Разработан способ, позволяющий печатать трехмерные объекты
Centr86.ru

Ремонт бытовой техники

Разработан способ, позволяющий печатать трехмерные объекты

3d-печать (аддитивное производство)

3D-печать, как технология, представляет из себя процесс создания твёрдых трёхмерных объектов практически любой формы на основе цифровой компьютерной модели.

3D-печать достигается посредством так называемых аддитивных процессов, во время которых каждый слой материала кладётся в разной форме. Это отличает её от традиционных техник механической обработки, большинство которых основано на удалении материала путём его обрезания или сверления (субтрактивные процессы). [1]

3d-печать (трехмерная печать), также (преимущественно в англоязычных источниках) известная, как аддитивное производство (additive manufacturing (AM) – комплекс технологических решений и специализированного оборудования, позволяющие создавать трехмерные объекты по заданным моделям из специализированных расходных материалов (в основном на полимерной основе).

3D-печать, зародившаяся во второй трети минувшего века, получила свое активное развитие лишь в середине нулевых годов века нынешнего. На сегодняшний день можно констатировать, что 3D-печать уже сформировалась как отдельная индустрия, которая включает в себя не только разработку технологических решений, а также разработку, изготовление и серийное производство расходных материалов и специализированного оборудования (принтеры и сканеры), но также включает в себя и зарождающуюся сферу бизнеса, ориентированного на оказание услуг и выполнение работ непосредственно при помощи технологий объемной печати.

В ряде СМИ и мировом бизнес-сообществе, характеризуя перспективность данной индустрии, 3D-печать именуют, как “интернет в 95 году”, указывая тем самым на ожидаемый и бурный рост индустрии 3д-печати в обозримом будущем.

СОДЕРЖАНИЕ: История | Общие принципы | Технологии 3DP | Оборудование | Материалы | Программное обеспечение | Сферы применения | Рынок 3D-печати | 3Д-печать в СНГ | Интересные факты

История развития объемной печати

История 3Д-печати насчитывает уже несколько десятилетий, однако основной технологический всплеск пришелся лишь на последние 10 лет.

Разработка целевых технологических решений и специализированного оборудования, оснастки и материалов в области объемной печати начались еще в конце 70-х годов прошлого века. При этом, первые образцы оборудования и материалов для 3D-печати появились уже в 80-х годах.

В 1981 году Хидео Кодама, сотрудник Муниципального промышленного исследовательского института в Нагое (Япония) изобрел два новых метода изготовления трехмерных моделей из пластика и реактопластов, выступавших в качестве отвердителя.

16 июля 1984 года французские ученые Ален Ле Меают, Оливье Де Витте и Жан Клод Андре подали заявку на регистрацию патента на процесс стереолитографии. К сожалению, данный патент вскоре был приостановлен компаниями General Electric Company (теперь Alcatel-Alsthom) и CILAS (The Laser Consortium) по причине, что интересно: “из-за отсутствия деловой перспективы”.

Примечательно, что всего 3 недели спустя на другом берегу Атлантики Чак Халл (компании 3D System Corporation) подал свой собственный патент на систему стереолитографической обработки, в которой слои добавлялись путем отверждения фотополимеров при помощи ультрафиолетовых световых лазеров. Халл обозначил этот процесс как “систему для создания трехмерных объектов путем формирования у них структуры поперечного сечения”.

Фактически, вкладом Чака Халла в мировую индустрию объемной печати является создание формата файлов STL (используются в стереолитографии), разработка элементов программного обеспечения 3D-печати и ряда ключевых элементов технологических решений в вопросе использования материалов.

Первые образцы оборудования были крайне громоздкими, а сам процесс 3д-печати оставлял очень много вопросов к скорости работы и качеству прототипирования. Изменить эту ситуацию решил Скотт Крамп, который в 1988 году разработал технологию и 30 октября 1989 года подал заявку на патент изобретения, обозначенного как: аппарат для создания трехмерных объектов методом послойного наплавления. [2]

Тут следует упомянуть еще один интересный факт о 3D-печати: свой путь в области данной технологии, ныне весьма состоятельный человек и признанный эксперт индустрии объемной печати и аддитивных технологий, Крамп начал с того, что решил использовать горячий клеевой пистолет, чтобы сделать маленького лягушонка в качестве игрушки для собственной дочери.

Технология, которую разработал Крамп получила название «моделирование методом наплавления (FDM)» и на сегодняшний день является самой используемой технологией 3D-печати. Сам разработчик приступил к ее промышленному освоению в том же 89 году, учредив для этих целей (вместе с супругой) одного из нынешних лидеров индустрии – компанию Stratasys. Свой первый 3д-принтер (3D Modeler) компания продала в 1992 году.

Сам термин 3Д-печать (3d– printing) впервые появился в 1993 году и (первоначально) относился к технологии нанесения порошкового слоя с использованием стандартных и струйных печатающих головок, разработанных в Массачусетском технологическом институте (MIT).

К 1993 году относится и еще одно, весьма важное для индустрии объемной печати, событие – в этом году была основана и начала свою работу компания Solidscape, представившая на рынок высокоточное оборудование 3D-печати, работающее по технологии “точка к точке” (“dot-on-dot”).

Технологии аддитивного производства, предназначенные для спекания или плавки материалов (например, селективное лазерное спекание, прямое металлическое лазерное спекание и селективное лазерное спекание) в 80-х и 90-х года прошлого века были известны под своими собственными названиями. В то время вся металлообработка осуществлялась методами, ныне именуемыми, как «неаддитивные» (литье, штамповка, механическая обработка). Не глядя на то, что для этих методов характерна глубокая автоматизация технологических процессов (например, станки с ЧПУ) идея движущейся рабочей головки, перемещающейся в трехмерном пространстве и преобразующей рабочее сырье и (или) материал в заданную форму, в металлообработке применялась лишь в процессах, удаляющих «лишнее» (например, фрезерование). Учитывая это обстоятельство, классификация данных методов в качестве аддитивного производства, оспаривается разработчиками технологических решений, основанных на добавлении материалов. Так, к середине 90-х годов в Университете Стэнфорда и Университете Карнеги-Меллоун были разработаны новые методы осаждения материалов: микрокастинг и распыление материалов. Со временем свое развитие получили не только технологии обработки, но и сами материалы, используемые в 3д-печати. Это позволило существенно продвинуть индустрии и расширить возможную геометрию получаемых объектов.

Знаменательной датой в мировой истории 3д-печати является 29 мая 2008 года. В этот день появился первый 3D-принтер, способный частично распечатать сам себя. Машина, получившая название Darwin, была разработана в рамках проекта RepRap (сокращение от Replicating Rapid Prototyper – самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов) , основанного Эдрианом Боуэром из университета Бата (Bath University). Проект был впервые анонсирован за 3 года до этого в виде идеи, предполагавшей создание 3d-принтера, способного воспроизводить самого себя. При этом, ключевым принципом проекта явилось то условие, что вся техническая документация по оборудованию и программное обеспечение для 3D-печати должны находиться в свободном доступе. [2]

Крайне важное событие для общемировой индустрии аддитивных технологий свершилось в 2010 году – когда окончательно истекли сроки действия патентов уже упомянутых компаний-первопроходцев 3D System и Stratasys. Это обстоятельство открыло двери для широкого круга сравнительно небольших компаний и частных лиц, ринувшихся изобретать новые решения и оборудование в области печати 3D. В итоге цены на оборудование пошли вниз, а само оборудование, материалы и технологии стали более надежными и эффективными.

Начиная с 2010 года индустрия аддитивных технологий развивается едва ли не в геометрической прогрессии, совершенствуя технологические решения, основное и вспомогательное оборудование, а также, проникая в новые сферы производства, бизнеса и общественной жизни.

Общие принципы технологии 3D-печати

Индустрия 3д-печати уже насчитывает несколько весьма разноплановых методов создания объемных моделей. Печать может осуществляться различными способами с применением весьма широкой гаммы материалов (от традиционных полимеров до экспериментальных случаев использования материалов на биологической основе), однако, в основе каждого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.

Принцип действия трехмерной печати

Любая идея, как бы хороша она ни была, может навсегда остаться только идеей и ни чем более, если она не имеет материального воплощения или опытного образца. Люди, чья профессия подразумевает непосредственное преобразование идеи в новый качественный и полезный объект — проектировщики, конструкторы, инженеры, знают об этом как нельзя лучше. Даже самый подробный чертеж какого-либо нового продукта не сможет до конца передать широкой аудитории всех его преимуществ и конструктивных особенностей.
До относительно недавнего времени создание опытных образцов нового товара или сложных деталей было процессом крайне затратным и мягко говоря, неудобным. Необходимо было найти предприятие, которое, при условии наличия нужных ресурсов, взялось бы за исполнение единичного заказа, сроки были весьма продолжительными и стоимость подобных работ так же была высока. Кроме того, не существовало никаких гарантий, что на выходе заказчики получили бы именно тот продукт, который был им нужен — любое инновационное решение, так или иначе, подразумевает определенную доработку и улучшение характеристик. А в условиях прямой зависимости от предприятия-производителя какие-либо дополнения и преобразования конечного продукта были весьма затруднительны.

Однако благодаря постоянно развивающимся технологиям и прогрессу, подобные процессы изготовления образцов или макетов значительно упростились. Ниже описаны принципы действия аппарата трехмерной печати, которые позволяют современным инженерам или проектировщикам создавать пробные материальные объекты самостоятельно, не завися от сторонних производителей и в оптимальных условиях. Несколько манипуляций с помощью совершенного программного обеспечения, быстрая установка нужных параметров, считанные часы ожидания — и образец готов. Такая схема работы позволяет самостоятельно контролировать весь процесс производства, значительно сократить цикл проектирования, не допустить дорогостоящих ошибок и крайне эффективно использовать выделяемые на разработку продукта средства.

Читать еще:  Самый тихий холодильник

Говоря об относительно недавнем времени создания аппаратов трехмерной печати, следует упомянуть 1993 год, когда специалисты Массачусетского технологического института впервые разработали принцип трехмерного моделирования. А уже спустя три года — в 1996 году компания Z Corporation, созданная некоторыми из этих специалистов, объявила о выпуске первого трехмерного принтера. С течением времени, выпускаемые аппараты совершенствовались, дорабатывались и за короткий период времени прошли небывалый путь технической эволюции. К 2009 году трехмерный принтер ZPrinter стал единственным в своем роде оборудованием, которое при эргономичных размерах и доступной цене, способно воспроизводить самые необычные и при этом качественные трехмерные объекты.

Процесс трехмерной печати

Главной задачей этого процесса является преобразование идеи модели в физический объект. Для этого эту самую идею на начальном этапе воплощают на компьютере при помощи программного обеспечения САПР трехмерных объектов. В качестве инструмента воплощения могут быть использованы свыше двух десятков различных программ, среди которых: 3D Studio Max, Autodesk, SolidWorks, AutoCAD и прочие. Все эти программные продукты экспортируют 3D-модели в виде стандартных готовых файлов в форматах STL,WRL (VRML), PLY, 3DS и ZPR. Файлы в указанных форматах представляют собой сетку или серию треугольников, которые ориентированы в трехмерном пространстве.

После создания 3D-модели можно запускать печать. Готовый файл помещается в ПО ZPrint, где при необходимости можно изменять масштаб создаваемого объекта, ориентировать его в камере построения и указать количество необходимых экземпляров. Программа ZPrint самостоятельно разобьет объект на сотни поперечных сечений, каждое из которых будет являться уровнем модели, создаваемой в принтере. Когда все нужные параметры будут заданы, нажатием одной кнопки объект выводится на печать: ZPrinter печатает каждый уровень по принципу «слой за слоем» и в результате в камере построения создается физическая модель, которая по окончании процесса подвергается сушке и затем может быть извлечена.

Для эффективного создания трехмерной модели, создатели ZPrinter снабдили его всем необходимым — конструктивные составляющие аппарата делают процесс создания объекта практичным, безопасным и безошибочным. ZPrinter имеет свой встроенный бортовой компьютер, который автоматизирует все этапы преобразования; специальный воздушный фильтр, который гарантирует, что порошок из которого формируется модель, останется внутри аппарата и не проникнет в помещение с исходящим воздушным потоком; фильтр обломочного материала, который предотвращает попадание в бункер вместе с порошком посторонних частиц или грязи; вакуумный клапан — устройство, автоматически удаляющее излишки порошка из камеры построения обратно в бункер и др.

Цикл трехмерной печати


Состоит из трех основных этапов, которые производятся автоматически без участия пользователя.

1. После вывода объекта на печать начнется этап подготовки. Во время этого этапа ZPrinter начнет прогревать воздух во внутреннем пространстве для создания благоприятных условий преобразования и переместит из бункера в камеру построения необходимое количество порошка (обычно при подготовке слой порошка в камере построения составляет 3,18 мм).
2. Процесс печати. Аппарат осаждает первый слой порошка толщиной 0,1 мм поперек плоскости построения, а затем специальная каретка перемещается поперек этого слоя, нанося клей для придания объекту твердости и, при необходимости — краску, если объект должен получиться цветным. После движения каретки, основание с порошком опускается на 0,1 мм для подготовки следующего слоя. Каретка снова перемещается над объектом, образуя новый слой, и далее все эти процессы повторяются до полной готовности создаваемого объекта.
3. По окончании печати наступает процесс удаления излишков порошка. После окончательного отвержения модели, вакуумная система очистит камеру построения от порошкового материала. Затем модель необходимо из камеры переместить в отсек удаления остатков порошка с готовой модели — в ней, под действием сжатого воздуха модель обдувается, удаляя любые следы порошка.

После полной очистки, объект можно извлекать из принтера, либо подвергнуть его дополнительному процессу — процессу пропитки. Пропитка позволяет сделать модель более плотной, благодаря вытеснению воздуха внутри нее, придает более насыщенный цвет и улучшает ее механические свойства. В зависимости от назначения готового объекта пропитка может осуществляться различными способами и составами: от простейших воды с солью для демонстрационных моделей, и до высококачественных специальных консистенций Z-Bond и Z-Max, которые наделяют объект особой стойкостью к внешним воздействиям и используются в основном для функциональных образцов.

Помимо того, что такая технология трехмерной печати сама по себе революционна и не имеет аналогов в мире, она обладает важными особенностями и неоспоримыми достоинствами, которые характеризуют ZPrinter как уникальный и функциональный продукт.

Скорость печати — один из первостепенных признаков ZPrinter. Проектировщиков или конструкторов в какой-то мере можно отнести личностям творческого характера, которым всегда не терпится воочию увидеть материальный результат своей деятельности. Создателям ZPrinter удалось обеспечить высокую скорость производства благодаря тому, что они отошли от привычных конструктивных особенностей печати. Благодаря предварительному рассеиванию порошка по поверхности, с которой начинается построение модели, вместо подачи его из сопла (что более характерно для любого процесса распыления или работы с порошкообразными веществами), печать готового объекта занимает в пять раз меньше времени. Еще одна технология, используемая в работе ZPrinter — высокоскоростная струйная печать. Благодаря ей, в аппаратах применяется растровый подход к трехмерной печати — печатающая головка способна выполнять до 300 впрысков на каждые 12,7 мм, полоса с данной толщиной покрывается краской за один проход. Кроме того, повышению общей производительности способствует тот факт, что ZPrinter способен создавать несколько объектов за один цикл, в процессе построения устанавливая детали друг на друга.

Использование распространенного на потребительском рынке метода струйной печати позволило значительно сократить стоимость ZPrinter. Аппарат не требует использования сверхсложных лазеров или многоступенчатых систем терморегулировки, нет никаких особых требований к помещению, в котором предполагается его установка. Кроме того, гипсовый порошок, который используется для построения моделей, так же широко распространен и не является дорогостоящим материалом. Особым плюсом является безотходность производства — неизрасходованная порошковая смесь по окончании работ автоматически перемещается обратно в бункер хранения для последующего использования.

Простота обслуживания и сервисной эксплуатации — еще один фактор, влияющий на сдержанное ценообразование. В этом способствует использование все той же струйной технологии и модульная конструкция — замена компонентов или важных конструктивных деталей не вызовет сложностей и не займет много времени.

Аппараты трехмерной печати ZPrinter совместимы с привычной офисной средой и просты в освоении. Практически все операции при построении объекта полностью автоматизированы, контроль за наличием расходных материалов и исправностью всех узлов принтер осуществляет самостоятельно. Управление этапами работы можно осуществлять как при помощи ПК, так и при помощи собственной встроенной системы ZPrinter — наличие ЖК-монитора и интуитивно понятного интерфейса позволяют овладеть навыками эксплуатации за несколько минут.

Без нее все перечисленные достоинства не имели бы смысла. Опытный образец, изготовляемый ZPrinter, максимально приближен к реальному готовому изделию, которое планируется производить. Электронная система управления и встроенный бортовой компьютер позволяют проводить все операции с максимальной точностью — до 0,1 мм для мельчайших деталей объекта и до 0,5 мм для стенок конструкции.

Воспроизведение цветовой палитры в ZPrinter основано на том же принципе, который применяется в принтерах для печати документов. Для окрашивания изделия применяются цвета из общепринятых палитр RGB и CMYK, а благодаря установленному ПО ZPrint, у пользователя имеются самые широкие возможности для смешивания различных цветов, оттенков и текстур. Ключевой особенностью аппаратов ZPrinter является способность воспроизводить 90% палитры Adobe Photoshop и распечатать любое сочетание цветов на одном объекте.

3d-печать (аддитивное производство)

3D-печать, как технология, представляет из себя процесс создания твёрдых трёхмерных объектов практически любой формы на основе цифровой компьютерной модели.

3D-печать достигается посредством так называемых аддитивных процессов, во время которых каждый слой материала кладётся в разной форме. Это отличает её от традиционных техник механической обработки, большинство которых основано на удалении материала путём его обрезания или сверления (субтрактивные процессы). [1]

3d-печать (трехмерная печать), также (преимущественно в англоязычных источниках) известная, как аддитивное производство (additive manufacturing (AM) – комплекс технологических решений и специализированного оборудования, позволяющие создавать трехмерные объекты по заданным моделям из специализированных расходных материалов (в основном на полимерной основе).

3D-печать, зародившаяся во второй трети минувшего века, получила свое активное развитие лишь в середине нулевых годов века нынешнего. На сегодняшний день можно констатировать, что 3D-печать уже сформировалась как отдельная индустрия, которая включает в себя не только разработку технологических решений, а также разработку, изготовление и серийное производство расходных материалов и специализированного оборудования (принтеры и сканеры), но также включает в себя и зарождающуюся сферу бизнеса, ориентированного на оказание услуг и выполнение работ непосредственно при помощи технологий объемной печати.

Читать еще:  Что лучше саундбар или домашний кинотеатр?

В ряде СМИ и мировом бизнес-сообществе, характеризуя перспективность данной индустрии, 3D-печать именуют, как “интернет в 95 году”, указывая тем самым на ожидаемый и бурный рост индустрии 3д-печати в обозримом будущем.

СОДЕРЖАНИЕ: История | Общие принципы | Технологии 3DP | Оборудование | Материалы | Программное обеспечение | Сферы применения | Рынок 3D-печати | 3Д-печать в СНГ | Интересные факты

История развития объемной печати

История 3Д-печати насчитывает уже несколько десятилетий, однако основной технологический всплеск пришелся лишь на последние 10 лет.

Разработка целевых технологических решений и специализированного оборудования, оснастки и материалов в области объемной печати начались еще в конце 70-х годов прошлого века. При этом, первые образцы оборудования и материалов для 3D-печати появились уже в 80-х годах.

В 1981 году Хидео Кодама, сотрудник Муниципального промышленного исследовательского института в Нагое (Япония) изобрел два новых метода изготовления трехмерных моделей из пластика и реактопластов, выступавших в качестве отвердителя.

16 июля 1984 года французские ученые Ален Ле Меают, Оливье Де Витте и Жан Клод Андре подали заявку на регистрацию патента на процесс стереолитографии. К сожалению, данный патент вскоре был приостановлен компаниями General Electric Company (теперь Alcatel-Alsthom) и CILAS (The Laser Consortium) по причине, что интересно: “из-за отсутствия деловой перспективы”.

Примечательно, что всего 3 недели спустя на другом берегу Атлантики Чак Халл (компании 3D System Corporation) подал свой собственный патент на систему стереолитографической обработки, в которой слои добавлялись путем отверждения фотополимеров при помощи ультрафиолетовых световых лазеров. Халл обозначил этот процесс как “систему для создания трехмерных объектов путем формирования у них структуры поперечного сечения”.

Фактически, вкладом Чака Халла в мировую индустрию объемной печати является создание формата файлов STL (используются в стереолитографии), разработка элементов программного обеспечения 3D-печати и ряда ключевых элементов технологических решений в вопросе использования материалов.

Первые образцы оборудования были крайне громоздкими, а сам процесс 3д-печати оставлял очень много вопросов к скорости работы и качеству прототипирования. Изменить эту ситуацию решил Скотт Крамп, который в 1988 году разработал технологию и 30 октября 1989 года подал заявку на патент изобретения, обозначенного как: аппарат для создания трехмерных объектов методом послойного наплавления. [2]

Тут следует упомянуть еще один интересный факт о 3D-печати: свой путь в области данной технологии, ныне весьма состоятельный человек и признанный эксперт индустрии объемной печати и аддитивных технологий, Крамп начал с того, что решил использовать горячий клеевой пистолет, чтобы сделать маленького лягушонка в качестве игрушки для собственной дочери.

Технология, которую разработал Крамп получила название «моделирование методом наплавления (FDM)» и на сегодняшний день является самой используемой технологией 3D-печати. Сам разработчик приступил к ее промышленному освоению в том же 89 году, учредив для этих целей (вместе с супругой) одного из нынешних лидеров индустрии – компанию Stratasys. Свой первый 3д-принтер (3D Modeler) компания продала в 1992 году.

Сам термин 3Д-печать (3d– printing) впервые появился в 1993 году и (первоначально) относился к технологии нанесения порошкового слоя с использованием стандартных и струйных печатающих головок, разработанных в Массачусетском технологическом институте (MIT).

К 1993 году относится и еще одно, весьма важное для индустрии объемной печати, событие – в этом году была основана и начала свою работу компания Solidscape, представившая на рынок высокоточное оборудование 3D-печати, работающее по технологии “точка к точке” (“dot-on-dot”).

Технологии аддитивного производства, предназначенные для спекания или плавки материалов (например, селективное лазерное спекание, прямое металлическое лазерное спекание и селективное лазерное спекание) в 80-х и 90-х года прошлого века были известны под своими собственными названиями. В то время вся металлообработка осуществлялась методами, ныне именуемыми, как «неаддитивные» (литье, штамповка, механическая обработка). Не глядя на то, что для этих методов характерна глубокая автоматизация технологических процессов (например, станки с ЧПУ) идея движущейся рабочей головки, перемещающейся в трехмерном пространстве и преобразующей рабочее сырье и (или) материал в заданную форму, в металлообработке применялась лишь в процессах, удаляющих «лишнее» (например, фрезерование). Учитывая это обстоятельство, классификация данных методов в качестве аддитивного производства, оспаривается разработчиками технологических решений, основанных на добавлении материалов. Так, к середине 90-х годов в Университете Стэнфорда и Университете Карнеги-Меллоун были разработаны новые методы осаждения материалов: микрокастинг и распыление материалов. Со временем свое развитие получили не только технологии обработки, но и сами материалы, используемые в 3д-печати. Это позволило существенно продвинуть индустрии и расширить возможную геометрию получаемых объектов.

Знаменательной датой в мировой истории 3д-печати является 29 мая 2008 года. В этот день появился первый 3D-принтер, способный частично распечатать сам себя. Машина, получившая название Darwin, была разработана в рамках проекта RepRap (сокращение от Replicating Rapid Prototyper – самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов) , основанного Эдрианом Боуэром из университета Бата (Bath University). Проект был впервые анонсирован за 3 года до этого в виде идеи, предполагавшей создание 3d-принтера, способного воспроизводить самого себя. При этом, ключевым принципом проекта явилось то условие, что вся техническая документация по оборудованию и программное обеспечение для 3D-печати должны находиться в свободном доступе. [2]

Крайне важное событие для общемировой индустрии аддитивных технологий свершилось в 2010 году – когда окончательно истекли сроки действия патентов уже упомянутых компаний-первопроходцев 3D System и Stratasys. Это обстоятельство открыло двери для широкого круга сравнительно небольших компаний и частных лиц, ринувшихся изобретать новые решения и оборудование в области печати 3D. В итоге цены на оборудование пошли вниз, а само оборудование, материалы и технологии стали более надежными и эффективными.

Начиная с 2010 года индустрия аддитивных технологий развивается едва ли не в геометрической прогрессии, совершенствуя технологические решения, основное и вспомогательное оборудование, а также, проникая в новые сферы производства, бизнеса и общественной жизни.

Общие принципы технологии 3D-печати

Индустрия 3д-печати уже насчитывает несколько весьма разноплановых методов создания объемных моделей. Печать может осуществляться различными способами с применением весьма широкой гаммы материалов (от традиционных полимеров до экспериментальных случаев использования материалов на биологической основе), однако, в основе каждого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.

Классификация 3D принтеров (7 технологий 3D печати)

На хабре уже были статьи о технологиях печати, которые используют 3D принтеры, однако в данной статье я постарался подойти к вопросу системно, чтобы в голове у читателя сложилась четкая картина о том, какие принципы заложены в технологии 3D печати, какие материалы используются и в конечном итоге какую технологию лучше использовать для получения определенного результата, будь то деталь из титана, или мастер-модель для последующего тиражирования.
Статья основана на книге Fabricated: The New World of 3D printing

I. Те которые что-то выдавливают или выливают или распыляют

1) FDM (fused deposition modeling) принтеры которые выдавливают какой-то материал слой за слоем через сопло-дозатор, не буду расписывать подробно, мы про них все знаем. Все мэйкерботоподобные принтеры + принтеры Stratasys + различные кулинарные принтеры (используют глазурь, сыр, тесто) + медицинские которые печатают “живыми чернилами” (когда какой-либо набор живых клеток помещается в специальный медицинский гель которые используется далее в биомедицине)

2) Технология Polyjet , была изобретена израильской компанией Objet в 2000 г. в 2012 их купили Stratasys. Суть технологии: фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемого девайса под воздействием УФ излучения. Важная особенность, отличающая PolyJet от стереолитографии, является возможность печати различными материалами.
Преимущества технологии: а) толщина слоя до 16 микрон (клетка крови 10 микрон) б) быстро печатает, так как жидкость можно наносить очень быстро. Недостатки технологии: а) печатает только с использованием фотополимера — узко-специализированный, дорогой пластик, как правило, чувствительный к УФ и достаточно хрупкий.
Применение: промышленное прототипирование и медицина

3) LENS (LASER ENGINEERED NET SHAPING)
Материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера мгновенно спекается и слой за слоем формирует трехмерную деталь. Именно по такой технологии печатают стальные и титановые объекты.
Поскольку до появления этой технологии печатать можно было только объекты из пластика, к 3D печати особенно серьезно никто не относился, а эта технология, открыла двери для 3D печати в “большую” промышленность. Порошки различных материалов можно смешивать и получать таким образом сплавы, на лету.
Применение: например, титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения. Производитель оборудования: Optomec

Читать еще:  Ведутся разработки платформы, способной управлять объектами при помощи рук

4) LOM (laminated object manufacturing)
Тонкие ламинированные листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются в трехмерный объект. Т.е. укладывается тонкий лист материала, который вырезается по контуру объекта, таким образом получается один слой, на него укладывается следующий лист и так далее. После этого все листы прессуются или спекаются.
Таким образом печатают 3D модели из бумаги, пластика или из алюминия. Для печати моделей из алюминия используется тонкая алюминиевая фольга, которая вырезается по контуру слой за слоем и затем спекается с помощью ультразвуковой вибрации.

II. Те которые что-то спекают или склеивают

1) SL (Stereolithography) Стереолитография.
Есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется. После того как один слой готов платформа с деталью опускается, жидкий полимер заполняет пустоту далее запекается следующий слой и так далее. Иногда происходит наоборот: платформа с деталью поднимается вверх, лазер соответственно расположен снизу…
После печати таким методом, требуется постобработка объекта — удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют. В зависимости от необходимых свойств конечного объекта модель запекают в т.н. ультрафиолетовых духовках.
Фотополимер зачастую бывает токсичным поэтому при работе с ним нужно пользоваться средствами защиты и респираторами. Содержать и обслуживать такой принтер дома — сложно и дорого
Преимущества: быстро и точно, точность до 10 микрон. Для спекания фотополимера достаточно лазера от Blu-ray проигрывателя, благодаря чему на рынке появляются дешевые при этом точные принтеры работающие по такой технологии (e.g. Form1).

2) LS (laser sintering)
Лазерное спекание. Похоже на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером.
Преимущества: а) менее вероятно, что деталь сломается в процессе печати, так как сам порошок выступает надежной поддержкой б) материалы в порошковой форме довольно легко найти в продаже в том числе это могут быть: бронза, сталь, нейлон, титан
Недостатки: а) поверхность получается пористая б) некоторые порошки взрывоопасны, поэтому должны храниться в камерах, заполненных азотом в) спекание происходит при высоких температурах, поэтому готовые детали долго остывают, в зависимости от размера и толщины слоев, некоторые предметы могут остывать до одного дня.

3) 3DP (three dimensional printing)
Технология изобретена в 1980 году в MIT студентом Paul Williams, технология была продана в несколько коммерческих организаций, одна из которых — zCorp, в настоящее время поглощена 3D Systems.
На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс)
Преимущества: а) так как используется клей, в него можно добавить краску и таким образом печатать цветные объекты б) технология относительна дешевая и энергоэффективная в) можно использовать в условиях дома или офиса в) можно печатать использовать порошок стекла, костный порошок, переработанную резину, бронзу и даже древесные опилки. Используя похожу технологию можно печатать съедобные объекты например из сахара или шоколадного порошка. Порошок склеивается специальным пищевым клеем, в клей может добавляться краситель и ароматизатор. Как пример, новые 3D принтеры от компании 3D systems, которые были продемонстрированы на CES 2014 — ChefJet и ChefJet Pro
Недостатки: а) на выходе получается достаточно грубая поверхность, с невысоким разрешение

100 микрон б) материал нужно подвергать постобработке (запекать), чтобы придать ему необходимые свойства.

Надеюсь материал будет для вас полезен.
Дополнения принимаются.

Разработан способ, позволяющий печатать трехмерные объекты

Автор : shepherd78 2020-05-05 08:13:43

MakerBot, мировой лидер в области 3D-печати и дочерняя компания Stratasys, продолжает быстро расширять ассортимент промышленных материалов для их 3D-принтеров линейки Method. Два новых композиционных филамента PC-ABS и PC-ABS FR доводят общее количество используемых филаментов до десяти, предоставляя широкий ассортимент материалов для увеличения возможных сфер использования.

Автор : shepherd78 2020-04-28 19:41:22

Компания Creality анонсировала новый настольный FFF 3D-принтер с кинематикой CoreXY, улучшенной аппаратной начинкой, повышенной производительностью и областью построения размером 250х250х400 мм. Разработчики утверждают, что скорость печати повышена в три раза в сравнении с другими представителями линейки Ender. Основные особенности Ender-6 – кинематика CoreXY, опциональная закрытая рабочая камера и бесшумная плата собственной разработки. Ender-6 позиционируется как наиболее способная аддитивная система в линейке Ender в плане точности и производительности.

Автор : shepherd78 2020-04-23 14:11:34

Тайваньская компания Phrozen выпустила свой новый 3D-принтер Sonic XL, работающий по технологии ЖК-масочной стереолитографии (MSLA или LCD-SLA). В ассортименте компании 2 линейки 3D-принтеров: Shuffle и Sonic. Серия Shuffle является самой универсальной и включает в себя четыре 3D-принтера отличающиеся друг от друга объемом печати. Все 3D-принтеры оснащены 2К матрицами, а Shuffle 4K оснащен 4K матрицей, позволяющей пользователям получать изделия с высокой точностью и четкостью.

Автор : shepherd78 2020-04-23 13:17:49

Китайская компания Creality 3D (Shenzhen Creality 3D Technology Co., Ltd.) принимает предварительные заказы на обновленную версию своего бестселлера – бюджетный настольный FDM 3D-принтер Ender-3 V2. Несмотря на название, это уже третий апгрейд популярного аппарата. Вторым стала «профессиональная» версия Ender-3 Pro, вышедшая в 2018 году и отличавшаяся переработанной c целью снижения люфтов направляющей по оси Y из алюминиевого профиля 40х40 мм, более надежным, компактным и тихим блоком питания, а также съемным столиком на магнитных креплениях.

Автор : shepherd78 2020-04-11 16:57:53

Израильская компания Modix Modular Technologies Ltd., производитель крупноформатных 3D-принтеров, объявила о коммерческом выпуске своего нового 3D-принтера BIG-120Z, способного создавать изделия высотой до 1,2 метра. Как и другие 3D-принтеры Modix (BIG-60 и BIG-120X), BIG-120Z основан на модульной конструкции и предлагается в виде комплекта для самостоятельной сборки. Это сделано для снижения затрат на производство и доставку клиентам, а также для монтажа в любом помещении. 3D-принтер, высота которого в собранном виде составляет два метра, может, как сообщается, проходить через любой стандартный дверной проем в предварительно собранном виде.

Автор : shepherd78 2020-04-09 19:12:36

Компания MakerBot, дочерняя компания Stratasys, выпустила новый «экспериментальный экструдер» MakerBot LABS для использования в 3D-принтерах линейки Method. Экструдер LABS должен превратить линейку 3D-принтеров Method в открытую платформу, позволяя пользователям печатать разнообразными материалами от сторонних производителей. На данный момент в линейке два 3D-принтера: Method и Method X – это профессиональные настольные 3D-принтеры позволяющие создавать детали для промышленного применения и работать с техническими материалами.

Автор : shepherd78 2020-04-06 18:51:11

Польский производитель филаментов для 3D-печати, компания Spectrum Filaments, выпустила два новых филамента – ABS Medical предназначен для использования в медицине и PET-G FX120 инженерный полимер, предназначенный для производства функциональных деталей. Оба этих материала являются гибкими с высокой температурной стойкостью. Основанная в 2015 году, Spectrum Filaments специализируется на разработке и производстве материалов для 3D-печати, активно расширяя ассортимент расходных материалов для 3D-принтеров.

Автор : shepherd78 2020-04-03 09:50:53

Китайская компания Creality 3D объявила о выпуске нового профессионального настольного FD/FFF 3D-принтера Creality CR-5 Pro. За последние несколько лет компания выпустила несколько хороших 3D-принтеров, особенно в потребительском сегменте. В 2019 году они попытались расширить свой ассортимент продукции с 3D-принтером CR-5 на профессиональном и полупромышленном рынке.

Автор : shepherd78 2020-03-26 13:24:55

Нидерландская компания Twente Additive Manufacturing (TAM) сконструировала строительный 3D-принтер с девятью степенями свободы. В основе конструкции лежит довольно привычная для строительных аддитивных систем портальная схема, но позиционируется не привычная головка, а шестиосевой робот-манипулятор, установленный на вращающуюся горизонтальную балку. Стационарный шестиосевой робот ABB, оснащенный экструдером для подачи цементной смеси, охватывает площадь в сорок два квадратных метра. Если добавить еще две степени свободы, закрепив робота на поднимаемой на высоту до пяти метров горизонтальной балке длиной десять метров, то восьмикоординатная система получит рабочий объем порядка 181 кубического метра. Если же сделать балку вращающейся, то теперь уже девятиосевой принтер сможет печатать по обе стороны несущей конструкции и даже выше нее, а объем области построения достигнет примерно 391 кубического метра.

Автор : shepherd78 2020-03-26 13:10:22

Американская строительная компания ICON продемонстрировала серию 3D-печатных жилых домов для малоимущих, возведенных в пригороде Остина, столицы Техаса, с помощью 3D-принтера собственной разработки. Домики площадью тридцать семь квадратных метров каждый оснащаются одной спальней, гостиной, полностью обустроенной кухней и санузлом. Строительство ведется в поселке Community First Village, где планируется разместить около пятисот человек или примерно сорок процентов «хронически бездомных» жителей техасской столицы. Проект инициирован благотворительной организацией Mobile Loaves and Fishes при поддержке девелоперской компании Cielo Property Group, арендовавшей один из строительных 3D-принтеров Vulcan II.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector