Компьютерное 3D-моделирование и основы 3D-печати что это такое

Обновлено: 21.11.2024

3D-печать также известна как изготовление настольных компьютеров или аддитивное производство. Это процесс прототипирования, при котором реальный объект создается из 3D-дизайна. Цифровая 3D-модель сохраняется в формате STL, а затем отправляется на 3D-принтер. Затем 3D-принтер печатает дизайн слой за слоем и формирует реальный объект. Подробнее...

<р>2. Технологии 3D-печати

Существует несколько различных технологий 3D-печати. Основные различия заключаются в том, как строятся слои для создания деталей.

SLS (селективное лазерное спекание), FDM (моделирование методом наплавления) и SLA (стереолитография) — наиболее широко используемые технологии 3D-печати. При селективном лазерном спекании (SLS) и моделировании методом наплавления (FDM) для создания слоев используются расплавленные или размягченные материалы.

В этом видео показано, как в процессе лазерного спекания мелкие порошки постепенно плавятся в трехмерные формы.

В этом видео показано, как работает FDM.

В приведенном ниже видео объясняется процесс стереолитографии (SLA).

Как правило, основными соображениями являются скорость, стоимость напечатанного прототипа, стоимость 3D-принтера, выбор и стоимость материалов и цветовых возможностей.

<р>3. История 3D-печати

5 октября 2011 г. – корпорация Roland DG представила новую модель iModela iM-01.

Сентябрь 2011 г. – Венский технологический университет разработал компактное, легкое и дешевое печатающее устройство.

Этот самый маленький 3D-принтер весит 1,5 кг и стоит около 1200 евро.

Август 2011 г. – первый в мире напечатанный на 3D-принтере самолет, созданный инженерами Саутгемптонского университета.

<р>4. Приложения для 3D-печати

Одним из наиболее важных применений 3D-печати является медицинская промышленность. С помощью 3D-печати хирурги могут создавать индивидуальные 3D-модели частей тела или органов пациентов. Они могут использовать эти модели для планирования и проведения операций, потенциально спасая жизни.

3D-печать позволяет изготовить деталь с нуля всего за несколько часов. Это позволяет дизайнерам и разработчикам перейти от плоского экрана к точной физической части.

Сегодня почти все, от аэрокосмических компонентов до игрушек, создается с помощью 3D-принтеров. 3D-печать также используется в ювелирном деле и искусстве, архитектуре, модном дизайне, искусстве, архитектуре и дизайне интерьера.

Вот несколько выдающихся примеров 3D-печати:

<р>5. Что такое 3D-принтер?

3D-принтер отличается от стандартного струйного 2D-принтера. На 3D-принтере объект печатается в трех измерениях. 3D-модель строится слой за слоем. Поэтому весь процесс называется быстрым прототипированием или 3D-печатью. Подробнее...

Разрешение современных принтеров составляет около 328 x 328 x 606 точек на дюйм (xyz) при разрешении 656 x 656 x 800 точек на дюйм (xyz) в разрешении Ultra-HD. Точность составляет 0,025 мм - 0,05 мм на дюйм. Размер модели до 737 мм x 1257 мм x 1504 мм.

Самым большим недостатком для домашнего пользователя по-прежнему является высокая стоимость 3D-принтера. Еще одним недостатком является то, что печать 3D-модели занимает часы или даже дни (в зависимости от сложности и разрешения модели). Кроме того, профессиональное 3D-программное обеспечение и проектирование 3D-моделей также стоят дорого.

В качестве альтернативы уже существуют упрощенные 3D-принтеры для любителей, которые намного дешевле. И материалы, которые он использует, также дешевле. Эти 3D-принтеры для домашнего использования не так точны, как коммерческие 3D-принтеры.

<р>6. В чем разница между простой машиной для быстрого прототипирования и 3D-принтером?

3D-принтеры — это упрощенная версия машин для быстрого прототипирования. Он меньше теряется и менее дееспособен.

Быстрое прототипирование – это традиционный метод, который уже много лет используется в автомобильной и авиационной промышленности.

В целом 3D-принтеры компактны и меньше, чем машины RP. Они идеально подходят для использования в офисах. Они потребляют меньше энергии и занимают меньше места. Они предназначены для малосерийного воспроизведения реальных объектов из нейлона или других пластиков. Это также означает, что 3D-принтеры производят более мелкие детали. Машины для быстрого прототипирования имеют камеру сборки со стороной не менее 10 дюймов, а 3D-принтер имеет сторону менее 8 дюймов. Однако 3D-принтер способен выполнять все функции машины для быстрого прототипирования, такие как проверка и проверка конструкции, создание прототипа, удаленный обмен информацией и т. д.

Следовательно, 3D-принтеры просты в обращении и дешевы в обслуживании.Вы можете купить один из этих наборов «сделай сам» на рынке и собрать его самостоятельно. Это дешевле, чем профессиональное быстрое прототипирование, за 1000 долларов или меньше вы можете иметь один 3D-принтер. В то время как профессиональное быстрое прототипирование стоит не менее 50 000 долларов США.

3D-принтеры менее точны, чем машины для быстрого прототипирования. Из-за его простоты выбор материалов также ограничен.

<р>7. Что можно сделать с помощью 3D-принтера?

В области 3D-печати люди говорят: «Если вы можете это нарисовать, вы можете это сделать». В видео ниже показано, что многие предметы можно сделать с помощью 3D-принтера. Однако сложные объекты могут быть созданы только профессиональными 3D-принтерами, они пока недоступны для обычной семьи.

Вряд ли 3D-печать подойдет любителям, но она способна перевернуть производство и произвести революцию в аэрокосмической отрасли.

Повысьте свои навыки, изучая 3D

Сегодня можно увидеть, как 3D-принтеры строят все, от домов до автомобилей и даже эффективных средств индивидуальной защиты (СИЗ), которые используются медицинскими работниками во всем мире в борьбе с COVID-19.

Что такое 3D-печать?

3D-печать использует автоматизированное проектирование (САПР) для создания трехмерных объектов методом наслоения. Иногда называемая аддитивным производством, 3D-печать включает в себя наслоение материалов, таких как пластмассы, композиты или биоматериалы, для создания объектов различной формы, размера, жесткости и цвета.

Как работает 3D-принтер?

3D-принтеры относятся к семейству аддитивных технологий и используют те же методы, что и традиционные струйные принтеры, хотя и в 3D. Для создания трехмерного объекта с нуля требуется сочетание передового программного обеспечения, порошкообразных материалов и точных инструментов.

3D-печать — невероятно многообещающая технология, применимая практически во всех отраслях.

Обзор 3D-печати

В связи с тем, что больницы переполнены пациентами с COVID-19, а глобальные запасы средств индивидуальной защиты (СИЗ) и медицинских устройств сокращаются, мир обратился к технологиям, чтобы решить эту проблему. Фактически, многие медицинские учреждения обратились к 3D-печати, чтобы снабдить свой персонал столь необходимыми средствами защиты, а также деталями для ремонта своих аппаратов ИВЛ. Крупные корпорации, стартапы и даже старшеклассники с 3D-принтерами откликнулись на призыв. Благодаря 3D-печати миллионы деталей СИЗ и аппаратов ИВЛ были отправлены в больницы, находящиеся на переднем крае этой смертельной битвы. И это только начало возможностей 3D-печати.

Что такое 3D-принтеры? Короче говоря, 3D-принтеры используют автоматизированное проектирование (САПР) для создания 3D-объектов из различных материалов, таких как расплавленный пластик или порошки. Нет, они не похожи на те волшебные ящики из научно-фантастических сериалов. Скорее, принтеры, которые действуют аналогично традиционным струйным 2D-принтерам, используют метод наслоения для создания желаемого объекта. Они работают с нуля и накладывают слой за слоем, пока объект не станет точно таким, каким он был задуман.

Эти принтеры обладают исключительной гибкостью в отношении того, что можно печатать. Они могут использовать пластик для печати на жестких материалах, таких как солнцезащитные очки. Они также могут создавать гибкие объекты, такие как чехлы для телефонов или ручки велосипедов, используя гибридный порошок из резины и пластика. Некоторые 3D-принтеры даже могут печатать из углеродного волокна и металлических порошков чрезвычайно прочные промышленные изделия.

Почему 3D-принтеры важны для будущего? Как объяснялось выше, 3D-принтеры невероятно гибкие; не только в материалах, которые они используют, но и в том, чем они могут печатать. Кроме того, они невероятно точны и быстры, что делает их многообещающим инструментом для будущего производства. Сегодня многие 3D-принтеры используются для так называемого быстрого прототипирования. Компании во всем мире теперь используют 3D-принтеры для создания своих прототипов за считанные часы, вместо того чтобы тратить месяцы времени и, возможно, миллионы долларов на исследования и разработки. На самом деле, некоторые компании утверждают, что 3D-принтеры делают процесс прототипирования в 10 раз быстрее и в пять раз дешевле, чем обычные исследования и разработки.

3D-принтеры могут использоваться практически во всех отраслях. Они используются не только для прототипирования. Многим 3D-принтерам поручено печатать готовые изделия.В здравоохранении 3D-принтеры используются для создания деталей для ремонта сломанных вентиляторов во время вспышки COVID-19. Строительная индустрия фактически использует этот футуристический метод печати для печати целых домов. Школы по всему миру используют 3D-принтеры для практического обучения в классе, распечатывая трехмерные кости динозавров и элементы робототехники. Благодаря гибкости и адаптивности технологии 3D-печати она мгновенно меняет правила игры в любой отрасли.

Применение 3D-печати/Что можно печатать на 3D-принтере?

Быстрое прототипирование и быстрое производство

3D-печать предоставляет компаниям недорогой и быстрый метод производства прототипов с низким уровнем риска, который позволяет им проверять эффективность нового продукта и ускорять разработку без необходимости использования дорогих моделей или собственных инструментов.

Сделав еще один шаг, компании во многих отраслях также будут использовать 3D-печать для быстрого производства, что позволит им сократить расходы при производстве небольших партий или мелкосерийного производства по индивидуальному заказу.

Функциональные части

3D-печать со временем стала более функциональной и точной, что позволяет создавать и приобретать проприетарные или недоступные детали, чтобы продукт мог производиться в соответствии с графиком. Кроме того, машины и устройства со временем изнашиваются и могут нуждаться в срочном ремонте, и 3D-печать предлагает легкодоступное решение.

Инструменты

Как и функциональные детали, инструменты со временем изнашиваются и могут стать недоступными, устаревшими или дорогостоящими в замене. 3D-печать позволяет легко изготавливать и заменять инструменты для различных применений с высокой надежностью и возможностью повторного использования.

Модели

Хотя 3D-печать не может заменить все формы производства, она представляет собой недорогое решение для создания моделей для визуализации концепций в 3D. От визуализации потребительских товаров до архитектурных моделей, медицинских моделей и образовательных инструментов. Поскольку затраты на 3D-печать снижаются и становятся все более доступными, 3D-печать открывает новые возможности для приложений для моделирования.

Может показаться, что 3D-принтеры пришли из научно-фантастического фильма, но они доказали свою полезность в самых разных отраслях.

Как работают 3D-принтеры?

3D-печать является частью семейства аддитивных технологий и использует методы, аналогичные традиционным струйным принтерам, хотя и в 3D. Для создания трехмерного объекта с нуля требуется сочетание передового программного обеспечения, порошкообразных материалов и точных инструментов. Ниже приведены несколько основных шагов, которые предпринимают 3D-принтеры для воплощения идей в жизнь.

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Первым этапом любого процесса 3D-печати является 3D-моделирование. Чтобы добиться максимальной точности (а также потому, что 3D-принтеры не могут волшебным образом угадать, что вы хотите напечатать), все объекты должны быть спроектированы в программном обеспечении для 3D-моделирования. Некоторые конструкции слишком сложны и детализированы для традиционных методов производства. Вот где на помощь приходит это программное обеспечение САПР. Моделирование позволяет печатникам настраивать свой продукт до мельчайших деталей. Способность программного обеспечения для 3D-моделирования обеспечивать точность проектирования — вот почему 3D-печать считается настоящим прорывом во многих отраслях. Это программное обеспечение для моделирования особенно важно для такой отрасли, как стоматология, где лаборатории используют трехмерное программное обеспечение для разработки элайнеров, точно подходящих для конкретного человека. Это также важно для космической отрасли, где они используют программное обеспечение для проектирования некоторых из самых сложных частей ракетного корабля.

Разрез модели

После создания модели пришло время ее «нарезать». Поскольку 3D-принтеры не могут концептуализировать концепцию трех измерений, как люди, инженерам необходимо разбить модель на слои, чтобы принтер мог создать конечный продукт. Программное обеспечение для нарезки сканирует каждый слой модели и сообщает принтеру, как двигаться, чтобы воссоздать этот слой. Слайсеры также сообщают 3D-принтерам, где «заливать» модель. Эта заливка придает 3D-печатному объекту внутренние решетки и колонны, которые помогают формировать и укреплять объект. После того, как модель нарезана, она отправляется на 3D-принтер для фактического процесса печати.

Процесс 3D-печати

Когда моделирование и нарезка 3D-объекта завершены, наступает время для 3D-принтера.Принтер действует в целом так же, как традиционный струйный принтер в процессе прямой 3D-печати, когда сопло перемещается вперед и назад, распределяя воск или пластикоподобный полимер слой за слоем, ожидая, пока этот слой высохнет, а затем добавляя следующий уровень. По сути, он добавляет сотни или тысячи 2D-отпечатков друг к другу, чтобы создать трехмерный объект.

Материалы для 3D-печати

Существует множество различных материалов, которые принтер использует для воссоздания объекта в меру своих возможностей. Вот несколько примеров:

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС): пластик, которому легко придать форму и который трудно сломать. Тот же материал, из которого сделаны LEGO.
Нити из углеродного волокна. Углеродное волокно используется для создания объектов, которые должны быть прочными, но при этом чрезвычайно легкими.
Проводящие нити. Эти пригодные для печати материалы все еще находятся на экспериментальной стадии и могут использоваться для печати электрических цепей без необходимости использования проводов. Это полезный материал для носимой техники.
Гибкие нити. Гибкие нити позволяют создавать гибкие, но прочные отпечатки. Эти материалы можно использовать для печати чего угодно, от наручных часов до чехлов для телефонов.
Металлическая нить. Металлическая нить изготавливается из тонко измельченных металлов и полимерного клея. Они могут быть изготовлены из стали, латуни, бронзы и меди, чтобы получить истинный внешний вид металлического предмета.
Деревянная нить. Эти нити содержат мелкоизмельченный древесный порошок, смешанный с полимерным клеем. Они, очевидно, используются для печати объектов, похожих на деревянные, и могут выглядеть как более светлое или темное дерево в зависимости от температуры принтера.

Процесс 3D-печати занимает от нескольких часов для очень простых изображений, таких как коробка или мяч, до недель для более крупных проектов, таких как дом в натуральную величину.

Технологии 3D-печати

Существуют также различные типы 3D-печати в зависимости от размера, детализации и объема проекта. Каждый тип принтера будет немного различаться по способу печати объекта.

Моделирование методом наплавления (FDM), вероятно, является наиболее широко используемой формой 3D-печати. Это невероятно полезно для изготовления прототипов и моделей из пластика.
Технология стереолитографии (SLA) – это тип печати для быстрого прототипирования, который лучше всего подходит для печати сложных деталей. Принтер использует ультрафиолетовый лазер для создания объектов в течение нескольких часов.
Цифровая обработка света (DLP) — одна из старейших форм 3D-печати. DLP использует лампы для печати с более высокой скоростью, чем печать SLA, поскольку слои высыхают за секунды.
Непрерывное производство жидкости на границе раздела фаз (CLIP) является одним из наиболее быстрых процессов, использующих фотополимеризацию в ванне. Процесс CLIP использует технологию цифрового синтеза света для проецирования последовательности УФ-изображений на поперечное сечение 3D-печатной детали, что обеспечивает точно контролируемый процесс отверждения. Затем деталь запекают в термальной ванне или печи, вызывая несколько химических реакций, которые позволяют детали затвердеть.
Material Jetting наносит капли материала через сопло небольшого диаметра слой за слоем для создания платформы, которая затвердевает под действием УФ-излучения.
При струйном распылении связующего используется порошкообразный основной материал, равномерно наложенный вместе с жидким связующим, который наносится через струйные сопла, чтобы действовать как клей для частиц порошка.
Моделирование плавленым напылением (FDM) (также известное как изготовление расплавленной нити (FFF)) работает путем разматывания пластиковой нити с катушки и пропускания ее через нагретое сопло в горизонтальном и вертикальном направлениях, формируя объект сразу после затвердевания расплавленного материала. .
Селективное лазерное спекание (SLS) — форма сплавления в порошковом слое, при которой мелкие частицы порошка сплавляются друг с другом с помощью мощного лазера для создания трехмерной формы. Лазер сканирует каждый слой порошкового слоя и выборочно сплавляет их, затем понижает слой порошка на одну толщину и повторяет процесс до завершения.
Другая форма порошковой сварки, Multi-Jet Fusion (MJF), использует подметающую руку для нанесения порошка и руку со струйным принтером для выборочного нанесения связующего сверху. Затем для точности вокруг агента детализации применяется агент детализации. Наконец, тепловая энергия применяется, чтобы вызвать химическую реакцию. В прямом лазерном спекании металлов (DMLS) также используется тот же процесс, но только с металлическим порошком.
Листовое ламинирование связывает материал в листы под действием внешней силы и сваривает их вместе с помощью послойной ультразвуковой сварки. Затем листы фрезеруются на станке с ЧПУ, чтобы сформировать форму объекта.
Направленное осаждение энергии распространено в металлургической промышленности и работает с помощью устройства 3D-печати, прикрепленного к многоосевой роботизированной руке с соплом для нанесения металлического порошка.Порошок наносится на поверхность и источник энергии, который затем плавит материал, образуя твердый объект.

Сколько стоят 3D-принтеры?

Стоимость 3D-принтеров зависит от размера, специализации и использования. Самые дешевые 3D-принтеры стоят около 200 долларов, а некоторые промышленные 3D-принтеры могут стоить до 100 000 долларов. Средний потребитель платит около 650 долларов за 3D-принтер. Мы увидим резкое падение цен по мере того, как технология 3D-печати получит более широкое распространение.

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

Примеры 3D-печати

Еда, напечатанная на 3D-принтере

Еда, напечатанная на 3D-принтере, кажется чем-то из Jetsons или слишком хороша, чтобы быть правдой. На самом деле, если его можно очистить, его можно безопасно напечатать. Словно что-то из научно-фантастического шоу, 3D-принтеры накладывают настоящие протертые ингредиенты, такие как курица и морковь, чтобы воссоздать продукты, которые мы знаем и любим. Еда, напечатанная на 3D-принтере, абсолютно безопасна для употребления в пищу, если принтер полностью очищен и работает должным образом. Хотя, возможно, вы захотите заказать еду заранее. 3D-принтеры еды все еще относительно медленные. Например, детализированная шоколадка печатается примерно 15-20 минут. Несмотря на это, мы видели, как печатники изготавливали все, от гамбургеров до пиццы и даже пряничных домиков, используя эту потрясающую технологию.

3D-печатные дома

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

3D-печать органов и протезов конечностей

В ближайшем будущем мы увидим, как 3D-принтеры будут создавать рабочие органы для тех, кто ожидает трансплантации. Вместо традиционного процесса донорства органов врачи и инженеры объединяются для разработки следующей 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, затем комбинация живых клеток и полимерного геля (более известного как биочернила) печатается слой за слоем для создания живого человеческого органа. Эта передовая технология способна изменить известную нам медицинскую отрасль и сократить резкое увеличение числа пациентов в списке ожидания на донорство органов в США.

3D-печать предлагает несколько дополнительных революционных способов улучшить качество жизни пациентов и сделать решения более доступными для медицинских работников. Возможно, наиболее впечатляющим является то, что технология 3D-печати даже ускорила производство и долговечность протезов при одновременном снижении затрат, например, как GE Additive произвела более 10 000 протезов тазобедренного сустава с помощью 3D-печати с 2007 по 2018 год.

Аэрокосмическая технология 3D-печати

Будет ли будущее космических путешествий зависеть от ракет, напечатанных на 3D-принтере? Такие компании, как Relativity Space в Калифорнии, думают именно так. Компания утверждает, что может напечатать работающую ракету на 3D-принтере всего за несколько дней, используя в сто раз меньше деталей, чем обычный шаттл. Первая концептуальная ракета компании, Terran 1, займет всего 60 дней от начала печати до запуска в космос. Ракета будет напечатана по индивидуальному заказу с использованием запатентованного металлического сплава, 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.

Материалы, напечатанные на 3D-принтере, не только проще производить быстро и с меньшими затратами, но и позволяют сократить общее количество деталей, которые необходимо сварить вместе, а также значительно снизить вес и повысить прочность. Еще одним известным примером является двигатель LEAP компании GE Aviation, самый продаваемый двигатель в аэрокосмической отрасли, в котором используются напечатанные на 3D-принтере кобальт-хромовые топливные форсунки, которые весят на 25 % меньше и в пять раз прочнее, чем форсунки традиционного производства.

3D-печатные автомобили

3D-печать уже много лет используется в автомобильной промышленности, что позволяет компаниям сократить циклы проектирования и производства, а также уменьшить количество необходимых запасов.Запасные части, инструменты, приспособления и приспособления могут производиться по мере необходимости, обеспечивая при этом гибкость, невообразимую для предыдущих поколений.

Кроме того, 3D-печать дает автолюбителям возможность персонализировать 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, напечатанные на 3D-принтере

Потребительские товары без качества цифровой или электронной сборки, такие как обувь, очки, украшения и т. д., можно массово производить с помощью 3D-печати. В то время как корпус или рама различных других продуктов могут быть изготовлены с помощью 3D-печати, любой предмет, который может быть изготовлен в пресс-форме, также может быть изготовлен с помощью 3D-печати.

Добро пожаловать в руководство 3DPI для начинающих по 3D-печати. Независимо от того, являетесь ли вы новичком в технологии 3D-печати или просто хотите заполнить пробелы в знаниях, мы рады, что вы зашли к нам. К настоящему времени большинство из нас в той или иной степени слышали о потенциале 3D-печати. Но в этом руководстве мы предлагаем понимание истории и реальности 3D-печати — процессов, материалов и приложений — а также взвешенные мысли о том, куда она может двигаться. Мы надеемся, что вы сочтете это одним из самых полных доступных ресурсов по 3D-печати, и независимо от уровня ваших навыков здесь найдется множество материалов для удовлетворения ваших потребностей.

Вы готовы? Начнем!

01 – Основы

3D-печать, также известная как аддитивное производство, упоминается в Financial Times и других источниках как потенциально более масштабная, чем Интернет. Некоторые считают, что это правда. Многие другие утверждают, что это часть необычайной шумихи, которая существует вокруг этой очень захватывающей технологической области. Так что же такое 3D-печать, кто вообще использует 3D-принтеры и для чего?

Обзор

Термин 3D-печать охватывает множество процессов и технологий, которые предлагают полный спектр возможностей для производства деталей и изделий из различных материалов. По существу, что объединяет все процессы и технологии, так это то, что производство осуществляется слой за слоем в аддитивном процессе, который отличается от традиционных методов производства, включающих субтрактивные методы или процессы формования/литья. Сферы применения 3D-печати появляются почти с каждым днем, и, поскольку эта технология продолжает все более широко и глубоко проникать в промышленный, производственный и потребительский секторы, она будет только расти. Большинство авторитетных комментаторов в этом технологическом секторе согласны с тем, что на сегодняшний день мы только начинаем видеть истинный потенциал 3D-печати. 3DPI, надежный медиа-источник для 3D-печати, предоставляет вам все последние новости, обзоры, разработки процессов и приложений по мере их появления в этой захватывающей области. Эта обзорная статья призвана предоставить аудитории 3DPI надежный справочный материал о 3D-печати с точки зрения того, что это такое (технологии, процессы и материалы), его истории, областей применения и преимуществ

Введение. Что такое 3D-печать?

3D-печать – это процесс создания физического объекта из трехмерной цифровой модели, обычно путем наложения множества последовательных тонких слоев материала. Он преобразует цифровой объект (его представление в САПР) в его физическую форму, добавляя слой за слоем материалы.

Существует несколько различных методов 3D-печати объекта. Мы вернемся к более подробной информации позже в Руководстве. 3D-печать приносит две фундаментальные инновации: манипулирование объектами в их цифровом формате и изготовление новых форм путем добавления материала.

Технологии повлияли на недавнюю историю человечества, вероятно, больше, чем любая другая область. Подумайте об электрической лампочке, паровом двигателе или, позднее, об автомобилях и самолетах, не говоря уже о росте и развитии всемирной паутины. Эти технологии во многих отношениях сделали нашу жизнь лучше, открыли новые направления и возможности, но обычно требуется время, иногда даже десятилетия, прежде чем становится очевидным по-настоящему революционный характер технологии.

Широко распространено мнение, что 3D-печать или аддитивное производство (аддитивное производство) могут стать одной из таких технологий. В настоящее время 3D-печать освещается на многих телевизионных каналах, в основных газетах и на онлайн-ресурсах. Что на самом деле представляет собой эта 3D-печать, которая, как утверждают некоторые, положит конец традиционному производству в том виде, в каком мы его знаем, произведет революцию в дизайне и наложит геополитические, экономические, социальные, демографические, экологические и социальные последствия на нашу повседневную жизнь?

Основной отличительный принцип 3D-печати заключается в том, что это процесс аддитивного производства. И это действительно ключ, потому что 3D-печать — это радикально другой метод производства, основанный на передовой технологии, которая создает детали аддитивно слоями субмиллиметрового масштаба. Это принципиально отличается от любых других существующих традиционных технологий производства.

Существует ряд ограничений для традиционного производства, которое широко основано на человеческом труде и идеологии ручного производства, восходящей к этимологическому происхождению французского слова, обозначающего само производство. Однако мир производства изменился, и автоматизированные процессы, такие как механическая обработка, литье, формовка и литье, являются (относительно) новыми, сложными процессами, для которых требуются машины, компьютеры и робототехника.

Однако все эти технологии требуют вычитания материала из более крупного блока, будь то для получения самого конечного продукта или для производства инструмента для процессов литья или формования, и это является серьезным ограничением в рамках общего производственного процесса.

Для многих приложений традиционные процессы проектирования и производства налагают ряд неприемлемых ограничений, включая упомянутые выше дорогостоящие инструменты, приспособления и необходимость сборки сложных деталей. Кроме того, субтрактивные производственные процессы, такие как механическая обработка, могут привести к потере до 90% исходного блока материала. Напротив, 3D-печать — это процесс прямого создания объектов путем добавления материала слой за слоем различными способами, в зависимости от используемой технологии. Упрощая идеологию 3D-печати, для тех, кто все еще пытается понять концепцию (а их много), ее можно сравнить с процессом автоматического создания чего-либо из блоков Lego.

3D-печать – это передовая технология, которая поощряет и стимулирует инновации, обеспечивая беспрецедентную свободу проектирования и не требующий инструментов процесс, сокращающий непомерно высокие затраты и сроки выполнения заказов. Компоненты могут быть разработаны специально, чтобы избежать требований к сборке со сложной геометрией и сложными элементами, созданными без дополнительных затрат. 3D-печать также становится энергосберегающей технологией, которая может обеспечить экологическую эффективность как с точки зрения самого производственного процесса, используя до 90 % стандартных материалов, так и на протяжении всего срока службы изделий благодаря более легкой и прочной конструкции.

В последние годы 3D-печать вышла за рамки промышленного прототипирования и производственного процесса, поскольку технология стала более доступной для небольших компаний и даже частных лиц. Когда-то из-за масштаба и экономической целесообразности владения 3D-принтером 3D-принтеры меньшего размера (с меньшими возможностями) когда-то были прерогативой огромных многонациональных корпораций, теперь их можно приобрести менее чем за 1000 долларов США.

Это открыло технологию для гораздо более широкой аудитории, и по мере того, как экспоненциальный темп внедрения продолжает расти на всех фронтах, появляется все больше и больше систем, материалов, приложений, услуг и вспомогательного оборудования.

02 – История

Самые ранние технологии 3D-печати впервые появились в конце 1980-х годов, когда они назывались технологиями быстрого прототипирования (RP). Это связано с тем, что процессы изначально задумывались как быстрый и более экономичный метод создания прототипов для разработки продуктов в промышленности. Интересно отметить, что самая первая патентная заявка на технологию RP была подана доктором Кодама в Японии в мае 1980 года. К несчастью для доктора Кодама, полное описание патента не было подано до истечения одного года после подачи заявки, что особенно катастрофично, если учесть, что он был патентным поверенным! Однако в действительности истоки 3D-печати можно проследить до 1986 года, когда был выдан первый патент на аппарат для стереолитографии (SLA). Этот патент принадлежал некоему Чарльзу (Чаку) Халлу, который впервые изобрел свою машину SLA в 1983 году. Халл стал соучредителем корпорации 3D Systems — одной из крупнейших и наиболее продуктивных организаций, работающих сегодня в секторе 3D-печати.

Первая коммерческая система RP компании 3D Systems, SLA-1, была представлена в 1987 году, и после тщательного тестирования первая такая система была продана в 1988 году. После стартового поста это была не единственная технология RP, разрабатываемая в то время, поскольку в 1987 году Карл Декард, работавший в Техасском университете, подал в США патент на селективное лазерное спекание (SLS). RP обработать. Этот патент был выдан в 1989 году, и позже лицензия на SLS была передана компании DTM Inc, которая позже была приобретена 3D Systems. 1989 год был также годом, когда Скотт Крамп, соучредитель Stratasys Inc.подала патент на моделирование методом наплавления (FDM) — запатентованную технологию, которая до сих пор принадлежит компании, но также является процессом, используемым многими машинами начального уровня, основанными на модели RepRap с открытым исходным кодом, которые широко распространены сегодня. . Патент FDM был выдан компании Stratasys в 1992 году. В Европе в 1989 году также была создана компания EOS GmbH в Германии, основанная Гансом Лангером. После увлечения процессами SL в центре внимания исследований и разработок EOS был процесс лазерного спекания (LS), который продолжает набирать обороты. Сегодня системы EOS признаны во всем мире благодаря своей качественной продукции для промышленного прототипирования и производственных приложений 3D-печати. EOS продала свою первую стереосистему в 1990 году. Процесс прямого лазерного спекания металлов (DMLS) компании стал результатом первоначального проекта с подразделением Electrolux в Финляндии, которое позже было приобретено EOS.

В эти годы также появились другие технологии и процессы 3D-печати, а именно производство баллистических частиц (BPM), первоначально запатентованное Уильямом Мастерсом, производство ламинированных объектов (LOM), первоначально запатентованное Майклом Фейгином, отверждение твердого грунта (SGC), первоначально запатентованное Ицхак Померанц и др., а также «трехмерная печать» (3DP), первоначально запатентованная Эмануэлем Саксом и др. Таким образом, в начале девяностых годов число конкурирующих компаний на рынке RP увеличилось, но сегодня остались только три из них — 3D Systems, EOS и Stratasys.

На протяжении 1990-х и начала 2000-х годов продолжало внедряться множество новых технологий, которые по-прежнему были полностью ориентированы на промышленные приложения, и хотя они по-прежнему в основном были процессами для прототипирования приложений, исследования и разработки также проводились поставщиками более продвинутых технологий для конкретных инструментов. , литье и прямое производство. Это привело к появлению новой терминологии, а именно Rapid Tooling (RT), Rapid Casting и Rapid Manufacturing (RM) соответственно.

С точки зрения коммерческой деятельности, Sanders Prototype (позже Solidscape) и ZCorporation были созданы в 1996 году, Arcam – в 1997 году, Objet Geometries – в 1998 году, MCP Technologies (известный производитель оборудования для вакуумного литья) представила технологию SLM в 2000 году. , EnvisionTec была основана в 2002 году, ExOne была создана в 2005 году как дочерняя компания Extrude Hone Corporation, а Sciaky Inc была пионером в своем собственном аддитивном процессе, основанном на собственной технологии электронно-лучевой сварки. Все эти компании пополнили ряды западных компаний, работающих на мировом рынке. Терминология также развивалась с распространением производственных приложений, и общепринятым общим термином для всех процессов было аддитивное производство (AM). Примечательно, что в Восточном полушарии происходило много параллельных событий. Однако эти технологии, хотя и имели большое значение сами по себе и имели некоторый успех на местном уровне, в то время не оказали существенного влияния на мировой рынок.

В середине 2000-х в этом секторе стали проявляться признаки отчетливой диверсификации с двумя особыми направлениями, которые сегодня более четко определены. Во-первых, это была высококлассная 3D-печать, все еще очень дорогие системы, которые были ориентированы на производство дорогостоящих, высокотехнологичных и сложных деталей. Это все еще продолжается и растет, но результаты только сейчас начинают проявляться в производственных приложениях в аэрокосмической, автомобильной, медицинской и ювелирной отраслях, поскольку годы исследований и разработок и квалификации теперь окупаются. Многое остается за закрытыми дверями и/или в рамках соглашений о неразглашении (NDA). На другом конце спектра некоторые производители систем 3D-печати разрабатывали и продвигали «конструкторов концептуальных моделей», как их называли в то время. В частности, это были 3D-принтеры, в которых основное внимание уделялось совершенствованию разработки концепции и функционального прототипирования, которые разрабатывались специально как удобные для офиса и пользователя и экономически эффективные системы. Прелюдия к современным настольным компьютерам. Однако все эти системы по-прежнему предназначались для промышленного применения.

Оглядываясь назад, можно сказать, что это было затишье перед бурей.

В нижнем сегменте рынка — 3D-принтерах, которые сегодня считаются средними — началась ценовая война вместе с постепенным улучшением точности, скорости печати и материалов.

В 2007 году на рынке появилась первая система стоимостью менее 10 000 долларов от 3D Systems, но она так и не достигла ожидаемой отметки. Частично это было связано с самой системой, а также с другими факторами рынка. Святым Граалем в то время было получить 3D-принтер менее чем за 5000 долларов — многие инсайдеры отрасли, пользователи и комментаторы считали это ключом к открытию технологии 3D-печати для гораздо более широкой аудитории.На протяжении большей части этого года появление долгожданной Desktop Factory, которая, как многие предсказывали, станет воплощением этого святого Грааля, было объявлено тем, на что стоит обратить внимание. Это ни к чему не привело, поскольку организация пошатнулась в преддверии производства. Desktop Factory и ее лидер Кэти Льюис были приобретены вместе с интеллектуальной собственностью 3D Systems в 2008 году и практически исчезли. Однако, как оказалось, 2007 год на самом деле стал поворотным моментом для доступной технологии 3D-печати — хотя в то время мало кто осознавал это — когда феномен RepRap укоренился. Доктор Бойер задумал концепцию RepRap самовоспроизводящегося 3D-принтера с открытым исходным кодом еще в 2004 году, и в последующие годы семена проросли благодаря упорному труду его команды в Бате, в первую очередь Вика Оливера и Риса Джонса, которые разработали от концепции до рабочих прототипов 3D-принтера с использованием процесса осаждения. 2007 год был годом, когда первые кадры начали появляться, и это зарождающееся движение 3D-печати с открытым исходным кодом начало набирать популярность.

Но только в январе 2009 года в продажу поступил первый коммерчески доступный 3D-принтер в виде комплекта, основанный на концепции RepRap. Это был 3D-принтер BfB RapMan. За ним в апреле того же года последовала Makerbot Industries, основатели которой активно участвовали в разработке RepRap, пока не отошли от философии открытого исходного кода после значительных инвестиций. С 2009 года появилось множество аналогичных принтеров для нанесения покрытий с минимальными уникальными преимуществами (USP), и они продолжают делать это. Интересная дихотомия здесь заключается в том, что, хотя феномен RepRap породил совершенно новый сектор коммерческих 3D-принтеров начального уровня, идеал сообщества RepRap заключается в разработках с открытым исходным кодом для 3D-печати и сдерживании коммерциализации. /p>

2012 год стал годом, когда альтернативные процессы 3D-печати были представлены на начальном уровне рынка. B9Creator (использующий технологию DLP) появился первым в июне, за ним последовала Form 1 (использующая стереолитографию) в декабре. Оба были запущены через сайт финансирования Kickstarter — и оба пользовались огромным успехом.

В результате дивергенции рынка, значительного прогресса на промышленном уровне с возможностями и приложениями, резкого повышения осведомленности и распространения среди растущего движения производителей, 2012 год также стал годом, когда многие различные основные медиа-каналы подхватили эту технологию. . 2013 год стал годом значительного роста и консолидации. Одним из наиболее заметных шагов стало приобретение Makerbot компанией Stratasys.

Провозглашенная некоторыми как вторая, третья, а иногда даже четвертая промышленная революция, невозможно отрицать влияние, которое 3D-печать оказывает на промышленный сектор, и огромный потенциал, который 3D-печать демонстрирует для будущего потребителей. . Какую форму примет этот потенциал, нам еще только предстоит увидеть.

Являетесь ли вы подающим надежды студентом колледжа или инженером-ветераном, изучение или повторное изучение основ трехмерной (3D) печати чрезвычайно полезно. 3D-печать — это уже не просто футуристическая мечта. Промышленные дизайнеры часто используют 3D-печать для создания масштабных моделей прототипов, чтобы проверить форму, функциональность и соответствие конструкции. 3D-принтеры как никогда универсальны благодаря различным функциям, материалам и применимым пакетам программного обеспечения для 3D, таким как Autodesk Fusion 360.

Дизайнеры обычно имеют в виду дизайн (или мечту), чтобы начать. 3D-печать помогает осуществить эту мечту. В этой статье рассматриваются основы 3D-печати, которые помогут вам быстро перейти от мечты к делу.

Что такое 3D-печать?

3D-печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой печать 3D-объекта из цифрового дизайна. В отличие от традиционных субтрактивных процессов, 3D-печать является аддитивным процессом. Он берет твердый объект, а затем вырезает или уменьшает его до идеального дизайна. По сути, 3D-принтер использует цифровой чертеж для изготовления физического продукта. Например, в некоторых 3D-принтерах используется нагретый материал, например пластик, для создания слоя поверх других слоев, которые в конечном итоге складываются в трехмерном пространстве для создания объекта.

3D-печать появилась в конце 1980-х годов, но не привлекала серьезного внимания до 1990-х годов. Как и в случае с любой новой технологией, многие люди считали 3D-печать возможной только в научной фантастике. Однако 3D-печать набрала обороты и теперь интегрируется в несколько отраслей.

Термины и определения для 3D-печати

Прежде чем погрузиться в широкий мир аддитивного производства, полезно понять жаргон, связанный с процессом 3D-печати. Не каждый термин можно перечислить или понять в одном сообщении блога, но приведенный ниже список должен помочь вам начать свой проект.

Аддитивное производство: еще один термин для 3D-печати. Процесс добавления материалов для создания физического объекта.
Выравнивание платформы: процесс выравнивания рабочего стола 3D-принтера.
Экструдер Боудена: тип экструдера для FDM-принтеров, который имеет отдельный горячий конец и двигатель экструдера.
Компьютерное проектирование (CAD): процесс проектирования деталей или других объектов в цифровой среде перед 3D-печатью.
Компьютерное производство (CAM): процесс использования программного обеспечения и управляемого компьютером оборудования для автоматизации производственного процесса.
Отверждение: процесс с использованием УФ-излучения для отверждения жидкой смолы.
Цифровая световая обработка (DLP): принтер, который проецирует свет на весь слой для одновременного отверждения всей смолы.
Прямой привод: это устройство отличается от экструдера Боудена тем, что двигатель экструдера расположен сверху горячего конца.
Слоновья нога. Распространенная проблема, когда первый слой распределяется шире, чем необходимо. Эту проблему можно решить, изменив настройки 3D-принтера.
Экструдер: двигатель с шестернями, который подает нить на горячий конец принтера.
Нить: материал, используемый в 3D-печати.
Моделирование методом наплавления (FDM): метод 3D-печати, при котором слои материала сплавляются вместе по определенному шаблону.
G-Code: язык, используемый для создания команд для 3D-принтеров.
Горячий конец: состоит из нагревательного картриджа и термистора для нагрева нити накала.
Заполнение: это внутренняя часть печатного объекта. Шаблоны заполнения различаются и помогают обеспечить адекватную внутреннюю структуру печатного объекта.
Международная организация по стандартизации (ISO): всемирный стандарт управления качеством для любой организации.
Жидкокристаллический дисплей (ЖКД). Принтер, использующий ЖК-экран для маскировки света проектора или использующий собственный свет для одновременного отверждения всего слоя.
Селективное лазерное спекание (SLS): промышленный процесс 3D-печати, в котором используется лазер для плавления термопластичного порошка для создания прототипов деталей.
Стереолитография (SLA): принтер, использующий лазер для отверждения жидкой смолы с высокой точностью.
Полосы. Полосы — распространенная проблема с FDM-принтерами, когда отдельные слои становятся видимыми в конечном изделии.
Термопласт: тип пластика, изготовленный из полимерных смол, который размягчается при нагревании и затвердевает при охлаждении.
Полимеризация в ванне: 3D-печать на основе смолы, при которой жидкая фотополимерная смола хранится в ванне (в отличие от других принтеров, которые проталкивают термопласты через сопло). Подкатегории полимеризации в ванне включают стереолитографию (SLA), цифровую обработку света (DLP) и жидкокристаллический дисплей (LCD).

3D-принтеры для начинающих

3D-принтер работает с осями X, Y и Z:

Ось X — это движение слева направо.
Ось Y – это движение вперед-назад.
Ось Z — это движение вверх и вниз.

Экструдер устанавливается на оси X и подает нить на рабочий стол (печатную платформу). Рабочий стол часто нагревается и может регулироваться для выравнивания и температуры.

Типы 3D-принтеров

На рынке представлено несколько типов принтеров, удобных для начинающих. Наиболее распространены принтеры FDM, SLA и SLS. Принтеры FDM, как правило, являются самым дешевым вариантом для начинающих или домашних пивоваров. Они просты в обслуживании, а нить для подачи в машину относительно доступна по сравнению с двумя другими вариантами. К недостаткам FDM-принтеров относятся забитые сопла, трудности с очисткой и образование полос.

В принтерах SLA для создания конечного продукта используется жидкая смола, затвердевающая под действием ультрафиолетового излучения. Эти принтеры отлично подходят для печати сложных деталей (до 25 микрон), но стоят на несколько тысяч дороже, чем принтеры FDM. К недостаткам SLA-принтеров относятся забитые сопла, ограниченное количество доступных материалов и потенциально хрупкие конечные продукты.

Наконец, есть SLS-принтеры. Основное отличие заключается в том, что в SLS-принтерах вместо жидкой смолы используется порошок. Эти принтеры являются самыми дорогими и обычно стоят более 50 000 долларов. Тем не менее, они обеспечивают детализацию до 16 микрон и не требуют шаблонов заполнения для стабильности. Принтеры SLS могут использовать материалы, отличные от смолы, такие как алюминий, серебро или сталь. Естественно, самым большим недостатком является цена.

Выбор правильного принтера может быть сложной задачей, но выбор зависит от приложения. Для чего вы будете использовать свой принтер? Определение области применения, стоимости и размера принтера будет влиять на ваше решение. Такие компании, как Formlabs, могут предоставлять спецификации и учитывать индивидуальные затраты на принтеры и сопутствующее оборудование.

Но 3D-принтер бесполезен без надлежащего программного обеспечения.

Идеальное программное обеспечение для начинающих

Подобно 3D-принтерам, программы САПР бывают разных форм и размеров. Например, Autodesk Fusion 360 предоставляет интегрированную, простую в использовании облачную среду САПР как для начинающих, так и для экспертов. Если вы не готовы приобрести 3D-принтер или программное обеспечение САПР, рассмотрите возможность использования ведущих в отрасли услуг 3D-печати Xometry. Xometry предоставляет онлайн-площадку для инженеров или обычных людей, где они могут создавать или создавать что-то.

Начало работы с Fusion 360

Рассмотрите Autodesk Fusion 360, когда начинаете свой проект 3D-печати, и присоединяйтесь к более чем 1,2 миллионам новаторов, которые уже перешли на программную платформу Autodesk. Fusion 360 предоставляет быструю и эффективную облачную САПР, а также библиотеку учебных материалов, руководств и дополнительной информации.

3D-принтеры стали достаточно доступными, чтобы стать массовым явлением, но стоит ли их покупать? Прежде чем углубляться в эту тему, вам следует подумать о материалах, возможном использовании, программном обеспечении и многом другом.

Что такое 3D-печать?

В своей основе 3D-печать — это производственный процесс, в ходе которого материал укладывается слой за слоем, образуя трехмерный объект. (Этот процесс считается аддитивным, поскольку объект создается с нуля, в отличие от субтрактивных процессов, при которых материал режется, сверлится, фрезеруется или подвергается механической обработке.) Хотя в 3D-принтерах используются различные материалы (например, пластик или металл), и методы (см. «Как работает 3D-печать?» ниже), они имеют общую способность превращать цифровые файлы, содержащие трехмерные данные, независимо от того, созданы ли они в программе автоматизированного проектирования (CAD) или автоматизированного производства (CAM), или с 3D-сканера — в физические объекты.

Является ли 3D-печать даже печатью?

Да, 3D-печать можно считать печатью, хотя и не в традиционном понимании. Соответствующие определения Вебстера «печати» сосредоточены на производстве печатных материалов, публикаций или фотографий и производстве посредством оттиска (приложения давления). Ни одно из определений не подходит для 3D-печати. Но с технологической точки зрения 3D-печать является результатом традиционной печати, при которой наносится слой материала (обычно чернил). Обычно он настолько тонкий, что заметной высоты не видно (правда, у твердоструйных принтеров он несколько толще). Что делает 3D-печать, так это значительно увеличивает эту высоту за счет нанесения нескольких слоев. Поэтому было бы целесообразно расширить определение печати, включив в него изготовление трехмерных объектов таким способом.

Как работает 3D-печать?

Как и традиционные принтеры, 3D-принтеры используют различные технологии. Наиболее известным из них является моделирование наплавления (FDM), также известное как изготовление плавленых нитей (FFF). В нем нить, состоящая из акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС), полимолочной кислоты (ПЛА) или другого термопластика, расплавляется и осаждается через нагретое экструзионное сопло слоями. Первые 3D-принтеры, выпущенные на рынок компанией Stratasys с помощью IBM в середине 1990-х, использовали FDM (термин, зарегистрированный торговой маркой Stratasys), как и большинство 3D-принтеров, ориентированных на потребителей, любителей и школы.

Еще одна технология, используемая в 3D-печати, — стереолитография. В нем УФ-лазер освещает ванну с чувствительным к ультрафиолету фотополимером, отслеживая создаваемый объект на его поверхности. Полимер затвердевает везде, где его касается луч, и луч «печатает» объект слой за слоем в соответствии с инструкциями в файле CAD или CAM, с которым он работает.

В качестве альтернативы у вас также есть 3D-печать с цифровым световым проектором (DLP). Этот метод подвергает жидкий полимер воздействию света от проектора с цифровой обработкой света. Это затвердевает полимер слой за слоем, пока объект не будет построен, а оставшийся жидкий полимер не будет слит.

Мультиструйное моделирование — это система 3D-печати, похожая на струйную, которая распыляет цветное связующее вещество, похожее на клей, на последовательные слои порошка, где должен быть сформирован объект. Это один из самых быстрых методов и один из немногих, поддерживающих многоцветную печать.

Стандартный струйный принтер можно модифицировать для печати другими материалами, кроме чернил. Предприимчивые самодельщики построили или модифицировали печатающие головки, как правило, пьезоэлектрические, для работы с различными материалами — в некоторых случаях печатая сами печатающие головки на других 3D-принтерах!Такие компании, как MicroFab Technologies, продают печатающие головки с поддержкой 3D (а также полные системы печати).

При селективном лазерном спекании (SLS) используется мощный лазер для сплавления частиц пластика, металла, керамики или стекла. В конце работы оставшийся материал перерабатывается. Электронно-лучевая плавка (ЭЛП) использует, как вы уже догадались, электронный луч для расплавления металлического порошка слой за слоем. Титан часто используется с EBM для синтеза медицинских имплантатов, а также деталей самолетов.

В зависимости от технологии 3D-принтеры могут использовать различные материалы, в том числе металлы (среди них нержавеющая сталь, припой, алюминий и титан); пластмассы и полимеры (в том числе композиты, сочетающие пластики с металлами, деревом и другими материалами); керамика; штукатурка; стакан; и даже такие продукты, как сыр, глазурь и шоколад! (См. наш учебник по типам нитей для 3D-принтеров.)

Кто изобрел 3D-печать?

Первый 3D-принтер, в котором использовалась техника стереолитографии, был создан Чарльзом У. Халлом в середине 1980-х годов. Стереолитография традиционно была дорогостоящей коммерческой техникой, машины стоили пяти- и даже шестизначные суммы, но в последние годы появились настольные профессиональные стереолитографические принтеры стоимостью в несколько тысяч долларов, а также потребительские системы, которые начинаются намного дешевле.

В 1986 году Халл основал компанию 3D Systems, которая сегодня продает 3D-принтеры, использующие различные технологии. Они варьируются от комплектов начального уровня до продвинутых коммерческих систем, а 3D Systems также предоставляет услуги по запчастям по запросу, в основном для бизнес-пользователей.

Каковы преимущества 3D-печати?

С помощью 3D-печати дизайнеры могут быстро преобразовывать концепции в 3D-модели или прототипы (так называемое "быстрое прототипирование") и быстро вносить изменения в дизайн. Это позволяет производителям производить продукцию по запросу, а не большими партиями, улучшая управление запасами и сокращая складские площади. Люди в отдаленных местах могут создавать объекты, которые иначе были бы им недоступны.

С практической точки зрения 3D-печать может сэкономить деньги и материалы по сравнению с субтрактивными методами, поскольку впустую расходуется очень мало исходного материала. И это обещает изменить характер производства, в конечном итоге позволяя потребителям загружать файлы для печати даже сложных 3D-объектов, включая, например, электронные устройства, у себя дома.

Что могут делать 3D-принтеры?

Дизайнеры используют 3D-принтеры для быстрого создания моделей и прототипов продуктов, но они все чаще используются и для создания конечных продуктов. Среди изделий, изготовленных с помощью 3D-принтеров, — модели обуви, мебель, восковые отливки для изготовления украшений, инструменты, штативы, подарки и новинки, а также игрушки. Автомобильная и авиационная промышленность используют 3D-принтеры для изготовления деталей. Художники могут создавать скульптуры, а архитекторы могут изготавливать модели своих проектов. Археологи используют 3D-принтеры для реконструкции моделей хрупких артефактов, в том числе некоторых древностей, которые в последние годы были уничтожены ИГИЛ. Точно так же палеонтологи и их студенты могут копировать скелеты динозавров и другие окаменелости. Посмотрите нашу галерею простых и практичных объектов для 3D-принтеров.

Врачи и медицинские работники могут использовать 3D-печать для изготовления протезов, слуховых аппаратов, искусственных зубов и костных трансплантатов, а также копировать модели органов, опухолей и других внутренних структур тела на основе компьютерной томографии при подготовке к операции. Хорошим примером является Project Daniel, который печатает на 3D-принтере протезы рук и кистей для жертв насилия в Судане. Кроме того, разрабатываемые 3D-принтеры, которые могут накладывать слои клеток для создания искусственных органов (таких как почки и кровеносные сосуды), уже находятся на стадии исследований и разработок. В криминалистике даже есть место для 3D-печати, например, для воспроизведения пули, попавшей внутрь жертвы.

Печатная электроника — это набор методов печати, которые позволяют печатать электронные устройства или схемы на гибких материалах, таких как этикетки, ткани и картон, с помощью электронных или оптических чернил. Это обеспечивает очень дешевое изготовление низкопроизводительных устройств. Печатная электроника начинает сочетаться с 3D-печатью, что позволяет печатать многослойные схемы или устройства. Естественным следствием этой мощной комбинации является то, что когда-нибудь вы сможете распечатывать гаджеты из 3D-чертежей, а не покупать их.

Приготовление пищи — еще один способ использования 3D-принтеров. Французский кулинарный институт использует 3D-принтер с открытым исходным кодом, разработанный в Корнельском университете, для приготовления художественных деликатесов, а Массачусетский технологический институт создал пищевой 3D-принтер под названием «Рог изобилия». Небольшое количество ресторанов тестируют прототипы пищевых принтеров. Исследования НАСА в области 3D-печати включали печать продуктов питания, таких как пицца, напечатанная на 3D-принтере.

Что такое услуги 3D-печати?

Вам не обязательно иметь 3D-принтер, чтобы пользоваться им.Многие службы 3D-печати, такие как Shapeways и Sculpteo, печатают подарки и другие мелкие предметы на заказ на собственных 3D-принтерах, а затем отправляют их покупателю. Клиенты могут либо отправить свои собственные файлы 3D-объектов, либо выбрать элементы, большинство из которых разработаны другими пользователями службы, из онлайн-каталога.

Однако услуги 3D-печати больше не являются прерогативой специалистов. Крупные компании, такие как UPS, представили услуги 3D-печати, а некоторые традиционные типографии добавили в свой репертуар 3D-печать по требованию.

Где я могу получить 3D-принтер?

Несколько интернет-магазинов специализируются на 3D-принтерах, например Dynamism, которая продает ряд 3D-принтеров от разных брендов, а также предоставляет поддержку клиентов.

Какое программное обеспечение мне нужно для 3D-печати?

Почти все 3D-принтеры принимают файлы в так называемом формате STL (названном в честь стереолитографии). Эти типы файлов могут создаваться практически любым программным обеспечением САПР, от дорогих коммерческих пакетов, таких как AutoCAD, до бесплатных продуктов или продуктов с открытым исходным кодом, таких как Google SketchUp и Blender. Для тех, кто не склонен создавать свои собственные 3D-файлы, базы данных 3D-объектов, такие как Thingiverse MakerBot, предлагают множество файлов 3D-объектов, которые можно загрузить и распечатать.

Большинство 3D-принтеров поставляются с пакетом программного обеспечения, поставляемым на диске или доступным для загрузки, которое включает в себя все необходимое для печати. Пакеты обычно содержат программу для управления принтером и слайсером, который при подготовке к печати форматирует объектный файл по слоям в зависимости от выбранного разрешения и других факторов. Некоторые наборы включают программу для «исцеления» объектного файла путем исправления проблем, которые могут помешать плавной печати. Программы вышли из движения RepRap с открытым исходным кодом, из которого развилась 3D-печать для любителей. Для некоторых принтеров вы можете выбрать для загрузки отдельные компоненты программы, а не использовать все, что входит в комплект.

Что ждет 3D-печать в будущем?

Разнообразие 3D-принтеров для дома и малого бизнеса легкодоступно — PCMag рассмотрел довольно много из них, — но они по-прежнему часто рассматриваются как экзотические и довольно дорогие приспособления. Ожидайте, что это изменится в течение следующих нескольких лет, когда 3D-принтеры станут более распространенным явлением в домах — их можно будет найти на рабочих столах, в студиях, в домашних офисах и даже на кухне. Возможно, вы не найдете их в каждом доме, но они станут незаменимыми для тех, у кого они есть. По большей части предметы, изготовленные с помощью 3D-принтеров, имеют однородный интерьер, но мы начнем видеть более сложные творения, сочетающие несколько материалов и композитов, а также электронику для печати. С современными 3D-принтерами, если вы потеряете крышку батарейного отсека пульта телевизора, можно будет напечатать новую крышку. Завтра, если вы потеряете свой пульт, возможно, вы сможете напечатать совершенно новый пульт.

Кроме того, 3D-печать прочно закрепилась в космосе. НАСА экспериментирует с 3D-принтерами на борту Международной космической станции. В конце концов, 3D-принтеры можно будет использовать для создания мест обитания на Марсе и в других мирах. Чтобы спасти астронавтов Аполлона-13 от смерти от удушья угарным газом, НАСА фактически пришлось найти способ вставить квадратный стержень в круглое отверстие. Если бы на борту был 3D-принтер, они могли бы легко решить проблему, спроектировав и напечатав разъем.

Астронавты не могут обратиться в Home Depot, если им нужно заменить клапан или устройство, но 3D-принтер может изготовить их по мере необходимости. Точно так же мы увидим 3D-принтеры на антарктических базах и в других отдаленных уголках Земли, где люди не могут ждать шесть месяцев следующего пополнения запасов для замены основных деталей или инструментов.

Применение 3D-печати в медицине не ограничивается протезированием, слуховыми аппаратами и зубными коронками. (См. раздел «Что могут делать 3D-принтеры?» выше, чтобы ознакомиться с тем, что находится в разработке.) Запасные части не обязательно должны ограничиваться механическими деталями.

В последние несколько лет мы наблюдаем взрывной рост разнообразия и использования 3D-принтеров. Это похоже на то, где персональные компьютеры были примерно в 1980 году. Хотя достаточно легко увидеть, в какие области будет разветвляться область 3D-печати, другие мы не в состоянии предсказать, точно так же, как никто в 1980 году не мог себе представить многое из того, что персональный компьютер превратился бы в. Вполне возможно, что 3D-печать может не иметь такого же влияния, как ПК, на потребительском, повседневном уровне, но у нее есть потенциал революционизировать производство и, что, возможно, более важно, сделать его доступным для обычных потребителей. Однако одно можно сказать наверняка: 3D-печать никуда не денется.

На какие 3D-принтеры стоит обратить внимание для начинающих?

Для получения более подробной информации об отдельных принтерах и о том, как их купить, ознакомьтесь с нашим руководством по 10 лучшим 3D-принтерам и некоторыми мыслями от первых пользователей. Но некоторые быстрые выборы, чтобы проверить.

Читайте также: