Как выглядит 3D-принтер
Обновлено: 05.07.2024
Умение обращаться с 3D-принтером поможет вам найти работу в этих отраслях.
- 3D-печать – это технология создания трехмерных объектов с помощью автоматизированного проектирования (САПР).
- Индустрия 3D-печати быстро развивается благодаря возможности создавать широкий спектр универсальных продуктов быстрым и экономичным способом.
- Для тех, кто ищет работу, индустрия 3D-печати предлагает несколько интересных вакансий, связанных с передовыми технологиями.
- Эта статья предназначена для профессионалов и предпринимателей, которые хотят работать в сфере 3D-печати.
Президент США Барак Обама однажды сказал, что 3D-печать может «революционно изменить то, как мы делаем почти все». По этой причине в 2020 году индустрия 3D-печати была оценена в 13,78 млрд долларов США. Прогнозы маркетинговых исследований показывают, что ее стремительный рост продолжится до 2028 года, когда ожидается, что ее объем достигнет 59,65 млрд долларов США.
Поскольку индустрия 3D-печати процветает, что это значит для соискателей? Вот 9 возможностей, которые могут быть созданы или расширены с помощью 3D-печати.
Что такое 3D-печать?
Вместо чернил и бумаги в 3D-принтере для создания 3D-модели используются такие материалы, как пластик, металл или керамика. Используя файлы автоматизированного проектирования (САПР) в качестве цифровых инструкций для создания объекта, 3D-принтер многократно покрывает рабочую поверхность слоями материала точно в нужных местах, создавая структуру с нуля.
Хотя 3D-печать можно использовать для крупномасштабных конструкций, 3D-печать наиболее полезна для создания небольших индивидуальных деталей или прототипов компонентов для различных целей, включая автомобилестроение или медицинскую промышленность. Универсальность 3D-печати открывает широкие возможности. Давайте рассмотрим некоторые области, в которых 3D-печать используется сегодня.
Задания на 3D-печать
1. 3D-дизайн
3D-печать во многом зависит от дизайнеров, которые могут взять идею продукта и воплотить ее в жизнь. Благодаря своему росту 3D-печать создаст рабочие места для 3D-дизайнеров в фирмах, занимающихся 3D-печатью, в компаниях в составе творческих групп и в качестве фрилансеров.
3D-принтеры используются во многих дисциплинах дизайна, таких как дизайн продуктов, дизайн медицинских устройств, архитектурная визуализация и дизайн развлечений, — говорит Эрол Гундуз, профессор Школы непрерывного и профессионального обучения Нью-Йоркского университета (NYU-SCPS). который предлагает программы по 3D-печати, дизайну и моделированию.
Чтобы быть конкурентоспособными, соискатели должны получить практический опыт работы с 3D-технологиями и быть в курсе того, как компании используют 3D-печать. Например, недавние аспиранты-дизайнеры и исследователи, знакомые с методами 3D-печати, имеют преимущество в том, что знают, как использовать эту технологию в процессе проектирования, объясняет Гюндуз.
"Это дает им значительное преимущество при поиске карьерных возможностей в творческих областях", – – сказал Гюндуз.
Знаете ли вы? 3D-принтеры могут создавать запасные части для человеческого тела, среди многих вещей, которые делают 3D-принтеры.
2. 3D-моделирование
3D-печать была бы невозможна без специалистов по САПР, которые умеют преобразовывать проекты продуктов в цифровые чертежи, необходимые для принтеров. Наряду с дизайнерами продуктов будет спрос на специалистов по 3D-моделированию в САПР.
"Я вижу, что спрос на работу в САПР и 3D-моделировании на горизонте значительно возрастет из-за 3D-печати, – – сказал Алекс Инглиш, владелец ProtoParadigm. – ProtoParadigm – это компания, занимающаяся 3D-печатью, которая также занимается исследованиями и разработками оборудования для 3D-печати и новых материалов для печати.
Несмотря на то, что профессионалы в области 3D-САПР также необходимы для создания моделей для массовой 3D-печати, они особенно важны для пользовательских продуктов.
"Индивидуальное производство и индивидуальное прототипирование зависят от способности пользователя концептуализировать объект, который он хочет, и точно создать его цифровое представление", – сказал Инглиш.
Следовательно, задания по 3D-моделированию в САПР потребуют навыков моделирования, характерных для печати, таких как размер элемента, геометрические ограничения и знание материалов, добавлен английский язык.
3. Исследования и разработки
3D-печать сейчас в моде, и не только в мире гаджетов. Так же, как индустрия 3D-печати потребует больше дизайнеров продуктов и специалистов по моделированию CAD, рабочие места откроются для дальновидных специалистов в области исследований и разработок, которые понимают пересечение технологий и потребительских товаров.
«Хотя технологии 3D-визуализации в прошлом использовались в различных областях, таких как инженерные и научные задачи, многие отрасли искусства и производства потребительских товаров, такие как дизайн одежды и дизайн ювелирных изделий, начинают использовать преимущества систем 3D-печати. — сказал Гюндуз.
Компаниям потребуются люди, которые смогут найти лучший способ использования 3D-печати для потребительских товаров с минимальными затратами.
"Возможность визуализировать дизайн линии модных аксессуаров или ювелирных украшений, прежде чем приступить к работе с дорогими материалами, дает компаниям преимущество в снижении затрат в циклах разработки", – сказал Гюндуз.
Совет. Экспериментируете ли вы с исследованиями и разработками в области 3D-печати? Рассмотрим эти налоговые льготы, которые предоставляются компаниям, проводящим передовые исследования.
4. Биологическое и научное моделирование
3D-печать не ограничивается потребительскими товарами. она создает множество продуктов, которые способствуют развитию медицины и спасают жизни. Он также может создавать дроны и оборонное оборудование и, возможно, даже космическую еду.
Соответственно, индустрии 3D-печати потребуется больше инженеров, дизайнеров и моделистов с биомедицинским или научным образованием для дальнейших инноваций и производства высокотехнологичных 3D-печатных продуктов.
«Несмотря на то, что все дизайнеры смогут печатать то, что они проектируют, на рынке будет высокий уровень — особенно в медицинских, аэрокосмических, военных и других высокоточных или критически важных приложениях — для тех, кто которые лучше понимают технологии печати и способы проектирования с учетом их сильных и слабых сторон", – сказал Инглиш.
5. Архитектурное и строительное моделирование
3D-печать изменит многие отрасли, особенно те, которые в значительной степени зависят от чертежей или прототипов. В строительной отрасли этот сдвиг парадигмы повысит потребность в специалистах по 3D-моделированию, которые могут заменить текущие решения для планирования строительства в 2D.
"В архитектуре, машиностроении и строительстве 3D-печать изменит представление о производстве строительной документации, – – говорит Лира Луис, главный архитектор Atelier Lira Luis LLC, чикагской архитектурно-дизайнерской фирмы.
Вместо 2D-моделирования в САПР на бумаге 3D-печать позволяет создавать реалистичные модели, чтобы лучше представить, как будут выглядеть структуры.
"Поскольку процесс 3D-печати становится все более упорядоченным, он потенциально может устранить потребность в строительной документации и перейти непосредственно к печати полномасштабных макетов перед строительством конструкций", – сказал Луис.
6. Образование
Что толку от этих вакансий, если никто не обладает необходимой квалификацией? Чтобы восполнить пробел в навыках, школы разрабатывают — а некоторые уже запустили — программы 3D-печати для всех классов. Это откроет вакансии для преподавателей, которые смогут обучать техническим и бизнес-аспектам 3D-печати.
«С точки зрения образования многие школы K-12 рассматривают 3D-печать как возможность для учащихся, изучающих искусство, а также научные области», — сказал Гюндуз. Колледжи и университеты также запускают курсы по 3D-печати и программы сертификации, такие как сертификат NYU-SCPS по быстрому прототипированию для 3D-печати.
Учителя должны иметь опыт работы в сфере 3D-печати. Им также потребуются определенные навыки, чтобы преподавать специализированные курсы и быть в курсе последних тенденций.
"Для преподавателей понимание методов 3D-моделирования и 3D-печати будет иметь неоценимое значение, поскольку культура производственных лабораторий начинает получать поддержку как важный аспект образования", – сказал Гюндуз. "Преподаватели, имеющие опыт 3D-моделирования и производства, имеют ряд возможностей, открытых для них в рамках образовательных программ, желающих внедрить эту новую технологию".
7. Юристы
3D-печать не ограничивается миром технологий. Как творческое поле, отрасль широко открыта для юридических вопросов, что вызывает потребность в большем количестве юристов и юристов, специализирующихся на правах интеллектуальной собственности (ИС).
"По мере того, как технологии 3D-печати развиваются и становятся все более доступными, нарушителям будет легче создавать, рекламировать и продавать продукты, нарушающие патенты, авторские права и ценные торговые марки, – – говорит Джули Мэтьюз, партнер Edwards Wildman – Фирма Am Law 100 с офисами в США, Великобритании и Азии. "По мере развития технологий 3D-печати будут появляться новые бизнес-модели, в которых потребительские товары и их составные части можно будет копировать, модифицировать, сопоставлять с другими и производить практически где угодно".
В результате возрастет потребность в действиях по защите прав интеллектуальной собственности и судебных процессах, а также в расширении услуг по отслеживанию нарушений, пояснил Мэтьюз.
Области роста включают право собственности на ИС, объем прав, лицензирование, добросовестное использование и международные права.
8. Стартапы
Думаете о том, чтобы начать новый бизнес? 3D-печать предлагает возможности для инноваций — не только в создании продуктов, но и в предпринимательстве. 3D-печать охватывает различные технические и дизайнерские роли, многие из которых создают отличные бизнес-идеи для удовлетворения потребностей компаний в 3D-печати.
"По мере того, как технологии 3D-печати развиваются и становятся доступными для домашних пользователей, это, несомненно, открывает новые возможности для бизнеса для частных лиц и компаний, предлагающих услуги 3D-печати на месте и удаленно, дизайнеров новых продуктов и промышленных дизайнеров, а также специалистов по автоматизированному проектированию. , — сказал Мэтьюз.
Благодаря стоимости 3D-печати от 1999 до 3500 долларов США каждый, кто разбирается в 3D-печати, может начать свой бизнес.
Совет. Подумайте о франшизе 3D-печати как услуги для своего нового бизнеса.
9. Административные роли
Компании, занимающиеся 3D-печатью, работают не только на инженерах и техниках. По мере роста отрасли новым и существующим компаниям, занимающимся 3D-печатью, потребуются сотрудники для обеспечения бесперебойной работы их бизнеса. Сюда входят операционный и административный персонал, аналитики, специалисты по финансам и продажам, а также сотрудники розничной торговли.
"Компании, которые появятся с новыми бизнес-моделями, основанными на 3D-печати, также будут нуждаться в более распространенных должностях, которые нужны другим компаниям, например, в маркетинге, канцелярии, доставке и т. д.", – сказал Инглиш.
Эти вакансии будут открыты во всех типах компаний, занимающихся 3D-печатью, включая продавцов, производителей и розничные магазины.
Редакция Business News Daily участвовала в написании и освещении этой статьи. Интервью с источниками были проведены для предыдущей версии этой статьи.
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 5 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 действующую ракету 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 позволяет автолюбителям 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, 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.
Крис Вудфорд. Последнее обновление: 24 апреля 2021 г.
Даже лучшие художники изо всех сил стараются показать нам, как выглядят объекты реального мира во всей их трехмерной (3D) красоте. В большинстве случаев это не имеет значения — просмотр фотографии или эскиза дает нам достаточно хорошую идею. Но если вы занимаетесь разработкой новых продуктов и вам нужно продемонстрировать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: моделью, которую можно потрогать, подержать в руках и почувствовать. Единственная проблема в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени, а машины, которые могут делать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полумиллиона долларов). Ура, тогда 3D-принтеры, которые работают немного как струйные и создают 3D-модели слой за слоем со скоростью, в 10 раз превышающей скорость и в пять раз меньшей стоимостью. Как именно они работают? Давайте посмотрим поближе!
Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка 3D-принтера Invent, которая медленно, слой за слоем, создает объект, выливая расплавленный синий пластик из точно движущегося сопла. Фото капрала. Джастин Апдеграф, любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.
Содержание
<ПР>- Медицина
- Аэрокосмическая промышленность и оборона
- Визуализация
- Индивидуальные продукты
От прототипов, сделанных вручную, к быстрому прототипированию
Фото: Высококачественный быстрый прототип космического самолета, сделанный из воска по чертежу САПР НАСА. Фото предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).
До появления таких вещей, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы тщательно вырезались из дерева или склеивались из маленьких кусочков картона или пластика. Их изготовление может занять дни или даже недели и обычно стоит целое состояние. Внесение изменений или поправок было трудным и трудоемким процессом, особенно если привлекалась сторонняя компания по созданию моделей, и это могло отбить у дизайнеров охоту вносить улучшения или учитывать замечания в последнюю минуту: «Слишком поздно!»
С появлением более совершенных технологий в 1980-х годах в качестве решения этой проблемы возникла идея быстрого прототипирования (RP). Это означает разработку моделей и прототипов более автоматизированными методами, обычно за часы или дни, а не недели. что традиционное прототипирование имело обыкновение принимать. Трехмерная печать является логическим продолжением этой идеи: дизайнеры продуктов быстро, за несколько часов, создают собственные прототипы, используя сложные машины, похожие на струйные принтеры.
Как работает 3D-принтер?
Иллюстрация: один из первых в мире трехмерных FDM-принтеров, разработанный С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана на базовой пластине (темно-синяя, 10), которая перемещается в горизонтальном (X–Y) направлении, а печатающая головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в горизонтальном направлении. вертикальное (Z) направление. Сырье для печати поступает из пластикового стержня (желтый, 46), расплавляемого печатающей головкой.Процесс нагрева тщательно регулируется термопарой (электрический датчик тепла), подключенной к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается сжатым воздухом из большого резервуара и компрессора 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 создания трехмерных объектов С. Скотта Крампа, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Представьте себе создание обычного деревянного прототипа автомобиля. Вы бы начали с блока твердого дерева и вырезали внутрь, как скульптор, постепенно открывая объект, «спрятанный» внутри. Или, если вы хотите сделать архитектурную модель дома, вы должны построить ее как настоящий сборный дом, возможно, вырезав миниатюрные копии стен из картона и склеив их вместе. Теперь лазер может легко придавать дереву форму, и вполне возможно научить робота склеивать картон, но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!
Обычный 3D-принтер очень похож на струйный принтер, работающий от компьютера. Он строит 3D-модель по одному слою за раз, снизу вверх, многократно печатая одну и ту же область с помощью метода, известного как моделирование методом наплавления (FDM). Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, превращая 3D-чертеж CAD в множество двумерных слоев с поперечным сечением — эффективно разделяя 2D-отпечатки, которые располагаются друг над другом, но без бумаги между ними. . Вместо использования чернил, которые никогда не накопится в большом объеме, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и сплавляет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолетового излучения.
В: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? О: 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 создать 3D-модель, набрасывая цветную воду или черную пыль! То, что вы можете моделировать, это пластик. По сути, 3D-принтер работает путем выдавливания расплавленного пластика через крошечное сопло, которое перемещается точно под контролем компьютера. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера вы получаете либо потрясающе выглядящую 3D-модель, либо множество 2D-линий пластика, грубо наложенных друг на друга — как глазурь для торта с плохим контуром! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.
Фото: 3D-принтер Lulzbot. Вы можете увидеть маленькую катушку из необработанного красного пластика («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера предоставлено ВМС США.
Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду "пластик": если вы усердно занимаетесь переработкой, вы знаете, что существует множество типов пластика, каждый из которых отличается как химическим (по своему молекулярному составу), так и физически (в том, как они ведут себя по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты (пластики, которые плавятся при нагревании и затвердевают при повторном охлаждении), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота) или PETG (полиэтиленгерефталатгликоль). .
Возможно, наиболее известный как материал, из которого изготавливаются кубики LEGO®, АБС-пластик также широко используется в салонах автомобилей (иногда и в наружных деталях, таких как колпаки), для изготовления внутренностей холодильников и пластиковых деталей компьютеров (это вполне вероятно, что мышь и клавиатура, которыми вы сейчас пользуетесь, изготовлены из АБС-пластика). Так почему же этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это композит из жесткого пластика (акрилонитрила) с синтетическим каучуком (бутадиен-стирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре немногим более 100°C (220°F), что является достаточно прохладным, чтобы плавиться внутри принтера без перегрева, и достаточно горячим, чтобы модели, напечатанные из него, не выдержали. не тают, если их оставить на солнце. После затвердевания его можно отшлифовать до гладкости или покрасить; Другое полезное свойство АБС заключается в том, что в необработанном виде он имеет беловато-желтый цвет, но можно добавить пигменты (цветные химические вещества в краске), чтобы сделать его практически любым цветом. В зависимости от типа используемого принтера вы подаете на него пластик либо в виде небольших гранул, либо в виде нитей (например, пластиковых нитей).
ПЛА проще в использовании, чем АБС, и он немного более безвреден для окружающей среды, хотя он мягче и менее долговечен. PETG — это промежуточный вариант, близкий по прочности к АБС-пластику, легко поддающийся формованию и относительно легко перерабатываемый.
Вам не обязательно печатать в 3D пластиком: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и схватывается. В июле 2011 года исследователи Эксетерского университета в Англии представили прототип пищевого принтера, способного печатать трехмерные объекты с помощью расплавленного шоколада!
Преимущества и недостатки
Производители 3D-принтеров заявляют, что они работают в 10 раз быстрее, чем другие методы, и в 5 раз дешевле, поэтому они предлагают большие преимущества для людей, которым нужны быстрые прототипы в течение нескольких часов, а не дней. Хотя высококачественные 3D-принтеры по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они в разы дешевле более сложных машин RP (которые стоят от 100 000 до 500 000 долларов), а также доступны значительно более дешевые машины (вы можете купите комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов). Кроме того, они достаточно компактны, безопасны, просты в использовании и надежны (эти особенности сделали их все более популярными в таких местах, как дизайнерские и инженерные школы).
С другой стороны, отделка производимых ими моделей обычно хуже, чем у моделей, изготовленных на более дорогих машинах RP. Выбор материалов часто ограничен одним или двумя, цвета могут быть грубыми, а текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере, лучше подходят для грубой ранней визуализации новых продуктов; более сложные машины RP можно использовать на более поздних этапах процесса, когда дизайн приближается к завершению и такие вещи, как точная текстура поверхности, более важны.
Приложения
Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос: «Сколькими способами вы можете использовать фотокопировальный аппарат?» Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике ограничениями являются точность модели, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему она начала набирать обороты только в последнее десятилетие. Большая часть технологий все еще относительно нова; даже несмотря на это, возможности использования 3D-печати просто поразительны.
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 с разрешения US NIH Image Gallery и 3D Print Exchange.
Жизнь — это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со сморщенными, крошащимися телами, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая потенциально может создавать замещающие части тела и ткани. Вот почему врачи были одними из первых людей, изучавших 3D-печать. Мы уже видели напечатанные на 3D-принтере уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мышцы (от Корнельского университета). 3D-принтеры также использовались для производства искусственных тканей (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожи (в сотрудничестве между косметическим гигантом L'Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полностью распечатать 3D-печатные органы (такие как сердце и печень), дело быстро движется в этом направлении. В рамках одного проекта, известного как «Тело на чипе», реализуемого Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатаются миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещаются на микрочип и тестируются с помощью некоего искусственного кровь.
Помимо замены частей тела, 3D-печать все чаще используется в медицинском образовании и обучении. В детской больнице Никлауса в Майами, штат Флорида, хирурги практикуют операции на 3D-печатных копиях детских сердец. В другом месте тот же метод используется для репетиции операции на головном мозге.
Аэрокосмическая промышленность и оборона
Проектирование и испытания самолетов — сложный и дорогостоящий бизнес: внутри Boeing Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Хотя компьютерные модели можно использовать для проверки довольно многих аспектов поведения самолетов, для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе, по-прежнему необходимо создавать точные прототипы. И 3D-печать — простой и эффективный способ сделать это. В то время как коммерческие самолеты строятся в больших количествах, военные самолеты, как правило, изготавливаются по индивидуальному заказу, а 3D-печать позволяет быстро и с минимальными затратами проектировать, тестировать и производить небольшие партии или единичные детали.
Фото: ВМС США тестируют 3D-принтеры на кораблях с тех пор, как один из них был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самостоятельным, с меньшей необходимостью носить с собой запасные части и материалы, особенно в военное время.Это напечатанное на 3D-принтере подводное беспроводное зарядное устройство, типичное для объектов, которые могут быть напечатаны во время морской миссии. Фото Девина Писнера предоставлено ВМС США.
Космические аппараты еще сложнее, чем самолеты, и у них есть дополнительный недостаток, заключающийся в том, что они «производятся» в крошечных количествах — иногда изготавливается только один экземпляр. Вместо того, чтобы тратить все средства на изготовление уникальных инструментов и производственного оборудования, гораздо логичнее будет 3D-печать одноразовых компонентов. Но зачем вообще делать космические детали на Земле? Доставлять сложные и тяжелые конструкции в космос сложно, дорого и долго; возможность производить вещи на Луне или на других планетах может оказаться бесценной. Легко представить себе астронавтов (или даже роботов), использующих 3D-принтеры для производства любых необходимых им предметов (включая запасные части) вдали от Земли, когда они им нужны. Но даже обычные космические проекты, созданные на Земле, могут выиграть от скорости, простоты и низкой стоимости 3D-печати. В новейшем марсоходе NASA, поддерживающем человека, используются детали, напечатанные на 3D-принтере с помощью Stratasys.
Фото: Запасные части и ремонт не проблема. Крупный план 3D-принтера Lulzbot Taz 6, используемого для изготовления запасных частей на борту военного корабля США. Фото Кристофера А. Велоиказы предоставлено ВМС США.
Визуализация
Создание прототипов самолетов или космических ракет — это пример гораздо более широкого применения 3D-печати: визуализация того, как новые конструкции будут выглядеть в трех измерениях. Конечно, мы можем использовать для этого такие вещи, как виртуальная реальность, но люди часто предпочитают то, что можно увидеть и потрогать. 3D-принтеры все чаще используются для быстрого и точного архитектурного моделирования. Хотя мы (пока) не можем печатать на 3D-принтере такие материалы, как кирпич и бетон, существует широкий спектр доступных пластиков, и их можно окрашивать, чтобы они выглядели как реалистичные отделочные материалы. Точно так же 3D-печать теперь также широко используется для прототипирования и тестирования промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие предметы повседневного обихода изготавливаются из пластика, напечатанная на 3D-принтере модель может быть очень похожа на готовый продукт, что идеально подходит для тестирования в фокус-группах или исследования рынка.
Индивидуальные продукты
От пластиковых зубных щеток до оберток от конфет: современная жизнь здесь сегодня, а завтра ее нет. Она удобна, недорога и одноразова. Однако не все ценят готовое массовое производство, поэтому так популярны дорогие «дизайнерские лейблы». В будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами недорогих, высоко персонализированных продуктов, изготовленных на заказ в соответствии с нашими точными спецификациями. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатаются на 3D-принтере. Точно так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, Zazzy воспроизвел это с помощью технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам, таким как Shapeways, каждый может создавать свои собственные 3D-печатные безделушки для себя или продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых странах). своих магазинов).
"Товары, изготовленные по индивидуальному заказу" – это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: в эту категорию может попадать и пища, которую мы едим. Приготовление пищи требует времени, навыков и терпения, потому что приготовление аппетитного блюда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большую часть пищи можно экструдировать (выдавливать через сопла), ее можно (теоретически) также напечатать на 3D-принтере. Несколько лет назад Evil Mad Scientist Laboratories игриво напечатали странные предметы из сахара. В 2013 году обозреватель New York Times А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу напечатать всю еду, включая тарелку и столовые приборы. В процессе он случайно наткнулся на работу Хода Липсона из Корнельского университета, который считает, что когда-нибудь еда может быть напечатана на 3D-принтере, чтобы точно соответствовать потребностям вашего тела в питании. Что плавно переносит нас в будущее.
Будущее 3D-печати
Многие люди считают, что 3D-печать возвестит не только волну дерзких пластиковых уловок, но и революцию в обрабатывающей промышленности и мировой экономике, которую она движет. Хотя 3D-печать, безусловно, позволит нам делать свои собственные вещи, есть предел тому, чего вы можете достичь самостоятельно с дешевым принтером и пластиковой тубой. Реальные экономические выгоды, скорее всего, появятся, когда 3D-печать повсеместно будет принята крупными компаниями в качестве центральной опоры обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производителям предлагать гораздо больше индивидуализированных продуктов, поэтому доступность готового массового производства будет сочетаться с привлекательностью единичных изделий ручной работы.Во-вторых, 3D-печать — это, по сути, роботизированная технология, поэтому она снизит стоимость производства до такой степени, что снова станет рентабельным производство в Северной Америке и Европе предметов, которые в настоящее время дешево собираются (плохо оплачиваемыми производителями). человек) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для изготовления одних и тех же вещей потребуется меньше людей), снизив производственные затраты в целом, что должно привести к снижению цен и увеличению спроса — а это всегда хорошо как для потребителей, так и для производителей и экономика.
Фото: два вида печатающей головки (иногда называемой «инструментальной головкой») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин предоставлено Корпусом морской пехоты США.
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 годов, 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 местах, 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: