель или находятся на пути к ее достижению. Обувь доступна по всему миру в местных магазинах Adidas, а также в различных сторонних онлайн-магазинах.

История по теме

Кроссовки с 3D-принтом в 2021 году

Очки

Прогнозируется, что рынок очков, напечатанных на 3D-принтере, достигнет 3 долларов.4 миллиарда к 2028 году. Быстро увеличивающийся раздел - это рамы для конечного использования. 3D-печать является особенно подходящим методом производства оправ для очков, потому что измерения человека легко обрабатываются в конечном продукте.

История по теме

Fitz Frames 3D-печать детских очков с помощью приложения

Но знаете ли вы, что линзы можно также печатать на 3D-принтере? Традиционные стеклянные линзы не кажутся тонкими и легкими; они вырезаны из гораздо более крупного куска материала, называемого заготовкой, около 80% которого идет в отходы.Если учесть, сколько людей носит очки и как часто им нужно приобретать новую пару, 80% этих цифр - пустая трата времени. Вдобавок к этому лаборатории должны хранить огромные запасы заготовок для удовлетворения индивидуальных потребностей своих клиентов. Наконец, однако, технология 3D-печати достаточно продвинулась, чтобы предоставлять высококачественные индивидуальные офтальмологические линзы, избавляясь от прошлых затрат на отходы и инвентарь. В 3D-принтере Luxexcel VisionEngine используется акрилатный мономер, отверждаемый ультрафиолетом, для печати двух пар линз в час, которые не требуют какой-либо полировки или постобработки.Фокусные области также могут быть полностью настроены, так что определенная область линзы может обеспечивать лучшую четкость на расстоянии, в то время как другая область линзы обеспечивает лучшее видение вблизи.

История по теме

Линзы для 3D-печати для умных очков

Ювелирные изделия

Есть два способа изготовления украшений на 3D-принтере. Вы можете использовать прямой или косвенный производственный процесс. Прямое относится к созданию объекта прямо из 3D-дизайна, в то время как непрямое производство означает, что объект (шаблон), который напечатан на 3D-принтере, в конечном итоге используется для создания формы для литья по выплавляемым моделям.

Здравоохранение

В наши дни нередко можно увидеть заголовки об имплантатах, напечатанных на 3D-принтере. Часто эти случаи носят экспериментальный характер, из-за чего может показаться, что 3D-печать по-прежнему является второстепенной технологией в медицине и здравоохранении, но это уже не так. За последнее десятилетие GE Additive напечатала на 3D-принтере более 100000 замен тазобедренного сустава.

Чашка Delta-TT, разработанная доктором Гвидо Граппиоло и LimaCorporate, изготовлена ​​из трабекулярного титана, который характеризуется регулярной трехмерной гексагональной структурой ячеек, имитирующей морфологию губчатой ​​кости.Трабекулярная структура увеличивает биосовместимость титана, стимулируя рост кости в имплант. Некоторые из первых имплантатов Delta-TT все еще работают более десяти лет спустя.

Еще один компонент здравоохранения, напечатанный на 3D-принтере, который делает все возможное, чтобы быть незамеченным, - это слуховой аппарат. Почти каждый слуховой аппарат за последние 17 лет был напечатан на 3D-принтере благодаря сотрудничеству между Materialise и Phonak. Компания Phonak разработала Rapid Shell Modeling (RSM) в 2001 году. До RSM для создания одного слухового аппарата требовалось девять трудоемких шагов, включая лепку вручную и изготовление форм, и результаты часто не подходили.В RSM техник использует силикон для снятия слепка ушного канала, этот слепок сканируется в 3D, и после некоторых незначительных изменений модель печатается в 3D на полимерном 3D-принтере. Электроника добавляется и отправляется пользователю. С помощью этого процесса каждый год печатаются на 3D-принтере сотни тысяч слуховых аппаратов.

Стоматологическая

В стоматологической промышленности мы видим, что формы для прозрачных элайнеров, возможно, являются самыми трехмерными печатными объектами в мире. В настоящее время пресс-формы печатаются на 3D-принтере с использованием процессов 3D-печати на основе смолы и порошка, а также методом струйной печати.Коронки и зубные протезы уже напрямую напечатаны на 3D-принтере вместе с хирургическими шаблонами.

История по теме

3 способа 3D-печати революционизируют цифровую стоматологию

Биопечать

В начале двухтысячного периода технология 3D-печати изучалась биотехнологическими фирмами и академическими кругами для возможного использования в тканевой инженерии, где органы и части тела строятся с использованием струйных технологий. Слои живых клеток наносятся на гелевую среду и медленно наращиваются, образуя трехмерные структуры.Мы называем эту область исследований термином: биопечать.

История по теме

Сотрудничество в отрасли открывает путь к созданию легких, напечатанных на 3D-принтере

Продукты питания

Аддитивное производство давно вторглось в пищевую промышленность. Такие рестораны, как Food Ink и Melisse, используют это как уникальный торговый аргумент для привлечения клиентов со всего мира.

Образование

Педагоги и студенты уже давно используют 3D-принтеры в классе.3D-печать позволяет студентам быстро и доступно воплощать свои идеи в жизнь.

Несмотря на то, что дипломы по аддитивному производству являются относительно новыми, университеты уже давно используют 3D-принтеры в других дисциплинах. Есть много образовательных курсов, которые можно пройти, чтобы заняться 3D-печатью. Университеты предлагают курсы по смежным с 3D-печатью предметам, таким как САПР и 3D-дизайн, которые могут быть применены к 3D-печати на определенном этапе.

Что касается прототипов, многие университетские программы обращаются к принтерам.Есть специализации в аддитивном производстве, которые можно получить, получив степень в области архитектуры или промышленного дизайна. Печатные прототипы также очень распространены в искусстве, анимации и модных исследованиях.

История по теме

3D-печать в образовании

Типы технологий и процессов 3D-печати

Американское общество испытаний и материалов (ASTM) разработало набор стандартов, которые классифицируют процессы аддитивного производства по 7 категориям.Это:

  1. НДС Фотополимеризация
    1. Стереолитография (SLA)
    2. Цифровая обработка света (DLP)
    3. Непрерывное производство раздела жидкостей (CLIP)
  2. Струйная очистка материала
  3. Распылитель для связующего
  4. Экструзия материалов
    1. Моделирование наплавленного осаждения (FDM)
    2. Производство плавленых волокон (FFF)
  5. Powder Bed Fusion
    1. Многоструйная сварка (MJF)
    2. Селективное лазерное спекание (SLS)
    3. Прямое лазерное спекание металла (DMLS)
  6. Лист для ламинирования
  7. Направленное распределение энергии

НДС Фотополимеризация

3D-принтер, основанный на методе фотополимеризации чана, имеет контейнер, заполненный фотополимерной смолой.Смола затвердевает под воздействием УФ-излучения.

Схема фотополимеризации чана. Источник изображения: lboro.ac.uk

Стереолитография (SLA)

SLA

был изобретен в 1986 году Чарльзом Халлом, который в то же время основал компанию 3D Systems. В стереолитографии используется емкость с жидкой отверждаемой фотополимерной смолой и ультрафиолетовый лазер для создания слоев объекта по одному. Для каждого слоя лазерный луч отслеживает поперечное сечение узора детали на поверхности жидкой смолы.Воздействие ультрафиолетового лазерного излучения отверждает и укрепляет рисунок, нанесенный на смолу, и сплавляет его с нижележащим слоем.

После того, как рисунок был нанесен, платформа подъемника SLA спускается на расстояние, равное толщине одного слоя, обычно от 0,05 мм до 0,15 мм (от 0,002 до 0,006 дюйма). Затем лезвие, наполненное смолой, проходит по поперечному сечению детали, повторно покрывая его свежим материалом. На этой новой поверхности жидкости прослеживается рисунок последующего слоя, соединяющий предыдущий слой.В зависимости от ориентации объекта и печати SLA часто требует использования вспомогательных структур.

Цифровая обработка света (DLP)

DLP или цифровая обработка света относится к методу печати, в котором используются свет и светочувствительные полимеры. Хотя он очень похож на SLA, ключевым отличием является источник света. DLP использует другие источники света, например дуговые лампы. DLP относительно быстр по сравнению с другими технологиями 3D-печати.

Непрерывное производство раздела жидкостей (CLIP)

Один из самых быстрых процессов с использованием фотополимеризации в ванне называется CLIP, сокращенно от Continuous Liquid Interface Production , разработанный Carbon.

Цифровой синтез света

В основе процесса CLIP лежит технология Digital Light Synthesis . В этой технологии свет от настраиваемого высокопроизводительного светодиодного светового механизма проецирует последовательность УФ-изображений, обнажающих поперечное сечение 3D-печатной детали, что приводит к частичному отверждению УФ-отверждаемой смолы точно контролируемым образом. Кислород проходит через проницаемое для кислорода окно, создавая тонкую жидкую поверхность раздела неотвержденной смолы между окном и печатной частью, известную как мертвая зона.Мертвая зона составляет всего десять микрон. Внутри мертвой зоны кислород не дает свету отверждать смолу, расположенную ближе всего к окну, тем самым обеспечивая непрерывный поток жидкости под печатной частью. Прямо над мертвой зоной направленный вверх ультрафиолетовый свет вызывает каскадное отверждение детали.

Простая печать с использованием одного только оборудования Carbon не позволяет использовать свойства конечного продукта в реальных приложениях. После того, как свет сформировал деталь, второй программируемый процесс отверждения позволяет достичь желаемых механических свойств путем запекания детали, напечатанной на 3D-принтере, в термальной ванне или духовке.Программируемое термическое отверждение устанавливает механические свойства, вызывая вторичную химическую реакцию, заставляющую материал укрепляться, достигая желаемых конечных свойств.

Компоненты, напечатанные с использованием технологии Carbon, соответствуют деталям, изготовленным методом литья под давлением. Цифровой синтез света обеспечивает постоянные и предсказуемые механические свойства, создавая действительно изотропные детали.

Струйная очистка материала

В этом процессе материал наносится каплями через сопло малого диаметра, аналогично тому, как работает обычный струйный бумажный принтер, но он наносится слой за слоем на платформу для сборки, а затем затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения.

Схема струйной печати материалов. Источник изображения: custompartnet.com

Binder Jetting

При нанесении связующего используются два материала: порошковый основной материал и жидкое связующее. В камере формирования порошок распределяется равными слоями, а связующее наносится через форсунки, которые «склеивают» частицы порошка в требуемой форме. После завершения печати оставшийся порошок счищается, и его можно повторно использовать для печати следующего объекта. Эта технология была впервые разработана в Массачусетском технологическом институте в 1993 году.

Схема Binder Jetting

Экструзия материала

Моделирование наплавленного осаждения (FDM)

Схема FDM (Изображение предоставлено Википедией, сделанное пользователем Zureks)

FDM работает с использованием пластиковой нити, которая разматывается с катушки и подается на экструзионное сопло, которое может включать и выключать поток. Сопло нагревается для плавления материала и может перемещаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении с помощью механизма с числовым программным управлением. Изделие изготавливается путем экструзии расплавленного материала с образованием слоев, поскольку материал затвердевает сразу после экструзии из сопла.

FDM был изобретен Скоттом Крампом в конце 80-х. После патентования этой технологии в 1988 году он основал компанию Stratasys. Термин Fused Deposition Modeling и его аббревиатура FDM являются товарными знаками Stratasys Inc.

.

Производство плавленых волокон (FFF)

Точно эквивалентный термин, Fused Filament Fabrication (FFF), был придуман участниками проекта RepRap, чтобы дать фразу, использование которой не ограничивалось бы законом.

Порошковая кровать Fusion

Селективное лазерное спекание (SLS)

SLS использует лазер высокой мощности для сплавления мелких частиц порошка в массу, которая имеет желаемую трехмерную форму.Лазер избирательно плавит порошок, сначала сканируя поперечные сечения (или слои) на поверхности порошкового слоя. После сканирования каждого поперечного сечения слой порошка опускается на один слой. Затем поверх наносится новый слой материала и процесс повторяется до тех пор, пока объект не будет готов.

Схема SLS (Изображение предоставлено Википедией от пользователя Materialgeeza)

Multi Jet Fusion (MJF)

Технология

Multi Jet Fusion была разработана Hewlett Packard и работает с подметающим рычагом, который наносит слой порошка, а затем с другим рычагом, оснащенным струйными форсунками, который выборочно наносит связующее на материал.Кроме того, струйные принтеры наносят детализирующий агент вокруг связующего, чтобы обеспечить точные размеры и гладкость поверхностей. Наконец, слой подвергается выбросу тепловой энергии, которая вызывает реакцию агентов.

Прямое лазерное спекание металла (DMLS)

DMLS в основном такой же, как SLS, но вместо него используется металлический порошок. Весь неиспользованный порошок остается как есть и становится опорной структурой для объекта. Неиспользованный порошок можно повторно использовать для следующего отпечатка.

Из-за повышенной мощности лазера DMLS превратился в процесс лазерного плавления.Подробнее об этой и других технологиях обработки металлов читайте на нашей странице с обзором технологий обработки металлов.

История по теме

3D-печать на металле: обзор наиболее распространенных типов

Ламинирование листа

При ламинировании листов используется материал в листах, который скрепляется внешней силой. Листы могут быть металлическими, бумажными или полимерными. Металлические листы свариваются друг с другом с помощью ультразвуковой сварки слоями, а затем фрезеруются на станке с ЧПУ для придания нужной формы. Можно также использовать листы бумаги, но они склеиваются клеевым клеем и вырезаются по форме точными лезвиями.

Упрощенная схема ультразвуковой обработки листового металла (Изображение предоставлено Википедией от пользователя Mmrjf3)

Направленное нанесение энергии

Этот процесс в основном используется в металлургической промышленности и в системах быстрого производства. Устройство для 3D-печати обычно прикрепляется к многоосной роботизированной руке и состоит из сопла, которое наносит металлический порошок или проволоку на поверхность, и источника энергии (лазер, электронный луч или плазменная дуга), который плавит его, образуя твердый объект.

Направленное осаждение энергии с помощью металлического порошка и лазерного плавления (Изображение предоставлено: проект Merlin)

Материалы

В аддитивном производстве можно использовать несколько материалов: пластмассы, металлы, бетон, керамику, бумагу и некоторые пищевые продукты (например,грамм.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *