В данной статье речь пойдет о новой технологии создания объектов и предметов — 3D принтере. Описывается история возникновения, указываются основные принципы и технологии работы устройства. Проводится исследование применения 3D принтера в Ростове-на-Дону, и освещаются проблемы и перспективы использования данной технологии в разных сферах жизни.
Ключевые слова: 3D принтер, 3D печать, стереолитография, технология SLA, технология SLS, технология DLP, технология EBM.
В повседневную жизнь 3D пришло к нам в начале нового тысячелетия. Мы, естественно, связываем это определение с киноискусством или мультипликацией. Но данная технология охватывает гораздо больше спектров нашей жизни. Итак, что же такое 3D принтер, и, что представляет собой печать на таком устройстве?
3D принтер — это устройство, которое создает изображение в трехмерном измерении. Но для начала разберемся в истории.
История возникновения
Технология 3D печати существует с 1984 года. Компания CharlesHull разработала технологию трехмерной печати для создания объектов с помощью цифровых данных. В 1986 года данную технику запатентовали и дали название стереолитографии.
Эта же компания, CharlesHull разработала первый промышленный 3D принтер. И в 1988 году компания 3DSystem разработала 3D принтер для печати в домашних условиях — SLA-250.
В 1993 году начинает свою жизнь компания Solidscape. Она начинает серийное производство 3D принтеров на струйной основе, при небольших затратах.
И, наконец, в 2005 году появляется первый цветной 3D принтер — Spectrum Z510. Заслуга данного продвижения в развитии 3D принтеров принадлежит компании ZCorporation (ZCorp).
Принцип работы 3D печати
Принцип формирования фигуры с трехмерной печати называют аддитивным (от слова Add (англ.) — добавлять). Для начала создается компьютерная модель будущего объекта. Это можно сделать либо с помощью трехмерного графического редактора CAD-системы (3D StudioMax, SolidWorks, AutoCAD), либо просканировав полностью объект в 3D. Затем, с помощью специального программного продукта разбивает просканированный объект на слои и происходит генерация набора команд, которая определит последовательность, в которой будут наноситься слои материала при печати.
Далее, 3D принтер послойно формирует объект, нанося постепенно порции материала (Рис.1). Располагая печатающую головку в системе двух координат X и Y, принтер наносит материал слой за слоем по смоделированной электронной схеме. При перемещении платформы на шаг вдоль оси Z начинается построение нового уровня объекта.
Рис. 1. Печать 3D принтером
Для печати в качестве материала в аддитивном производстве могут быть использованы металлические сплавы, пластик, бумага, фотополимеры, минеральные смеси. Некоторые виды 3D принтеров способны работать одновременно с разными материалами, как по свойствам, так и по цвету.
Технологий трехмерной печати довольно много. Различаются они по принципу формирования слоев и их соединениям. Рассмотрим основные технологии производства.
Основные технологии (SLA, SLS, DLP, EBM, HPM)
Печать на 3D принтерах может осуществляться разными способами, в зависимости от используемого материала.
Технология SLA.Эта технология позволяет наиболее быстрое построение объектов. Технология использует фотополимер, на который направляется лазерный луч, после чего материал затвердевает. После отвердевания изделие можно легко обработать (склеить, окрасить и т. д.). Технология SLS.Представляет собой спекание порошковых реагентов под воздействием лазерного луча. Это одна из технологий, которая позволяет изготовление форм для металлического и для пластмассового литья.
Технология DLP.Это относительно новая технологий, для реализации которой используются стереолитографические печатные аппараты. Принтеры данного типа используют цифровую обработку светом. Для создания трехмерных фигур в этой технологии используются фотополимерные смолы и DLP-проектор.
Технология EBM.Эта технология использует электронно-лучевую плавку для создания трехмерных объектов. Для послойного наплавления высокоточных деталей был разработан специальный материал — металлоглина. Данный материал изготавливается из смеси органического клея, металлической стружки и воды.
Технологий HPM.Дает возможность получать конечные модели из конструкционных и высокоэффективных термопластиков. Это единственная технология, которая обеспечивает механическую, термическую и химическую прочность деталей.
В наши дни появилось еще одно интересное устройство, использующееся для ручной печати — ручки для рисования 3D объектов. Ручки сделаны по той же схеме, что и принтеры. Пластиковая нить подается в ручку, где плавится до нужной температуры и выдавливается через маленькое сопло.
Области применения 3D печати
- Строительство.Есть предположение, что в будущем намного ускорится процесс возведения зданий благодаря 3D печати.
- Медицина. Благодаря трехмерной печати врачи получили возможность создавать копии человеческого скелета. Большое применение 3D принтеры нашли в стоматологическом протезировании.
- Архитектура и дизайн. Создание макетов элементов интерьера, зданий и районов позволяют оценить эргономику, функциональность и внешний вид прототипа.
- Маркетинг и реклама позволяют продемонстрировать преимущества нового товара.
- Образование. 3D модели являются отличными наглядными материалами для обучения на всех уровнях образования.
- Автомобилестроение. Такой способ, как 3D моделирование, позволяет протестировать автомобиль на этапе разработки.
- Моделирование. Изготовление упаковочных материалов, игрушек и сувенирной продукции.
- Легкая промышленность. Изготовление самых разных элементов потребительских товаров.
- Изготовление одежды и обуви. Подобная одежда и обувь используется только на показах. Материалом здесь служит полиуретан, резина и пластик.
- Ювелирное дело. Технологии 3D моделирования позволяют создать полноценные изделия из металлического порошка.
- История и антропология.Модели создаются на базе археологических находок и позволяют оценить достоверность догадок ученых.
Во всех других областях, не указанных выше, 3D моделирование постепенно находит свое применение. Медленно, но верно оно вытесняет другие способы представления объекта.
Исследование использования 3D принтера в городе Ростов-на-Дону
Мы провели исследование рынка на предмет услуг по 3D печати в городе Ростов-на-Дону.
Вот какие результаты были получены: В данном городе имеется около 10 точек по предоставлению услуг 3D печати, а также несколько точек 3D сканирования. Около 80 % процентов заказчиков обращаются с задачами изготовления аксессуарных изделий, деталей для личных проектов. 8 % пробуют «на зубок» данную технологию, остальные 7 % используют 3D печать непосредственно для работы. Также, имеется еще одна группа, которая использует 3D печать для создания глобальных личных проектов. Данная группа составляет всего лишь 5 %. В этот процент входит такой проект как «трогательный музей». Группа студентов из Ростова-на-Дону планирует создать сеть музеев в России при помощи 3D-печати и краудфандинга (народное финансирование). Идея состоит в том, чтобы распечатать на 3D принтере мировые произведения искусства, которые можно будет потрогать своими руками не только простым людям, но и тем, у кого имеются отклонения в зрении.
Для выяснения осведомленности людей о 3D печати, был проведен опрос жителей Ростова-на-Дону.
Был опрошен разный возрастной контингент и разные социальные группы. В итоге по опросу 348 человек, были получены данные: многие жители (92 %) знают о существовании 3D печати. Больше осведомлены в этой области молодые люди в возрасте до 30–35 лет. Жители города в более старшем возрасте если и знают о таковой технологий, то не решаются её попробовать. Только 19 % населения знают, что 3D печать существует не только из пластика, а еще и из металла. 45 % опрошенных знают о возможностях 3D принтера и материалах печати. Но при этом всего 15 % опрошенных пользовались этой услугой хотя бы один раз в жизни, из них 3 % пользовались ей часто. Что говорит о том, что 3D печать пока еще не пользуется большим спросом. Но 80 % из тех респондентов, которые не слышали о 3D печати, заинтересовались этой технологией, и выразили свое желание узнать о данной технологии больше. Около 51 % опрошенных слышали о 3D ручке, но в своем большинстве ей не пользовались. А вот свою жизнь доверить новым технологиям готовы достаточно многие. 50 % опрошенных доверили бы свою жизнь подобной технологии.
Подробные данные приведены ниже.
Проблемы и перспективы использования данной технологии в разных сферах жизни
Технология 3D печати еще не совсем идеальна. Есть несколько проблем, которые могут привести к довольно неожиданным результатам. Например, принтер, печатая несколько деталей одновременно, может напечатать их сцепленными между собой. Еще одной проблемой является то, что из-за послойного построения детали, нижний слой может не выдержать тяжести верхних слоев, и тогда происходит разрушение детали. Перед печатью необходимо тщательно проработать компьютерную модель, чтобы результат получился таким, каким его ожидают увидеть.
3D печать — это технология будущего. С каждым днем данная технология печати находит себя в новых областях. Интересной в области развлечений является такая услуга: любой желающий может сделать скан своего тела и получить свою миниатюрную копию. В области медицины постепенно входят в использование изготовление обуви, стелек, наушников, идеально повторяющих форму некоторых частей тела или же детальных частей для функционирования организма, например участок черепной коры человека. Постепенно увеличивается размер деталей, а также расширяется выбор материалов для печати.
Заключение
Подводя итоги, стоит отметить, что использование 3D принтеров позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, а непосредственно при разработке. В создании моделей с помощью 3D принтера полностью отсутствует ограничение на дизайн и сложность формы, что позволяет полностью задействовать свою фантазию и сделать индивидуальное и оригинальное изделие. Изделия получаются очень легкими, и при этом время их изготовления минимально.
Данная технология только набирает обороты в своем развитии и распространении. Это можно увидеть на городе, который был выбран для исследования — Ростове-на-Дону. Большинство заказов относятся к группе личного интереса к новой технологии и не более. Но также нельзя не заметить, что уже идет процесс использования технологии 3D печати в крупных и полезных для общества проектах.
Несомненно, эта технология — технология будущего.
Список литературных источников
Литература:
- Бриан Эванс, Практические 3D-принтеры: наука и искусство 3D-печати. Apress, 2012.
- И. Канеса, С. Фонда, М. Зенаро, Доступная 3D печать для науки, образования и устойчивого развития. The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, 2013.
- КристоферБарнат. 3D печать: третья индустриальная революция. 2013.
- 3D принтер. [Электронный ресурс]. Режим доступа — www.printbox3d.ru.
- 3D принтеры. [Электронный ресурс]. Режим доступа — www.magnum3d.ru
