Что такое 3D-принтер и как он работает, что можно напечатать на 3D-принтере
3D–принтер — это технология, которая позволяет создавать реальные объекты из цифровой модели. Всё началось в 80-х годах под названием «быстрое прототипирование», что и было целью технологии: создать прототип быстрее и дешевле. С тех пор многое изменилось, и сегодня 3D-принтеры позволяют создавать всё, что вы можете себе представить.
Оглавление:
3D-принтер позволяет создавать объекты, которые практически идентичны их виртуальным моделям. Именно поэтому сфера применения данных технологий так широка.
Что такое 3D-печать?
3D-печать — это процесс аддитивного производства, потому что, в отличие от традиционного субтрактивного производства, трехмерная печать не удаляет материал, а добавляет его, слой за слоем — то есть выстраивает или выращивает.
- На первом этапе печати данные из чертежа или 3D–модели считываются принтером.
- Эти слои, состоящие из листового материала, жидкости или порошка соединяются друг с другом, превращаясь в окончательную форму.
При производстве ограниченного количества деталей 3D-печать будет быстрее и обойдет дешевле. Мир 3D-печати не стоит на месте и поэтому на рынке появляется все больше различных технологий, конкурирующих между собой. Разница их заключается в самом процессе печати. Одни технологии создают слои путем размягчения или плавления материала, затем они обеспечивают послойное нанесение этого самого материала. Другие технологии предусматривают использование жидких материалов, обретающих в процессе твердую форму под воздействие разнообразных факторов.
Для того, чтобы что-то напечатать, сначала вам понадобится 3D-модель объекта, который вы можете создать в программе 3D-моделирования (CAD — Computer Aided Design), или использовать 3D-сканер для сканирования объекта, который вы хотите печатать. Есть также более простые варианты, такие как поиск моделей в Интернете, которые были созданы и доступны другим людям.
После того, как ваш проект готов, все, что вам нужно сделать, это импортировать его в Слайсер, программа которая адаптирует модель в коды и инструкции для 3D–принтера, большинство программ с открытым исходным кодом и распространяются бесплатно. Слайсер преобразует ваш проект в файл gcode, готовый к печати как физический объект. Просто сохраните файл на прилагаемой SD-карте и вставьте его в свой 3D–принтер и нажмите печать.
На весь процесс может уйти нескольких часов, а иногда и несколько дней. Все зависит от размера, материала и сложности модели. Некоторые 3D-принтеры используют два различных материала. Один из них является частью самой модели, другой выступает в роли подпорки, которая поддерживает части модели, нависающие в воздухе. Второй материал в дальнейшем удаляется.
Как работает 3D-принтер?
Конечно, когда вы станете продвинутым пользователем, игра с настройками и настройкой вашего принтера может привести к еще лучшему результату.
Чтобы узнать больше о том, как работает 3D-печать, читайте: Техподдержка и Новости 3D-печати
Что можно напечатать на 3D-принтере?
Возможности 3D-принтеров безграничны, и теперь они становятся обычным инструментом в таких областях, как инженерия, промышленный дизайн, производство и архитектура. Вот некоторые типичные примеры использования:
Персонализированные (Custom) модели
Создавайте персонализированные продукты, которые полностью соответствуют вашим потребностям с точки зрения размера и формы. Сделайте что-то, что было бы невозможно с помощью любых других технологий.
Быстрое прототипирование
Трехмерная печать позволяет быстро создать модель или прототип, помогая инженерам, дизайнерам и компаниям получить обратную связь по своим проектам за короткое время.
Сложная геометрия
Модели, которые трудно даже представить, могут быть легко созданы на 3D-принтере. Эти модели хороши для обучения других по сложной геометрии интересным и полезным способом.
Снижение затрат
Стоимость деталей и прототипов конечного использования 3D-печати низкая благодаря используемым материалам и технологии. Сокращается время производства и расход материала, так как вы можете многократно печатать модели, используя только необходимый материал.
Как выбрать и купить 3D-принтер? →
Что такое 3D печать и как работает 3D принтер?
С начала нового тысячелетия понятие «3D» прочно вошло в нашу повседневную жизнь. В первую очередь, мы связываем его с киноискусством, фотографией или мультипликацией. Но едва ли сейчас найдётся человек, который хотя бы раз в жизни не слышал о такой новинке, как 3D-печать.
Что же это такое и какие новые возможности в творчестве, науке, технике и повседневной жизни несут нам технологии трехмерной печати, мы и попытаемся разобраться в статье, приведенной ниже.
Но сначала немного истории. Хоть и много стали говорить о 3D печати только последние несколько лет, на самом деле эта технология существует уже достаточно давно. В 1984 году компания Charles Hull разработала технологию трёхмерной печати для воспроизведения объектов с использованием цифровых данных, а двумя годами позже дала название и запатентовала технику стереолитографии.
Тогда же эта компания разработала и создала первый промышленный 3D принтер. Впоследствии эстафету приняла компания 3D Systems, разработавшая в 1988 году модель принтера для 3Д печати в домашних условиях SLA – 250.
В том же году компанией Scott Grump было изобретено моделирование плавлеными осаждениями. После нескольких лет относительного затишья, в 1991 году компания Helisys разрабатывает и выпускает на рынок технологию для производства многослойных объектов, а через год, в 1992, в компании DTM выходит в свет первая система селективного лазерного спаивания.
Затем, в 1993 году основывается компания Solidscape, которая и приступает уже к серийному производству принтеров на струйной основе, которые способны производить небольшие детали с идеальной поверхностью, причём при относительно небольших затратах.
Тогда же Массачусетский университет патентует технологию трёхмерной печати, подобную струйной технологии обычных 2D принтеров. Но, пожалуй, пик развития и популярности 3D печати всё же пришёлся на новый, 21 век.
В 2005 году появился первый 3D принтер, способный печатать в цвете, это детище компании Z Corp под названием Spectrum Z510, а буквально через два года появился первый принтер, способный воспроизводить 50% собственных комплектующих.
В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3Д печати постоянно растёт. Этим технологиям оказалось подвластно всё — от кровеносных сосудов до коралловых рифов и мебели. Впрочем, о сферах применения данных технологий мы поговорим чуть позже.
Итак, что же представляет из себя печать на 3d принтере?
Вкратце — это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D модели. Затем цифровая трёхмерная модель сохраняется в формате STL-файла, после чего 3D принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие.
Сам процесс печати – это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трёхмерных моделей, нанесением на рабочий стол (элеватор) принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов.
Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие.
Как работает 3D принтер?
Применение трехмерной печати – это серьезная альтернатива традиционным методам прототипирования и мелкосерийному производству. Трёхмерный, или 3д-принтер, в отличие от обычного, который выводит двухмерные рисунки, фотографии и т. д. на бумагу, даёт возможность выводить объёмную информацию, то есть создавать трёхмерные физические объекты.
На данный момент оборудование данного класса может работать с фотополимерными смолами, различными видами пластиковой нити, керамическим порошком и металлоглиной.
Что такое 3d принтер?
В основу принципа работы 3d принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определённого материала, о котором будет сказано немного позже. Преимущества 3D печати перед привычными, ручными способами построения моделей — высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость.
Например, для создания 3D модели или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени — от нескольких дней до месяцев. Ведь сюда входит не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы — чертежи и схемы будущего изделия, которые всё равно не дают полного видения окончательного результата.
В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства.
3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге — ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов.
При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается.
Что такое 3d принтер: видео
Существуют различные технологии трёхмерной печати. Разница между ними заключается в способе наложения слоёв изделия. Рассмотрим основные из них.
Наиболее распространенными являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев расплавленных материалов) и SLA (стереолитиография).
Наиболее широкое распространение благодаря высокой скорости построения объектов получила технология стереолитографии или SLA.
Технология SLA
Технология работает так: лазерный луч направляется на фотополимер, после чего материал затвердевает.
В качестве фотополимера используется полупрозрачный материал, который деформируется под действием атмосферной влаги.
После отвердевания он легко поддаётся склеиванию, механической обработке и окрашиванию. Рабочий стол (элеватор) находится в ёмкости с фотополимером. После прохождения через полимер лазерного луча и отвердения слоя рабочая поверхность стола смещается вниз.
Технология SLS
Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча – оно же SLS — единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья.
Пластмассовые модели обладают отличными механическими качествами, благодаря которым они могут использоваться для изготовления полнофункциональных изделий. В SLS технологии используются материалы, близкие по свойствам к маркам конечного продукта: керамика, порошковый пластик, металл.
Устройство 3d принтера выглядит следующим образом: порошковые вещества наносятся на поверхность элеватора и спекаются под действием лазерного луча в твёрдый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий её форму.
Технология DLP
Технология DLP – новичок на рынке трехмерной печати. Стереолитографические печатные аппараты сегодня позиционируются, как основная альтернатива FDM оборудованию. Принтеры данного типа используют технологию цифровой обработки светом. Многие задаются вопросом, чем печатает 3d принтер данного образца?
Вместо пластиковой нити и нагревающей головки для создания трехмерных фигур используются фотополимерные смолы и DLP-проектор.
Ниже вы можете увидеть, как работает 3d принтер видео:
Впервые услышав про DLP 3d принтер, что это такое – вполне резонный вопрос. Несмотря на замысловатое название, устройство почти не отличается от других настольных печатных аппаратов. К слову, его разработчики, в лице компании
QSQM Technology Corporation, уже запустили в серию первые образцы высокотехнологичного оборудования. Выглядит оно следующим образом:
Технология EBM
Стоит отметить, технологии SLS/DMLS – далеко не единственные в области печати металлом. В настоящее время для создания металлических трехмерных объектов широко используется электронно-лучевая плавка. Лабораторные исследования показали, что использование металлической проволоки для послойного наплавления при изготовлении высокоточных деталей малоэффективно, поэтому инженеры разработали специальный материал – металлоглину.
Металлическая глина, использующаяся в качестве чернил во время электронно-лучевой плавки изготавливается из смеси органического клея, металлической стружки и определенного количества воды. Для того чтобы превратить чернило в твердый объект, его нужно нагреть до температуры, при которой клей и вода выгорят, а стружка сплавится между собой в монолит.
EBM 3d принтер: как работает
Примечательно, что данный принцип также используется при работе с SLS принтерами. Но в отличие от них, EBM-аппараты генерируют для плавки металлоглины направленные электронные импульсы вместо лазерного луча. Нужно сказать, что данный метод обеспечивает высокое качество печати и отличную прорисовку мелких деталей.
На сегодняшний день продаются только промышленные принтеры, использующие EBM технологию. Вот как выглядит один из них:
На видео, представленном ниже, наглядно продемонстрированы возможности 3d принтера, приспособленного для электронно-лучевой плавки:
Технология НРМ (FDM) HPM
Даёт возможность создавать не только модели, но и конечные детали из стандартных, конструкционных и высокоэффективных термопластиков. Это единственная технология, использующая термопластики производственного класса, обеспечивающие не имеющую аналогов механическую, термическую и химическую прочность деталей.
Печать по технологии НРМ выгодно отличается чистотой, простотой использования и пригодностью для применения в офисе. Детали из термопластика устойчивы к высоким температурам, механическим нагрузкам, различным химическим реагентам, влажной или сухой среде.
Растворимые вспомогательные материалы позволяют создавать сложные многоуровневые формы, полости и отверстия, которые было бы проблематично получить обычными методами. 3D-принтеры, действующие по технологии НРМ, создают детали слой за слоем, разогревая материал до полужидкого состояния и выдавливая его в соответствии созданными на компьютере путями.
Для печати по технологии НРМ используется два различных материала — из одного (основного) будет состоять готовая деталь, и вспомогательного, который используется для поддержки. Нити обоих материалов подаются из отсеков 3D-принтера в печатающую головку, которая передвигается зависимости от изменения координат X и Y, и наплавляет материал, создавая текущий слой, пока основание не переместится вниз и не начнется следующий слой.
Когда 3D-принтер завершит создание детали, остаётся отделить вспомогательный материал механически, или растворить его моющим средством, после чего изделие готово к использованию.
Интересно, что в наши дни популярностью пользуются не только автоматические настольные HPM принтеры, но и приспособления для ручной печати. Причем, правильно было бы назвать их не печатными устройствами, а ручками для рисования трехмерных объектов.
Ручки сделаны по той же схеме, что и принтеры, использующие технологию послойного наплавления. Пластиковая нить подается в ручку, где плавится до нужной консистенции и тут же выдавливается через миниатюрное сопло! При должной сноровке получаются вот такие оригинальные декоративные фигурки:
Ну и конечно, так же, как и технологии, отличаются друг от друга и сами принтеры. Если у вас принтер, работающий по SLA, то технологию SLS на нём применить будет невозможно, т. е. каждый принтер создан только под определённую технологию печати.
Цветная 3D-печать
Данная технология единственная в своем роде, которая позволяет получать объекты во всем доступном диапазоне оттенков. Примечательно, что окрашивание изделий происходит непосредственно во время их изготовления. С ее помощью получаются фотореалистичные объекты. Это и вызывает неподдельный интерес к ней со стороны дизайнеров.
Зачастую в качестве исходного материала применяют порошок, созданный на основе гипса. Щетки и ролики формируют не очень толстый слой расходника. Дальше с помощью подвижной головки на необходимые участки наносятся микрокапли клееобразного вещества (перед этим его окрашивают в нужный цвет). Оно напоминает по своему составу цианокрилат. Послойно создается готовый разноцветный объект. Финальная обработка изделия цианоакрилатом обеспечивает ему блеск и жесткость.
Промышленные и настольные цветные 3D-принтеры
Современный рынок предлагает различные многоцветные 3D-принтеры. С их помощью создаются разноцветные объекты в домашних условиях. Большинство агрегатов предназначено для профессионального использования.
Профессиональная цветная печать на 3D-принтере осуществляется с помощью:
1. Линейки Zрrintеr от известной торговой марки 3D Sуstems. Эти устройства могут создавать габаритные разноцветные объекты. Снабжаются 5-ю картриджами и системой автоматической загрузки порошка. Техника практически на 100% автоматизирована, поэтому настройка или контроль процесса печати не обязателен. Весят модели около 340 килограмм. Стоимость в пределах 90-130 тысяч долларов.
2. Полноцветный 3D-принтер Мсor Iris. Разноцветные изделия создаются путем склеивания отдельных бумажных клочков. Данный агрегат от Мсоr Тесhnologies Ltd создает объемные фотореалистичные модели с неплохими показателями прочности. Может генерировать до миллиона цветов. Стоит 15 тысяч долларов.
Настольные модели для домашнего использования:
1. Цветной 3D-принтер 3D Тоuch. Данный агрегат работает по технологии FDМ. Модель может снабжаться одной, двумя или даже тремя экструзионными головками. Работает с АВS или РLА-пластиком. Весит ни много ни мало 38 килограмм. Стоимость – около 4 тысяч долларов.
2. 3D-принтер трехцветный ВFB 3000 РАNTHER – первый цветной принтер, который был выпущен на рынок. Сегодня его стоимость составляет около 2,5 тысяч долларов. В качестве рабочего материала применяется стандартная пластиковая нить. Для работы понадобится нить трех цветов.
3. Одна из самых дешевых моделей – РroDеsk3D. Для создания изделий используется система из пяти картриджей. Возможна работа с РLA или АВS-пластиком. Принтер снабжен системой автоматической настройки. Стоит всего 2 тысячи долларов. К сожалению, не может похвастаться высокими показателями разрешения печати.
Области применения 3D печати
3D печать открыла большие возможности для экспериментов в таких сферах как архитектура, строительство, медицина, образование, моделирование одежды, мелкосерийное производство, ювелирное дело, и даже в пищевой промышленности.
В архитектуре, например, 3D печать позволяет создавать объёмные макеты зданий, или даже целых микрорайонов со всей инфраструктурой — скверами, парками, дорогами и уличным освещением.
Благодаря используемому при этом дешёвому гипсовому композиту обеспечивается низкая себестоимость готовых моделей. А более 390 тысяч оттенков CMYK позволяют в цвете воплотить любую, даже самую смелую фантазию архитектора.
3d принтер: применение в области строительства
В строительстве есть все основания предполагать, что в недалёком будущем намного ускорится и упростится процесс возведения зданий. Калифорнийскими инженерами создана система 3D печати для крупногабаритных объектов. Она работает по принципу строительного крана, возводящего стены из слоёв бетона.
Такой принтер может возвести двухэтажный дом всего в течение 20 часов.
После чего рабочим останется лишь провести отделочные работы. 3D House Постепенно завоёвывают прочные позиции 3D принтеры и в мелкосерийном производстве.
В основном эти технологии используются для производства эксклюзивных изделий, таких как предметы искусства, фигурки персонажей для ролевых игр, прототипов моделей будущих товаров или каких-либо конструктивных деталей.
В медицине благодаря технологиям трёхмерной печати врачи получили возможность воссоздавать копии человеческого скелета, что позволяет более точно отработать приёмы, повышающих гарантии успешного проведения операций.
Всё большее применение находят 3D принтеры в области протезирования в стоматологии, так как эти технологии позволяют намного быстрее получить протезы, чем при традиционном изготовлении.
Не так давно немецкими учёными была разработана технология получения человеческой кожи. При её изготовлении используется гель, полученный из клеток донора. А в 2011 году учёным удалось воспроизвести живую человеческую почку.
Как видим, возможности, которые открывает 3D печать практически во всех сферах деятельности человека поистине безграничны.
Принтеры, создающие кулинарные шедевры, воспроизводящие протезы и органы человека, игрушки и наглядные пособия, одежду и обувь — уже не плод воображения писателей — фантастов, а реалии современной жизни.
А какие ещё горизонты откроются перед человечеством в ближайшие годы, наверное, это может быть ограничено только фантазией самого человека.
make-3d.ru
Что такое 3D печать? | Как применить 3D принтер и прочие технологии 3D печати
- Что такое 3D печать?
- Технологии 3D печати
- История возникновения 3D печати
- Сферы применения 3D печати
- Что такое 3D принтер?
- В чем разница между машинами по прототипированию и 3D принтером?
- Что можно сделать при помощи 3D принтера?
- Кто занимается производством 3D принтеров?
- Какая цена 3D принтера?
- Как собрать 3D принтер?
- Какие материалы используются при печати 3D принтером?
- Какое программное обеспечение для 3D моделирования подойдет начинающим?
- Я не владею навыками 3D моделирования, сколько времени понадобится для их приобретения?
- Где в интернете можно найти готовые примеры 3D моделей?
- Где найти интернет-сервис 3D печати?
3D печать также известна как компьютерное моделирование или альтернативное конструирование. Это процесс воссоздания реального объекта по образцу 3D модели. Цифровая 3D модель сохраняется в формате файла STL и передается на печать 3D принтеру. Затем 3D принтер, накладывая слой за слоем, формирует реальный объект.
Немногие технологии способны выполнить 3D печать. Основная разница заключается в том, каким образом слои накладываются один на другой.
СЛС (селективное лазерное сплетение), НРМ (моделирование путем наложения слоев расплавленных материалов) и СЛА (стереолитиография) – наиболее распространенные технологии, используемые при 3D печати. Технологии селективного лазерного сплетения (СЛС) и моделирование путем наложения слоев расплавленных материалов (НРМ) используют расплавленные материалы для создания слоев.
Это видео демонстрирует, каким образом селективный лазер расплавляет тонкодисперсные порошки и шаг за шагом превращает их в объемную фигуру.
Это видео показывает процесс моделирования путем наложения слоев расплавленных материалов (НРМ).
Видео ниже раскрывает секрет процесса стереолитиографии (СЛА).
Чаще всего решающими факторами выступают: скорость и цена создания прототипа, цена 3D принтера, возможности выбора материалов и их доступность.
5 октября 2011 года – Roland DG Corporation презентовала первую модель под названием iModela iM-01.
Сентябрь 2011 года – Венский технический университет разработал уменьшенное, более легкое и дешевое устройство для печати. Этот самый маленький 3D принтер весом около 1,5 кг стоит примерно1200 евро.
Август 2011 года – инженерами Университета Саутгемптона был создан первый в мире самолет при помощи 3D печати.
Июль 2011 года – под руководством Университета Эксетера, Университета Брунель и разработчика приложений компании Delcam, британские исследователи представили первую в мире 3D шоколадный принтер.
6 Июня 2011 года – Shapeways и Continuum Fashion заявили о создании первого в мире печатного 3D бикини.
Январь 2011 – голландский производитель 3D принтеров, компания Ultimaker сумела увеличить скорость печати с 300 мм /сек до 350 мм /сек.
Январь 2011 – исследователи из Корнельского университета начали строить 3D принтер для продуктов питания.
8 Декабря 2010 года – компания Organovo, Inc., специализирующаяся на применении биопечати в регенеративной медицине, объявила про публикацию данных о создании первых кровеносных сосудов, созданных путем биопечати.
Ноябрь 2010 года – представлен первый прототип автомобиля Urbee. Это первый в мире автомобиль, корпус которого полностью был создан при помощи огромного 3D принтера. Все внешние компоненты – включая прототипы окон – были изготовлены компаниями Dimension 3D Printers и Fortus 3D Production Systems в Страсбурге, которые предоставили услуги цифрового производства – по запросу компании RedEye.
2008 год – компания Objet Geometries Ltd. заявили о намерении создать первую в истории систему быстрого прототипирования Connex500™, которая впервые позволит производить 3D объекты, используя одновременно сразу несколько видов материалов.
2008 год – вышла первая версия принтера Reprap, который мог производить около 50% собственных комплектующих.
2006 год – стартовал открытый проект – Reprap – целью которого стало создание самовоспроизводящихся 3D принтеров. Пользователь имеет право распространять и/или заменять их в соответствии с лицензией GNU (General Public Licence).
2005 год – компания Z Corp. выпустила принтер Spectrum Z510, который стал на рынке первым принтером с широкими возможностями, позволившим печатать в цвете.
1997 год – компания EOS продала проект стереолитиографии компании 3-D Systems, однако все же осталась крупнейшим производителем в Европе.
1996 год – компания 3D Systems выпустила принтер «Actua 2100». Термин «3D принтер» впервые был использован для обозначения машины быстрого прототипирования.
1996 год – компания Z Corporation представила модель «Z402».
1996 год – компания Stratasys выпустила принтер «Genisys».
1995 год – компания Z Corporation получила эксклюзивное право от MIT на использование технологий и начала разработку 3D принтеров, основанных на технологии 3DP.
1993 год – Массачусетский технологический институт (MТИ) запатентировал «Технологию трехмерной печати». Она подобна струйной технологии 2D принтеров.
1993 год – основана компания Solidscape для производства машин на струйной основе, которые способны производить небольшие детали с идеальной поверхностью, при этом относительно недорого.
1992 год – компания DTM продала первую систему селективного лазерного спаивания (СЛС).
1992 год – компания Stratasys продала первое устройство «3D Modeler», основанное на FDM.
1991 год – Helisys продала первую технологию для производства многослойного объекта (ПMO).
1989 год – компания Scott Crumpосновала предприятие Stratasys.
1988 год – компания Scott Crump изобрела моделирование плавлеными осаждениями (МПО).
1988 год – компания 3D Systems разработала модель принтера SLA-250, первого принтера для использования в домашних условиях.
1986 год – компания Charles Hull основала предприятие 3D Systems и разработала первый промышленный 3D принтер под названием Stereolithography Apparatus.
1986 год – компания Charles Hull дала название и запатентировала технику стереолитиографии (Stereolithography).
1984 год – компания Charles Hull разработала технологию 3D печати для воссоздания реальных объектов, используя цифровые данные.
Одной из важных сфер для применения 3D печати является медицина. Используя 3D печать, хирурги могут конструировать макеты частей тела пациента, которые нужно прооперировать. 3D печать позволяет всего в течение нескольких часов изготовить запчасти практически с нуля. Она позволяет дизайнерам и разработчикам придать нужную форму плоской поверхности.
На сегодняшний день практически всё, как запчасти для авиакосмической промышленности, так и детские игрушки, начинают производить при помощи 3D принтеров. 3D печать применяется для создания украшений и произведений искусства, архитектуры, в индустрии моды, архитектуре и дизайне интерьера.
Вот несколько необычных способов применения 3D печати:
1. Первый в мире принтер для печати шоколадом
2. Первый в мире купальник, напечатанный на 3D принтере:
3D принтер отличается от обычного принтера. 3D принтер производит печать объектов в трехмерном пространстве. 3D модель строится путем накладывания слоев. Поэтому весь процесс получил название быстрого макетирования, или 3D печати.
Параметры таких принтеров находятся в приделах от 28 x 328 x 606 DPI (xyz) до 656 x 656 x 800 DPI (xyz) в ультра-HD расширении. Точность составляет 0.025 мм — 0.05 мм на 2,5 см. Максимальный размер модели, которую он может произвести, до 737 мм x 1257 мм x 1504 мм.
Огромным недостатком использования 3D принтера в домашних условиях является его высокая стоимость. Еще один недостаток – печать модели может проходить на протяжении нескольких часов или даже дней (зависит от количества деталей, сложности конструкции, размера объекта). Помимо вышеупомянутого, профессиональное программное обеспечение для 3D моделирования тоже стоит недешево.
Как альтернатива, существуют упрощенные версии 3D принтеров для «любителей», их стоимость гораздо ниже. Материалы, которые они используют при печати, также менее дорогие. Однако, такие 3D принтеры менее точные, если сравнивать с коммерческими 3D принтерами.
3D принтеры являются упрощенным вариантом машин для прототипирования. Они менее затратные и не такие функциональные.
Машины для прототипирования (МП) – это традиционный метод, годами применяемый в автомобилестроении и авиационной промышленности.
В общей сложности, 3D принтеры компактнее и меньше, нежели МП. Они идеально подходят для применения в офисах. Они потребляют меньше энергии и занимают меньше места. Их задача – репродукция небольших объемных предметов, сделанных из нейлона или других видов пластика. Это также означает, что 3D принтеры производят небольшие запчасти. Машины для прототипирования, ко всему прочему, имеют встроенные камеры размером примерно 25,5 см, а у 3D принтеров их размер достигает 20,3 см. Однако, 3D принтеры имеют такой же ряд функций, что и МП, такие как: проверка и утверждение дизайна, создание прототипа, восприятие информации от других источников и прочее.
В результате 3D принтер прост в обращении и недорогой в обслуживании. Вы можете приобрести один из специальных DIY-наборов и собрать его самостоятельно. Все это стоит дешевле, нежели профессиональное прототипирование, 3D принтер можно приобрести за $1000 или менее. В то время как профессиональное быстрое прототипирование обойдется как минимум в $50,000.
3D принтеры не такие точные, как машины для быстрого прототипирования. В связи с их упрощенностью, выбор материалов для печати также ограничен.
Знатоки в области 3D печати заявляют: «Если вы можете это нарисовать, значит, вам под силу это создать». Видео ниже показывает, какие различные предметы можно сделать при помощи 3D принтера. Все же, сложные объекты можно создать только при помощи профессионального 3D принтера, а их может себе позволить далеко не каждый.
Промышленные 3D принтеры производят такие предприятия, как:
3D принтеры для частного использования:
Вот таблица сравнения цен на DIY 3D принтеры (комплекты для сборнки) и на полностью укомплектованные промышленные 3D принтеры (менее $25,000)
Reprap
Для 3D печати используют разнообразные материалы, такие как: ABS и PLA пластмассы, полиамид (нейлон), стекловолокно полиамида, стереолитографические материалы (эпоксидные смолы), серебро, титан, сталь, воск, фотополимеры и поликарбонаты.
Если вы начинающий пользователь, то вы можете попробовать установить одну из программ для 3D моделирования, которые можно загрузить бесплатно.
- Google SketchUp – это программа довольно интересная и бесплатная, известна простотой использования. Чтобы построить модели в SketchUp, вы рисуете контуры и лица, используя несколько простых приемов, которые можно освоить в кратчайшие сроки. При помощи инструмента Push/Pull (вдавить/выдавить) любую плоскую поверхность модно преобразить в трехмерную фигуру. Программа может работать совместно с программой Google Earth. Из Google Earth можно загрузить фотографию ландшафта (рельефа) территории, или построить в SketchUp модели, которые можно будет увидеть в Google Earth.
- 3Dtin – простейшая программа для 3D моделирования. Можно рисовать непосредственно из браузера.
- Blender – это бесплатный, доступный контент наборов для 3D моделирования, которые подходят для всех основных операционных систем, имеющих лицензию GNU (General Public License). Blender был разработан для внутреннего пользования голландской анимационной студии NeoGeo и Not a Number Technologies (NaN). Эта мощная программа имеет качества высококлассного программного обеспечения для 3D моделирования.
- OpenSCAD – программа для создания твердых 3D CAD объектов. Это бесплатное программное обеспечение подходит для Linux/UNIX, MS Windows и Mac OS X. Программа сосредоточена не на дизайнерских аспектах 3D моделирования, а на вопросах CAD.
- Tinkercad – новый способ создавать модели более быстро для печати 3D принтером. Всего три основных инструмента создают широкий спектр возможностей для создания множества полезных вещей. Как только проект завершен, загрузите STL-файл и начните 3D печать.
Вы можете приобрести навыки 3D моделирования, изучая принципы работы инструментов таких программ как Rhino, Blender или SketchUp.
Ознакомление с инструментами 3D моделирования (программы Rhino, Blender или SketchUp) займет около трех недель.
Чтобы достичь профессионального уровня, понадобиться обучение и практика на протяжении примерно одного года.
Вот список Интернет ресурсов, имеющих подобные примеры:
Компании Shapeways, i.Materialise, Sculpteo и Ponoko активно предлагают услуги 3D печати в Интернете.
www.3dindustry.ru
Как применить 3D-принтер в быту — эксперименты с Inno3D Printer D1 – Blog Imena.UA
3D-принтеры продолжительное время могли себе позволить только специализированные компании, которые испытывали необходимость в быстром создании прототипов готовых изделий, либо выпуске малых партий продукции. Создание изделия в единичных экземплярах с помощью трёхмерной печати, несмотря на высокую стоимость 3D-принтеров, во многих случаях гораздо дешевле, чем использование дорогих форм для литья или пресс-форм, либо применение инструментальных станков.
В последние годы стоимость 3D-принтеров значительно снизилась, что привлекло к ним внимание обычных потребителей. Производители усердно стимулируют этот спрос, показывая свои устройства на различных выставках и конференциях. Правда, демонстрация возможностей трёхмерной печати при этом сводится к созданию различных вычурных безделушек. Но можно ли сделать 3D-принтер полезным в быту и что для этого нужно? Редакция Блога Imena.ua провела собственный эксперимент, используя бюджетный аппарат Inno3D Printer D1 и высокочественные расходные материалы Verbatim PLA Filament.
Немного о технологиях
Прежде чем переходить к практике использования 3D-принтеров в быту, перечислим наиболее распространённые сегодня технологии. Для трёхмерной печати (второе название — «быстрое прототипирование») применяются различные способы и материалы, но в основе любого из них лежит принцип послойного наращивания твердотельной модели.
Разработки в области быстрого прототипирования велись ещё в 1980-х. Однако широкое коммерческое распространение 3D-принтеры получили лишь в начале 2010-х. Это было связано с окончанием срока действия ряда патентов, связанным с этим резким снижением стоимости устройств, популяризацией технологии среди широких масс и появлением относительно доступных и качественных расходных материалов.
Сегодня массово используется сразу несколько технологий для создания 3D-моделей:
- Стереолитография (SLA). Исходный продукт — жидкий фотополимер, в который добавлен специальный реагент-отвердитель. В обычном состоянии материал остаётся жидким, но под воздействием ультрафиолетового света полимеризуется и становится твёрдым.
- Селективное лазерное спекание. Технология аналогична SLA, но вместо жидкости используется порошок с размером частиц 50–100 мкм. Лазерный луч спекает очередной слой, в результате чего он затвердевает. Достоинство этого метода — различные исходные материалы, например, металл, пластик, керамика, стекло, специальный воск.
- Метод многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM). Здесь по аналогии с обычной струйной печатью материал подаётся через небольшие сопла, расположенные на печатающей головке. В качестве материала для MJM-принтеров могут использоваться пластики, фотополимеры, специальный воск, а также материалы для медицинских имплантов. Применение фотополимера требует засветки напечатанного слоя УФ-лампой с целью его отвердения.
- Послойное склеивание пленок (Laminated Object Manufacturing, LOM). Тонкие листы материала режутся лазерным лучом или специальным лезвием по выкройке, соответствующей данному слою, а потом склеиваются между собой. Для создания 3D-моделей может использоваться не только пластик, но даже бумага, керамика или металл.
Однако основной причиной значительного удешевления 3D-принтеров стало изобретение технологии послойного наплавления — Fused Deposition Modeling (FDM). Также она известна как производство методом наплавления нитей — Fused Filament Fabrication. Именно этот метод сегодня наиболее распространён и доступен для конечных потребителей, не в последнюю очередь благодаря появлению наборов «сделай сам», позволяющих самостоятельно и достаточно дёшево собрать 3D-принтер.
Образец 3D-принтера из набора «сделай сам». Кстати, катушка для пластиковой нити распечатана на другом 3D-принтере
Суть метода FDM состоит в расплавлении нити из пластика в специальной печатающей головке — экструдере — который выдавливает жидкий материал через сопло и наносит его послойно на нужные участки изделия. Чем меньше диаметр сопла, тем тоньше будут напечатанные слои, и тем точнее форма готового объекта будет соответствовать цифровой модели.
В качестве расходного материала применяется пластик ABS и PLA. Первый производится из нефти, является непрозрачным, легко окрашивается в разные цвета. Среди его достоинств — невысокая стоимость и жёсткость (более высокая, чем PLA), потому изделие сохраняет форму при больших нагрузках. Для ABS необходим надёжный прогрев платформы 3D-принтера, температурный режим экструдера – 210-270°. Основной недостаток ABS – чувствительность к воздействию ультрафиолетовых лучей и атмосферных осадков.
В свою очередь, PLA — это экологически чистый полилактид (PLA), который также используется для производства одноразовой посуды и медицинских изделий. PLA производят из кукурузы и сахарного тростника. Этот материал легко разлагается в открытой среде и безопасен для человека, поэтому более популярен. Кроме того, в процессе работы принтер не производит неприятного запаха «паленой пластмассы». Есть недостаток: изделия из PLA со временем разрушаются, их среднее время жизни составляет около 3-4 лет при окружающей температуре около 25° С.
PLA пластик — это экологически чистый полилактид (PLA) производят из кукурузы и сахарного тростника. Этот материал легко разлагается в открытой среде и безопасен для человека
Среди недостатков FDM-технологии: невысокая скорость печати (впрочем, это общий недостаток для всех устройств 3D-печати) и относительно большая толщина слоя — около 0,1 мм, что приводит к заметной шершавости/слоистости поверхности изделия.
Кроме того, иногда возникают сложности с фиксацией модели на рабочем столе, ведь первый слой, который служит как бы фундаментом для всех остальных, должен надёжно «приклеиться» к поверхности платформы. Чтобы решить эту проблему, производители наносят на рабочий стол специальное покрытие, а также снабжают его системой подогрева. Тем не менее, иногда модель всё-таки отрывается от стола в процессе печати, что приводит к непоправимому браку.
Расходные материалы
Ситуация на рынке расходных материалов для трёхмерной печати напоминает рынок обычных принтеров: есть «оригинальные расходники» от именитых производителей и есть более дешёвая «совместимая» продукция от noname-вендоров.
3D-принтеры потребляют пластиковую нить двух стандартных диаметров: 1,75 и 3 мм. Нужный диаметр определяется спецификацией принтера, причём значительные отклонения от стандартного диаметра могут привести к сложностям в работе принтера. Пластик поставляется в катушках и продаётся на вес. PLA гигроскопичен и при хранении требует соблюдения режима влажности, иначе может начаться расслоение материала, что приведёт к дефектам при изготовлении модели.
Для каждого типа материала должна быть известна рабочая температура, до которой должен нагреваться материал в печатающей головке. Эти величины не обязательно будут одинаковы для всех «расходников», сделанных из одного и того же материала. В идеале, оптимальные температуры вендор должен указать на этикетке катушки или в инструкции по применению. Если таких данных нет, их приходится подбирать экспериментально.
Оптимальная рабочая температура пластика Verbatim указана на этикетке
Verbatim — один из наиболее известных производителей, предлагающий высококачественный пластик из полимолочной кислоты. По заявлению вендора, нить обладает низкой возгораемостью. Кроме того, важное преимущество в том, что не требуется подогреваемая платформа для печати. Оптимальная рабочая температура указана на этикетке — от 200 до 220 °С.
Verbatim предлагает PLA-нить различной расцветки
PLA-нить поставляется намотанной на катушку и запакованной в коробку, в которую вложен специальный материал для поглощения влаги. Измерение диаметра нити в нескольких образцах пластика подтвердило заявленные 1,75 мм с погрешностью в несколько сотых. Стабильность размера диаметра обеспечивает максимально однородную волокнистую структуру для получения оптимального качества. Тест на изгиб рукой также показал хорошие результаты: пластик не ломался.
Полупрозрачная PLA-нить позволяет печатать изделия, напоминающие по внешнему виду стекло
Inno3D Printer D1 — доступный 3D-принтер
Для эксперимента мы выбрали устройство Inno3D Printer D1 – один из самых доступных принтеров для трёхмерной печати. Аппарат работает по технологии послойного наплавления, его стоимость составляет чуть выше 1 тыс евро.
Внешне Inno3D Printer D1 напоминает устройства, которые энтузиасты собирают вручную. Защитного кожуха здесь нет, принтер имеет открытую конструкцию. Нижняя часть аппарата представляет собой короб из листовой жести, в которой размещён сенсорный экран управления, разъём miniUSB, слот для карт SD и сервопривод для перемещения рабочего стола по оси Y. Экструдер перемещается по осям X и Z благодаря двум вертикальным направляющим и соединяющих их горизонтальной направляющей. Катушка с пластиковой нитью крепится сбоку на трёх роликах.
Принтер Inno3D Printer D1 отличается открытой конструкцией (вид сверху). Слева расположена катушка с PLA-нитью, которая по рукаву подаётся на экструдер (справа)
Для фиксации модели на рабочем столе на его поверхность наклеивается специальная бумага, именно на неё ложится первый слой. Следует отметить, что эту бумагу можно использовать многократно, пока она не начнёт топорщиться или протираться.
Inno3D Printer D1 позволяет печатать несколько несвязанных между собой объектов
Отсутствие общего защитного кожуха, очевидно, негативно влияет на работоспособность устройства. Дело в том, что 3D-принтер — это достаточно прецизионный механизм, который должен обеспечить перемещение экструдера с шагом примерно 0,1 мм по любой из осей. Поскольку все трубки-направляющие покрыты машинным маслом, и при этом никак не защищены от внешнего воздействия, со временем на них может скапливаться пыль, грязь, абразив. Чтобы не случилось заклинивания, направляющие элементы придётся время от времени чистить и смазывать. А ещё лучше сделать самодельный защитный кожух.
3D-печать — это длительный процесс. Печать полого цилиндра высотой 30 мм занимает около часа
Принтер позволяет печатать с компьютера через miniUSB-порт, либо с карты памяти SD. В первом случае процесс проходит автономно от ПК, во-втором — компьютер должен работать всё то время, пока идёт печать. Перед работой необходимо провести процедуру автотестирования и автокалибровки, что может занять порядка 15-20 минут. Эти процедуры запускаются с помощью команд на сенсорном экране.
Для подготовки файла формата STL к печати используется специальное программное приложение inno3D printer D1, которое поставляется в комплекте с принтером. С его помощью можно изменить размер и расположение модели, его ориентацию на рабочем столе. Кстати, принтер позволяет печатать одновременно несколько отдельных фигур, однако необходимо их расположить на достаточном расстоянии друг от друга на рабочем столе. Кроме того, необходимо выполнить процедуру Build, которая осуществляет финишную подготовку к печати, отдельно для каждой фигуры.
Приложение inno3D printer D1 показывает примерное время, которое потребуется для печати модели. Как показало тестирование, обычно оценочное время существенно завышено, особенно если процесс только стартовал. Но чем ближе к финишу — тем точнее приложение показывает время, которое необходимо для завершения печати.
Приложение inno3D printer D1 показывает примерное время, которое потребуется для печати модели
Кнопка Print приложения запускает процесс печати, с помощью этой же кнопки при необходимости его можно приостановить. Очень важно с запасом загрузить в катушку расходные материалы для печати. Если их не хватит, то процесс печати модели прервётся, так как догрузить «расходники» прямо во время процесса и допечатать затем начатую фигуру не получится. Стоит отметить, что принтер не может определить, что закончились расходные материалы, или случилась другая проблема, из-за которой пластиковая нить больше не поступает. То есть, устройство продолжает «имитировать» процесс печати, хотя из сопла экструдера больше не выходит расплавленный пластик.
inno3D printer D1 не может определить, что закончились расходные материал и пластиковая нить больше не поступает
В настройках можно выбрать печать слоями от 0,12 мм до 0,3 мм. Логично предположить, что слой 0,3 мм позволит напечатать модель намного быстрее, тем более, что не всегда требуется прецизионная печать слоем в 0,12 мм. Но проблема в том, что при выборе слоя 0,3 мм нити не склеиваются между собой. То есть, для получения прочной трёхмерной модели у пользователя остаётся только один вариант — 0,12 мм.
Вообще, процесс 3D-печати — достаточно длительный, например, печать тонкостенного цилиндра высотой 30 мм занимает около часа. Более крупные модели могут печататься целый день. Расход пластиковой нити составляет около 10 см за 3 минуты.
«Барахолка» готовых 3D-моделей. ПО для создания собственных продуктов
Для получения виртуальной трёхмерной модели есть три пути. Первый и самый доступный — скачать уже готовую модель с одного из специализированных интернет-порталов, которая очевидно будет лишь красивой безделицей, но в некоторых случаях, не исключено, может как-то пригодиться в хозяйстве. Например, на сайте 3Dtoday.ru после регистрации можно скачать множество уже готовых моделей как платно, так и бесплатно.
Второй способ — создать цифровую модель с помощью 3D–сканирования уже готового изделия. Такой подход очень эффективен, но в связи с дороговизной трёхмерных сканеров доступен пока лишь профессиональным конструкторам.
Если же необходимо распечатать изделие под собственные требования, для решения практических задач вам потребуется ПО для создания 3D-моделей. Среди наиболее простых в освоении и в то же время обладающих неплохой функциональностью можно порекомендовать Autodesk 123D и Tinkercad, это САПР-системы в браузере от вендора Autodesk, которые не требуют установки на жесткий диск. Среди альтернатив — 3DTIN, также редактор в браузере, функциональность которого похожа на Tinkercad, и Google SketchUp, достаточно простая система для начинающих осваивать 3D-графику от интернет-гиганта.
Если же возможностей бесплатных систем не хватает, отметим, что профессиональные конструкторы для создания моделей используют Autodesk Inventor, Autodesk 3D max, Solidworks, CATIA
Tinkercad — бесплатный и простой в освоении редактор в браузере для создания 3D-моделей
При выборе ПО необходимо удостовериться, что приложение способно сохранять файл в формате STL (все вышеописанные приложения поддерживают STL). Именно этот формат используется для хранения трёхмерных моделей объектов. По своей сути STL представляет собой список треугольных граней, которые описывают поверхность модели, и их нормалей.
3D-печать для бытовых нужд. Собственный опыт
В процессе тестирования мы поставили две вполне бытовые задачи. Во-первых, распечатать две втулки для крепления мебельных принадлежностей; во-вторых, распечатать специальную крепёжную муфту для блендера Braun взамен поломанной. В первом случае решение задачи было продиктовано тем, что для крепления требовались уникальные втулки, аналоги которых вряд ли можно было найти в магазинах. Во-втором случае нами руководило обычное желание сэкономить. Замена пластиковой муфты для блендера в сервисном центре стоила порядка 450 грн, притом что совершенно новый блендер стоил около 850 грн. По расчётам, 3D-печать такой муфты обошлась бы на порядок дешевле.
Для создания виртуальных моделей был выбран популярный редактор в браузере Tinkercad. При первом запуске необходимо пройти регистрацию, после чего в вашей учётной записи автоматически будут сохраняться все созданные модели. Программа бесплатна, легка в освоении и вполне подходит для создания простых конструкций.
Одно из важных преимуществ создания конструкций с использованием 3D-принтера — так называемое «право на ошибку». То есть, если вы создали трёхмерную модель, распечатали её и она не подошла — ничего страшного, всегда можно изменить параметры виртуальной конструкции и распечатать заново. Конечно, будет потрачено время и расходные материалы, тем не менее, несколько попыток наверняка позволят добиться нужного результата.
Одна из пластиковых втулок, созданных за несколько минут в Tinkercad и распечатанных на 3D-принтере
Кстати, печать с помощью расходных материалов Verbatim при толщине слоя 0,12 мм показала отличные результаты — слои легли ровно, соединение между ними было очень прочное. По сути, распечатанная на 3D-принтере модель представляет собой некое подобие «слоёного пирога», и если сварка слоёв произошла недостаточно хорошо, то модель будет отличаться низкой прочностью. Однако в нашем тесте пластиковое изделие толщиной от 5 мм оказалось настолько прочным, что его было сложно поломать без использования каких-либо инструментов. Вместе с тем, пластиковый лист толщиной 1-1,5 мм получался весьма гибким, совершенно не жёстким. Добавим, что печать производилась при температуре 220°С.
На печать этой необычной вазы потребовалось около 8 часов. Бесплатная цифровая модель была загружена с одного из интернет-сайтов, посвященных технологии 3D. Вершина недопечатана — закончилась PLA-нить
Кстати, при наличии определённого опыта в конструировании можно создать и распечатать, например, крышку для смартфона, однако она будет чуть толще фабричной, поскольку при стандартной толщине PLA-пластик обеспечивает недостаточную прочность.
Правила конструирования 3D-моделей
При разработке собственных трёхмерных моделей следует придерживаться следующих правил.
Минимум нависающих элементов. 3D-принтер с лёгкостью справляется с печатью вертикальных элементов, однако для каждого нависающего элемента необходима поддерживающая конструкция. Предположим, вы печатаете миниатюрную модель дома с двухскатной крышей. С печатью фундамента и стен проблем не будет, а вот для воссоздания крыши понадобится спроектировать поддержку. После окончания процесса печати поддержка удаляется острым ножом. Без поддержки допускается печать стенок, которые имеют угол наклона не более 70°.
Плоское основание. Чтобы получить качественный результат, печатаемая модель должна надёжно держаться на столе принтера. Если она отклеится (а такое случается), то вы гарантированно получите на выходе брак.
Ограничение по габаритам. Любой принтер имеет ограничения по максимально допустимым размерам печатаемой модели. В случае, если нужно напечатать изделие, которое больше этих габаритов, его необходимо в САПР-системе разделить на части, чтобы напечатать их по отдельности. Впоследствии эти части можно склеить воедино. Для этого рекомендуется сразу предусмотреть в конструкции соединение типа «гребенка», «шип» или «ласточкин хвост».
Резюме. Будущее 3D-принтеров
Ещё около двух лет назад главный футуролог Cisco Дэйв Эванс предсказал, что с помощью 3D-принтеров можно будет распечатать любую продукцию, даже еду и одежду. Кроме того, уже появились биопринтеры, которые выполняют печать 3D-структуры органов для пересадки стволовыми клетками. Дальнейшее деление, рост и модификация клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. Кстати, ещё в 2012 году один из учёных, работавших над созданием данной технологии, распечатал почку. Более того, уже отработана технология распечатки велосипедов, турбовинтовых двигателей и т. д. В прошлом году с помощью специального сверхкрупного 3D-принтера удалось напечатать двухэтажный дом всего за 3 часа. Уже ведутся разработки по возведению многоэтажных зданий.
Согласно прогнозам, к 2020 году стоимость устройств снизится настолько, что их сможет себе позволить любая семья (правда, речь идёт об американской семье). И 3D-принтер станет таким же неотъемлемым аксессуаром дома, как СВЧ-печь или стиральная машина.
Зубные протезы, созданные с помощью технологии трёхмерной печати
А каковы реалии сегодняшнего дня? Применение 3D-принтеров в быту пока не очень оправдано. Да, при наличии конструкторских навыков можно создать виртуальной трёхмерную модель в одном из САПР-редакторов и затем распечатать её в реальности. Преимущества такого подхода в том, что можно создать уникальное изделие под собственные нужды в единственном экземпляре. Недостаток в том, что PLA-пластик не всегда обеспечивает требуемую прочность. Кроме того, при интенсивном использовании на открытом воздухе PLA-пластик через пару лет начинает разлагаться. Что ж, посмотрим, насколько это соответствует действительности. Но скорее всего, через несколько лет уже появятся новые технологии 3D-печати, которые ещё более приблизят к нам будущее, прогнозируемое в этой области футурологами.
Технические характеристики Inno3D Printer D1
- Технология печати: Моделирование методом наплавления (FDM/FFF)
- Количество печатающих головок: 1
- Диаметр сопла: 0.4 мм
- Область построения: 140 x 140 x 150 мм
- Толщина слоя: 0.13 – 0.3 мм
- Дисплей: Сенсорный ЖК дисплей
- Материал для печати: PLA-пластик
- Диаметр нити: 1.75 мм
- Интерфейсы: USB, Слот для SD-карт
- Формат файлов: STL
- Габариты принтера: 39 x 36 x 54 см
- Вес: 10 кг
www.imena.ua
Как работают 3D принтеры — Как это сделано, как это работает, как это устроено
Никого уже сегодня не удивить технологиями, шагнувшими из книг фантастов. Мы уже настолько привыкли к ним, что мало задумываемся о том, как раньше жили без них. Сейчас мы активно пользуемся ими, учимся, общаемся, зарабатываем с их помощью, развлекаемся, в общем много чего делаем, но осталась одна сфера, которая до сих пор удивляет своими возможностями.
Сегодня в kak_eto_sdelano репортаж о том, как устроены и работают 3D-принтеры.
Немного расскажу об истории возникновения этих удивительных станков будущего. Первый 3D-принтер появился на свет более 30 лет назад, в 1984 году. Его изобрел Чак Халл, основатель крупнейшей в мире компании «3D Systems» — лидера в области производства 3D-принтеров. С тех пор технологии в этой сфере шагнули далеко вперед и возможности таких аппаратов значительно расширились. Сейчас 3D-принтеры могут напечатать практически что угодно из чего угодно. Размер создаваемой вещи ограничен лишь рабочей площадью принтеров, однако и эта проблема решаема — есть специальный суперклей, которым склеиваются детали будущего изделия.
Но обо всем по порядку. Принтер подключен к компьютеру, который задает ему задачу распечатать с подготовленной в специальной программе 3D модели будущее изделие. Этот 3D-принтер использует для печати композитный материал на основе гипса, который позволяет печатать с высоким разрешением, воспроизводя до 6 млн. оттенков.
Принцип работы таков — в принтере есть емкость, в которую тонким слоем насыпается мелкодисперсный порошок, выравнивается, над ним проезжает каретка с картриджем и распыляет отвердитель разного цвета на нужные участки. Опять засыпается слой порошка, выравнивается, наносится связующее вещество с краской, и так много раз. Слои настолько тонкие, что под ним видны предыдущие.
Слой за слоем повторяется операция, и дно камеры постепенно уходит вниз. Чтобы напечатать 3D модель требуется до нескольких часов, в зависимости от сложности изделия.
Сегодня мы будем печатать персонифицированный 3D-чехол для 4G модема Yota, сделанный из гипсового композита с частицами метеорита. Да, теперь можно печатать и такие интересные вещи.
Здесь видно, сколько слоев на данный момент напечатано.
Это видео показывает наглядно, как происходит процесс печати.
Но пока идет процесс (он будет длиться около часа) мы посмотрим какие вещи можно напечатать на подобном принтере, расскажу какие принтеры существуют и какие технологии используются на данный момент.
Одна из технологий позволяет сделать 3D модель человека и напечатать вот такие фигурки. Хороший подарок на юбилей, товарищ Сталин одобряет.
Головы одного политика. Думаю вы сами догадались кто это.
И другие интересные фигурки.
Скульптура сделанная руками человека и скульптура напечатанная 3D-принтером.
Любое предприятие теперь может создать прототип какой-то детали на 3D-принтере, и это будет гораздо быстрее и дешевле, чем производить образец традиционными способами. Вот это, например, напечатанный прототип детали двигателя.
Но свое развитие станки будущего начинали с принтеров, о которых мы расскажем ниже. Этот принтер для печати использует пластик. Технология FDM (Fused Deposition Modeling) — послойное нанесение расплавленной пластиковой нити.
Пластик может быть самых разных цветов.
Принтер работает не от картриджа, а от обычных катушек пластика, подсоединённых к нему в том виде, в котором они и продаются. Пластиковая нить заправляется в экструдер, там нагревается и печатающая головка наносит материал на движущуюся платформу.
Это более современный аналог, который можно купить домой. Если цены на домашние 3D-принтеры начинаются от 35 тыс. то этот стоит 165тыс.
Принтер чуть дороже. Виды пластика у них примерно одни и те же. Этот принтер отличается большой областью построения среди домашних 3D-принтеров.
На подобном принтере можно напечатать меч джедая. Причем он складывается.
Или обычный меч. Так как размеры принтера не позволяют напечатать длинные или крупные изделия, то они печатаются частями и затем склеиваются.
Эти маски тоже напечатаны на таком принтере.
Не узнаю вас в гриме, Иннокентий Смоктуновский? Кто узнал персонажа?
Далее наш рассказ будет о принтерах другого типа. Принтер ProJet 6000 работает по технологии SLA (стереолитография) Кстати, эту технологию изобрел Чак Халл. В нем затвердевание фотополимера происходит за счет ультрафиолетовой вспышки лазера.
При печати практически любых моделей существует необходимость поддерживать выступающие, нависающие части выращиваемой модели и для этих целей используется сам материал из которого идет печать.
А здесь уже происходит очистка изделия, промывание, удаление поддержек.
Как мне рассказали, технология 3D-печати настолько продвинулась в последнее время, что существуют принтеры, которые могут печатать чем угодно, начиная от шоколада, заканчивая металлом и песком!
На этом видео к примеру, видно, что принтер печатает как пластик, так и резину.
На этом видео показан уникальный принтер работающий автономно от солнечных батарей. Автор проекта в качестве материала использовал песок, который набирал тут же в пустыне. Вместо лазерных лучей он использовал большую линзу Френеля, которая концентрировала солнце в точку и плавила песок. В качестве насыпающего и выравнивающего устройства выступал сам автор проекта. Координатная система принтера и компьютер, как я сказал ранее, работали от солнечных батарей. В течении нескольких часов нахождения в пустыне он сделал непонятную хреновину и чашу.
Этот принтер печатает из металлической крошки. Частицы порошка спекаются между собой лазером, после чего еще в течении суток лоток остывает. Однако изделие хрупкое, спекание металлических частиц не дает прочность изделию, оно достаточно пористое и может поломаться в руках, потому его еще раз обрабатывают в специальной печи, уложив в другой лоток с другим металлическим порошком, который заполняет поры и делает его достаточно прочным.
В Шанхае при помощи 3D-принтера печатают дома!
В этом видео можно увидеть другие возможности 3D-печати, от печати пирожных, до оружия и протезов. Сейчас активно исследуется возможность печати отдельных органов для человека.
Пока мы ждем окончания печати чехла для модема Yota, нам показали другие вещицы, которые выставляются на различных выставках.
Вот такую удивительную штуку напечатали из полиамида. Ее особенность в том, что все детали в ней движущиеся. Причем ее не склеивали из различных частей, она была напечатана за один раз.
Сделал гифку, чтобы показать ее в работе.
Изделия из других материалов.
Но мы возвращаемся к своему принтеру, который заканчивает печать чехла для модема.
Осталось допечатать всего 43 слоя.
После того, как все закончено, специальным пылесосом, который подключен с самому станку собирается весь порошок. Он опять пойдет в дело при очередной печати, так что можно сказать, что производство безотходное.
В соседней кабинке сжатым воздухом и мягкой щеточкой чехол очищается от порошка.
Почти готово.
Осталось только пропитать его специальным клеем, который заполнит все поры и сделает его прочнее.
А это порошок из метеорита, который добавляется при печати этих чехлов.
Вот и все, чехол для модема готов.
12 апреля, в День Космонавтики, мобильный оператор Yota запустил эксперимент с 3D-печатью и предложил своим клиентам возможность заказать вместе с модемом персонифицированный чехол, сделанный из высокотехнологичного композита с частицами метеорита.
Сделать заказ можно можно на странице 3d.yota.ru при покупке 4G-модема. Пользователь сам может создать дизайн чехла на сайте, отсекая виртуальные грани композита с помощью кликов и вписывая в образец надпись. Доставка чехлов вместе с модемами производится в Москве в пределах МКАД.
По словам представителей Yota, метеорит, используемый в эксперименте, был найден в 2005 году в Магаданской области. Осколок относится к типу железокаменный метеоритов и предположительно является фрагментом метеорита Сеймчан.
Теперь и вы знаете, как устроены и работают 3D принтеры.
Спасибо мобильному оператору Yota и их партнеру, центру 3D-технологий 3D.ru за организацию экскурсии!
Жми на кнопку, чтобы подписаться на «Как это сделано»!
Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected]) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано
Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.
Жми на иконку и подписывайся!
kak-eto-sdelano.livejournal.com
Что может быть напечатано на 3D-принтере?
Использование 3D-технологий позволяет создавать поистине уникальные и неповторимые вещи. Возможности аддитивных методов безграничны, поэтому любая фантазия или задумка с легкостью воплощается в реальный объект. То, что было напечатано на 3D-принтере, может по праву называться современным искусством. Мы подготовили для вас список из 9-ти самых потрясающих изделий и объектов, созданных на трехмерном принтере.
Пальмы с солнечными батареями
В ОАЭ было напечатано на 3D-принтере специальные устройства с бесплатной раздачей Wi-Fi. Сделаны эти изделия в виде пальм, которыми украсили улицы в Дубае. Кроме того, что возле них можно подключиться к сети интернет, они также оснащаются солнечными батареями. Поэтому при желании от такой «пальмы» можно подзарядить телефон или любой другой электронный прибор.
Использование 3D-принтеров позволило создать прочные устройства необычной формы. Для изготовления применили бетон и волоконно-армированный пластик. Примечательно, что подобные установки надежно защищены от воздействия ультрафиолетовых излучений и влаги. Эти уникальные пальмы выполняют еще одну важную функцию – освещают город в темное время суток.
Автомобиль, напечатанный на 3D-принтере
Современный мир настолько динамично развивается, что на смену обычным транспортным средствам пришли инновационные изделия, напечатанные на 3D-принтере. Известно много примеров подобных автомобилей. Одним из них является продукт компании Lосal Моtors. Его представили в прошлом году в Лас-Вегасе. Для его создания применялся метод DDМ. Кузов произвели из термопластичных материалов. Остальные же детали выпускали преимущественно из углеродных волокон и АВS-пластика в соотношении 20% и 80%, соответственно. В среднем такое творение автомобильной промышленности стоит около 53-х тысяч долларов.
Но это не единственная машина, напечатанная на 3d-принтере. Свеженький пример высокотехнологичного авто – суперкар Вlаde, новое творение Divergent Microfactories. По сути, это каркасная структура алюминиевых узлов и карбоновых стержней. Аддитивная технология позволила не только сэкономить материалы для изготовления машины, но и облегчила ее на целых 90%! Оборудовали этот суперкар 700-литровым двигателем, что позволяет ему разгоняться до сотни всего за 2,2 секунды.
«Зеленый велосипед»
Байки, напечатанные на 3D-принтере, фото их деталей не сложно найти в Интернете. В принципе, многие фирмы и компании выпускали свои версии 3D-печатных великов. Но сейчас хотелось бы поговорить о модели, напечатанной на 3D- принтере от Еuroсоmpositi. Назвали велосипед Вhulk.
Он считается первым в своем роде устройством, которое снабжается абсолютно экологически чистой рамой. При этом она может похвастаться высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды. Раму напечатали из биоразлагаемого РLA-пластика. Примечательно, что для ее создания затратили намного меньше усилий, времени и энергии, чем при производстве металлической рамы.
Применение 3D-технологий в медицине
Возможности 3d-принтера в медицинской отрасли безграничны. Особых успехов удалось добиться в сфере протезирования. Одним из успешных проектов, посвященных этому, считается Аrt 4 Leg. Его суть – создание поверхностей с аутентичным дизайном. Впоследствии данные поверхности крепят к протезам мощнейшими магнитами. Что это дает? Уникальные возможности 3D-печати позволяют обладателям необычных протезов выражать свою индивидуальность.
Что можно напечатать на 3D-принтере еще? Некоммерческая организация «Орeratiоn оf Норе» продемонстрировала уникальные возможности аддитивной технологии. Ей удалось успешно восстановить поврежденную часть лица пациента. Изначально провели компьютерную томографию, после чего преобразовали полученные изображения в трехмерные данные. Затем напечатали модель челюсти на 3D-принтере так, что можно было с ее помощью полностью реконструировать лицо. Для этого врачи провели 12-ти часовую операцию.
Высокое качество 3D-принтера позволяет даже создавать отдельные человеческие органы. Пока их используют как модели для передоперационных тренировок. Но не за горами времена, когда такие органы будут трансплантировать больным, спасая тем самым их жизни.
Что можно напечатать на 3D-принтере: фото настоящего оружия
Первым 3D-печатным оружием считается револьвер Джеймса Патрика. Практически все элементы PM522 Washbear .22LR были напечатаны с помощью аддитивной техники. Еще один пример оружия – полуавтоматический пистолет Shutу МР-1. Это вполне «серьезный» агрегат для убийств, хотя и мелкокалиберный.
Венцом коллекции 3D-печатного оружия считается Rail Gun. Несмотря на то, что этот пластиковый пистолет не отличается самым мощным выстрелом, зато он выглядит очень «грозно» и устрашающе.
Стальной мост
Возможности 3D-печати активно используют и в строительной отрасли. Можно назвать немало архитектурных объектов, которые так или иначе были созданы с помощью аддитивной технологии. Поистине впечатляющим является проект, над которым работают Jоris Lааrmаn Lаb, Неijmаns и МХ3D. Компании планируют возвести в исторической части Амстердама стальной пешеходный мост.
Для строительства моста будет использоваться технология MX3D и промышленные манипуляторы с шестью степенями свободы. Данное решение позволит делать металлические конструкции прямо в воздухе. Отказ от традиционной сварки в пользу послойного наплавления металлических капель делает проект поистине уникальным.
Тапкабургер
Описание 3D-принтера и его безграничных возможностей стоит начать с того, что на нем можно делать еду. Аддитивные механизмы используют при изготовлении необычных макаронных и кондитерских изделий – этим уже никого не удивить. А вот «Shoe Burger» действительно поражает.
Этот бургер изготовляется в форме вашего кроссовка или туфли. Чтобы получить такой необычный тапкабургер, вначале необходимо отсканировать свой башмак и сделать его цифровую копию. Дальше очередь за ее печатью на трехмерном принтере. Следующий шаг – обратная форма из термостойкого пищевого силикона. Ее-то вы потом и зальете тестом перед отправкой в духовку.
Наноскульптуры
Существует не только 3D-принтер 3D Mini, но и возможность печати мини-скульптур и нанообъектов. Так, к примеру, Джонти Харвитс поражает всех своими необычными творениями. Их нельзя потрогать, нельзя даже увидеть без микроскопа. Секрет уникальных изделий состоит в особом устройстве для печати. Такое устройство избавляет от всяческих проблем со слоистостью. Правда, если вы захотите на нем напечатать модель, которую можно будет увидеть, ждать придется очень долго.
Институт «KarlsruheInstitute of Тесhnology» создал особую технологию мультифотонной литографии, благодаря которой и возможна печать подобных наноскульптур. Основан новый метод на феномене двухфотонного поглощения.
Биопечать
Другими словами, это особый Би-код, технология печати объектов с помощью пчел. Дженнифер Берри смогла контролировать пчел, тем самым добилась того, что они строят ульи по заданным формам. Биолог сделала своеобразный биопринтер, то есть искусственный улей. В нем пчелы живут под ее контролем и под ее руководством делают соты.
Технология не отличается сложностью. Вначале задается некая форма, которая должна ограничивать внешние границы создаваемой модели. Кроме этого, необходимо показать направление «роста» сот при помощи специального материала. Все это нужно поместить в прозрачный бокс. Внутри него обязательно поддерживается определенный микроклимат.
make-3d.ru
3D-принтер что такое?
Распечатывать картинки научились уже давно. Хотя, собственно говоря, не так уж давно. Сначала принтеры печатали только текст одним-единственным шрифтом, как на пишущей машинке.
А потом на этих принтерах с помощью букв и цифр удавалось даже нарисовать изображение. Это была так называемая матричная печать.
Струйная и лазерная печать позволили без труда печатать черно-белые и цветные изображения практически любой степени разрешения всех цветов и оттенков.
Но идея печатать трехмерные материальные объекты никогда не покидала разработчиков.
И вот стали совершенно реальными принтеры, которые печатают не картинку на бумаге, а объект в пространстве. Пространство имеет 3 измерения, поэтому такие принтеры получили название 3D-принтеры или, говоря простыми словами, трехмерные принтеры. Итак, 3D-принтеры: что такое, как работает и что можно напечатать с его помощью?
Распечатать или воссоздать трехмерное изделие сразу, одним махом невозможно. Поэтому и трехмерные принтеры распечатывают такие объекты слой за слоем, также как лазерные или струйные двухмерные принтеры распечатывают картинку строка за строчкой.
Распечатанное на принтере 3D модель – это не рисунок на бумаге. Это полноценный материальный объект, который можно взять в руки, перенести, поставить, убрать и наконец использовать по назначению.
3D-принтер – это устройство, которое позволяет создавать изображение в трехмерном измерении.
Такой принтер слой за слоем распечатывает цифровую трехмерную модель.
В качестве материала для создания модели, как правило, используется специальный пластик.
Предпосылки создания 3D-принтера
Первые попытки создания технологии трехмерной печати делали еще в 80-х годах. В то время был разработан стереолитограф, с помощью которого можно было создавать 3D-объекты из жидкого фотополимерного пластика. Технология в таком оборудовании основывается на свойствах фотополимеров – под воздействием лазера он застывает, приобретая твердую форму пластика.
Еще одним предшественником современного 3D-принтера стала технология «лазерного спекания». Основой для создания объемных моделей является порошок легкоплавкого пластика. От воздействия лазера пластик плавится, а затем спекается в единую массу. А чтобы от сильного нагрева пластик не воспламенился, в рабочую камеру закачивают инертный газ. Сложность обслуживания такого оборудования не позволяет такие принтеры использовать в домашних условиях.
Современный домашний 3D-принтер
Уже сегодня есть модели 3D-принтера для дома. Правда, стоимость их достаточно высока.
Как работает 3D-принтер?
Работает следующим образом: к рабочему элементу – головке-экструдеру подается пластиковая нить, он ее плавит и через сопло наносит в нужную точку распечатываемого слоя. При комнатной температуре пластик очень быстро застывает, что позволяет беспрерывно печатать, создавая слой за слоем объемный объект.
Каких-либо специальных условий при обслуживании 3D-принтера для дома не требуется, кроме затрат на печать (стоимость одного килограмма пластиковой нити 50-60 долларов).
В процессе печати такой принтер, можно сказать, прямо в воздухе из расплавленной нити воссоздает материальный объект. Данный объект предварительно должен быть оцифрован и в виде файла находиться в компьютере. Далее с помощью драйвера из цифровой модели объекта воспроизводятся такие движения печатающей головки, чтобы вытекающая из них расплавленная нить в конечном итоге застыла в виде точной копии оцифрованного объекта.
Встает собственно вопрос, а что это за цифровая модель материального объекта? Это файл, в котором специальным образом описано устройство этого объекта. Также как в текстовых файлах содержится модель текста, в графических файлах – модель картинок, в видео-файлах содержится модель видео изображения со звуком.
Мы привыкли к тому, что в таких файлах есть соответствующие расширения, по которым мы легко определяем, что за информация в них хранится. Например, расширение .txt и .doc – это тексты. Расширение .jpg и .png – это картинки. Расширение .avi и .mpeg4 – это видео. Также и у файлов 3d-моделей должны быть свои, отличные от других расширения файлов.
А как создать такие файлы? Для этого нужны соответствующие программы-конструкторы, равно как для создания текстов нужен текстовый редактор, для создания картинок нужен графический редактор.
Также уже существуют 3D-сканеры, позволяющие автоматизировать процесс создания 3D-файла также, как привычный сканер создает файл с только что отсканированным им изображением.
Как видим, технология работы с 3D-принтером и 3D-моделями во многом схожи с привычными методами и приемами работы с компьютерными файлами.
3D-принтер открывает новые возможности
Благодаря технологии 3D-принтера возможно печатать очень сложные трехмерные модели. Например, можно распечатать проекционную модель здания, причем точность передачи объекта может доходить до 100 микрон. Интересно, что 3D-принтеру под силу распечатывать даже модели с подвижными частями уже в сборе.
3D-принтеры для дома еще достаточно дороги, но многие уже оценили возможности такого оборудования. Эти принтеры пока более актуальны в научных институтах. Ведь благодаря им появилась возможность быстро и относительно просто воссоздавать разработанные прототипы, не прибегая к услугам опытного или серийного производства.
Оценили возможности 3D-принтеров люди разных профессий.
- Ювелирам теперь проще создавать новые украшения самых разнообразных форм.
- Понравилась новинка и археологам, так как при необходимости можно сделать точную копию найденной находки.
- А в археологии очень трепетно относятся к оригиналам, стараясь лишний раз к ним даже не прикасаться.
3D-принтеры действительно открывают огромные возможности во всех сферах деятельности человека. Интересно, что существуют 3D-принтеры, которые печатают не пластиком, а шерстью, металлом и даже есть тестовые модели, печатающие пиццу.
Видео “В России напечатали первый жилой 3D-дом”
Мечтой ученых, которая скоро может стать былью – воссоздание человеческих органов, а так же создание бытовых «пищевых принтеров», которые из углеводов и белков смогут производить настоящие продукты. «Фантастика!», – скажете Вы… Возможно… но уже сегодня активно ведутся разработки технологии 3D-печати живой ткани с помощью стволовых клеток.
Сканирование 3D-объекта и последующая передача его модели в виде файла в любую точку мира, где есть Интернет, и там распечатка с помощью 3D-технологии – чем не быстрая передача материального объекта на любые расстояния? Об этом пока еще можно только мечтать. Но не за горами то время, когда можно будет позвонить или через Интернет сделать заказ пиццы на дом, оплатить этот заказ опять же через Интернет, и тут же у себя на кухне распечатать горяченькую пиццу. Приятного аппетита!
За 3D-технологиями большое будущее. Пока мы еще стоим в самом начале этого пути. Но ведь матричные принтеры, которые могли печатать только текст – это не такое уж отдаленное прошлое. И кто тогда мог представить, какие возможности открывает технология печати?!
P.S. Как Вы считаете, можно ли сравнить компьютерную грамотность с Джином, выпущенным из кувшина? Еще по теме:
Картридж для принтера: заправить или купить?
Что такое сканер и как им пользоваться
Что значит iPad и для чего он сгодится?
Что такое гаджет и что такое виджет?
Что такое планшетный ПК?
Получайте актуальные статьи по компьютерной грамотности прямо на ваш почтовый ящик.
Уже более 3.000 подписчиков
Важно: необходимо подтвердить свою подписку! В своей почте откройте письмо для активации и кликните по указанной там ссылке. Если письма нет, проверьте папку Спам.
Автор: Надежда
19 декабря 2014
www.compgramotnost.ru