3D-Печать уже нe фантастика, а реальность!
19 ноября 2016
Рубрика: ИТ-ресно, Технологии.
Автор: .

itresno_19_11_2016

Сегодня мы все чаще слышим, видим и даже пользуемся 3D-принтерами, создавая небольшие трехмерные объекты. 3D-печать становится доступнее, а главное — может создавать как детские фигурки, детали для двигателей самолетов и космических кораблей, так и целые дома. Придет время, когда на домашнем 3D-принтере мы сможем легко и недорого распечатать обувь или одежду по собственному дизайну и размеру. Невольно вспоминается эпизод из фантастического фильма «Пятый элемент», когда главная героиня на кухне распечатала себе целую… курицу. Это пока что фантастика, а вот 3D-печать — уже реальность. Это ИТ-ресно!

Так же, как и простые принтеры бывают разные по технологии печати, так и 3D-печать использует самые разные технологии и материалы для создания. Давайте рассмотрим некоторые из них.

На сайте http://3d-daily.ru мы нашли очень интересную подборку технологий 3D-печати:

  • цветная трехмерная печать (Full color 3d printing);
  • метод многоструйного моделирования (MJM — Multi-Jet Modelling);
  • выборочное лазерное спекание (SLS — Selective Laser Sintering);
  • стереолитография (SLA — Stereolithography);
  • метод послойного наплавления (FDM — Fused Deposition Modeling);
  • прямое лазерное спекание металлов (DMLS — Direct Metal Laser Sintering);
  • электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting);
  • выборочная лазерная плавка (Selective Laser Melting);
  • технология PolyJet.

Цветная трехмерная печать

itresno_19_11_2016_01

Из всех перечисленных технологий она является единственной, которая позволяет получить объект во всех цветовых диапазонах. Процесс окрашивания осуществляется прямо во время печати. В результате получаются фотореалистичные изделия. Поэтому данная технология интересна дизайнерам, а также может использоваться в декоре и сувенирной продукции.

Основным материалом является порошок на основе гипса. Модель создается послойно, начиная от основания и заканчивая самой верхней точкой. Каждый слой формируется из мелкодисперсного гипсового порошка. Этот порошок распределяется тонким слоем при помощи ролика, а печатающие головки размещают подкрашенный клей в определенных местах. Таким образом печатается один слой. Затем платформа перемещается вниз, и ролик опять распределяет порошок, и процесс повторяется заново.

По окончании печати модель получается хрупкой. Чтобы укрепить, ее смачивают в цианоакрилате. Также на нее распыляется защитный слой, чтобы краска не выгорала под воздействием УФ-лучей. Иногда, для защиты поверхности от царапин, наносят тонкий слой (0,089–0,102 мм) воска. Полученное изделие имеет точность минимум 0,1 мм.

Изделия, напечатанные по данной технологии, не используются в механизмах, т.к. имеют очень низкую жесткость. А также они боятся воды, т.к. цвет может потускнеть. Если говорить о производителях, то основным является компания 3d Systems, которая поглотила фирму ZCorporation. Данная технология считается самой быстрой в прототипировании.

Метод многоструйного моделирования (MJM)

itresno_19_11_2016_02

Данная технология также основана на послойном нанесении материала. Но ее особенностью является наличие необычной печатающей головки. Эта головка содержит не 1 или 2 сопла, а намного больше. Число этих сопел начинается от 96 для младших моделей и доходит до 448 в самых продвинутых и дорогих моделях. Сопла располагаются в несколько рядов.

Основным материалом в этой технологии является воск. Используются два вида воска: легкоплавкий воск для создания поддержки и твердый воск для основного изделия. При использовании двух видов воска применяются уже 2 печатающие головки.

Весь процесс печати протекает в ультрафиолетовой ванне. Чтобы придать дополнительную прочность изделию при погружении в ванну, используют фотополимер.

Данная технология запатентована компанией 3d Systems. Они могут предложить различные модели 3D-принтеров, которые печатают различными материалами под названием Visijet. Спектр этих материалов большой: от более гибкого до более твердого, светлый или темный, обычный или термостойкий. Из всех технологий имеет самую высокую точность — 0,025–0,050 мм.

Выборочное лазерное спекание (SLS)

itresno_19_11_2016_03

Изделие также создается послойно. Основой процесса является послойное наплавление порошка. Слой порошка наносится на рабочую зону и равномерно раскатывается по всей площади, затем лазер запекает только те участки, которые соответствуют сечению модели на данном слое. При этом весь процесс протекает при температуре плавления используемого порошка.

Разнообразие применяемых материалов достаточно обширно. Это и пластик в виде порошка, и металл, и керамика, стекло, нейлон.

Особенностью данного метода является то, что при изготовлении изделия не требуется применять поддерживающие структуры. Их роль выполняет нерасплавленный порошок, окружающий печатающееся изделие. Он и не дает изделию разрушаться. После печати можно проводить финишную обработку. Например, полировку изделия.

По сравнению с технологией MJM она не является запа­тентованной компанией 3d Systems. Поэтому в мире кроме 3d Systems, SLS-принтеры продает компания EOS (Германия). Они являются основными поставщиками.

Данная технология применяется в изготовлении силовых установок, в авиастроении, машиностроении, космонавтике. А также добирается до сфер искусства и дизайна.

Стереолитография (SLA)

itresno_19_11_2016_04

В отличие от других технологий, стереолитография в качестве материала использует не порошки, а фотополимеры в жидком состоянии. Процесс создания изделия по этому методу достаточно сложный. Берется емкость с жидким фотополимером и в нее помещается сетчатая платформа. На этой платформе будет осуществляться выращивание изделия.

В начальном состоянии платформа расположена так, что ее покрывает тонкий слой полимера — от 0,05 до 0,15 мм. Этот полимер и формирует примерную толщину слоя печати. Затем в действие приводится лазер, который воздействует на те участки полимера, которые соответствуют стенкам конечного изделия. В результате воздействия полимер затвердевает. После чего платформа опускается на величину слоя, щетка смачивает участки, которые остались сухими, и процесс повторяется заново.

В завершении, готовое изделие погружается в ванну со специальными составами для очистки. А потом окончательное облучение светом для финального затвердевания. Как и другие технологии 3D-печати, SLA использует поддерживающие структуры.

Преимуществом данного метода является скорость печати. Изделия получаются в течение дня, а с более сложными формами — до нескольких дней. По сравнению с размерами изготавливаемых изделий (до 500 мм) это крошечные сроки изготовления.

Метод послойного наплавления (FDM)

itresno_19_11_2016_05

Данная технология одна из самых простых и легко понимаемых. Весь процесс похож на выдавливание крема из кулинарного шприца. Только вместо шприца используется печатающая головка с соплом, а вместо крема — разогретый полимерный материал.

Головка свободно перемещается по вертикали и в плоскости рабочей площадки. Материал проходит через разогретое сопло, становясь пластичным. Это позволяет ему как бы «прилипать» к слою пластика, уже находящегося в рабочей зоне. Головка перемещается согласно программе, формируя сечение изделия на определенной, заданной высоте. Это тоже метод послойного изготовления изделия.

Данный метод 3D-печати также использует поддерживающие структуры, которые удаляются после окончания печати. В качестве материалов используются термопластичные пластики. Чаще это ABS- и PLA-пластики. Но также можно печатать и поликарбонатами, поликапролактонами и др.

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

itresno_19_11_2016_06

Вместо DMLS (Direct Metal Laser Sintering) можно также встретить название SLM (Selective Laser Melting). Второму наз­ванию эта технология обязана немецкой компании EOS. Компания является одним из лидеров в послойном конструировании прототипов. Мы недавно писали об их последней разработке — микролазерном спекании (MLS).

Основными потребителями технологии являются сферы медицины, микроэлектронной промышленности и частично авиационной промышленности.

При производстве по DMLS-технологии изделия имеют впечатляющую толщину слоя в 1–5 нм при максимальных размерах изделия детали 60 мм в диаметре и 30 мм по высоте.

Процесс изготовления изделия основан на затекании расплава-связки в пустоты между частицами порошка под действием капиллярных сил. Чтобы улучшить процесс затекания, в порошковую смесь добавляют соединения с фосфором, благодаря чему снижается поверхностное натяжение, вязкость и степень окисления расплава. Частицы порошка для связки обычно меньшего размера, чем частицы порошка основы. Это способствует увеличению насыпной плотности порошковой смеси и ускорению процесса образования расплава.

Электронно-лучевая плавка (EBM)

itresno_19_11_2016_07

Метод электронно-лучевой плавки зародился в стенах аэрокосмической отрасли. После чего уже начал завоевывать и гражданскую сферу. Исходным материалом при производстве используется металлический порошок. Обычно это титановые сплавы.

Изготовление изделия осуществляется следующим образом: необходимое количество порошка засыпается в вакуумную камеру, затем управляемый поток электронов слой за слоем «обходит» контур модели и расплавляет порошок в этих местах. Таким образом получается прочная структура. Благодаря наличию вакуума и общей высокой температуры финальное изделие получает прочность, аналогичную кованным сплавам.

По сравнению с технологией DMLS и SLS, электронно-лучевая плавка не требует последующей термообработки для получения высокой прочности. Также этот метод быстрее и точнее из-за высокой энергетической плотности электронного луча.

Выборочная лазерная плавка (SLM)

itresno_19_11_2016_08

Технология SLM похожа на SLS, их даже путают, т.к. и там и там используется металлический порошок и лазер. Но эти технологии имеют кардинальные различия. В методе SLS частицы порошка спекаются друг с другом, в то время как при использовании SLM металлические частицы порошка доводятся до расплавления и затем свариваются друг с другом, образуя жесткий каркас.

Процесс изготовления моделей схож с SLS-технологией. Тут также слой металлического порошка наносится на рабочую зону и равномерно раскатывается по ней. Эту работу выполняет валик или щетка. Каждой высоте слоя соответствует заданная форма изделия. Весь процесс протекает в герметичной камере с инертным газом. Высокомощный лазер фокусируется на металлических частицах, расплавляя и сваривая их между собой. Изделие получается аналогично FDM-технологии, внешняя и внутренняя стенка представляют собой сплошную сваренную стенку, а пространство между стенками заполняется согласно шаблону.

В технологии SLM используются различные металлы и сплавы. Основное требование — при измельчении до состояния частиц они должны иметь определенные характеристики сыпучести. Например, используются такие материалы, как нержавеющая сталь, инструментальная сталь, сплавы хрома и кобальта, титан, алюминий.

Метод применяется там, где необходимо иметь деталь с минимальным весом, и при этом сохраняющую свои характеристики.

Технология PolyJet

itresno_19_11_2016_09

Технология является запатентованной компанией Stratasys. По сравнению с другими технологиями 3D-печати, PolyJet единственная, которая позволяет изготавливать модель из различных материалов. Это достигается использованием уникальной технологии подачи нескольких материалов за один проход печати. Благодаря этому можно выборочно размещать различные материалы в рамках одного изделия или же совмещать два материала, получая, таким образом, композитные цифровые материалы с характерными предсказуемыми свойствами.

Процесс печати по технологии PolyJet похож на обычную струйную печать. Вместо подачи чернил на бумагу 3D-принтеры выпускают струи жидкого фотополимера, который образует слои в рабочей зоне и фиксируется ультрафиолетовым излучением. Затвердевшие изделия можно сразу брать и использовать, т.к. не требуется дополнительного последующего затвердевания, как, например, в технологии SLA.

Т.к. печать осуществляется послойно, то для нависающих частей требуется поддерживающий материал. Для этого используется гелеобразный вспомогательный материал, который легко удаляется при помощи воды или же вручную.

Технология позволяет создавать изделия высокой точно­сти. А благодаря сочетанию различных материалов прототип по характеристикам получается максимально приближенным к конечному изделию.

Что нам стоит дом построить, распечатал — можешь жить!

По данным статьи https://ru.wikipedia.org/wiki/3D-принтер, в 2014 году начался прорыв в области строительства зданий с использованием 3D-печати бетоном.

В течение 2014 года шанхайская компания WinSun анонсировала сначала строительство десяти 3D-печатных домов, возведенных за 24 часа, а после напечатала пятиэтажный дом и особняк.

В университете Южной Калифорнии прошли первые испытания гигантского 3D-принтера, который способен напечатать дом с общей площадью 250 кв. метров за сутки.

Восстание машин

Некоторые недорогие 3D-принтеры могут распечатывать часть собственных деталей. Один из первых подобных проектов — RepRap (реализуется английскими конструкторами из университета Бата), который производит более половины собственных деталей. Проект представляет собой разработку с общедоступными наработками и вся информация о конструкции распространяется по условиям лицензии GNU General Public License. Ярким активистом движения 3D-печати и этого сообщества можно с полной уверенностью считать молодого изобретателя из Чехии, Джозефа Пруза, в честь которого была даже названа одна из самых известных моделей трехмерного принтера — «Mendel Prusa».

Как видим, технологии 3D-печати стремительно развиваются. Очень хотелось бы, чтобы 3D-принтеры печатали исключительно полезные для человека модели!

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте