Печать на три д принтере – развитие в 2020 году

  • автор:

Печать на три д принтере развивается во многих отраслях человеческой деятельности.

Статья Криса Pollette и Стефани Кроуфорд

Содержание скрыть

Что такое печать на три д принтере

Что такое печать на три д принтере?

Печать на три д принтере не так давно казалась новой идеей. Вы говорите, что собираетесь печатать что-то со своего компьютера. Но большинство людей все еще думают о двухмерной печати. Т.е. нанесении тонера или чернил на лист бумаги.

Теперь многие люди очень хорошо знают, о чем вы говорите. А 3D-принтеры стали достаточно доступными. Они начали появляться в домах, производственных помещениях и классных комнатах.

Печать на три д принтере использует семейство производственных технологий. Они называются аддитивным производством (AM-по английски). AM — это средство создания объекта путем добавления материала к объекту слой за слоем. AM — текущая терминология, установленная ASTM International (Американское общество по испытаниям и материалам).

На протяжении всей своей истории аддитивное производство носило разные названия. В этой статье используется термин 3D печать, потому что он более известен. Хотя, скорее, 3д печать — один из видов аддитивного производства.

Вы можете увидеть некоторые из основных принципов AM, например, в пещерах. В течение тысячелетий капающая вода создает слои и слои минеральных отложений. В результате они накапливаются с образованием сталагмитов и сталактитов.

Но, в отличии от этих естественных образований, трехмерная печать намного быстрее. И следует заранее определенному плану, обеспечиваемому программным обеспечением. Компьютер предписывает 3D принтеру добавлять новый и новый слой.

Аддитивное производство и печать на три д принтере, в частности, продолжает расти. Печать на три д принтере возникла как способ создания быстрых прототипов. Но теперь является средством создания продуктов для различных областей промышленности. Например, печать на три д принтере также переходит в искусство и моду.

В этой статье рассматривается широкий спектр 3D печати. От его истории и технологий до широкого спектра использования. Например, печать ваших собственных 3D моделей дома. Давайте посмотрим, как началась трехмерная печать и как она развивается сегодня.

Печать на три д принтере — история

Самое раннее использование в быстром прототипировании (rapid prototyping — RP) в 1980-х — 1990-х годах. Прототипы позволяют производителям не только более тщательно изучить дизайн объекта. Но даже позволяют проверить его перед изготовлением готового продукта.

RP позволяет производителям производить эти прототипы гораздо быстрее, чем раньше. Часто в течение нескольких дней после разработки проекта. Но иногда и часов.

В RP дизайнеры создают модели с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР). А затем машины следуют этой программной модели. Чтобы определить, как построить объект. Процесс создания этого объекта путем «печати» его поперечных срезов слой за слоем стал известен как 3D печать.

Самое раннее развитие технологий 3D печати произошло в Массачусетском технологическом институте (MIT). А также в компании под названием 3D Systems. В начале 1990-х годов MIT разработал процедуру под торговой маркой 3D Printing. Ее официально назвали 3DP.

По состоянию на сентябрь 2019 года MIT предоставил лицензии шести компаниям на использование 3DP в своих продуктах.

Компания 3D Systems базируется в Рок-Хилле, штат Южная Каролина. С момента своего основания в 1986 году стала пионером. Она использовала различные подходы к трехмерной печати. ​

Она даже стала торговой маркой некоторых своих технологий. Таких как стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS). Каждая из них описана далее в этой статье. MIT и 3D Systems остаются лидерами в области 3D печати. Но и другие компании также представили инновационные продукты на профессиональном рынке. Опираясь на эти технологии AM.

Печать на три д принтере — от прототипирования к производству

Сегодня некоторые из тех же технологий RP используются для создания готовых изделий. Печать на три д принтере продолжает совершенствоваться различными способами.

Это касается мельчайших деталей, которые машина может печатать. Но также количества времени, необходимого для очистки и отделки объекта после печати.

Процессы ускоряются, материалы и оборудование дешевеют. Например, можно использовать больше материалов, включая металлы и керамику. Печатные машины теперь варьируются. От размеров крупных до размера микроволновой печи.

У вас появилась некоторая справочная информация о вопросе. Давайте рассмотрим некоторые технологии 3D печати.

Печать на три д принтере — прямая и переплетная 3D печать

Печать на три д принтере - прямая и переплетная 3D печать

3D печать переплета от HOWSTUFFWORKS.COM

Одним из подходов к 3D печати является прямая 3D печать. Прямая печать на три д принтере использует струйную технологию, которая доступна для 2D печати с 1960-х годов. Сопла в трехмерном принтере перемещаются вперед и назад, распределяя жидкость. Как и в двухмерном струйном принтере.

Однако, в отличие от 2D печати, сопла или поверхность печати перемещаются вверх и вниз. Поэтому несколько слоев материала могут покрывать одну и ту же поверхность.

Кроме того, эти принтеры не используют чернила. Они распределяют густые воски и полимерные материалы. Которые затвердевают, образуя каждое новое поперечное сечение прочного трехмерного объекта.

Быстрое прототипирование (RP) стало основным фактором роста прямой 3D печати. В 1994 году ModelMaker, станок производства компании Solidscape, стал первой коммерчески успешной технологией, применившей струйный подход к RP.

Последовали другие коммерческие продукты RP. Например, современные передовые продукты быстрого прототипирования используют такие технологии, как многоструйное моделирование (MJM). Оно позволяет быстро создавать восковые прототипы с одновременной работой десятков форсунок.

Печать на три д принтере на связующем использует струйные сопла для нанесения жидкости и формирования каждого нового слоя. Как и прямая трехмерная печать на три д принтере. Но, в отличие от прямой печати, для печати на связующем материале используются два отдельных материала. Они образуют каждый печатный слой.

3D принтеры обычно делают два прохода, чтобы сформировать каждый слой. Первый проход раскатывает тонкое покрытие порошка. А второй проход использует сопла для нанесения связующего вещества. Затем строительная платформа слегка опускается, чтобы вместить новый слой порошка. В результате процесс повторяется до тех пор, пока модель не будет завершена.

Процесс MIT 3DP, упомянутый ранее, использует этот подход связывания. MIT лицензирует компании для разработки продуктов, использующих 3DP. Но для квалификации компания должна использовать какую-то уникальную комбинацию порошковых и связующих материалов.

Трехмерная печать на связующем имеет несколько преимуществ по сравнению с прямой 3д печатью. Во-первых, это происходит быстрее, чем прямая печать. Потому что через сопла наносится меньше материала. Другое преимущество? Вы можете использовать в процессе более широкий спектр цветов и материалов. Например, металлы и керамику.

Печать на три д принтере — моделирование методом наплавки (FDM)

Моделирование методом наплавки (FDM) — это метод аддитивного производства. Он похож, хотя и не идентичен, прямой 3D печати. Процесс FDM зарегистрирован торговой маркой Stratasys Inc. Он включает впрыск расплавленного пластика в плотно упакованные линии с использованием очень маленьких форсунок. FDM может создавать объекты с деталями размером всего в миллиметр.

Фотополимеризация

— это технология трехмерной печати. При ней капли жидкого пластика подвергаются воздействию лазерного луча ультрафиолетового света. Во время этого воздействия свет превращает жидкость в твердое вещество.

В 2000-х годах Пьемонтский центр передового производства (PTCAM) был партнером школ и предприятий, которые организовали практическое обучение навыкам металлообработки в Северной Каролине.

Некоторые из тренингов PT CAM включали стереолитографический аппарат (SLA) от 3D Systems. SLA использует фотополимеризацию. Направляя лазер через ванну из жидкого пластика (фотополимера). SLA повторяет этот процесс слой за слоем, пока печать не будет завершена. Как и в случае струйной трехмерной печати.

Печать на три д принтере — селективное лазерное спекание (SLS)

Спекание

Это еще одна технология аддитивного производства. Она включает плавление и сплавление частиц для печати каждого последующего поперечного сечения объекта.

Селективное лазерное спекание (SLS) — это одна из форм спекания, используемая в трехмерной печати. SLS использует лазер для расплавления огнестойкого пластикового порошка. Который затем затвердевает с образованием печатного слоя. Это похоже на механизм двухмерных принтеров. В результате они расплавляют тонер так, что он прилипает к бумаге.

Спекание, естественно, совместимо с металлическими предметами. Потому что для производства металла часто требуется определенный тип плавления. Одним из примеров использования металла является LaserForm A6 от 3D Systems.

Объекты, созданные с помощью LaserForm A6, имеют ряд преимуществ перед металлическими изделиями. Которые изготовлены другими способами, такими как литье под давлением. Одним из самых больших преимуществ является высокий уровень точности SLS.

Далее давайте рассмотрим общий процесс печати трехмерных объектов. Он применяется независимо от того, какой подход вы используете.

Печать на три д принтере — процесс

Общий процесс печати в целом одинаков. Независимо от того, какой подход использует печать на три д принтере. Есть книга «Технологии аддитивного производства: быстрое создание прототипа для прямого цифрового производства». Авторы Ян Гибсон, Дэвид В. Розен и Брент Стакер перечисляют следующие семь шагов в общем процессе AM:

Шаг 1: Создание трехмерной модели с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР)

Программное обеспечение может дать некоторую подсказку относительно структурной целостности. Которую можно ожидать и в готовом продукте. Используя научные данные об определенных материалах для создания виртуальной симуляции поведения объекта при определенных условиях.

Шаг 2: Преобразование чертежа САПР в формат STL

STL является аббревиатурой от стандартного языка тесселяции. Он является форматом файла, разработанным 3D Systems в 1987 году для использования его аппаратами стереолитографического устройства (SLA).

Большинство 3D-принтеров могут использовать файлы STL. Они применяются в дополнение к некоторым проприетарным типам файлов. Таким как ZPR от Z Corporation и ObjDF от Objet Geometries.

Шаг 3: Манипуляция файлами STL

Пользователь копирует файл STL на компьютер, который управляет 3D принтером. Там пользователь может указать размер и ориентацию для печати. Это похоже на способ настройки двумерной распечатки для двусторонней альбомной или книжной ориентации.

Шаг 4: Настройка устройства

У каждого устройства есть свои требования к подготовке нового задания на печать. Например, заправку полимеров, связующих веществ и других расходных материалов. Которые будут использоваться принтером.

Он также включает добавление лотка, служащего основой. Или добавление материала для создания временных водорастворимых опор.

Шаг 5: Сборка — пусть машина сделает свое дело

Процесс сборки в основном автоматический. Каждый слой обычно имеет толщину около 0,1 мм. Хотя он может быть намного тоньше или толще.

Этот процесс может занять несколько часов или даже дней. Например, это зависит от размера объекта, машины и используемых материалов. Обязательно периодически проверяйте машину, чтобы убедиться в отсутствии ошибок.

Шаг 6: Удаление

Удалите напечатанный объект (или несколько объектов в некоторых случаях) из машины. Обязательно примите все меры предосторожности, чтобы избежать травм. Например, наденьте перчатки, чтобы защитить себя от горячих поверхностей или токсичных химикатов.

Шаг 7: Постобработка

Многим 3D принтерам потребуется некоторая постобработка для напечатанного объекта. Это может включать в себя удаление остатков порошка. Или «купание» отпечатанного предмета для удаления водорастворимых подложек.

Новый отпечаток может быть слабым на этом этапе. Поскольку некоторым материалам требуется время для отверждения. В результате может потребоваться осторожность, чтобы он не сломался и не распался.

Печать на три д принтере в промышленности

Лоран Бернадак играет на скрипке с трехмерной печатью во время NAMM Show 2017 в Анахайме, штат Калифорния. ДЖЕССИ ГРАНТ/GETTY изображения для NAMM

Печать на три д принтере в промышленности

Повышение доступности решений для трехмерной печати сделало печать на три д принтере привлекательной для людей во многих отраслях. Например, в автомобильной промышленности. Там уже много лет используется технология 3D печати. Например, для быстрого создания прототипов новых конструкций автозапчастей.

Медики охотно приняли печать на три д принтере для ряда применений. Таких как печать на три д принтере в протезировании. Традиционное профессиональное протезирование может быть дорогим. Но 3D принтер может сделать протез всего за 50 долларов.

Точно так же Военный медицинский центр им. Уолтера Рида использовал 3д печать для производства моделей. В результате хирурги могут использовать их в качестве руководства в хирургии. Несколько профессиональных производителей продают машины для стоматологов.

Инженеры в аэрокосмической промышленности используют печать на три д принтере. Чтобы помочь протестировать и улучшить ее конструкции. А также показать, насколько хорошо они работают.

Исследовательская компания EADS имеет еще более смелые амбиции для 3D печати. Она самостоятельно изготавливает детали для самолетов. Включая целое крыло для большого самолета. Исследователи EADS считают это «зеленой (экологичной) технологией». Полагая, что крылья с трехмерной печатью уменьшат вес самолета. И, следовательно, уменьшат расход топлива.

Это может сократить выбросы углекислого газа. А авиакомпания в течение года выручит около 3000 долларов.

«Эстетическая» печать на три д принтере

Печать на три д принтере также имеет некоторые интересные эстетические заявления. Дизайнеры и художники творчески используют его для производства предметов искусства, моды и мебели.

Художник-график Торольф Сауерманн создал красочные геометрические скульптуры с использованием 3D печати.

Freedom of Creation (FOC), компания из Нидерландов, продала трехмерную печатную продукцию. Она изготовлена из спеченного лазером полиамида. Включая освещение с замысловатыми геометрическими узорами. А также конструкции одежды, состоящие из переплетенных пластиковых колец, напоминающих кольчугу. У FOC также есть ряд корпоративных клиентов, пользующихся услугами дизайна и печати. В том числе Philips, Nokia, Nike, Asics и Hyundai.

Более вкусное применение технологии 3D печати происходит из шоколадной промышленности. Там разработаны машины, создающие уникальные кондитерские изделия.

Хотя 3D-принтеры пока в основном непригодны для массового производства. Они могут создавать объекты, разработанные в качестве прототипов. Или в качестве уникальных индивидуализированных продуктов.

Ищете что-то более пикантное? Вы можете использовать печать на три д принтере для приготовления разных видов продуктов. Это должно быть что-то, что вы можете использовать для приготовления пюре. Но вы можете также делать гамбургеры с 3D печатью. Стоит отметить: у печатной пищи текстура отличается от традиционной.

Печать на три д принтере — дорого?

Исторически сложилось так, что 3D печать была дорогой технологией. SLA PTCAM, описанный ранее в статье, стоил более 250 000 долларов. Жидкий пластик стоил около 800 долларов за галлон.

Но организации, которые владеют этим типом оборудования, могут продавать стереолитографические услуги другим лицам. Или разрешать компаниям арендовать оборудование.

Сегодня многие крупные промышленные машины AM по-прежнему дороги. Хотя и дешевле, чем раньше. Например, в сентябре 2019 года 3D Systems ProJet CPX 3000MJP 3600 продавалась менее чем за 100 000 долларов США. Она могла производить модели с высоким разрешением до 298 мм на 185 мм на 203 мм.

Помимо цены, есть и другие недостатки 3D принтеров. Они используют много энергии. Примерно в 100 раз больше электрической энергии, чем обычное производство. Исследователи также обнаружили, что они могут выделять много канцерогенных частиц и летучих органических соединений. Особенно при использовании в небольших помещениях, таких как дома.

Пластик, используемый для большинства трехмерных проектов, также имеет свои проблемы. Пластиковые остатки от трехмерных проектов, скорее всего, окажутся на свалках. В результате будут способствовать кризису экологии Земли с помощью одноразового пластика.

Дальнейшая прочность пластика варьируется. Она может быть не самой лучшей для всех составных частей проекта. 3D принтеры также работают медленно. В результате печать проекта может занять несколько дней или часов.

Вполне вероятно, что многие из этих проблем будут исправлены с течением времени. По мере совершенствования технологии. Но другие проблемы могут сохраняться.

Например, люди уже изготавливали оружие с использованием 3D-принтеров. Есть пример одного человека, которому ранее было отказано в разрешении на оружие. Но можно ли предпринять шаги, чтобы запретить людям использовать 3D-принтеры для изготовления оружия, ножей и другого оружия?

Существует также обеспокоенность по поводу нарушения авторских прав. Люди могут заполучить чертежи и распечатать объект. А не покупать его у патентобладателя или правообладателя. В результате владельцу патента может быть трудно отследить такого человека.

3D печать дома

3D принтеры появляются в домах, библиотеках, школах и мастерских. Хотя это все еще не является обычным делом.

Цены на эти машины также снизились по мере развития технологии. Например, по состоянию на 2019 год MakerBot Replicator Mini+ стоит 1299 долларов США. Компания продает небольшие катушки с материалом PLA в 12 стандартных цветах. Начиная с 18 долларов, и в ограниченном количестве за дополнительную плату. Например, светящиеся в темноте.

Вы не хотите тратить деньги на машину для домашнего использования? Вы всегда можете создать ее самостоятельно. Например, физик и блогер Уиндел Оскай в 2007 году создал свой собственный 3D принтер. Он изготавливает объекты из сахара, используя метод спекания.

У проекта, который называется CandyFab, есть специальный веб-сайт CandyFab.org. Хотя проект закрыли, вы все равно можете прочитать об этом.

Для более профессионального подхода вы можете приобрести услуги 3D печати. Эти сервисы позволяют отправлять ваши собственные файлы САПР. Взамен возвращают высококачественную продукцию ваших объектов.

Онлайн-компании, которые предлагают услуги 3D печати, растут как грибы. На этих сайтах также можно настроить интернет-магазин. Это позволит вам зарабатывать деньги, когда другие покупают 3D-принты вашего дизайна.

3D печать продолжает улучшаться, поскольку ее стоимость снижается. Возможно, в будущем эти машины станут обычным инструментом. Например, они будут использоваться для устранения повседневных проблем. Таких как распечатка школьных проектов. Или распечатка нового ключа дома. Вместо того, чтобы отправляться в хозяйственный магазин для замены.

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook