brinmax

Как работает 3D-принтер, 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.

1. На первом этапе печати данные из чертежа или 3D–модели считываются принтером.
2. Далее идет последовательное наложение слоев.
3. 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?

Хотя существует несколько технологий 3D-печати, большинство из них создают объект, наращивая множество последовательных тонких слоев материала.

Обычно настольные 3D-принтеры используют пластиковые нити (1), которые подаются в принтер податчиком (2). Нить плавится в печатающей головке (3), которая выдавливает материал на платформу (4), создавая объект слой за слоем. Как только принтер начнет печатать, все, что вам нужно делать, это подождать — это просто.

Конечно, когда вы станете продвинутым пользователем, игра с настройками и настройкой вашего принтера может привести к еще лучшему результату.

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? →

Как работать с 3D принтером: объясняем базовый принцип

Как работать с 3D принтером: особенности

При покупке нового функционального устройства первым делом возникает вполне логичный вопрос – «Как с ним работать?». 3D принтеры в этом случае не исключение, особенно если пользователю ранее не приходилось сталкиваться с приборами для 3D печати. Конечно, инструкцию по эксплуатации никто не отменял, и с ней непременно следует ознакомиться. Но в сегодняшней статье мы хотим коротко рассказать о том, как работать с 3D принтером и осветить основные пункты эксплуатации, не вдаваясь в особенности конкретных моделей. Эти правила касаются настольных устройств для FDM 3D печати и применимы ко всем стандартным принтерам данного класса.

Наши советы пригодятся как начинающим пользователям 3D принтеров, так и желающим приобрести данный девайс в будущем. Для общего развития статья будет полезной всем, кто интересуется трехмерными технологиями и принципом работы аппаратного обеспечения для 3Д печати. А тем, кто только приобрел собственный прибор быстрого прототипирования, рекомендуем ознакомиться с правилами для более быстрого освоения нового устройства и во избежание возникновения проблем при запуске объекта в печать. Итак, перейдем к делу.

Подготовка 3D принтера к работе

В первую очередь следует убедиться в работоспособности 3D принтера. Что проверить:

• Нанесена ли подложка для печати. Нужно позаботиться о покрытии стола материалом, улучшающим прилипание изделий и облегчающим их удаление с платформы. Это может быть малярный скотч, каптон, либо специализированные покрытия типа BuildTak. Предварительно стол нужно качественно очистить.
  
  
• Установлен ли вообще стол:) Иногда случается, что рабочая платформа не подключена, либо отсутствует. В этом случае необходимо установить стол согласно инструкции пользователя.
  
• Проходимость экструдера. Остатки застывшего пластика в сопле принтера могут создавать препятствие для прохождения нового полимера. Потому перед началом печати лучше убедиться в чистоте экструдера и прочистить его в случае необходимости.
  
• Заправлен ли филамент. Хотя этот пункт и очевиден, не стоит его игнорировать. Убедитесь, что нужный вам 3D пластик заправлен в принтер по всем правилам, иначе о какой печати может идти речь 🙂
  
  И, само собой, проверьте подачу электропитания. При желании, на данном этапе можно поставить устройство на преднагрев. Это не обязательно, но позволит ускорить процесс запуска в печать.

Подготовка 3D модели

Теперь, когда 3D принтер точно готов к процессу печати, пора подготовить 3D модель. Интересуясь, как работать с 3D принтером, этот пункт игнорировать нельзя. Модель в формате STL необходимо залить в программу-слайсер, генерирующую управляющий код для принтера. Существуют различные версии слайсеров (Cura ,slic3r, KISSlicer), причем некоторые принтеры по умолчанию поддерживают работу с определенными программами.

В нашем случае используется слайсер Cura. После загрузки модели проверяем ее готовность к 3D печати. Наличие любых ошибок и неточностей сразу отразится в программе, что потребует исправления 3D модели согласно правилам 3Д-моделирования для печати.

Если же с цифровой версией создаваемого изделия все в порядке, выставляем настройки печати. Помните, что грамотные действия на данном этапе отразятся на качестве 3D-печатного образца. Следует проконтролировать такие настройки:

Проделав эти несложные действия 3D модель можно слайсить и записывать на флешку. Дальше все совсем просто: подключаем флешку к принтеру, и запускаем изделие в печать.

Важно проконтролировать воспроизведение первого слоя, ведь от него часто зависит весь последующий процесс печати.

Как работать с 3D принтером: финал

Если проблем избежать не удалось, можно попробовать перезапустить печать объекта. Часто это помогает. Если же перезапуск не сработал – потребуется перезаписать модель, возможно, изменив настройки.

На этом перечень основных этапов запуска изделия в печать завершен. Теперь вы знаете, как работать с 3D принтером и при случае будете ориентироваться в базовых принципах управления этим устройством. Не забывайте, что в нашем магазине представлен широкий выбор 3D принтеров, пластика и смол для 3D печати, так что вы непременно найдете именно то, что нужно. Надеемся, наша статья была полезной для вас! А если какой-то пункт остался непонятным, или вы хотите получить больше информации – обращайтесь к нам по одному из контактных телефонов, либо по электронной почте.

Вернуться на главную

Как работать с 3D принтером? Программы для 3D печати

Программы для 3D печати

Для того чтобы влиться в 3D технологии и научиться управлять 3D принтером, необходимо освоить некоторые программы для 3D печати. Сюда следует отнести и специализированное ПО, и приложения для 3D моделирования. В сегодняшней статье мы рассмотрим все категории и определим, какие программы для 3D печати лучше применять. Итак, что вам понадобится:

• Программы для 3D моделирования. Здесь проектируются 3D модели, которые в дальнейшем будут воспроизведены на 3Д принтере;
• Программы для исправления погрешностей в цифровых моделях;
• Программы-слайсеры. Они переводят 3D модели в управляющий код для 3Д принтера.

Теперь приступим к описанию каждой категории и приведем короткий перечень наиболее применяемых приложений.

Программы для 3D моделирования

Программы для 3D печати можно разделить на несколько ветвей, одна из которых – программы для 3D моделирования. Без них в работе не обойтись, ведь именно здесь создаются объемные цифровые фигурки требуемых изделий. Построить 3Д модель можно двумя способами: с помощью 3D сканера или вручную. А вот список популярного ПО для разработки и редактирования цифровых моделей:

• Autodesk 3Ds Max. Один из наиболее популярных и функциональных 3D редакторов. Подходит для создания любых объектов, но органические элементы в этой программе лучше не проектировать. Излюбленный инструмент дизайнеров со всего мира, 3Ds Max сложен в освоении, но привлекает наличием бесплатной лицензии. Как плюс – большое количество обучающих уроков на просторах сети. Минус – программа не подходит для подготовки к 3Д печати, созданные 3D модели лучше дорабатывать в другом ПО;
• Blender. Программа, которая постепенно набирает заслуженную популярность. Многофункциональна, удобна и проста в использовании;
• SolidWorks. Программа для твердотельного 3D моделирования. Объекты, созданные в ней, идеально походят для 3Д печати. Кроме того, она позволяет создавать детализированные и подробные объемные чертежи, что делает ее оптимальным выбором для инженеров. Обучающий материал для SolidWorks также несложно найти в интернете;
• Autodesk 123D Design. Еще один продукт от компании Autodesk. Программа весьма функциональна имеет приятный интерфейс. Ее вполне справедливо можно назвать лучшим трехмерным редактором для новичков. Она проста и удобна в освоении. Единственный недостаток заключается в отсутствии обучающих уроков и русскоязычных форумов.

Программы для 3D принтера

Теперь перечислим программы для 3D принтера. Сюда мы отнесем и программы слайсеры, и редакторы поврежденных моделей. Такие программы для 3D печати позволяют подготовить к воспроизведению слишком большую или «битую» 3Д модель, а затем сгенерировать управляющий код для 3D принтера.

Если модель слишком большая, в Autodesk 123D Make ее можно «разрезать» на несколько частей. После фактического воспроизведения на 3D принтере они соединяются.

Также продукт NetFabb от Autodesk выручает при необходимости отредактировать поврежденную 3Д модель. Для этого ее нужно лишь загрузить в приложение и выбрать режим исправления.

Другие вопросы и ответы о 3D принтерах и 3D печати:

Программы для работы с 3D принтером

Программы для работы с 3D принтером – это ПО-слайсер, необходимое для перевода 3D-модели в g-code для принтера. Здесь генерируется алгоритм работы, благодаря которому устройство понимает, как ему вести себя в печати. Существуют различные версии с разным, но в целом сходным функционалом. Перечислим такие программы для 3D печати:

• Универсальная, бесплатная и функциональная программа-слайсер. Радует большим количеством опций и скоростью работы;
• Доступен как в платном, так и в бесплатном варианте. Также очень популярный и функциональный слайсер. Известен хорошо проработанным меню генерации поддерживающих структур;
• Простая и удобная программа, особенно порадует новичков в 3D-печати. Из приятного стоит отметить бесплатный доступ и постоянную оптимизацию ПО;
• Makerbot desktop. Сопровождает оборудование одноименной фирмы. Неплохой и функциональный слайсер, недостаток которого в недостаточной гибкости настроек. Оно и понятно, эта программа «заточена» под родные 3D принтеры.

Это были основные программы для 3D печати, которые пригодятся вам на всех этапах работы с 3Д принтером. Если у Вас имеются дополнительные вопросы, которые мы не затронули, пишите нам на электронную почту и мы, в случае необходимости, добавим и Ваши вопросы! С уважением, коллектив компании 3DDevice.

Наши услуги

Также приглашаем вас в наш интернет-магазин, где размещены самые различные товары – 3D-ручки, 3D-принтеры и 3D-сканеры, расходные материалы и запчасти. Помимо этого предлагаем такие услуги:

По всем вопросам звоните по телефонам, или пишите на электронную почту, которые указаны в разделе «Наши контакты». Мы работаем со всеми городами Украины, а в Киеве, Чернигове и Харькове действуют постоянные представительства, где есть возможность оценить работу оборудования, приобрести его, заказать предоставляемые услуги или получить консультацию. Обращайтесь, будем рады сотрудничеству!

Вернуться на главную

инструкция как работать с нуля для новичков и чайников, как выглядит

Трехмерная печать стала все чаще внедряться в нашу повседневную жизнь. Благодаря новым технологиям появилась возможность без особого труда напечатать от маленькой детали до крупного здания. Радует и ассортимент продукции — сегодня можно встретить модельный ряд, включающий как доступные по цене устройства, так и более дорогостоящие. Но как работать с  3D-принтером ? Этот вполне нормальный вопрос возникнет у любого новичка, именно по этой причине постараемся на него ответить максимально просто и доступно.

Что такое 3D-принтер и как он работает?

3D-устройство состоит из самого принтера и компьютера, который управляет всеми процессами. Принцип работы подобной конструкции состоит в создании 3D-моделей путем наложения слоев жидкого материала. Существует большое количество моделей принтеров — от больших промышленных до компактных, но у всех них один принцип работы и составные детали:

• Экструдер — печатная головка, через которую проходит нить. Головка разогревает нить до полужидкого состояния и равномерно подает материал на рабочую поверхность.
• Рабочая поверхность — платформа для печати, на которой формируется 3D-модель.
• Двигатели — механизмы, отвечающие за точность движения и скорость печати.
• Датчики — электронные устройства, которые ограничивают подвижные детали по заданным координатам.
• Рама — конструкция, соединяющая все детали принтера.

Принцип работы 3D-принтера: особенности

Работа с целью построения трехмерной модели начинается с построения эскиза, который создается в специальной программе. После чего ПО самостоятельно формирует план движения печатной головки и последовательность печати. 3D-модель воспроизводится путем сильного нагрева пластика и его равномерного распределения.

3D-принтер применяют во многих сферах. Перечислим некоторые из них:

• Архитектура — создание макетов зданий.
• Медицина — зубное протезирование, изготовление макетов органов для изучения.
• Строительство — изготовление домов по технологии 3D-печати.
• Образование — наглядное пособие для изучения трехмерной печати.
• Автомобилестроение — создание деталей тюнинга, макета прототипов и других изделий.

Это незначительный список отраслей, где активно применяется 3D-печать. Сегодня принтер может себе позволить практически каждый предприниматель и просто увлекающийся человек.

По особенности конструкции выделяют следующие принтеры:

• RepRap — самовоспроизводящие принтеры, способные создавать собственные копии.
• DIY-kit — аппарат приходит в разобранном виде с инструкцией, на сборку которого потребуется достаточное количество времени.
• Готовые — модели доставляются в собранном виде и уже готовые к эксплуатации.
• Коммерческие и промышленные — устройства, способные печатать металлом, бетоном, полимерами и другими материалами.

Как пользоваться 3D-принтером: советы новичкам, с чего начать

Овладеть техникой трехмерной печати — дело несложное, если следовать рекомендациям и советам. Специально для тех, кто планирует постичь азы 3D-моделирования, был подготовлен актуальный список вопросов и подробных ответов на них.

Установка принтера

Для начала вам потребуется аккуратно распаковать коробку и удалить все ограничители. Следующий этап — установление принтера на поверхности при помощи строительного уровня. Это позволит разместить устройство максимально ровно, что обеспечит более качественную печать.

На заметку. В комплект некоторых моделей 3D-принтеров входит уровень для установки.

Далее вам потребуется подключить принтер к компьютеру и установить необходимые драйверы. Диск с программным обеспечением идет в комплекте с 3D-устройством.

Подготовка к работе

Для начала работы необходимо сделать калибровку рабочей поверхности — без этого печать качественных изделий невозможна. Подобный процесс осуществляется автоматически или вручную. В приложенной инструкции есть подробная информация о том, как выполнить калибровку в ручном режиме.

Проверка проходимости экструдера

Следующий важный шаг — настройка экструдера. В первую очередь, вам потребуется проверить его сопло. Если принтером уже пользовались, следует очистить сопло от застывших частиц, которые будут мешать проходимости материала.

Заправка 3D-принтера

После того как экструдер освобожден от застывших элементов, наступает следующий этап — заправка принтера. Нить заправляется в экструдер напрямую с катушки. Но есть один нюанс — для этого необходимо сначала его прогреть. Для заправки нити придется приложить небольшие усилия с целью ослабить прижимной механизм.

Работа с моделями

Создавать модели можно в разных программах, предназначенных для трехмерного моделирования. Процесс изготовления трехмерных деталей — творческий, требующий тщательной подготовки. Чем качественнее и детальнее прорисовать модель, тем лучше на выходе будет 3D-макет.

Начало печати

После создания модели в программе и подготовке принтера к работе необходимо отправить файл на печать и ждать получившийся результат. Скорость печати зависит от модели принтера и его технических характеристик, а также от используемого материала.

Обработка готового изделия

3D-изделия, полученные в результате печати на принтере, обычно не радуют пользователя идеальным внешним видом: детали имеют неровную поверхность. Но это характерно для моделей 3D-принтеров на FDM, SLA- и DLP-устройства отличает более высокое качество печати. Владельцам принтеров FDM отчаиваться не стоит — простая обработка изделий придаст изделиям привлекательный внешний вид и сделает поверхность гладкой.

Несколько действенных способов для последующей обработки напечатанных 3D-деталей:

• Механический — осуществляется методом ошкуривания поверхности наждачной бумагой или специальной губкой для шлифовки.
• Химический — обработка поверхности агрессивными растворителями, такими как ацетон и дихлорэтан.
• Смешанный — в этом случае используются два вышеперечисленных способа обработки.

Какие могут быть ошибки и как их избежать?

Технологию 3D-печати под силу освоить даже новичку, но, несмотря на это, изготовление первых изделий вызывает у пользователя волнение. Простая эксплуатация, подробные инструкции и рекомендации в интернете позволят каждому человеку разобраться практически с любой моделью принтера. Но есть несколько полезных лайфхаков, знание которых поможет избежать типичных ошибок новичков:

• Откалибруйте и протестируйте 3D-принтер перед началом работы.
• Следите за правильным расширением файла для качественной печати.
• Не вынимайте готовое изделие из принтера сразу после его обработки: это может нанести вред детали и спровоцировать появление дефектов.
• При возникновении ошибок в процессе 3D-печати попробуйте перезапустить устройство – чаще всего это помогает.
• Если перезагрузка принтера все же не помогла, попробуйте изменить настройки или введите модель заново.
• При сборке устройств для трехмерной печати четко следуйте приложенной инструкции.
• Используйте только подходящие материалы для вашего 3D-принтера.
• Подписывайтесь на полезные каналы по теме трехмерной печати и читайте статьи.

Следование вышеперечисленным советам позволит вам настроить 3D-принтер, подготовить к его работе и, самое главное, — напечатать первые трехмерные изделия. Выбирайте модель в соответствии с бюджетом и возможностями, а освоить основы 3D-моделирования и получить первые детали будет несложно, если следовать инструкции и рекомендациям.

3D-принтер: что это и как он работает? | GeekBrains

Описание возможностей 3д принтера и история его появления.

https://gbcdn.mrgcdn.ru/uploads/post/1999/og_image/501bb6c82a53bb3bc2a0fee73b0c9e9e.png

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома. 

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно.

 

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию — предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками. 

Первый 3D-принтер. Источник: habr

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать тестового образца почки. Источник: BBC

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина.

 

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

• экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей; 
• рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
• линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
• фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
• рама — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D-принтера. Источник: Lostprinters

Все это управляется компьютером.

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком. 

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу: его создают на компьютере в специальной программе, затем сохраняют в формате STL. Этот файл выводят в программу резки для принтера — она помогает задать модели физические свойства изделия, например плотность. Далее программа преобразует модель в инструкцию для экструдера и выгружает ее на принтер, который начинает печатать изделие.

3D-чертеж легко сделать в домашних условиях — почитайте инструкцию на habr. 

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

1. Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
2. Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать. 
3. Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
4. Наблюдать за печатью.

Можно ли применять напечатанные изделия

Зависит от качества материала, принтера и конечного изделия. Часто домашние принтеры неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нужно дополнительно обработать: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами и почти всегда с ребристой поверхностью. 

Изделие после и до обработки. Источник: 3D-Today

Для обработки поверхности есть несколько способов — не все подходят для домашнего применения:

• механическая обработка — шлифовка вручную, срезание заусенцев;
• химическая — погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение спецраствора кисточкой. 

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel. 

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Прототипы детских протезов, 3D-печать. Источник: 3D-Pulse

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

Одно из победивших блюд шеф-повара. Источник: 3D-Pulse

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Технологии 3D-печати 

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины. 

Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.

Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения. 

Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении. 

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.

Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

На атлете — кроссовки New Balance, которые изготовили с помощью лазерного спекания. Источник: 3D-Today

Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.

Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие. 

Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли. 

Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems. 

Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.

Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома. 

Эти конфеты сделали на кондитерском струйном 3D-принтере ChefJet: вместо пластика он использует воду, сахар, шоколад и пищевые красители. Источник: 3Dcream.ru

Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани. 

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере. 

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет. 

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит. 

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования». 

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.

Как работает 3D принтер и что такое 3D печать

В наш век, век развития технологий, практически все знают или хотя бы слышали о 3D. В основном, люди связывают данную технологию с кинематографом, мультипликацией или фото, однако, все чаще в различных новостях появляется информация о 3D печати.

Что из себя представляют 3D принтеры, как они осуществляют печать и какие возможности в различных сферах науки и творчества сулят нам в будущем, об этом и поведает данная статья.

История появления 3D печати

Хотя 3D печать и начала распространяться относительно недавно, сама технология была зарождена относительно давно. В середине восьмидесятых годов прошлого века, а если быть более точным, то в 1984 году, корпорация «Charles Hull» создала методику трёхмерной печати для воссоздания объектов с применением цифровых данных, а уже в 1986 году, назвала и запатентовала свое изобретение. Техника получила название – стерео литография.

В том же году был сделан первый индустриальный 3D принтер. Спустя время, разрабатывать данную технологию продолжила уже «3D Systems», создавшая в 1988 году принтер для печатания в 3D формате, уже в бытовых условиях. Данная разработка получила название – SLA – 250.



В 1988 году, корпорация «Scott Grump» создала технологию моделировки плавлеными осадкообразованиями, после чего в развитии данной сферы наступил незначительный спад. Однако, спустя три года, а именно в 1991 году, корпорация «Helisys» создает и запускает в широкое производство технологию, способную производить многослойные объекты, а уже спустя год, в 1992 году, корпорация «DTM» демонстрирует миру первую на планете методику избирательной лазерной спайки.

Еще через год, на рынке появляется компания, под названием «Solidscape», начавшая серийный выпуск струйных принтеров, способных создавать детали небольшого размера с четкой поверхностью, при достаточно незначительных затратах.

В тоже время Massachusetts Institute of Technology оформляет патент на трехмерную печать, напоминающую струйную методику, стандартных 2D принтеров. Однако, безусловно, прорыв в развитии данного направления произошел уже в начале нашего века.

В 2005 году миру был представлен первый в истории 3D принтер, который мог создавать цветные объекты. Им оказался принтер Spectrum Z510, от компании «Z Corp». Уже в 2007 году был создан принтер, который мог печатать половину собственных деталей.



Из года в год, возможности и сферы использования 3D принтеров и 3D печати, начали увеличиваться в разы. На сегодняшний день на подобном оборудовании можно воссоздать практически все, от игрушек и мебели, до внутренних органов человека.

Так что же это — печать на 3D принтере?

Конечно же, принцип работы столь высокотехнологичного изобретения достаточно сложен, однако, мы попытаемся объяснить, чтобы это было понятно обывателю. И так, 3D печать – это создание настоящего объекта, по разработанному на компьютере 3D образцу. После того, как объект воссоздан на компьютере, его трехмерная модель сохраняется в STL файле, а затем, 3D принтер, на который вывели файл, необходимый для распечатки, создает натуральный объект.

Процесс печати представляет из себя череду воспроизводящихся действий, связанных с построением 3D моделей, при помощи нанесения на рабочий стол (элеватор) устройства, прослойки материалов, передвижением рабочего стола ниже, к уровню уде созданного слоя и снятием с рабочей поверхности остатков сырья.

Циклы постоянно повторяются: материал накладывается слоем на слой, элеватор опускается каждый раз до того времени, пока на рабочей поверхности не появится изделие в своем окончательном виде.

Принцип работы 3D принтера?

Использование 3D печати – значительная альтернатива классическим методикам создания прототипов и производству, осуществляющему выпуск небольшими партиями. 3D-принтер, отличается от обычного тем, что он создает физические трехмерные объекты.



На сегодняшний день, подобное оборудование способно применять в качестве рабочего материала, фотополимерные смолы, разнообразные виды пластиковых нитей, порошки из керамики и глинометалл.

Что это — 3d принтер?

В работу трехмерного принтера вложен принцип послойного формирования твердого объекта, который «выводится» из конкретного материала (об этом вы узнаете в дальнейшем). Привилегиями данного метода, в сравнении с вариантом создания объекта в ручную, является внушительная скорость, легкость и незначительная стоимость.

К примеру, для формирования трехмерного объекта вручную, придется затратить внушительное количество времени, дни, а возможно и месяцы. Ведь в перечень работ входит не только создание, а и чертежи и схематическое построение планируемого объекта, которые, в конечном итоге, так и не дают полной картины и визуального восприятия объекта в окончательном виде.

По этой причине затраты на разработку увеличиваются, возрастает длительность времени от исполнения до серийного выпуска.

Технология печати трехмерного объекта, в свою очередь, дает возможность отказаться от ручного труда в полной мере. В результате применения 3D технологии, нет нужды в чертежах и расчетах на бумаге. Благодаря программе, модель можно будет увидеть на мониторе со всех сторон и убрать погрешности и недочеты не во время финальной стадии, как это происходит при ручном варианте, а прямо при производстве. А на всю работу будет затрачено несколько часов, что во временном эквиваленте будет быстрее в n-ое количество раз.

Также, стоит добавить, что ошибки, допускающиеся при ручной работе, исключены при применении 3D технологии.



Стоит также отметить, что имеются разнообразные технологии данной печати. Они разнятся между собой способом накладки наслоений изготавливаемого объекта. Перейдем к рассмотрению наиболее популярных из них.

Наиболее популярными являются SLS (селекционное лазерное сплетение), НРМ (накладка наслоений расплавленных материалов) и SLA (стерео литография).

Максимально используемой, в основном из-за своей внушительной скорости при создании объектов, является SLA (стерео литография).

SLA Technology

Принцип работы данной технологии таков – луч лазера посылается на фото полимер, после этого материал приобретает твердую форму.



В качестве фото-полимера применяют незамутненный материал, изменяющий форму под действием влаги.

После того, как материал стал твердым, он может быть подвержен покраске, оклейке, механизированной обработке и так далее. Элеватор размещается в сосуде с фото-полимером. После того, как сквозь полимер прошел лазер и наслоение затвердело, рабочая поверхность опускается ниже.

SLS Technology

Соединение порошковых исходных веществ, при помощи лазерного луча или SLS — единственная в своем роде 3D технология, применяющаяся при создании форм из металлического и пластмассового литья.



Пластиковые объекты имеют великолепные механические качества, из-за чего способны применятся в создании полностью работоспособных изделий. В SLS применяются вещества, очень схожие по свойствам к произведенному конечному продукту: керамика, порошковая пластмасса, сталь.

Порошковые материалы размещаются на рабочей поверхности элеватора и соединяются под действием луча лазера в затвердевший слой, подходящий габаритам модели и обуславливающий её форму.

DLP Technology

DLP – одна из новых технологий 3D печати. Стерео литографические устройства, в настоящее время, обозначаются, как противовес FDM устройствам. Устройства этого типа применяют технологию нумерационного возделывания светом. Возникает логичный вопрос, чем тогда печатают данные принтеры? Ответ прост, для создания трехмерных объектов, данная разновидность принтера применяет фотополимерные смолы и проектор DLP.

Несмотря на оригинальное название, данные аппарат практически ничем не разнится от прочих 3D принтеров. Стоит отметить, что создатели данного устройства, а именно
«QSQM Technology Corporation», уже начали серийно производить свое оборудование. Разницу в работе SLA и DLP вы можете увидеть на изображении ниже.



EBM Technology

Хотелось бы добавить, что SLS/DMLS не единственные варианты, способные создавать металлические трехмерные модели. На сегодняшний день, для воссоздания трехмерных объектов из металла, очень часто применяется электронно-лучевое плавление. Длительные испытания подтвердили, что применение проволоки из металла для плавления слоями, при создании максимально точных деталей, не слишком эффективно. В связи с этим, специалистами был создан специализированный материал, который называется металлоглина.

Глина металл, применяющаяся в виде основы, при электронно-лучевом плавлении, создается из смеси органичного клея, стружки металла и некоторого количества воды. Для преобразования данного материала в твердое состояние, необходимо нагреть его до такой температуры, при которой жидкость и клей испарятся, а стружка переплавится в монолитный объект.

Как функционирует EBM 3D принтер

Очевидно, такая же технология использовалась при работе с SLS принтерами. Однако, есть в ней существенные отличия, EBM преобразовывает для плавления металлической глины сконцентрированные электронные импульсы, а не лазер, как в случае с SLS. Стоит отметить, что преимущество данного метода заключается в том, что печать оказывается более качественная, а детали маленького размера получаются более четкими.

В настоящее время реализуются только EBM принтеры промышленных масштабов, для собственного пользования приобрести их не представляется возможным.

НРМ (FDM) HPM Technology

НРМ позволяет производить, как модели, так и законченные части из классических, конструкторских и значительно эффективных термических пластиков. Единственная в свое роде технология, применяющая термические пластики высочайшего класса, гарантирующие вне аналоговую механическую, температурную и составную крепость деталей.

Печать по данной технологии характеризуется аккуратностью, легкостью в применении и возможностью использования в офисных помещениях. Изделия из термического пластика отлично переносят внушительные температуры, механические нагрузки, попадания разного рода химических элементов, а также чрезмерно сухой или влажной внешней среде.
Растворяющиеся добавочные материалы, дают возможность изготавливать замысловатые несколько уровневые объекты, углубления и просветы, которые было затруднительно получить при помощи стандартных методик. Аппараты, работающие по НРМ, изготавливают детали послойно, разогревая материал до тягучего состояния и вытесняя его, согласно рассчитанным на компьютере порядком.

Для НРМ печати применяются два разных материала — основной, из которого состоит готовый объект и дополнительный, применяющийся для поддержки. Нити каждого материала, выдавливаются из отверстий 3D-принтера в воспроизводящую головку, которая двигается согласно заданным X и Y координатам, и наслаивает плавильный материал, образовывая текущее наслоение, до тех пор, пока фундамент объекта не опустится ниже и не начнется создание последующего слоя.

После завершения создания объекта, необходимо механически убрать дополнительный материал или растворить его при помощи моющего средства. Это финальная фаза, после данных действий изделие готово к последующей эксплуатации.

Стоит отметить, что в наше время, достаточно распространены не только настольные HPM принтеры, но и устройства позволяющие осуществлять ручную печать. Данную разновидность устройств можно назвать «ручкой» для создания 3D объектов.



«Ручки» созданы по такое же технологии, что и принтеры. Они применяют технику плавления слоями. Нить плавится внутри «ручки» до необходимого состояния и выдавливается через незначительных размеров насадку. При внушительной квалификации, можно создавать фигурки вот такого плана.

Безусловно, учитывая то, что все технологии разнятся между собой, принтеры отличаются друг от друга тоже. Принтер рассчитанный на SLA не сможет применить SLS, то есть отдельный принтер заточен под конкретную печатную технику.

3D-печать в цвете

Уникальнейшая технология, дающая возможность создавать объекты любых оттенков и цветов. Знаменательно, что придание цвета изделию, осуществляется во время его создания. Благодаря этому, получаются невероятно реалистичные конструкции. Из-за чего данная технология невероятно популярна среди дизайнеров.

Очень часто, в виде рабочего материала используется порошок, разработанный на гипсовой основе. Специальные ролики и щеточки создают незначительный по толщине расходный слой. После этого, при помощи двигающейся головки, на нужные части переносятся микроскопические капельки материала, напоминающего клей (перед началом работы, ему предают необходимый цвет). По составу, он напоминает цианокрилатный клей. Слоями формируется конечный объект необходимых цветов. Финишная отделка объекта цианокрилатом, гарантирует его блеск и крепость.

Производственные и подручные 3D-принтеры, печатающие в цвете

В наше время существуют самые разные 3D-принтеры со множеством цветов. Благодаря им, в домашних условиях, изготавливаются изделия различных цветов. Однако, основная масса подобных аппаратов предназначается для высокопрофессионального применения.

Высокопрофессиональная 3D печать в цвете производится благодаря:

1. Линейке «Zрrintеr» выпускаемой «3D Sуstems». Данный агрегат способен изготавливать внушительные по размерам изделия, различных цветов и оттенков. Оборудован он пятью картриджами и возможностью загружать рабочий материал в автоматическом режиме. Технология практически полностью автоматизирована, так что настраивание или контролирование этапов создания не обязательны. Масса подобного устройства составляет около трехсот сорока килограмм, а стоимость в пределе 89-129 тысяч долларов.





2. Мсor Iris в полном цвете. Изделия различных цветов изготавливаются методом склейки клочков бумаги. Устройство от фирмы «Мсоr Тесhnologies Ltd.» изготавливает внушительные объекты различных цветов с хорошими прочностными показателями. Количество генерируемых цветов, составляет, не много, ни мало, один миллион, цена в районе пятнадцати тысяч долларов.

Модели для домашнего применения:

1. 3D Тоuch. Устройство функционирующее по технологии FDМ. Устройство может быть оборудовано от одной до трех экструзионных головок. Использует АВS или РLА пластик. Масса около тридцати восьми килограмм, стоимость до четырех тысяч долларов.
2. ВFB 3000 РАNTHER – первый реализуемый на рынке цветной принтер. Цена на данный агрегат составляет почти две с половиной тысячи долларов. В его работе используется классическая пластиковая нить. Для использования необходима нить трех различных оттенков.
3. Наиболее бюджетная модель – РroDеsk3D. Для изготовления объектов, применяется пяти картриджная система. В качестве рабочего материала допускается РLA или АВS пластик. Устройство оборудовано автоматической настройкой. Цена две тысячи долларов. Показатели разрешения печати невнушительны, и это один из главных минусов данного бюджетного устройства.

Где применяется 3D печать

3D печать дала возможность расширять возможность различных сфер деятельности, таких как: строительство, медицина, образование, дизайн и многое другое.

В архитектурном плане, данное направление дает возможность изготавливать макеты строений в объеме, да и не только отдельные строения, но и целые районы с указанием инфраструктуры (парки, тротуары, остановки, дороги, фонари и так далее).

Плюс ко всему, из-за дешевизны применяемых материалов, себестоимость данных проектов становится гораздо ниже, чем была ранее. А почти четыреста тысяч различных оттенков и цветов, дают возможность воплощать в жизнь все имеющиеся в голове архитектора фантазии.

Благодаря развитию подобных технологий, можно смело сказать, что в ближайшем будущем постройка зданий станет куда проще. Инженерами из Соединенных Штатов Америки уже разработана новая система создания 3D объектов внушительных размеров. Она функционирует, как строительный кран, создающий стены из наслоения бетона.
Подобное устройство, может соорудить каркас двухэтажного жилого дома, менее чем за сутки.

В основном данные технологии применяются для создания элитарных изделий, предметов искусства, различных прототипов или высокоточных деталей.

В медицинской отрасли, с помощью 3D принтера, врачи уже научились создавать точную копию скелета человека и человеческую кожу, благодаря чему они смогут более тщательно усовершенствовать свое мастерство. Не так давно, ученные сделали прорыв в попытках создания внутренних органов человека. Шесть лет назад на 3D принтере удалось создать живую почку.

Популярными 3D принтеры становятся у дантистов и стоматологов. Ведь при использовании новейших технологий, процесс создания протезов ускоряется в разы, в сравнении с нынешним их изготовлением.

Невероятно, но факт, возможности, открывающиеся перед 3D печатью, не имеют границ. Они способствуют упрощению жизнедеятельности человека во всех сферах.

Устройства, которые создают пищу, протезы конечностей, внутренние органы человека, обувь – это не история из фантастической книжки, это сегодняшние реалии.

Надеемся, данная статья заинтересовала вас и стала для вас полезной. Учитесь, совершайте каждый день новые открытия и стремитесь к познаниям, ведь учение – это свет!

Как работают 3D принтеры и 3D сканеры.

Явления и вещи описанные в фантастических рассказах и романах Верна, Кларка и Азимова уже давно и прочно заняли свое место в нашем мире. Мы привыкли к сотовым телефонам, разговорам через континенты по скайпу, электромобилям, и другим казавшимся совсем недавно фантастическим вещам. Теперь мало что может по настоящему удивить нас. Однако список воплощаемых в жизнь идей фантастов расширяется с каждым днем и иногда кое-что может все-таки разорвать шаблоны нашего восприятия.

Одним из таких явлений, которое вторглось в нашу реальность являются 3D принтеры и 3D сканеры. Мне стало интересно узнать как они работают и недавно мне удалось попасть в компанию, которая занимается продажей таких аппаратов и изготовлением прототипов на 3D принтерах.
Сегодня специально для читателей сообщества kak_eto_sdelano эксклюзивный репортаж о станках будущего

Первый 3D принтер появился на свет почти 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 практически полную палитру цветов.

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, распыляется отвердитель, и так много раз. Слои настолько тонкие, что под ним видны предыдущие.

Слой за слоем повторяется операция, и дно емкости постепенно уходит вниз. Чтобы напечатать 3D модель требуется до нескольких часов, в зависимости от сложности изделия. Обратите внимание: справа в верхнем углу рукоятки с цветовыми обозначениями, это картриджи. Три основных цвета, которые смешиваясь получают нужный цвет при печати.

По окончании процесса, готовую модель осторожно извлекают из композита и помещают в эту кабинку, где при помощи воздуха из компрессора и мягких щеток, происходит очистка от порошка.

Обратите внимание на дно, весь порошок, который стряхнули с модели идет обратно в производство, то есть оно практически безотходное. Затем тут же готовую модель пропитывают специальным суперклеем, потому что она все еще хрупкая, а с нее возможно еще будут делать формы и т.п.

Вот тот самый клей.

Производитель тот же самый, что и у принтеров.

А это готовые изделия, макет будущего помещения какого-то офиса, сделан по заказу одной фирмы.

Посмотрите на детали, но это еще цветочки, дальше мы увидим еще более мелкие вещицы.

Немного о станке: этот 3D принтер был выпущен компанией Z Corporation, которая сейчас находится в составе поглотившей ее компании 3D Systems.

Новые экземпляры ничем не отличаются от этого, разве что цветом корпуса и новым названием.

Настоятельно рекомендую к просмотру эти видеоролики, в которых подробно показан процесс печати именно на этом станке.

Далее наш рассказ будет о принтерах другого типа. Принтер слева — ProJet HD 3000, работает по технологии MJM. В нем светоотверждение полимера происходит за счет ультрафиолетовой вспышки. Расплавленный горячий акриловый фотополимер (пластик) подается в печатающую головку, которая наносит его на печатающую платформу, где он засвечивается галогеновой ультрафиолетовой лампой, после чего он отвердевает, затем следующий слой и так далее.

Как наверное вы догадываетесь, при печати практически любых моделей, существует необходимость поддерживать выступающие, нависающие части выращиваемой модели и для этих целей используется простой воск, который наносится одновременно с полимером, он удаляется простым нагреванием в печи, практически не оставляя следов.

Следующая модель принтера — Ultra работает по технологии DLP.

Если не ошибаюсь на этом снимке можно видеть DLP проектор.

В этом принтере есть емкость с фотополимером, которая закрывается стеклянной крышкой. На него проектор сверху проецирует изображение. Программа переключает картинки на проекторе (срезы объекта) и по мере затвердевания модели металлическая пористая платформа постепенно опускается вниз. По мере расходования фотополимер доливается в кювету. Во время процесса печати аппарат закрывается, чтобы избежать засветки.

Если в принтере ProJet HD 3000 модель отверждается ультрафиолетовой вспышкой, то в Ultra это делает DLP проектор обычным светом.

В этом видео рассказывается именно об этом принтере.

А в этом видео можно увидеть принтер, который работает по тому же принципу, но засветка полимера происходит снизу.

Это печка, в которой плавится воск, послуживший дополнительным материалом при печати. Температуру можно видеть на дисплее.

Достанем поддон.

Готовые изделия.

Обратите внимание насколько тонкая печать.

Непрозрачный материал — воск.

Из этих деталек будут собирать машинку.

Чуть не забыл рассказать о самых распространенных и доступных 3D принтерах, с которых можно сказать и началась эра станков будущего. Этот принтер для печати использует пластик. Технология FDM (Fused Deposition Modeling) — послойная укладка горячей полимерной нити разные его виды. Самые популярный пластик — это ABS и PLA.

ABS пластик — непрозначный ударопрочный термопластический материал, используется для печати самых обычных пластиковых прототипов. В системах трехмерной печати стал популярен благодаря своей температуре стеклования – достаточно низкой для безопасной экструзии с помощью стандартных инструментов, но достаточно высокой, чтобы напечатанная модель не боялась небольшого нагрева, которому может подвергнуться в бытовых условиях.

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 выдавливает материал на движущуюся платформу.

Подобный принтер известен давно и ему на смену пришли другие аппараты, которые могут печатать сразу тремя видами пластика.

Следующий аппарат является новым поколением 3D принтеров, печатающих от катушек с пластиком. Есть три его разновидности:
— одноцветный принтер CubeX
— CubeX Duo — печатает двумя цветами
— CubeX Trio с тремя экструдерами,

Вот образцы таких изделий. Они достаточно прочные, просто так руками не поломать.

На этом видео достаточно подробно видно как работает такой принтер.

Как мне рассказали, технология 3D печати настолько продвинулась в последнее время, что существут принтеры, которые могут печатать чем угодно, начиная от шоколада, заканчивая металлом и песком!

Некоторые промышленные принтеры могут использовать сразу несколько разных видов фотополимеров в одном изделии. Фактически, это большой струйный принтер, с десятками печатающих головок подключенным к емкостям с разными материалами. В процессе печати полимер наносится на изделие и тут же засвечивается.
На этом видео к примеру, видно, что принтер печатает как пластик, так и резину.

А 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.

А 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.

Следующая часть нашего рассказа будет о 3D сканерах — инструментах, без которых невозможно было бы напечатать многие изделия. Именно они помогают сделать виртуальную модель, которая будет воплощена 3D принтером.

Различают сканеры близкого радиуса действия, (как этот на фото снизу), среднего и дальнего радиуса действия. Кстати, сканеры дальнего радиуса действия устанавливают часто на военных самолетах и беспилотниках для сканирования местности с воздуха.

Это 3D сканер отечественного производства, как мне сказали довольно неплохой.

А теперь, в качестве эксперимента сделаем виртуальную модель одного из специалистов компании. Подключаем сканер к компьютеру, включаем софт и поехали.

Проводим сканером по всей высоте фигуры на расстоянии не далее одного метра от нее.

Подиум, на котором стоит человек в это время потихоньку вращается.

Вуаля и вот фигурка человека появилась в компьютере. Почти как в фантастическом фильме «Газонокосильщик».

Лишние детали будут убраны, шероховатости откорректированы.

А это другой, подобный сканер.

Для того, чтобы сканировать объект, нужно выключить свет в помещении.

Кстати, будущая модель не должна быть глянцевой, иначе ее проблематично будет отсканировать. Эта утка уже была отсканирована, до этого она имела матовую поверхность.

Обратите внимание на несколько объективов.

Вот, что получается в итоге.

Другой вид. Поверхность модели усеяна треугольниками.

А это 3D модели разных частей машин, сделаны по заказу тюнинговых ателье.

Ателье получит свою 3D модель, дорисует навороченный бампер или еще что-то, а потом обрадует своего клиента новым обвесом.

На этом наш рассказ о технической части станков будущего подошел к концу, но не спешите закрывать окно, сейчас вы увидите все образцы изделий, напечатанных на разных 3D принтерах.
Вот такая фигурка человека получается при печати на принтере, который использует гипсовый композит.

Детализация достаточно подробная. Я видел фигурку человека, на которой были видны его татуировки.

Фигурка индуистского бога Ганеша. Пластик.

Полимер другого типа.

И конечный результат, который сделал заказчик из напечатанных прототипов.

Техническая деталь со сложной внутренней частью.

Разнообразные пластиковые кольца. 3D принтеры значительно облегчат работу ювелиров в будущем.

Храм Христа Спасителя. Модель печаталась примерно 10 часов, гипсовый композит, толщина стенок около сантиметра.

Еще один храм, может кто подскажет название?

Рука киборга, пластиковая модель.

Напечатали все детали, скрепили винтиками, и все!

Образец довольно подвижный, не хрупкий.

В витринах компании разнообразие моделей напечатанных здесь.

Некоторые изделия можно гальванизировать и использовать в таком виде.

А это фотография, естественно напечатанная принтером, и такое возможно.

Толщина гипсовой фотографии примерно 3-5 мм.

Однако, вещь, которая поразила меня больше всех вот это ситечко. Посмотрите насколько тонкая вещь, просто удивительно.

Еще раз повторюсь — все что лежит на витрине — сделано на 3D принтерах.

Ну и наконец, скоро можно забыть и о гончарном круге, с такими технологиями)

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, в ютюбе и инстаграме, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс видео о том, как это сделано, устроено и работает.

Жми на иконку и подписывайся!

— http://kak_eto_sdelano.livejournal.com/
— https://www.facebook.com/kaketosdelano/
— https://www.youtube.com/kaketosdelano
— https://vk.com/kaketosdelano
— https://ok.ru/kaketosdelano
— https://twitter.com/kaketosdelano
— https://www.instagram.com/kaketosdelano/

Официальный сайт — http://ikaketosdelano.ru/

Мой блог — http://aslan.livejournal.com
Инстаграм — https://www.instagram.com/aslanfoto/
Facebook — https://www.facebook.com/aslanfoto/
Вконтакте — https://vk.com/aslanfoto

Как работают 3D-принтеры?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 24 апреля 2021 г.

Даже лучшие художники изо всех сил пытаются показать нам, какие объекты реального мира выглядят во всей своей трехмерной (3D) красоте. Большую часть времени это не имеет значения — просмотр фотографии или эскиза дает нам хорошая идея. Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: модель, которую можно потрогать, подержать и Чувствовать.Беда только в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут создавать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). Ура, значит для 3д принтеров , которые немного работают как струйные принтеры, и создавайте 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость. Как именно они работают? Давайте внимательнее!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка принтера Invent3D, медленно создавая объект, слой за слоем, брызгая расплавленным синим пластиком из его точно движущегося сопла.Фото капрала. Джастин Апдеграфф любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.

От ручных прототипов к быстрому прототипированию

Фото: Качественный скоростной прототип космического самолета, сделанный из воска. из чертежа САПР НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Раньше были такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеены из кусочков картона или пластика.Они могли взять дней или даже недель, чтобы заработать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или дополнений было трудным и требовало много времени, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и это может оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментарии на борту в последнюю минуту: «Слишком поздно!»

С появлением более совершенных технологий, идея под названием быстрое прототипирование (RP) зародилась в 1980-х. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно за часы или дни. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование.3D печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают свои собственные быстрые прототипы, за часы, с использованием сложных машин похожи на струйные принтеры.

Как работает 3D-принтер?

Artwork: Один из первых в мире трехмерных принтеров FDM, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана. на опорной плите (темно-синий, 10), которая движется в горизонтальном (X – Y) направлениях, в то время как печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении.В качестве сырья для печати используется пластиковый стержень (желтый, 46), оплавленный печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается с помощью сжатого воздуха из большого резервуара и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним.Иллюстрация из патента США 5,121,329: Устройство и метод для создания трехмерных объектов, автор С. Скотт Крамп, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Ты бы начните с бруска из цельного дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая «спрятанный» внутри предмет. Или если вы хотели сделать модель дома по архитектурному проекту, вы бы построили это как настоящий сборный дом, наверное, вырезая миниатюрные копии стен из картона и их склейка.Теперь лазер может легко вырезать из дерева форму, и это не выходит за рамки области возможностей научить робота приклеивать картон вместе — но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер. с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою за раз из снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области методом, известным как моделирование методом сплавленного осаждения (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D CAD. втягивание в партии двухмерных, поперечных слои — эффективно разделяют 2D-отпечатки, расположенные один поверх другой, но без бумаги между ними.Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накапливаются объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и сплавляет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолета.

Q: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? A: Пластик!

Там, где струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! Вы можете моделировать пластик.3D-принтер по сути работает, выдавливая расплавленный пластик через крошечное сопло, которое он перемещает точно под компьютером контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера, то вы получаете либо потрясающе выглядящую трехмерную модель, либо множество двухмерных пластиковых линий, грубо лежащих друг на друге — как глазурь для торта с плохо нанесенным трубопроводом! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot.Вы можете увидеть маленькую катушку из сырого красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера любезно предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует множество типов пластика, все они различны как химически (по их молекулярному составу), так и физически (в их поведение по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты , (пластмассы, которые плавятся при нагревании и превращаются в твердые, когда снова охлаждают), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо ПЭТГ (полиэтиленгерефталат гликоль).

Пожалуй, наиболее знакомый материал, из которого изготавливаются кирпичи LEGO®, ABS также широко используется в интерьере автомобилей (иногда во внешних частях, таких как колпаки), для изготовления внутренних частей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (вполне вероятно, мышь и клавиатура, которые вы используете сейчас, сделаны из АБС-пластика). Так почему этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиенстирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100 ° C (220 ° F), что достаточно прохладно, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева, и достаточно горячее, чтобы модели, напечатанные с его помощью, выиграли ». тают, если их оставить на солнце.После схватывания его можно отшлифовать или покрасить; Еще одно полезное свойство ABS — это то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические вещества цвета в краске), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более экологичен, хотя он более мягкий и менее прочный. PETG — это промежуточный вариант, близкий к прочности ABS, его легко формовать и относительно легко перерабатывать.

Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и затвердевает. В июле 2011 г. исследователи из Английский университет Эксетера представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты из расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator ™ — типичный недорогой 3D-принтер своими руками. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он приходит в собранном виде в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.Фото любезно предоставлено Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. под лицензией Creative Commons.

Производители 3D-принтеров заявляют, что они в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы за часы, а не дни. Несмотря на то что 3D-принтеры высокого класса, они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а гораздо более дешевые машины также доступны (вы можете купить комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).Они также достаточно маленькие, безопасные, простые в использовании и надежны (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как проектные / инженерные школы).

С другой стороны, отделка моделей, которые они производят, обычно уступает тем, которые производятся на станках с РП более высокого класса. Выбор материалы часто ограничиваются одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере может быть лучше для предварительной визуализации новых продуктов; более сложные машины RP могут быть использованы позже в процессе, когда проекты близки к доработке и такие вещи, как точная поверхность текстуры важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос «Как много способов использовать копировальный аппарат? »Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределы — это точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно технология все еще относительно новая; даже в этом случае диапазон использования 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr благодаря галерее изображений NIH США и 3D Print Exchange.

Жизнь — это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со складками, осыпающиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания заменяющих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать.Уже у нас видел 3D-печатные уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мускулы (от Корнельского университета). 3D-принтеры имеют также использовались для производства искусственной ткани (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожа (в партнерстве косметических гиганты L’Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полностью напечатанные на 3D-принтере органы-заменители (например, сердце и печень), все быстро движется в этом направлении.Один проект, известный как Тело на чипе, управляется Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет их искусственной крови.

Помимо сменных частей тела, все чаще используется 3D-печать. используется для медицинского образования и обучения. В детском доме Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операцию на 3D-копии детских сердечек.В другом месте то же самое Техника используется для репетиции операции на головном мозге.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Разработка и испытание самолетов — дело сложное и дорогое: Boeing Внутри Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что компьютерные модели могут быть использованы для проверки многих аспектов того, как самолеты вести себя, точные прототипы еще нужно сделать для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать — простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в больших количествах, военные самолеты, скорее всего, будут сильно индивидуализированы, а 3D-печать позволяет проектировать, испытывать и производить мелкосерийные или единичные детали как быстро и экономично.

Фото: ВМС США с тех пор тестируют 3D-принтеры на кораблях. один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самодостаточным, с меньшими затратами на запасные части и материалы, особенно в военное время. Это подводное беспроводное зарядное устройство, напечатанное на 3D-принтере. типично для объектов, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера любезно предоставлено ВМС США.

Космические аппараты даже сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «производятся» в крошечных количества — иногда бывает только один.Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может многое сделать Разумнее печатать на 3D-принтере одноразовые компоненты. Но зачем вообще делать части космоса на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов) в 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные частей), вдали от Земли, когда они им нужны.Но даже обычные космические проекты, порожденные Землей, могут извлечь выгоду из скорость, простота и дешевизна 3D-печати. Последние, поддерживаемые людьми NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере, созданные с помощью Stratasys.

Фото: С запчастями и ремонтом проблем нет. 3D-принтер Lulzbot Taz 6, используемый для изготовления запасных частей на борту военного корабля США, крупным планом. Фото Кристофера А. Велойказы любезно предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое применение для 3D-печати: визуализация того, как новые дизайны будут смотреть в трех измерениях.Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что видят и трогать. Все чаще 3D-принтеры используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы (пока) не можем печатать 3D в материалах например, кирпич и бетон, существует широкий ассортимент пластмасс. доступны, и их можно раскрасить, чтобы они выглядели как реалистичные здания отделка. Точно так же 3D-печать теперь широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие повседневные вещи вылеплены из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похож на готовый продукт — идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Персонализированные товары

Современная жизнь — от пластиковых зубных щеток до фантиков. здесь-сегодня, ушел-завтра — удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят серийное массовое производство. вот почему так популярны дорогие «дизайнерские этикетки». в в будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, персонализированные продукты, изготовленные на заказ в точном соответствии с нашими требованиями Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатается на 3D-принтере.Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy воспроизвел что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам вроде Shapeways, каждый может сделать свои собственные ник-нэки на 3D-принтере для себя или для себя. продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Товары по индивидуальному заказу» — это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: еда, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию.На приготовление нужно время, умение и терпение, потому что готовится аппетитный еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большинство продуктов можно выдавливать (выдавливать через сопла), они могут (теоретически) также можно напечатать в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Scientist Laboratories в шутку напечатали какие-то странные предметы из сахар. В 2013 году New York Times обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатать всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в Он случайно натолкнулся на работу Ход Липсона из Корнельского университета, кто верит, что еда может быть когда-нибудь лично, напечатана на 3D-принтере, чтобы соответствовать точные потребности вашего организма в питании.Что аккуратно переносит нас в будущее …

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-отпечатки из любого сырья, в которое вы можете подавать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных из сахарного песка «CandyFab 4000» (взломанный старый плоттер HP) от всегда занятных людей в лабораториях злых безумных ученых. Фотография любезно предоставлена ​​Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликована на Flickr в 2007 году по лицензии Creative Commons License.

Будущее 3D-печати

Многие люди верят, что 3D-печать возвещает не только о приливной волне дерзких пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой он управляет.Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяет нам делать наши собственные вещи, есть ограничить то, что вы можете достичь самостоятельно с помощью дешевого принтера и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды могут быть получены тогда, когда 3D-печать повсеместно принята крупными компаниями в качестве центрального столп обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей настройки существующих продуктов, поэтому доступность серийного массового производства будет в сочетании с привлекательностью одноразового ремесла, сделанного на заказ.Во-вторых, 3D-печать — это, по сути, роботизированная технология, поэтому она будет снизить стоимость производства до такой степени, что опять же, экономически выгодно производить товары в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время собирают дешево (плохо оплачиваемыми людьми) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для того, чтобы делать то же самое, потребуется меньше людей), снижение общие затраты на производство, что должно привести к снижению цен и больший спрос — и это всегда хорошо для потребителей, для производители и экономика.

Фотография: два вида печатающей головки (иногда называемой «головкой инструмента») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Как работают 3D-принтеры?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 24 апреля 2021 г.

Даже лучшие художники изо всех сил пытаются показать нам, какие объекты реального мира выглядят во всей своей трехмерной (3D) красоте. Большую часть времени это не имеет значения — просмотр фотографии или эскиза дает нам хорошая идея.Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: модель, которую можно потрогать, подержать и Чувствовать. Беда только в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут создавать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). Ура, значит для 3д принтеров , которые немного работают как струйные принтеры, и создавайте 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость. Как именно они работают? Давайте внимательнее!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка принтера Invent3D, медленно создавая объект, слой за слоем, брызгая расплавленным синим пластиком из его точно движущегося сопла.Фото капрала. Джастин Апдеграфф любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.

От ручных прототипов к быстрому прототипированию

Фото: Качественный скоростной прототип космического самолета, сделанный из воска. из чертежа САПР НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Раньше были такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеены из кусочков картона или пластика.Они могли взять дней или даже недель, чтобы заработать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или дополнений было трудным и требовало много времени, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и это может оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментарии на борту в последнюю минуту: «Слишком поздно!»

С появлением более совершенных технологий, идея под названием быстрое прототипирование (RP) зародилась в 1980-х. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно за часы или дни. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование.3D печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают свои собственные быстрые прототипы, за часы, с использованием сложных машин похожи на струйные принтеры.

Как работает 3D-принтер?

Artwork: Один из первых в мире трехмерных принтеров FDM, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана. на опорной плите (темно-синий, 10), которая движется в горизонтальном (X – Y) направлениях, в то время как печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении.В качестве сырья для печати используется пластиковый стержень (желтый, 46), оплавленный печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается с помощью сжатого воздуха из большого резервуара и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним.Иллюстрация из патента США 5,121,329: Устройство и метод для создания трехмерных объектов, автор С. Скотт Крамп, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Ты бы начните с бруска из цельного дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая «спрятанный» внутри предмет. Или если вы хотели сделать модель дома по архитектурному проекту, вы бы построили это как настоящий сборный дом, наверное, вырезая миниатюрные копии стен из картона и их склейка.Теперь лазер может легко вырезать из дерева форму, и это не выходит за рамки области возможностей научить робота приклеивать картон вместе — но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер. с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою за раз из снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области методом, известным как моделирование методом сплавленного осаждения (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D CAD. втягивание в партии двухмерных, поперечных слои — эффективно разделяют 2D-отпечатки, расположенные один поверх другой, но без бумаги между ними.Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накапливаются объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и сплавляет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолета.

Q: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? A: Пластик!

Там, где струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! Вы можете моделировать пластик.3D-принтер по сути работает, выдавливая расплавленный пластик через крошечное сопло, которое он перемещает точно под компьютером контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера, то вы получаете либо потрясающе выглядящую трехмерную модель, либо множество двухмерных пластиковых линий, грубо лежащих друг на друге — как глазурь для торта с плохо нанесенным трубопроводом! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot.Вы можете увидеть маленькую катушку из сырого красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера любезно предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует множество типов пластика, все они различны как химически (по их молекулярному составу), так и физически (в их поведение по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты , (пластмассы, которые плавятся при нагревании и превращаются в твердые, когда снова охлаждают), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо ПЭТГ (полиэтиленгерефталат гликоль).

Пожалуй, наиболее знакомый материал, из которого изготавливаются кирпичи LEGO®, ABS также широко используется в интерьере автомобилей (иногда во внешних частях, таких как колпаки), для изготовления внутренних частей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (вполне вероятно, мышь и клавиатура, которые вы используете сейчас, сделаны из АБС-пластика). Так почему этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиенстирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100 ° C (220 ° F), что достаточно прохладно, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева, и достаточно горячее, чтобы модели, напечатанные с его помощью, выиграли ». тают, если их оставить на солнце.После схватывания его можно отшлифовать или покрасить; Еще одно полезное свойство ABS — это то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические вещества цвета в краске), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более экологичен, хотя он более мягкий и менее прочный. PETG — это промежуточный вариант, близкий к прочности ABS, его легко формовать и относительно легко перерабатывать.

Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и затвердевает. В июле 2011 г. исследователи из Английский университет Эксетера представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты из расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator ™ — типичный недорогой 3D-принтер своими руками. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он приходит в собранном виде в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.Фото любезно предоставлено Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. под лицензией Creative Commons.

Производители 3D-принтеров заявляют, что они в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы за часы, а не дни. Несмотря на то что 3D-принтеры высокого класса, они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а гораздо более дешевые машины также доступны (вы можете купить комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).Они также достаточно маленькие, безопасные, простые в использовании и надежны (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как проектные / инженерные школы).

С другой стороны, отделка моделей, которые они производят, обычно уступает тем, которые производятся на станках с РП более высокого класса. Выбор материалы часто ограничиваются одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере может быть лучше для предварительной визуализации новых продуктов; более сложные машины RP могут быть использованы позже в процессе, когда проекты близки к доработке и такие вещи, как точная поверхность текстуры важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос «Как много способов использовать копировальный аппарат? »Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределы — это точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно технология все еще относительно новая; даже в этом случае диапазон использования 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr благодаря галерее изображений NIH США и 3D Print Exchange.

Жизнь — это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со складками, осыпающиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания заменяющих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать.Уже у нас видел 3D-печатные уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мускулы (от Корнельского университета). 3D-принтеры имеют также использовались для производства искусственной ткани (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожа (в партнерстве косметических гиганты L’Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полностью напечатанные на 3D-принтере органы-заменители (например, сердце и печень), все быстро движется в этом направлении.Один проект, известный как Тело на чипе, управляется Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет их искусственной крови.

Помимо сменных частей тела, все чаще используется 3D-печать. используется для медицинского образования и обучения. В детском доме Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операцию на 3D-копии детских сердечек.В другом месте то же самое Техника используется для репетиции операции на головном мозге.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Разработка и испытание самолетов — дело сложное и дорогое: Boeing Внутри Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что компьютерные модели могут быть использованы для проверки многих аспектов того, как самолеты вести себя, точные прототипы еще нужно сделать для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать — простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в больших количествах, военные самолеты, скорее всего, будут сильно индивидуализированы, а 3D-печать позволяет проектировать, испытывать и производить мелкосерийные или единичные детали как быстро и экономично.

Фото: ВМС США с тех пор тестируют 3D-принтеры на кораблях. один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самодостаточным, с меньшими затратами на запасные части и материалы, особенно в военное время. Это подводное беспроводное зарядное устройство, напечатанное на 3D-принтере. типично для объектов, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера любезно предоставлено ВМС США.

Космические аппараты даже сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «производятся» в крошечных количества — иногда бывает только один.Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может многое сделать Разумнее печатать на 3D-принтере одноразовые компоненты. Но зачем вообще делать части космоса на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов) в 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные частей), вдали от Земли, когда они им нужны.Но даже обычные космические проекты, порожденные Землей, могут извлечь выгоду из скорость, простота и дешевизна 3D-печати. Последние, поддерживаемые людьми NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере, созданные с помощью Stratasys.

Фото: С запчастями и ремонтом проблем нет. 3D-принтер Lulzbot Taz 6, используемый для изготовления запасных частей на борту военного корабля США, крупным планом. Фото Кристофера А. Велойказы любезно предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое применение для 3D-печати: визуализация того, как новые дизайны будут смотреть в трех измерениях.Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что видят и трогать. Все чаще 3D-принтеры используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы (пока) не можем печатать 3D в материалах например, кирпич и бетон, существует широкий ассортимент пластмасс. доступны, и их можно раскрасить, чтобы они выглядели как реалистичные здания отделка. Точно так же 3D-печать теперь широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие повседневные вещи вылеплены из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похож на готовый продукт — идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Персонализированные товары

Современная жизнь — от пластиковых зубных щеток до фантиков. здесь-сегодня, ушел-завтра — удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят серийное массовое производство. вот почему так популярны дорогие «дизайнерские этикетки». в в будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, персонализированные продукты, изготовленные на заказ в точном соответствии с нашими требованиями Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатается на 3D-принтере.Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy воспроизвел что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам вроде Shapeways, каждый может сделать свои собственные ник-нэки на 3D-принтере для себя или для себя. продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Товары по индивидуальному заказу» — это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: еда, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию.На приготовление нужно время, умение и терпение, потому что готовится аппетитный еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большинство продуктов можно выдавливать (выдавливать через сопла), они могут (теоретически) также можно напечатать в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Scientist Laboratories в шутку напечатали какие-то странные предметы из сахар. В 2013 году New York Times обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатать всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в Он случайно натолкнулся на работу Ход Липсона из Корнельского университета, кто верит, что еда может быть когда-нибудь лично, напечатана на 3D-принтере, чтобы соответствовать точные потребности вашего организма в питании.Что аккуратно переносит нас в будущее …

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-отпечатки из любого сырья, в которое вы можете подавать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных из сахарного песка «CandyFab 4000» (взломанный старый плоттер HP) от всегда занятных людей в лабораториях злых безумных ученых. Фотография любезно предоставлена ​​Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликована на Flickr в 2007 году по лицензии Creative Commons License.

Будущее 3D-печати

Многие люди верят, что 3D-печать возвещает не только о приливной волне дерзких пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой он управляет.Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяет нам делать наши собственные вещи, есть ограничить то, что вы можете достичь самостоятельно с помощью дешевого принтера и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды могут быть получены тогда, когда 3D-печать повсеместно принята крупными компаниями в качестве центрального столп обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей настройки существующих продуктов, поэтому доступность серийного массового производства будет в сочетании с привлекательностью одноразового ремесла, сделанного на заказ.Во-вторых, 3D-печать — это, по сути, роботизированная технология, поэтому она будет снизить стоимость производства до такой степени, что опять же, экономически выгодно производить товары в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время собирают дешево (плохо оплачиваемыми людьми) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для того, чтобы делать то же самое, потребуется меньше людей), снижение общие затраты на производство, что должно привести к снижению цен и больший спрос — и это всегда хорошо для потребителей, для производители и экономика.

Фотография: два вида печатающей головки (иногда называемой «головкой инструмента») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Как работают 3D-принтеры?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 24 апреля 2021 г.

Даже лучшие художники изо всех сил пытаются показать нам, какие объекты реального мира выглядят во всей своей трехмерной (3D) красоте. Большую часть времени это не имеет значения — просмотр фотографии или эскиза дает нам хорошая идея.Но если вы занимаетесь разработкой новых продукты, и вам нужно показать их клиентам или покупателям, ничто не сравнится с прототипом: модель, которую можно потрогать, подержать и Чувствовать. Беда только в том, что на изготовление моделей вручную уходит много времени. машины, которые могут создавать «быстрые прототипы», стоят целое состояние (до полмиллиона долларов). Ура, значит для 3д принтеров , которые немного работают как струйные принтеры, и создавайте 3D-модели слой за слоем до 10 раз скорость и пятая стоимость. Как именно они работают? Давайте внимательнее!

Фото: 3D-печать в действии: это печатающая головка принтера Invent3D, медленно создавая объект, слой за слоем, брызгая расплавленным синим пластиком из его точно движущегося сопла.Фото капрала. Джастин Апдеграфф любезно предоставлен Корпусом морской пехоты США.

От ручных прототипов к быстрому прототипированию

Фото: Качественный скоростной прототип космического самолета, сделанный из воска. из чертежа САПР НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC).

Раньше были такие вещи, как автоматизированное проектирование (САПР) и лазеры, модели и прототипы были кропотливо вырезаны из дерева или склеены из кусочков картона или пластика.Они могли взять дней или даже недель, чтобы заработать и обычно стоит целое состояние. Получающий внесение изменений или дополнений было трудным и требовало много времени, особенно если использовалась сторонняя модельная компания, и это может оттолкнуть дизайнеров от внесения улучшений или принятия комментарии на борту в последнюю минуту: «Слишком поздно!»

С появлением более совершенных технологий, идея под названием быстрое прототипирование (RP) зародилась в 1980-х. как решение этой проблемы: это означает разработку моделей и прототипы более автоматизированными методами, обычно за часы или дни. чем недели, на которые раньше уходило традиционное прототипирование.3D печать является логическим продолжением этой идеи, в которой дизайнеры продукта делают свои собственные быстрые прототипы, за часы, с использованием сложных машин похожи на струйные принтеры.

Как работает 3D-принтер?

Artwork: Один из первых в мире трехмерных принтеров FDM, разработан С. Скоттом Крампом в 1980-х годах. В этом дизайне модель (розовая, 40) напечатана. на опорной плите (темно-синий, 10), которая движется в горизонтальном (X – Y) направлениях, в то время как печать головка и сопло (2 и 4, оранжевые) перемещаются в вертикальном (Z) направлении.В качестве сырья для печати используется пластиковый стержень (желтый, 46), оплавленный печатающей головкой. Процесс нагрева тщательно регулируется термопара (электрический датчик тепла), подключенная к регулятору температуры (фиолетовый, 86). Стержень выдавливается с помощью сжатого воздуха из большого резервуара и компрессор справа (зеленый, 60/62). С тех пор все немного изменилось, но основной принцип (создание объекта путем плавления и осаждения пластика под трехмерным контролем) остается прежним.Иллюстрация из патента США 5,121,329: Устройство и метод для создания трехмерных объектов, автор С. Скотт Крамп, Stratasys Ltd, 9 июня 1992 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Представьте, что вы строите обычный деревянный прототип автомобиля. Ты бы начните с бруска из цельного дерева и вырежьте внутрь, как скульптор, постепенно раскрывая «спрятанный» внутри предмет. Или если вы хотели сделать модель дома по архитектурному проекту, вы бы построили это как настоящий сборный дом, наверное, вырезая миниатюрные копии стен из картона и их склейка.Теперь лазер может легко вырезать из дерева форму, и это не выходит за рамки области возможностей научить робота приклеивать картон вместе — но 3D-принтеры не работают ни одним из этих способов!

Типичный 3D-принтер очень похож на струйный принтер. с компьютера. Он создает 3D-модель по одному слою за раз из снизу вверх, путем многократной печати на одной и той же области методом, известным как моделирование методом сплавленного осаждения (FDM) . Работая полностью автоматически, принтер создает модель в течение нескольких часов, поворачивая 3D CAD. втягивание в партии двухмерных, поперечных слои — эффективно разделяют 2D-отпечатки, расположенные один поверх другой, но без бумаги между ними.Вместо того, чтобы использовать чернила, которые никогда не накапливаются объем, принтер наносит слои расплавленного пластика или порошка и сплавляет их вместе (и с существующей структурой) с помощью клея или ультрафиолета.

Q: Какие «чернила» используются в 3D-принтере? A: Пластик!

Там, где струйный принтер распыляет жидкие чернила, а лазерный принтер использует твердый порошок, 3D-принтер не использует ни того, ни другого: вы не можете построить 3D-модель, накапливая цветную воду или черную пыль! Вы можете моделировать пластик.3D-принтер по сути работает, выдавливая расплавленный пластик через крошечное сопло, которое он перемещает точно под компьютером контроль. Он печатает один слой, ждет, пока он высохнет, а затем печатает следующий слой поверх. В зависимости от качества принтера, то вы получаете либо потрясающе выглядящую трехмерную модель, либо множество двухмерных пластиковых линий, грубо лежащих друг на друге — как глазурь для торта с плохо нанесенным трубопроводом! Очевидно, что пластик, из которого печатаются модели, имеет огромное значение.

Фото: 3D-принтер Lulzbot.Вы можете увидеть маленькую катушку из сырого красного пластика. («нить»), которая подается в печатающую головку сверху. Фото Стефана Белчера любезно предоставлено ВМС США.

Когда мы говорим о пластике, мы обычно имеем в виду «пластик»: если вы прилежный переработчик, вы знаете, что существует множество типов пластика, все они различны как химически (по их молекулярному составу), так и физически (в их поведение по отношению к теплу, свету и т. д.). Неудивительно, что в 3D-принтерах используются термопласты , (пластмассы, которые плавятся при нагревании и превращаются в твердые, когда снова охлаждают), и обычно либо ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота), либо ПЭТГ (полиэтиленгерефталат гликоль).

Пожалуй, наиболее знакомый материал, из которого изготавливаются кирпичи LEGO®, ABS также широко используется в интерьере автомобилей (иногда во внешних частях, таких как колпаки), для изготовления внутренних частей холодильников и в пластиковых деталях компьютеров (вполне вероятно, мышь и клавиатура, которые вы используете сейчас, сделаны из АБС-пластика). Так почему этот материал используется для 3D-печати? На самом деле это смесь твердого и прочного пластика (акрилонитрил) с синтетическим каучуком (бутадиенстирол). Он идеально подходит для 3D-печати, потому что он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре чуть выше 100 ° C (220 ° F), что достаточно прохладно, чтобы плавиться внутри принтера без слишком сильного нагрева, и достаточно горячее, чтобы модели, напечатанные с его помощью, выиграли ». тают, если их оставить на солнце.После схватывания его можно отшлифовать или покрасить; Еще одно полезное свойство ABS — это то, что он имеет бело-желтый цвет в необработанном виде, но могут быть добавлены пигменты (химические вещества цвета в краске), чтобы придать ему практически любой цвет. В зависимости от типа принтера, который вы используете, вы подаете на него пластик в виде маленьких шариков или нитей (например, пластиковых ниток).

PLA проще в использовании, чем ABS, и немного более экологичен, хотя он более мягкий и менее прочный. PETG — это промежуточный вариант, близкий к прочности ABS, его легко формовать и относительно легко перерабатывать.

Вам не обязательно печатать в 3D с помощью пластика: теоретически вы можете печатать объекты, используя любой расплавленный материал, который достаточно быстро затвердевает и затвердевает. В июле 2011 г. исследователи из Английский университет Эксетера представил прототип пищевого принтера, который может печатать 3D-объекты из расплавленного шоколада!

Преимущества и недостатки

Фото: B9Creator ™ — типичный недорогой 3D-принтер своими руками. Первоначально он был доступен в виде комплекта по цене 2495 долларов; теперь он приходит в собранном виде в трех разных версиях по цене от 6000 до 12000 долларов.Фото любезно предоставлено Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликовано на Flickr в 2012 г. под лицензией Creative Commons.

Производители 3D-принтеров заявляют, что они в 10 раз быстрее, чем другими методами и в 5 раз дешевле, поэтому они дают большие преимущества для люди, которым нужны быстрые прототипы за часы, а не дни. Несмотря на то что 3D-принтеры высокого класса, они по-прежнему дороги (обычно около 25 000–50 000 долларов), они часть стоимости более сложных машин RP (которые входят в по цене от 100 000 до 500 000 долларов), а гораздо более дешевые машины также доступны (вы можете купить комплект 3D-принтера Tronxy примерно за 100–200 долларов).Они также достаточно маленькие, безопасные, простые в использовании и надежны (функции, которые сделали их все более популярными в таких местах, как проектные / инженерные школы).

С другой стороны, отделка моделей, которые они производят, обычно уступает тем, которые производятся на станках с РП более высокого класса. Выбор материалы часто ограничиваются одним или двумя, цвета могут быть грубыми, и текстура может не очень хорошо отражать предполагаемую отделку продукта. Как правило, модели, напечатанные на 3D-принтере может быть лучше для предварительной визуализации новых продуктов; более сложные машины RP могут быть использованы позже в процессе, когда проекты близки к доработке и такие вещи, как точная поверхность текстуры важнее.

Приложения

Для чего можно использовать 3D-принтер? Это немного похоже на вопрос «Как много способов использовать копировальный аппарат? »Теоретически единственным ограничением является ваше воображение. На практике пределы — это точность модель, с которой вы печатаете, точность вашего принтера и материалы, которыми вы печатаете. Современная 3D-печать была изобретена около 25 лет назад, но по-настоящему он начал набирать обороты только в последнее десятилетие. Довольно технология все еще относительно новая; даже в этом случае диапазон использования 3D-печати довольно удивительно.

Медицина

Фото: пластиковые сердца, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам проводить операции без риска. Модель доктора Мэтью Брамлета. Фотография, являющаяся общественным достоянием, опубликована на Flickr благодаря галерее изображений NIH США и 3D Print Exchange.

Жизнь — это путешествие в один конец; склонные к ошибкам, стареющие люди со складками, осыпающиеся тела, естественно, видят большие перспективы в технологии, которая возможность создания заменяющих частей тела и тканей. Вот почему врачи были одними из первых, кто начал изучать 3D-печать.Уже у нас видел 3D-печатные уши (от индийской компании Novabeans), руки и ноги (от Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group и Bespoke) и мускулы (от Корнельского университета). 3D-принтеры имеют также использовались для производства искусственной ткани (Organovo), клеток (Samsara Sciences) и кожа (в партнерстве косметических гиганты L’Oreal и Organovo). Хотя мы еще далеки от того, чтобы полностью напечатанные на 3D-принтере органы-заменители (например, сердце и печень), все быстро движется в этом направлении.Один проект, известный как Тело на чипе, управляется Институтом регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине, печатает миниатюрные человеческие сердца, легкие и кровеносные сосуды, помещает их на микрочип и проверяет их искусственной крови.

Помимо сменных частей тела, все чаще используется 3D-печать. используется для медицинского образования и обучения. В детском доме Никлауса Больница в Майами, Флорида, хирурги практикуют операцию на 3D-копии детских сердечек.В другом месте то же самое Техника используется для репетиции операции на головном мозге.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Разработка и испытание самолетов — дело сложное и дорогое: Boeing Внутри Dreamliner около 2,3 миллиона компонентов! Несмотря на то что компьютерные модели могут быть использованы для проверки многих аспектов того, как самолеты вести себя, точные прототипы еще нужно сделать для таких вещей, как испытания в аэродинамической трубе. А 3D-печать — простой и эффективный способ сделай это. В то время как коммерческие самолеты строятся в больших количествах, военные самолеты, скорее всего, будут сильно индивидуализированы, а 3D-печать позволяет проектировать, испытывать и производить мелкосерийные или единичные детали как быстро и экономично.

Фото: ВМС США с тех пор тестируют 3D-принтеры на кораблях. один был установлен на USS Essex в 2014 году. Теоретически бортовой принтер делает корабль более самодостаточным, с меньшими затратами на запасные части и материалы, особенно в военное время. Это подводное беспроводное зарядное устройство, напечатанное на 3D-принтере. типично для объектов, которые могут быть напечатаны во время миссии в море. Фото Девина Писнера любезно предоставлено ВМС США.

Космические аппараты даже сложнее самолетов и имеют дополнительные недостаток в том, что они «производятся» в крошечных количества — иногда бывает только один.Вместо того, чтобы идти на все расходы изготовления уникальных инструментов и производственного оборудования, он может многое сделать Разумнее печатать на 3D-принтере одноразовые компоненты. Но зачем вообще делать части космоса на Земле? Доставка сложных и тяжелых конструкций в пространство сложно, дорого и требует много времени; способность к производить вещи на Луне или на других планетах, может оказаться бесценный. Легко представить космонавтов (или даже роботов) в 3D. принтеры для производства любых предметов, которые им нужны (включая запасные частей), вдали от Земли, когда они им нужны.Но даже обычные космические проекты, порожденные Землей, могут извлечь выгоду из скорость, простота и дешевизна 3D-печати. Последние, поддерживаемые людьми NASA Rover использует детали, напечатанные на 3D-принтере, созданные с помощью Stratasys.

Фото: С запчастями и ремонтом проблем нет. 3D-принтер Lulzbot Taz 6, используемый для изготовления запасных частей на борту военного корабля США, крупным планом. Фото Кристофера А. Велойказы любезно предоставлено ВМС США.

Визуализация

Создание прототипов самолетов или космических ракет является примером гораздо более широкое применение для 3D-печати: визуализация того, как новые дизайны будут смотреть в трех измерениях.Мы можем использовать такие вещи, как виртуальная реальность для это, конечно, но люди часто предпочитают то, что видят и трогать. Все чаще 3D-принтеры используются для быстрого и точного архитектурное моделирование. Хотя мы (пока) не можем печатать 3D в материалах например, кирпич и бетон, существует широкий ассортимент пластмасс. доступны, и их можно раскрасить, чтобы они выглядели как реалистичные здания отделка. Точно так же 3D-печать теперь широко используется для прототипирование и тестирование промышленных и потребительских товаров. Поскольку многие повседневные вещи вылеплены из пластика, 3D-печатная модель может выглядеть очень похож на готовый продукт — идеально подходит для фокус-группы тестирование или исследование рынка.

Персонализированные товары

Современная жизнь — от пластиковых зубных щеток до фантиков. здесь-сегодня, ушел-завтра — удобно, недорого и одноразово. Однако не все ценят серийное массовое производство. вот почему так популярны дорогие «дизайнерские этикетки». в в будущем многие из нас смогут пользоваться преимуществами доступные, персонализированные продукты, изготовленные на заказ в точном соответствии с нашими требованиями Технические характеристики. Ювелирные изделия и модные аксессуары уже печатается на 3D-принтере.Так же, как веб-сайт Etsy создал всемирное сообщество ремесленников, поэтому Zazzy воспроизвел что с использованием технологии 3D-печати. Благодаря простым онлайн-сервисам вроде Shapeways, каждый может сделать свои собственные ник-нэки на 3D-принтере для себя или для себя. продавать другим людям без затрат и хлопот, связанных с использованием собственного 3D-принтера (даже Staples теперь предлагает услуги 3D-печати в некоторых своих магазинах).

«Товары по индивидуальному заказу» — это не просто вещи, которые мы покупаем и используем: еда, которую мы едим, тоже может попасть в эту категорию.На приготовление нужно время, умение и терпение, потому что готовится аппетитный еда выходит далеко за рамки смешивания ингредиентов и нагревания их на плите. Поскольку большинство продуктов можно выдавливать (выдавливать через сопла), они могут (теоретически) также можно напечатать в 3D. Несколько лет назад, Зло Безумный Scientist Laboratories в шутку напечатали какие-то странные предметы из сахар. В 2013 году New York Times обозреватель А.Дж. Джейкобс поставил перед собой задачу распечатать всю еду, включая тарелку и столовые приборы. в Он случайно натолкнулся на работу Ход Липсона из Корнельского университета, кто верит, что еда может быть когда-нибудь лично, напечатана на 3D-принтере, чтобы соответствовать точные потребности вашего организма в питании.Что аккуратно переносит нас в будущее …

Фото: Теоретически вы можете делать 3D-отпечатки из любого сырья, в которое вы можете подавать. ваш принтер. Вот несколько фантастических 3D-объектов, напечатанных из сахарного песка «CandyFab 4000» (взломанный старый плоттер HP) от всегда занятных людей в лабораториях злых безумных ученых. Фотография любезно предоставлена ​​Винделлом Х. Оскей, www.evilmadscientist.com, опубликована на Flickr в 2007 году по лицензии Creative Commons License.

Будущее 3D-печати

Многие люди верят, что 3D-печать возвещает не только о приливной волне дерзких пластиковых уловок, но революция в обрабатывающей промышленности и мировая экономика, которой он управляет.Хотя 3D-печать будет безусловно, позволяет нам делать наши собственные вещи, есть ограничить то, что вы можете достичь самостоятельно с помощью дешевого принтера и трубка из пластика. Реальные экономические выгоды могут быть получены тогда, когда 3D-печать повсеместно принята крупными компаниями в качестве центрального столп обрабатывающей промышленности. Во-первых, это позволит производители предлагают гораздо больше возможностей настройки существующих продуктов, поэтому доступность серийного массового производства будет в сочетании с привлекательностью одноразового ремесла, сделанного на заказ.Во-вторых, 3D-печать — это, по сути, роботизированная технология, поэтому она будет снизить стоимость производства до такой степени, что опять же, экономически выгодно производить товары в Северной Америке и Европа, которую в настоящее время собирают дешево (плохо оплачиваемыми людьми) в таких местах, как Китай и Индия. Наконец, 3D-печать повысит производительность (поскольку для того, чтобы делать то же самое, потребуется меньше людей), снижение общие затраты на производство, что должно привести к снижению цен и больший спрос — и это всегда хорошо для потребителей, для производители и экономика.

Фотография: два вида печатающей головки (иногда называемой «головкой инструмента») 3D-принтера. Фото Эшли Маклафлин любезно предоставлено Корпус морской пехоты США.

Пошаговое руководство по использованию 3D-принтера (10 советов по 3D-печати)

Вы умеете пользоваться 3D-принтерами? Можете ли вы управлять одним без проблем?

Если вы новичок в 3D-печати и все еще не знаете, как использовать 3D-принтеры для получения максимальной отдачи, то эта страница для вас!

Я помогу вам начать работу с 3D-печатью, предоставив вам пошаговое руководство.Кроме того, я оставлю советы, которые помогут вам добиться лучших результатов печати с помощью вашей 3D-печатной машины. Итак, приступим!

Как 3D-печать

Я понимаю, что уровень опыта имеет значение в том, как он или она начинают 3D-печать. Итак, этот раздел направлен на то, чтобы помочь новичкам научиться пользоваться 3d-принтером дома или в классе.

Чтобы дать обзор всего процесса, я покажу вам основы 3D-печати и как делать 3D-печать постепенно.

Пошаговая инструкция для начинающих

Этот раздел для новичков, которые не знают, как приступить к своей первой 3D-печати после получения своих 3D-принтеров.

Шаг 1 : Распаковать

Выньте принтер из коробки. Убедитесь, что вы удалили все упаковочные материалы, включая ленту и стяжки.

Шаг 2 : Подготовьте построенную пластину.

Убедитесь, что отпечаток прилипает к основанию.Вы можете использовать синий малярный скотч, лак для волос, полиимидную ленту, клей-карандаш или листы BuildTak Sheets.

Шаг 3 : Нагрейте принтер

Нагрейте ваш новый принтер и загрузите нить по вашему выбору. Для начинающих пользователей настоятельно рекомендуется использовать PLA, потому что с ним проще работать.

Вам необходимо ознакомиться со своим материалом, потому что есть нити, которым требуется особый нагрев для адгезии к основанию и сохранения в целом отличного отпечатка.

Шаг 4 : Загрузка / выгрузка пластиковой нити.

В зависимости от модели 3D-принтеров, некоторые из них предоставят вам возможность загружать и выгружать нить в меню контроллера. Просто убедитесь, что экструдер не загружен филаментом, потому что завод обычно тестирует машину, и в экструдере все еще может содержаться полоска. Если есть пластиковая нить, ее нужно удалить. Вы можете легко сделать это, нажав на спусковой рычаг или кнопку.

Когда экструдер опустеет, загрузите новую нить. Если в вашей машине есть опция загрузки нити, вы можете ее использовать.В противном случае вам придется подождать, пока экструдер нагреется, нажмите рычаг освобождения и вставьте нить в отверстие для нити.

Как только вы увидите поток нитей из сопла, тогда все готово!

Шаг 5 : Выровняйте кровать.

Выравнивание грядки — сложный процесс, требующий много времени и утомительный. Если рабочий стол не выровнен, это может привести к получению неточных отпечатков. Итак, вы должны сделать это правильно.

Второй тип очень прост в использовании.Если у вас есть первый, убедитесь, что регулировочные винты уровня станины затянуты настолько сильно, насколько могут во всех четырех углах.

После того, как платформа для печати выровнена, вам также необходимо отрегулировать высоту по оси X. Вы должны сделать это, чтобы сбалансировать поток нити и адгезию слоя.

После этого необходимо установить значение в программном обеспечении, чтобы принтер знал, какой зазор между соплом и рабочей пластиной.

Шаг 6 : все готово

На этом этапе подготовьте файл с помощью вашего любимого слайсера и сохраните файл с кодом g.

7 советов по использованию 3D-принтеров для дома и учебы

Использовать 3D-принтеры не так просто, как вы думаете. Да, есть 3D-принтеры plug and play, которые работают прямо из коробки, но вы должны проявлять мудрость, когда дело доходит до выбора машины для 3D-печати, потому что в какой-то момент вы, вероятно, столкнетесь с проблемой.

Итак, вот вам несколько советов.

1. Выберите бренд с хорошей поддержкой

В Интернете есть дешевые 3D-принтеры, но если вы собираетесь выбрать один из них, вы должны учитывать производителя и доступную поддержку.Лучше, если вы получите его у местного поставщика для более доступной поддержки.

Таким образом, если вы столкнетесь с какой-либо проблемой, вы можете легко подойти к ней и исправить ее. Не нужно отправлять его и ждать недели, чтобы починить.

2. Выровняйте платформу и установите сопло

Выравнивание станины и установка сопла улучшат качество вашей 3D-печати. Чтобы сделать это проще, вы можете использовать лист бумаги, чтобы определить расстояние между соплом и ложементом.

Когда сопло находится в чистом состоянии и на несоответствующем расстоянии от платформы, бумага будет иметь минимальное сопротивление при вытягивании. Он также без усилия вернется под сопло.

Как узнать, нужно ли выровнять грядку:

• Высота и ширина нити варьируется
• Зазоры между линиями нити накала различаются
• Нить накаливания лишь местами прилипает к строительной поверхности

Как узнать, нужно ли установить зазор сопла:

Сопло слишком высокое

• Нить не прилипает к рабочей поверхности
• Нить выходит как спагетти

Сопло слишком низкое

• Первый слой едва заметен или слишком тонкий
• Форсунка выталкивает нить в желобе, уже находящуюся на рабочей пластине
• Нить накапливается на сопле
• На рабочей плите не вытягивается нить

3.Проверить температуру сопла

Будьте осторожны с температурой сопла, потому что, если оно слишком горячее, между отдельными частями могут остаться нити накала. При создании высоких элементов высокая температура плавит более ранние слои, что может привести к деформации.

Чтобы избежать этой ошибки, включите куб размером в один сантиметр, построенный на противоположной стороне рабочей пластины. Это уберет горячее сопло с отпечатка и оставит достаточно времени для охлаждения.

4.Вооружитесь подходящими инструментами

Важно, чтобы у вас были все инструменты, необходимые для настройки машины и вашей безопасности. Итак, вооружитесь этими материалами.

Учетная карточка . Это удобно при установке уровня станины и регулировке зазора сопла.

Отвертка или шестигранный ключ . Это понадобится вам для регулировки винтов на станине.

Фрезы заподлицо . Это очень полезно для удаления поддерживающего материала и делает аккуратный и аккуратный разрез при обрезке нити перед загрузкой.

Перчатка термостойкая s. Это защитит вас при работе с горячей насадкой. Это очень важно для студентов, которые занимаются 3D-печатью в классах.

Чистая хлопчатобумажная ткань и латунная щетка . Вы будете использовать это для очистки сопла.

Суппорт . Это абсолютно необходимо, когда вы пытаетесь моделировать детали, которые должны соответствовать определенным местам, или когда вам просто нужно понять, насколько велика модель на самом деле.

Бритва или шпатель . Это очень полезно при соскабливании остатков с поверхности рабочего стола.

Мыло для посуды и чистая сухая хлопчатобумажная ткань . Это полезно для удаления пыли и грязи.

Изопропиловый спирт . Эффективно очищает рабочую поверхность, которая постоянно прикреплена к машине.

5. Найдите золотую середину температуры вашего 3D-принтера

Регулировка ложа на нужную температуру имеет решающее значение для получения наилучших результатов, потому что это помогает улучшить адгезию печати.По мере того, как машина печатает модель, каждый слой сжимается при охлаждении, и края отпечатка отодвигаются от рабочей пластины.

Кроме того, при слишком высокой температуре кровати у модели может развиться так называемая «слоновья лапа». Наблюдая это, вам следует немного снизить температуру кровати для следующего отпечатка.

6. Клей для постельного белья

Отпечаток должен прилипать к кровати во время 3D-печати. Если у вас возникли проблемы с этим, вот несколько рекомендаций в зависимости от того, какую нить вы используете.

• Клей ПВА для PLA, нейлона и ТПУ
• Лак для волос Aquanet для PLA и ABS. Это также работает для ПЭТ и ПЭТГ
.
• Blue Painter’s Tape настоятельно рекомендуется для PLA и PETG
• Kapton Tape — отличный универсальный клей для постельных принадлежностей, который отлично сочетается с лаком для волос
• PEI удерживает отпечатки, когда они горячие, и отпускает их, когда холодно. Однако PETG и TPU / TPE слишком хорошо прилипают, поэтому вам придется использовать клей-карандаш, который действует как разделительный агент между PEI и печатью.
• BuildTak универсален и отлично работает практически со всеми материалами, особенно с пластиной Flexplate, которая имеет хороший захват и легко снимается.

7. Правильно храните нить накала

Большинство нитей поглощают воду, включая АБС-пластик, нейлон и гибкие материалы. Очень важно, чтобы они были сухими, поэтому важно правильно хранить.

Когда волокна влажные, они расширяются во время экструзии, поскольку вода превращается в пар и пузырится из пластика.Нить лопается или потрескивает через сопло, вы увидите дым, если присмотритесь к нему. К сожалению, самая большая проблема в том, что он дает черновую отделку.

Итак, храните пластиковые контейнеры с влагопоглотителем между использованиями. Точно так же вы можете высушить катушку с нитью, поместив ее в духовку на несколько часов при очень низкой температуре.

Советы по безопасной 3D-печати 3D-принтеры

безопасны в использовании, но вы все равно должны соблюдать меры предосторожности.Вот несколько советов по более безопасной 3D-печати.

8. Используйте принтер в хорошо вентилируемом помещении

Где я могу использовать принтер для аддитивного производства? Нити могут быть токсичными в зависимости от материала, добавок и красителей. ABS токсичен, а PLA нет. Итак, лучше всего использовать машину только в помещении с хорошей вентиляцией, особенно если вы используете нити из АБС-пластика.

9. Отключить на время обслуживания

Ваш 3D-принтер работает на электричестве.По этой причине обязательно отключайте его от сети во время обслуживания.

10. Используйте термостойкие перчатки

Подогреваемая кровать и форсунка во время работы горячие, поэтому вы можете получить ожоги. Если вам нужно прикоснуться к чему-либо во время работы машины, убедитесь, что ваши руки прикрыты, поэтому необходимы термостойкие перчатки.

Сколько стоит использование 3D-принтера

3D-печать — это весело, но она может быть дорогостоящей в зависимости от того, что вы печатаете и какой материал используете.Чтобы помочь вам понять, во сколько вам может обойтись 3D-печать, вот разбивка.

Нить . Среди вещей, которые вы должны учитывать во время 3D-печати, — это стоимость нити. Обычно это составляет 54,2% от общей стоимости печати.

Использование электроэнергии . Каждый раз, когда вы используете свой трехмерный принтер, вы потребляете энергию. Это зависит от стоимости энергии в вашей стране.

Использование его в ночное время может стоить вам меньше, потому что в это время он не так востребован, и стоимость резко падает.Потребление электроэнергии составляет около 0,6% от общей стоимости печати.

Программное обеспечение . Вам понадобится программное обеспечение для нарезки и программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР) в процессе печати вашего файла САПР для доставки деталей, напечатанных на 3D-принтере. Программа очень полезна при создании 3D-моделей. Независимо от того, какая 3D-модель вам нужна, с помощью программного обеспечения CAD задача будет проще.

Они могут или не могут повлиять на стоимость вашей 3D-печати. Если вы приобретете сверхдорогой пакет САПР, он обязательно будет вам дорого стоить.Хорошая новость в том, что есть бесплатное программное обеспечение, которое не будет стоить вам ни цента.

Расходные материалы . Расходные материалы включают синюю ленту, тефлоновую смазку, лезвия моделирующего ножа и продукты, используемые для отделки, сухой чистки, шлифования, полировки и покраски.

Это зависит от марки, которую вы покупаете. Как правило, это сложно подсчитать, но, вероятно, это займет 1,53% от ваших общих затрат на печать.

Ремонт и модернизация . В свое время вашему 3D-принтеру может потребоваться ремонт или модернизация.Это зависит от стоимости вашего принтера, от того, как вы его используете и как часто печатаете.

Амортизация . Со временем стоимость вашего принтера снизится. Вы можете рассчитать амортизацию, исходя из предположения, что ваш 3D-принтер будет использоваться в течение 5 лет (даже если он может прослужить дольше). Затем подумайте, как часто вы его используете.

Как зарабатывать деньги на 3D-принтере 3D-принтеры

— хорошее вложение, потому что вы можете производить предметы и зарабатывать на этом деньги.Да, вы можете использовать его, предлагая услуги 3D-печати. Итак, как вы можете это сделать?

Принять проекты 3D-печати

Самый простой и практичный способ сделать это прибыльным — принять проекты 3D-печати. Есть люди, которые хотят 3D-печатные изделия или 3D-модели, но не хотят покупать машину. Итак, предложите выполнить работу и позвольте им оплатить ваши услуги.

Вы можете присоединиться к сообществам 3D-печати, чтобы найти потенциальных клиентов. Кроме того, существует множество веб-сайтов для коммерческой 3D-печати, на которых вы можете принимать заказы на 3D-печать.

Чтобы вам было удобнее, вот несколько сайтов, предлагающих эти услуги.

Создание и продажа предметов

Если вы занимаетесь бизнесом, вы можете использовать свой 3D-принтер для создания индивидуального искусства и поделок. Вы можете напечатать на 3D-принтере украшения, аксессуары, чехлы для телефонов, канцелярские товары и многое другое. Просто проявите творческий подход, когда дело доходит до предложения 3D-печатных изделий или 3D-моделей.

Услуги быстрого прототипирования

Быстрое прототипирование востребовано в архитектуре, дизайне, машиностроении и строительстве.Эти профессионалы могут попросить вас создать масштабный прототип своего дизайна для концептуальной презентации или проверить жизнеспособность конечного продукта. Итак, 3D-принтеры выгодны для этого типа услуг, потому что они используются для создания прототипов.

Многие используют технологию 3D-печати для создания прототипов, потому что она предлагает массу преимуществ, в том числе:

• Низкая стоимость
• Быстрое время выполнения заказа
• Снижает вероятность ошибки при проектировании
• Позволяет создавать прототипы большего количества вариантов одного и того же дизайна
• Позволяет создавать более сложные конечные продукты

Заключение

3D-принтеры не просты в использовании.Таким образом, вам может потребоваться время, чтобы освоиться с вашей машиной и максимально использовать ее функциональные возможности для процесса аддитивного производства. Вы также можете потратить на программное обеспечение для проектирования и нарезки 3D-модели, потому что они необходимы для процесса печати.

Хорошая вещь в 3D-принтерах заключается в том, что они могут помочь вам зарабатывать деньги, потому что их можно использовать для создания 3D-печатных объектов. Распечатать 3D-объекты легко, если вы ознакомитесь со своим устройством. Итак, примените приведенные выше советы, чтобы создавать более качественные отпечатки для потенциального бизнеса по 3D-печати, который будет обслуживать тех, кто нуждается в услугах 3D-печати.

Если вы хотите узнать больше о технологии 3D-печати, посетите нашу домашнюю страницу .

Список литературы

3dprinterchat.com/2018/01/step-by-step-guide-first-3d-printer/

all3dp.com/2/3d-print-quality-12-tips-on-how-to-improve-it/

3dprintingforbeginners.com/3d-printing-tips/

www.matterhackers.com/articles/the-top-ten-tips-for-getting-started-with-3d-printing

3dprinthq.ru / cost-running-desktop-3d-printer /

Как работают 3D-принтеры | Министерство энергетики

На этой неделе мы празднуем запуск новой серии на Energy.gov: Как работает энергия.

Три года назад печать трехмерных объектов дома могла бы звучать как вещь из The Jetsons . Но всего за несколько коротких лет 3D-печать резко выросла, превратившись из нишевой технологии в революционную инновацию, которая захватывает воображение как крупных производителей, так и любителей.

3D-печать может произвести революцию в производстве, позволяя компаниям (и частным лицам) разрабатывать и производить продукты по-новому, а также сокращать отходы материалов, экономить энергию и сокращать время, необходимое для вывода продуктов на рынок.

Что такое 3D-печать?

Технология 3D-печати, впервые изобретенная в 1980-х годах инженером и физиком Чаком Халлом, прошла долгий путь. 3D-печать, также называемая аддитивным производством, представляет собой процесс создания объекта путем нанесения материала по одному крошечному слою за раз.

Основная идея аддитивного производства может быть найдена в горных породах глубоко под землей (капающая вода откладывает тонкие слои минералов, формируя сталактиты и сталагмиты), но более современным примером является обычный настольный принтер. Подобно тому, как струйный принтер добавляет отдельные точки чернил для формирования изображения, 3D-принтер добавляет материал только там, где это необходимо, на основе цифрового файла.

Для сравнения, многие традиционные производственные процессы, которые недавно были названы «субтрактивным производством», требуют вырезания лишних материалов для изготовления желаемой детали.Результат: согласно данным Национальной лаборатории Окриджа Министерства энергетики США, субтрактивное производство может тратить до 30 фунтов материала на каждый фунт полезного материала в некоторых частях.

В некоторых процессах 3D-печати около 98 процентов сырья используется для изготовления готовой детали. Не говоря уже о том, что 3D-печать позволяет производителям создавать новые формы и более легкие детали, которые используют меньше сырья и требуют меньшего количества этапов производства. В свою очередь, это может привести к снижению энергопотребления для 3D-печати — до 50 процентов меньше энергии для определенных процессов по сравнению с традиционными производственными процессами.

Хотя возможности аддитивного производства безграничны, сегодня 3D-печать в основном используется для создания небольших, относительно дорогих компонентов с использованием пластмасс и металлических порошков. Тем не менее, поскольку цены на настольные 3D-принтеры продолжают падать, некоторые новаторы экспериментируют с различными материалами, такими как шоколад и другие продукты питания, воск, керамика и биоматериалы, подобные человеческим клеткам.

Как работает 3D-принтер?

Технологии аддитивного производства бывают разных форм и размеров, но независимо от типа 3D-принтера или материала, который вы используете, процесс 3D-печати следует одним и тем же основным этапам.

Все начинается с создания трехмерного чертежа с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (обычно называемого САПР). Создатели ограничены только своим воображением. Например, 3D-принтеры использовались для производства всего, от роботов и протезов до нестандартной обуви и музыкальных инструментов. Национальная лаборатория Ок-Ридж даже сотрудничает с компанией, чтобы создать первый автомобиль, напечатанный на 3D-принтере с использованием крупномасштабного 3D-принтера, а America Makes — президентский экспериментальный институт производственных инноваций, специализирующийся на 3D-печати — недавно объявил, что предоставляет финансирование для новый недорогой 3D-принтер по металлу.

После создания 3D-чертежа необходимо подготовить принтер. Это включает повторное наполнение сырья (например, пластмассы, металлические порошки или связующие растворы) и подготовку платформы для сборки (в некоторых случаях вам может потребоваться очистить ее или нанести клей, чтобы предотвратить движение и деформацию от тепла во время процесса печати) .

Как только вы нажмете кнопку «Печать», машина автоматически построит желаемый объект. Хотя процессы печати различаются в зависимости от типа технологии 3D-печати, экструзия материала (которая включает в себя ряд различных типов процессов, таких как моделирование методом наплавления) является наиболее распространенным процессом, используемым в настольных 3D-принтерах.

Экструзия материала работает как клеевой пистолет. Печатный материал — обычно пластиковая нить — нагревается до жидкого состояния и выдавливается через сопло для печати. Используя информацию из цифрового файла — дизайн разделен на тонкие двухмерные поперечные сечения, чтобы принтер точно знал, куда положить материал — сопло наносит полимер тонкими слоями, часто толщиной 0,1 миллиметра. Полимер быстро затвердевает, связываясь с нижележащим слоем, прежде чем платформа сборки опустится, а печатающая головка добавит еще один слой.В зависимости от размера и сложности объекта весь процесс может занять от нескольких минут до нескольких дней.

После завершения печати каждый объект требует небольшой постобработки. Это может варьироваться от отклеивания объекта от платформы сборки до удаления поддерживающих структур (временный материал, напечатанный для поддержки выступов на объекте) и удаления излишков порошка.

Типы 3D-принтеров

С годами индустрия 3D-печати резко выросла, создав новые технологии (и новый язык для описания различных процессов аддитивного производства).Чтобы упростить этот язык, ASTM International — международная организация по стандартизации — выпустила в 2012 году стандартную терминологию, в которой технологии аддитивного производства были разделены на семь широких категорий. Ниже приведены краткие сведения о различных типах 3D-печати (с экструзией материала, описанной в предыдущем разделе).

• Распыление материала : Как и в стандартном настольном принтере, при струйном принтере материал откладывается через головку струйного принтера. В этом процессе обычно используется пластик, который требует света для его затвердевания (так называемый фотополимер), но он также может печатать воски и другие материалы.Хотя с помощью струйной печати можно производить точные детали и включать несколько материалов за счет использования дополнительных сопел для струйных принтеров, машины относительно дороги, а время сборки может быть медленным.
• Распыление связующего : При распылении связующего тонкий слой порошка (это может быть что угодно, от пластика или стекла до металла или песка) катится по платформе сборки. Затем головка принтера распыляет связующий раствор (похожий на клей), чтобы соединить порошок только в местах, указанных в цифровом файле.Процесс повторяется до тех пор, пока объект не будет готов к печати, а лишний порошок, который поддерживал объект во время сборки, будет удален и сохранен для дальнейшего использования. Распыление связующего можно использовать для создания относительно больших деталей, но это может быть дорогостоящим, особенно для больших систем.
• Плавление в порошковом слое : Плавление в порошковом слое аналогично распылению связующего, за исключением того, что слои порошка соединяются вместе (плавятся или спекаются — процесс, в котором используется тепло или давление для образования твердой массы материала без его плавления) с помощью источника тепла, например лазера или электронного луча.Хотя процессы в порошковом слое позволяют производить высококачественные, прочные полимерные и твердые металлические детали, выбор сырья для этого типа аддитивного производства ограничен.
• Направленное отложение энергии : Направленное отложение энергии может иметь множество форм, но все они следуют базовому процессу. Проволока или порошковый материал наносится тонкими слоями и плавится с использованием источника высокой энергии, такого как лазер. Системы направленного осаждения энергии обычно используются для ремонта существующих деталей и изготовления очень больших деталей, но с этой технологией эти детали часто требуют более обширной постобработки.
• Ламинирование листов : Системы ламинирования листов связывают тонкие листы материала (обычно бумаги или металла) вместе с помощью клея, низкотемпературных источников тепла или других форм энергии для создания трехмерного объекта. Системы ламинирования листов позволяют производителям печатать с использованием материалов, чувствительных к нагреванию, таких как бумага и электроника, и предлагают самые низкие материальные затраты по сравнению с любым аддитивным процессом. Но этот процесс может быть немного менее точным, чем некоторые другие типы систем аддитивного производства.
• Фотополимеризация в ванне : Фотополимеризация — самый старый тип 3D-принтеров — использует жидкую смолу, которая отверждается с помощью специальных ламп для создания 3D-объекта. В зависимости от типа принтера, он использует лазер или проектор для запуска химической реакции и упрочнения тонких слоев смолы. Эти процессы позволяют создавать очень точные детали с мелкими деталями, но выбор материалов ограничен, а машины могут быть дорогими.

Создание страны производителей

Хотя 3D-печать не нова, недавние достижения в этой технологии (наряду с ростом популярности таких сайтов, как Esty и Kickstarter) вызвали возрождение творческого производства, когда любой, кто имеет доступ к принтер является производителем, и настройка продукта практически не ограничена.

3D-принтеры и другие производственные технологии превращают потребителей в творцов — или производителей вещей. Это движение, часто называемое Движением Создателей, помогает стимулировать инновации и создавать совершенно новый способ ведения бизнеса. Продукты больше не нужно производить массово — они могут изготавливаться небольшими партиями, распечатываться на месте или адаптироваться к индивидуальным потребностям.

Этот новый образ мышления проникает и в класс через доступ к 3D-принтерам.Студенты не ограничиваются придумыванием крутых, новых идей — они могут воплотить их в жизнь, и это вдохновляет их заниматься STEM (наука, технология, инженерия и математика). Чтобы познакомить студентов с аддитивным производством и его потенциалом, Министерство энергетики, Национальная лаборатория Ок-Ридж и компания America Makes пожертвовали почти 450 3D-принтеров командам, участвующим в конкурсе FIRST Robotics в этом году.

Подъем Движения Создателей, охваченный как молодыми, так и старыми, представляет огромные возможности для Соединенных Штатов.Он может создать основу для новых продуктов и процессов, которые помогут оживить американское производство. Чтобы отметить этот потенциал, президент Обама организовал в Белом доме первую ярмарку Maker Faire, которая позволила новаторам и предпринимателям всех возрастов показать, что они сделали, и поделиться тем, чему они научились.

Будущее 3D-печати

Аддитивное производство не только влияет на движение производителей, но и меняет способы ведения бизнеса компаниями и федеральными агентствами.

Компании обращаются к аддитивному производству, чтобы создавать детали, которые раньше были невозможны. Многие указывают на то, что компания GE использует 3D-принтеры для создания топливных форсунок для нового реактивного двигателя, которые прочнее и легче обычных деталей. а федеральные агентства изучают способы использования этой технологии для более эффективного выполнения своих задач.Министерство здравоохранения и социальных служб США создало биржу 3D-печати NIH, чтобы лучше делиться биомедицинскими моделями для 3D-печати среди медицинского сообщества, в то время как НАСА изучает, как 3D-печать работает в космосе.

Тем не менее, это только верхушка айсберга, когда речь идет о потенциале аддитивного производства. Для производителей аддитивное производство позволит создать широкий спектр новых продуктов, которые могут повысить конкурентоспособность отрасли, снизить энергопотребление в отрасли и способствовать развитию экономики экологически чистой энергии.

От помощи в финансировании America Makes, государственно-частного партнерства, призванного сделать США лидером в области 3D-печати, до создания производственного демонстрационного центра в лаборатории Oak Ridge Lab, Министерство энергетики предоставляет компаниям доступ к технологиям 3D-печати и обучает их. — и будущие инженеры — о возможностях технологии. Чтобы обеспечить развитие технологий, национальные лаборатории Департамента сотрудничают с промышленностью для создания новой технологии 3D-печати.Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора недавно объявила о сотрудничестве по разработке новых материалов, оборудования и программного обеспечения для 3D-печати, а Национальная лаборатория Ок-Ридж сотрудничает с целью разработки новой коммерческой системы аддитивного производства, которая в 200-500 раз быстрее и может печатать пластиковые компоненты в 10 раз больше, чем современные коммерческие 3D-принтеры.

По мере того, как цены падают, а технология становится быстрее и точнее, 3D-печать готова изменить отношение компаний и потребителей к производству — во многом так же, как первые компьютеры привели к быстрому доступу к знаниям, которые мы сейчас берем. как должное.

Чтобы узнать больше о 3D-печати Министерства энергетики, посетите веб-сайт Advanced Manufacturing Office.

3D-печать становится больше, быстрее и мощнее

Когда металлическая платформа поднимается из чана с жидкой смолой, она вытягивает из жидкости замысловатую белую форму — как восковое существо, выходящее из лагуны. По словам Чада Миркина, химика из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, эта машина является самым быстрым в мире 3D-принтером на основе смолы и может создать пластиковую структуру размером с человека за несколько часов.Машина, о которой Миркин и его коллеги сообщили в октябре прошлого года ^-1, является одним из множества научных достижений в области 3D-печати, которые расширяют перспективы технологии, которая когда-то считалась полезной в основном для изготовления небольших некачественных прототипов деталей. Мало того, что 3D-печать становится быстрее и производит более крупные продукты, ученые придумывают инновационные способы печати и создают более прочные материалы, иногда смешивая несколько материалов в одном продукте.

Фирмы, выпускающие спортивную одежду, производители авиации и космонавтики, а также производители медицинского оборудования стремятся воспользоваться этим преимуществом.«В ближайшее время вы не собираетесь сидеть дома и распечатывать то, что вы хотите отремонтировать, но крупные производственные компании действительно внедряют эту технологию», — говорит Дженнифер Льюис, материаловед из Гарвардского университета в Кембридже. , Массачусетс.

Новейшие методы могут быть прибыльными для исследователей, многие из которых, в том числе Льюис и Миркин, уже коммерциализируют свою работу. Они также очень интересны, — говорит Иэн Тодд, металлург из Университета Шеффилда, Великобритания.«Мы можем добиться от этих материалов таких характеристик, о которых мы даже не думали. Вот что по-настоящему волнует материаловеда. Это приучает людей к новому странному «.

От безделушек до продуктов

Технику 3D-печати также называют «аддитивным производством», потому что вместо измельчения или фрезерования формы из более крупного блока или литья расплавленного материала в форму, она включает строительные объекты снизу вверх. Его преимущества включают меньшее количество отходов и возможность печати нестандартных дизайнов, таких как сложные решетчатые конструкции, которые иначе создать трудно.Недорогие машины для любителей печатают, выдавливая тонкие пластиковые нити из нагретых сопел, создавая структуру слой за слоем — метод, известный как моделирование методом наплавленного осаждения (FDM). Но термин 3D-печать охватывает гораздо более широкий спектр методов. Один из старейших применяет ультрафиолетовый лазер для сканирования и отверждения (или «отверждения») светочувствительной смолы слой за слоем. Эта концепция была описана еще в 1984 году в патенте, поданном Чарльзом Халлом ² , основателем компании 3D Systems в Рок-Хилле, Южная Каролина.

В новейших технологиях, включая метод Миркина, по-прежнему используется светочувствительная смола, но они работают быстрее и масштабнее, после улучшений, о которых сообщила в 2015 году группа под руководством Джозефа ДеСимоуна, химика и материаловеда из Университета Северной Каролины в Чапелле. Высота ³ . Ранние принтеры были медленными, мелкими и склонными к созданию слоистой, несовершенной и слабой структуры. Они нашли свою нишу в быстром прототипировании, делая пластиковые детали моделей в качестве макетов для последующего производства обычными методами.По словам Тимоти Скотта, ученого-полимера из Университета Монаша в Мельбурне, Австралия, такая печать как область исследований не вызывала особого впечатления: «В основном это изготовление безделушек и безделушек. Для химика-полимера это было довольно скучно ».

В 2015 году Джозеф Дезимоун из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл представил методику ускорения 3D-печати Фото: Carbon 3D Inc.

Затем DeSimone представил способ печати на светочувствительной смоле до 100 раз быстрее, чем на обычных принтерах ³ .Он использует платформу, погруженную в чан со смолой. Цифровой проектор освещает заранее запрограммированное изображение на сцене через прозрачное окно в дне чана. Свет отверждает сразу весь слой смолы. Прогресс Дезимоуна состоял в том, чтобы сделать окно проницаемым для кислорода. Это останавливает реакцию отверждения и создает тонкий буферный слой или «мертвую зону» прямо над поверхностью окна, так что смола не прилипает к дну ванны каждый раз при печати слоя. Ступень непрерывно поднимается, протягивая готовую деталь вверх через жидкость по мере добавления новых слоев внизу.

В то время над аналогичными концепциями работали другие лаборатории, — говорит Льюис. Но, пожалуй, самым впечатляющим в смолах DeSimone было то, что они могли пройти вторую реакцию при термообработке после печати, чтобы упрочнить готовый продукт. «Это открывает гораздо более широкий спектр материалов», — говорит Льюис.

Многие исследовательские группы и фирмы с тех пор построили эту работу. Принтер Миркина накачивает слой прозрачного масла на дно чана, чтобы ингибировать реакции полимера. Это также действует как охлаждающая жидкость, удаляя тепло, которое может деформировать печатную деталь — и это означает, что оборудование не ограничивается печатью смолами, которые ингибируются кислородом.Он говорит, что принтер печатает материал в десять раз быстрее, чем у Десимоуна. А в январе прошлого года Скотт и его коллега Марк Бернс из Мичиганского университета в Анн-Арборе сообщили о принтере, который подавляет реакции, подмешивая в смолу химическое вещество, которое может быть активировано второй лампой, излучающей свет с другой длиной волны ⁴ . Изменяя соотношение силы двух источников света, исследователи могут контролировать толщину фотоингибированной зоны, позволяя создавать более сложные узоры, такие как поверхности с тиснением печати или логотипами.

Изобретения в области 3D-печати часто имеют быстрый коммерческий потенциал: некоторые исследователи начинают создавать компании до того, как опубликуют свои достижения. Например, в тот же день, когда была опубликована статья Дезимоуна, он продемонстрировал ее на выступлении TED в Ванкувере, Канада, и официально открыл свою стартап-фирму Carbon 3D в Редвуд-Сити, Калифорния, хотя он незаметно зарегистрировал компанию двумя годами ранее. . Фирма сейчас является одним из крупнейших стартапов в области 3D-печати; он уже привлек 680 миллионов долларов США в рамках публично раскрытых раундов финансирования и, как сообщается, оценивается в 2 доллара.4 миллиарда. У компании есть крупные контракты с Adidas на производство резиноподобных промежуточных подошв для спортивной обуви и с фирмой Riddell, производящей спортивное снаряжение, на производство индивидуальных прокладок для шлема для игроков в американский футбол.

Технология

Carbon 3D используется для печати обуви Adidas (слева) и набивки для шлемов для американского футбола (справа). Фото: Carbon 3D Inc.

Миркин и его коллеги Джеймс Хедрик и Дэвид Уокер также запустили стартап Azul 3D в Эванстоне, штат Иллинойс, чтобы коммерциализировать свою технику, которую они назвали HARP (высокопроизводительная быстрая печать).А Скотт и Бернс готовят коммерческий прототип принтера со своим стартапом Diplodocal из Анн-Арбора, название которого происходит от греческого слова «двойной луч».

Новые технологии печати на смоле все еще появляются. Каждый начинается с маленького вращающегося стакана с жидкой смолой. Когда стекло вращается, проектор освещает его петлей видео, которые соответствуют 2D-фрагментам желаемого объекта. В течение нескольких секунд конечный объект затвердевает внутри жидкой смолы — слои не требуются. ⁵ .Этот метод основан на рентгеновских лучах и сканировании компьютерной томографии, которые отображают поперечное сечение твердого объекта. Это обратное: поперечные сечения проецируются назад, чтобы сформировать трехмерный объект.

Проектор освещает видеопетлю на жидкой смоле, в результате чего создается сразу весь объект, а не слой за слоем Фото: UC Berkeley

Даже в этом быстро меняющемся поле эта техника заставила задуматься о том, что Льюис называет «чудовищным фактором». У него есть существенные ограничения: используемая смола должна быть прозрачной, а печатный объект должен быть достаточно маленьким, чтобы свет мог пройти через него и отвердить.Но у него также есть потенциальное преимущество: он может обрабатывать высоковязкие смолы, которые другие принтеры на основе смол с трудом всасывают через узкую мертвую зону. Это означает, что он может делать более прочные материалы и более точные отпечатки.

Этот подход вызвал значительный интерес со стороны промышленности, — говорит Кристофер Спадаччини, инженер по материалам и производству из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в Калифорнии. Спадаччини был членом команды, которая опубликовала работу в январе прошлого года ⁵ .Группа из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL) независимо разработала ту же концепцию, а также сообщила о ее демонстрации ⁶ . Спадаччини считает, что эта технология имеет огромный коммерческий потенциал, потому что она предъявляет скромные требования к оборудованию. «В конце концов, вам действительно нужен полуприличный проектор и вращающийся столик», — говорит он.

На пути к успеху

Пока химики работают над более разумными способами 3D-печати сложных смол, инженеры раздвигают границы в 3D-печати бетона, используя компьютеры и роботов для точной автоматизации процесса заливки.

Бетонный пешеходный мост, напечатанный на 3D-принтере, разработанный университетом Цинхуа Фото: Imaginechina / Shutterstock

Первый в мире бетонный пешеходный мост, напечатанный на 3D-принтере, был изготовлен исследователями из Института передовой архитектуры Каталонии в Барселоне, Испания, и установлен в парке в Алькобендасе, недалеко от Мадрида, в 2016 году. Мост длиной 12 метров имеет решетчатую конструкцию. структура, разработанная с использованием алгоритмов, которые максимизируют прочность и уменьшают количество необходимого материала.Другие команды построили аналогичные конструкции, в том числе 26-метровый мост в Шанхае, Китай, построенный инженерами Университета Цинхуа в Пекине. А команды и компании в Китае и Нидерландах имеют демонстрационные дома, напечатанные на 3D-принтере.

Однако эти структуры не создаются в одном задании печати: отдельные сегменты печатаются, а затем соединяются. Производя мосты и дома более дешево и эффективно, 3D-печать может уменьшить углеродный след бетона, но она также может просто побудить инженеров строить больше.

Развивается не только бетон: амстердамская фирма MX3D напечатала мост из нержавеющей стали. Впервые представленный публично в 2018 году, мост сейчас проходит испытания, и в нем устанавливаются датчики перед запланированной установкой над каналом Амстердама.

Вид принтера MX3D во время печати металлического моста Фото: Оливье де Грюйтер / MX3D

Калифорнийская начинающая компания Relativity Space в Лос-Анджелесе заявляет, что строит ракету, почти полностью напечатанную на 3D-принтере.Ракета предназначена для поднятия 1250 кг на низкую околоземную орбиту, и ее первый испытательный запуск намечен на 2021 год. Печатный металл не всегда обладает такими же теплоотдающими характеристиками, как непечатный металл, говорит генеральный директор Relativity Space Тим Эллис. , но в процессе печати могут быть добавлены охлаждающие каналы, геометрия которых обычно не может быть изготовлена. По словам Эллиса, поскольку ракеты используются только один или, возможно, несколько раз, они не обязательно должны быть такими же прочными в долгосрочной перспективе, как сплавы в деталях самолетов, которые должны выдерживать отказы в течение десятков тысяч циклов давления.

Металлический принтер в новой компании Relativity Space, которая планирует испытать в 2021 году в основном 3D-печатную ракету Фото: Relativity Space

Эти крупномасштабные проекты с металлической печатью созданы с использованием роботизированных манипуляторов, которые подводят тонкую металлическую проволоку к лазеру, который приваривает материал к месту. Другие известные способы печати на металле используют лазер или пучок электронов для плавления или сплавления слоя порошка в слои готового продукта. Другой метод связывает слой порошка жидким клеем, а затем спекает структуру в печи.А принтеры, разработанные за последние несколько лет, выдавливают расплавленный металл через сопла почти так же, как в FDM.

Авиационные компании, такие как Boeing, Rolls Royce и Pratt & Whitney, используют 3D-печать для изготовления металлических деталей, в основном для реактивных двигателей. Это может быть дешевле, чем фрезерование металлических блоков, а сложные компоненты часто весят меньше, чем их традиционные аналоги.

Но металлы, напечатанные на 3D-принтере, подвержены дефектам, которые могут ослабить конечный продукт. По его словам, Спадаччини и другие пытаются использовать массивы датчиков и высокоскоростные камеры, чтобы отслеживать нарушения, такие как горячие точки или напряжения, а затем вносить коррективы в реальном времени.

Многие ученые также надеются улучшить внутреннюю прочность напечатанных металлов, иногда контролируя микроструктуру материалов. Например, в октябре 2017 года группа из США сообщила, что интенсивное нагревание и быстрое охлаждение, используемые при 3D-печати нержавеющей стали, могут изменить микроструктуру металла, так что продукт станет прочнее, чем изделия, отлитые обычным способом ⁷ . А два месяца назад исследователи из Австралии и США сообщили о сплаве титан-медь с аналогичными прочностными преимуществами ⁸ .По мере затвердевания ранее напечатанные на 3D-принтере титановые сплавы имели тенденцию формировать зерна, которые росли в виде столбчатых структур. Медь помогает ускорить процесс затвердевания, в результате чего зерна становятся меньше и разрастаются во всех направлениях, укрепляя общую структуру.

Марк Истон, инженер по материалам из Университета RMIT в Мельбурне и один из руководителей работы со сплавами, уже беседовал с аэрокосмическими компаниями, заинтересованными в изучении использования этого материала.Он говорит, что его также можно использовать в медицинских имплантатах, например, для замены суставов.

Многие методы печати, которые работают с металлами, могут быть применены и к керамике, с потенциальным применением, включая изготовление зубных коронок или ортопедических имплантатов. Формы для этих объектов уже изготавливаются методом 3D-печати, а материал отлит традиционным способом. Но 3D-печать всего объекта может сэкономить время в кабинете стоматолога или хирурга.

Однако контролировать микроструктуру керамики, напечатанной на 3D-принтере, сложнее, — говорит Эдуардо Саиз, материаловед и керамист из Имперского колледжа Лондона.И почти все практические методы керамической печати включают обширное спекание после печати, которое может деформировать или деформировать деталь. «На мой взгляд, керамика сильно отстает от полимеров и металлов с точки зрения практического применения», — говорит он.

Изменения с течением времени

Будущее области также может лежать в «4D-печати» — 3D-печатных объектах, которые также обладают способностью выполнять некоторые механические действия, подобные искусственным мышцам. Часто они включают полимеры с памятью формы, материалы, которые могут реагировать на изменения в окружающей среде, такие как тепло или влажность.

В мае 2018 года исследователи из Швейцарского федерального технологического института (ETH) в Цюрихе и Калифорнийского технологического института в Пасадене сообщили о печати подводной лодки, которая продвигается вперед с помощью лопастей, которые отскакивают назад при помещении в теплую воду ⁹ . Эта работа может привести к созданию микророботов, которые смогут самостоятельно исследовать океаны. Но на данный момент лопасти необходимо переустанавливать после каждого удара. Такие устройства могут использовать аккумуляторную батарею для самопроизвольной перезагрузки, но это делает машину менее эффективной, чем та, которая изготавливается традиционным способом, — говорит Джефф Спинкс, инженер по материалам из Университета Вуллонгонга в Австралии.«С 4D-печатью все еще существуют серьезные проблемы, — говорит он.

Другой подход к устройствам с 4D-печатью включает запуск действия с изменяющимся внешним магнитным полем. Американские исследователи напечатали на 3D-принтере решетчатые структуры, заполненные жидкостью, которая изменяет жесткость в ответ на магнитное поле ¹⁰ , которое, возможно, можно было бы использовать для увеличения жесткости автомобильных сидений при ударе.

Жидкость, которая затвердевает под действием магнитного поля, впрыскивается в полые стойки и балки решетки, напечатанной на 3D-принтере.Материал может быть жестким или гибким Фото: Julie Mancini / LLNL

Другие, более пассивные потенциальные приложения для 4D-печати включают стенты, которые можно сжать для имплантации, а затем расширить при достижении желаемого места в кровеносном сосуде, чтобы поддержать его открытым. В июле прошлого года исследователи из Швейцарии и Италии описали стент с 4D-печатью, ширина которого составляет всего 50 микрометров ¹¹ , что намного меньше, чем у обычных. По словам исследователей, устройства настолько малы, что однажды их можно будет использовать для лечения осложнений у плода, таких как стриктуры мочевыводящих путей, которые иногда могут быть фатальными.

Пожалуй, самый амбициозный пример 4D-печати — это материал, который не только движется, но и остается живым. В настоящее время методы такой биопечати позволяют печатать ткани, такие как человеческая кожа, которые подходят для лабораторных исследований, а также участки ткани печени и других органов, которые были успешно имплантированы крысам. Но такие техники еще далеки от интеграции в человеческий организм. Исследователи мечтают напечатать полностью функционирующие органы, которые могли бы облегчить долгие списки ожидания доноров органов.«Лично я чувствую, что до этого еще больше десяти лет, по крайней мере, если когда-либо», — говорит Льюис.

Теперь все вместе

Многие новаторские идеи относительно движущихся или изменяющихся печатных материалов основаны на совместной печати нескольких материалов. «Это именно то, к чему мы стремимся, — говорит Скотт.

В ноябре прошлого года Льюис и ее лаборатория описали принтер, который может быстро переключаться между разными полимерными чернилами или смешивать их при печати одного объекта ¹² .Это означает, что объекты можно печатать как с гибкими, так и с жесткими частями. Льюис превратил предыдущую работу над мульти-материальными принтерами в фирму Voxel8, стартап в Сомервилле, штат Массачусетс. По словам Льюиса, ее принтер для различных материалов может помочь с спортивной одеждой, которую разрабатывает Voxel8. Носимые устройства должны быть гибкими вокруг суставов, а также иметь жесткие детали для размещения электроники. Саиз называет принтер «прекрасной работой» и с тоской добавляет: «Нет ничего подобного для керамики или металла.

А в марте 2018 года группа под руководством Джерри Ци, инженера по материалам Технологического института Джорджии в Атланте, представила принтер «четыре в одном». Он сочетает в себе сопло, которое выдавливает расплавленный полимер, с соплом, которое печатает светочувствительную смолу, готовую к отверждению ультрафиолетовыми лампами или лазером, и двумя соплами, которые печатают провода и схемы из крошечных точек металла ¹³ . Печатающие головки работают вместе, образуя интегрированные устройства со схемами, встроенными в жесткую плату или внутри гибкого полимерного корпуса.Ци говорит, что его группа теперь сотрудничает с электронными компаниями, заинтересованными в печати прототипов печатных плат быстрее, чем традиционные методы.

Это было не так просто, как соединить четыре разных принтера на одной платформе: исследователям также нужно было разработать программное обеспечение, которое позволило бы каждой печатающей головке взаимодействовать с другими и отслеживать прогресс.

Эта область все еще далека от первых идей по внедрению массового производства в дома людей. На данный момент сложные принтеры слишком дороги, чтобы их привлекали неспециалисты.Но за последние 20 лет 3D-печать прошла долгий путь. Тодд вспоминает, как люди посещали его лабораторию в начале 2000-х, чтобы увидеть его технику сплавления частиц металлической пыли вместе для выращивания деталей. По сравнению с обычными фрезерными станками и системами резки металла в соседних лабораториях, его машины для 3D-печати поразили посетителей своей полной диковинкой. «Это было похоже на собаку, играющую на пианино в баре», — вспоминает он. Сейчас для многих фирм этот трюк стал стандартной практикой.

Что такое 3D-печать? — 3D-печать @ Pendergrass

Что такое 3D-печать?
3D-печать — это метод создания физических трехмерных объектов с помощью аддитивного, а не восстановительного процесса.В отличие от использования твердого блока материала и удаления всего ненужного материала до тех пор, пока не будет создан желаемый объект, 3D-печать создает объекты путем связывания материала для печати по одному слою за раз.

Как это работает?
3D-принтеры работают с использованием файлов 3D-дизайна, например, созданных в AutoCAD или аналогичных приложениях. Эти файлы обрабатываются специализированным программным обеспечением, которое разбивает данные на поперечные сечения. Принтер использует эти данные для создания желаемого объекта снизу вверх по одному слою за раз.В принтерах Пендерграсса используется процесс моделирования методом наплавленного осаждения (FDM), в котором термопласты используются в форме нити. Эта нить подается в сопло, которое нагревает пластик до точки плавления, а затем выдавливает материал на строительную поверхность в соответствии с инструкциями из данных САПР.

Все рабочие станции в компьютерной лаборатории Pendergrass Library имеют AutoCAD, но есть альтернативные приложения для 3D-моделирования, доступные бесплатно. Эти альтернативы можно найти по адресу:

https: // tinkercad.com /
http://www.sketchup.com/

Дополнительную информацию о приложениях для 3D-печати и моделирования см. В наших ссылках для 3D-печати.

Нажмите ниже, чтобы получить информацию о наших 3D-принтерах:
uPrint SE Plus
LulzBot Taz 6

Почему 3D-печать? Почему это используется? Какая цель?
3D-печать позволяет дизайнерам быстро превращать свои идеи в модели, которые затем можно наблюдать на предмет формы, соответствия и функциональности.

Часто бывает более продуктивно передать кому-нибудь модель проекта, чтобы донести вашу идею, а не рисунок или объяснение.

Если вы разрабатываете новый продукт, вы можете использовать 3D-принтер, чтобы воспользоваться преимуществами процесса, называемого быстрым прототипированием. Быстрое прототипирование позволяет дизайнерам создавать столько различных итераций объекта, сколько необходимо, чтобы получить правильные размеры и форму перед тем, как перейти к полноценному производству. Полное производство объекта обычно включает в себя дорогостоящий процесс создания штампов и инструментов или использование таких производственных процессов, как фрезерование, ковка и / или литье.