Среда , Декабрь 13 2017
3D-печать

Возможности современной 3D-печати

3D-технологии — настоящий прорыв в развитии науки и производства. Они позволяют конструировать трехмерные модели с помощью специального ПО и получать изделия с такими же параметрами. Как это возможно?

Аддитивные технологии (AF — additive fabrication) — процесс создания объекта, в точности соответствующего трехмерной модели, методом послойного нанесения материала. Эта инновация стала мировым трендом. Главное достоинство технологии — ресурсосбережение. Потери полезного вещества в процессе печати стремятся к нулю.

Сфера использования

3D-принтеры пока еще не проникли в каждый дом, но во всех ключевых сферах жизнедеятельности человека они уже присутствуют. 3D-печать востребована в автомобилестроении, энергетике, медицине, пищевой промышленности, строительстве/дизайне, фешен-индустрии.

В ресурсо- и трудоемких отраслях на разработку прототипа изделия уходят большие суммы. При использовании традиционных технологий литья или механической обработки для этого требуются недели, месяцы. Используя возможности объемной печати, работу выполняют в разы, а порой и десятки раз, оперативнее. При этом совершенно не страдает качество и параметры изделия остаются предельно точными. Кстати, прочность прототипа более чем на 20 % превышает аналогичную при классическом производстве.

На 3Д-принтерах создают модели помещений с наглядной проработкой интерьеров, зданий и целых жилых кварталов с детализацией домов, инженерных коммуникаций, объектов инфраструктуры.

В медицине возможности 3D-печати используют при проектировании зубных протезов, скелетов и даже внутренних органов. Аддитивные технологии позволяют создавать медицинский инструмент с определенными параметрами под конкретных пациентов с патологиями, анатомическими особенностями. Это позволяет сделать огромный шаг вперед в обучении и подготовке к операциям.

В 2011 году на трехмерном принтере «нарисовали» почку. Ученые создали экзоскелет для поддержки атрофированных мышц. Есть даже специальные «ручки», которыми «рисуют» живые клетки на травмированных участках кожи.

В сфере науки и образования польза от 3D-печати выражается в создании наглядных пособий, с которыми процесс обучения становится проще и эффективнее.

3D-печать востребована в мире моды. На принтере можно создать обувь, одежду, флаконы для парфюмерии. Пока этот процесс дорогостоящий, поэтому в массовом производстве не используется. Однако на подиумах штучные изделия, изготовленные на 3Д-принтерах, уже представлены.

Обувь, напечатанная на 3Д-принтере
Креативные босоножки, напечатанные на 3D-принтере

Преимущество внедрения AF-технологий в сферу легкой промышленности — возможность создавать изделия под конкретное телосложение/форму стопы. Это особенно актуально для спортсменов, людей с отклонениями в анатомическом строении. Например, дизайнер Росс Бербер представил миру обувь, напечатанную на 3Д-машине. В его коллекции — 5 пар.

3D-печать позволяет сделать прорыв в инновационной деятельности. Прежде чем выпустить в производство изделие, его необходимо испытать, многократно протестировать. Это делают на трехмерных моделях. Создать их можно за считаные минуты.

Трехмерные технологии используются в ювелирном деле, при создании карт местности, изготовлении сувениров, кастомизации готовых изделий (нанесении узора, логотипа).

Как устроен 3D-принтер?

Классический трехмерный принтер — устройство для 3Д-печати, работающее по принципу FDM (моделирование послойным наплавлением). На трехмерном оборудовании можно создать объект практически любой формы, с изгибами, рельефной поверхностью. Изделие «увеличивается» одновременно в горизонтальном и вертикальном направлении.

Принтеры работают с различными материалами: пластиком, металлом и так далее. С их помощью можно создавать детали, выдерживающие существенную нагрузку.Чтобы принтер мог печатать объемные фигуры, его оснащают:

  • экструдером — для разогрева и продавливания пластика через печатающие головки;
  • моторами (чаще линейными) — приводят в движении механизмы печати;
  • рабочими поверхностями — платформами, на которых происходит печать;
  • датчиками фиксации подвижных узлов;
  • картезинскими роботами — устройствами, движущимися по трем осям.

Принтеры работают по-разному, но классическую последовательность действий можно описать единым алгоритмом. Сначала создается 3D-изображение. Для этого нужно специализированное ПО. После этого модель «разрезают» на горизонтальные слои. Для этого также предусмотрена специальная программа (генератор G-кодов). Компьютер преобразуют коды в информацию, которую может распознать принтер для 3D-печати. На следующем этапе воссоздается модель. Этот процесс может варьироваться, в зависимости от выбранной технологии.

3Д-принтер
3D-принтер Smartprint HB-8

Технологии объемной печати

Существует монохромная и цветная 3D-печать — технологий более десятка (плюс их модификации). В числе наиболее распространенных:

  • SLA — стереолитографическая лазерная печать. Технология обеспечивает создание моделей с высокой детализацией. Ее суть заключается в послойном нанесении фотополимерного материала. Он отвердевает под воздействие лазера. Затем рабочая платформа опускается. В качестве фотополимера используют полупрозрачный состав: его легко обрабатывать, окрашивать, склеивать.
  • SLS — технология подходит для работы с пластиками и металлами. Реагент спекается под лазерным лучом. Изделия получаются очень прочными.
  • HPM — принтеры работают с термопластиком, вспомогательными растворимыми материалами. Последние используют при создании сложных многоуровневых моделей с полостями, функциональными отверстиями. Готовые изделия могут иметь разную форму. Они прочны, устойчивы к нагрузкам, механическому и химическому воздействию.
  • DLP — относительно новая технология 3D-печати. Поддерживающие ее принтеры печатают фотополимерной смолой. Материал застывает под воздействием света.
Самыми прогрессивными считаются технологии EBM и SLM. Первая предполагает воздействие на материал электронным лучом, а не лазером, вторая работает с металлами.

Оборудование для 3D-печати выпускают компании из США, стран Европы, Азии. В числе известных —  Photocentric, 3D systems, Makerbot, Azuma Engineering Machinery Inc. и другие.

3Д-модель корабля
3Д-модель корабля поражает реалистичностью

Преимущества аддитивных технологий

К достоинствам 3Д-печати относят:

  1. Ресурсоэффективность. Изделия «выращивают» с нуля, то есть производство полностью безотходное. Для сравнения: при создании заготовки традиционными методами, потери материала порой доходят до 85 %.
  2. Оперативность. Время от момента разработки макета до получения изделия можно сократить в разы, а то и в десятки раз без ущерба для качества.
  3. Мобильность. Оборудование компактное, передача макетов возможна в онлайн-режиме.
  4. Точность. Послойный синтез обеспечивает абсолютное соответствие заданным техническим параметрам.
  5. Прочность. Показатель на 25―30 % выше, чем у изделий, полученных традиционными способами (ковка, литье).
  6. Вес. Это важное преимущество для промышленности, авиа- и машиностроения. Масса отдельных изделий снижается на 40―50 % без потери прочности.
3Д-сувениры
В России успешно печатают сувениры и игрушки по технологии 3D-печати

3Д-печать используется и в рекламной полиграфии. Например, для печати сувенирной продукции. Рекламные агентства, занимающиеся кроссмаркетингом, охотно заказывают комплекс услуг, в который входит как традиционная печать визиток или рекламных листовок,  так и инновационные решения.

Обзор 5 современных 3Д-принтеров, которые появились на рынке в 2017 году, смотрите на видео:

Итоги

  • 3Д-печать востребована практически во всех сферах (промышленность, медицина, образование, энергетика).
  • В некоторых отраслях аддитивные технологии уже активно используются, в других — только внедряются.
  • Технология способствует развитию бизнеса, дает конкурентные преимущества — макет изготавливается в считаные минуты, оптимизируется расходование ресурсов.
  • Производители постоянно совершенствуют оборудование для трехмерной печати, разрабатывают новые технологии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

биография блогера