Привычную, добрую 2D-печать все знают, лазерные и струйные принтеры – незаменимые помощники в каждом офисе.
3D-печать уже достаточно известна и широко применяется – от печатания кровеносных сосудов до полноценных жилых домов.
2,5D-печать – технология еще новая. Позволяет напечатать любую поверхность – можно имитировать дерево, кожу, камень, керамику, ткани и другие материалы.
4D- печать – совсем новая технология – печатает предметы, которые умеют менять свои характеристики с течением времени.
Процесс начинается с нуля и постепенно, последовательным добавлением слоев (т. е. аддитивно), «выращивается» будущее изделие. Отходов при этом мало или вообще нет.
В настоящее время количество технологий объемной печати превысило десяток (фотополимеризация, лазерное спекание, электронно-лучевая плавка и др.).
Самой первой была стереолитография SLA (Stereolithography), разработанная в 1984-м и запатентованная в 1986-м году американцем Чарльзом Халлом (Charles W. Hull).
Он разработал первый промышленный станок для 3D печати и основал компанию 3D Systems, которая сегодня является ведущим производителем 3D-принтеров и материалов к ним.
В те времена еще не было термина 3D печать. Тогда использовали слово «прототипирование». Термин «3D-печать» был придуман студентами Массачусетского технологического института в 1995 году. Краткое и емкое название прижилось.
Исходные материалы для 3D-печати могут быть самые разные: металл, пластик, керамика, стекло, фотополимеры, специальный воск, шоколад, пищевые продукты, а также материалы для медицинских имплантов, зубных слепков и протезов. Возможна и комбинация разных материалов.
Аддитивные технологии нашли своё применение в автомобилестроении, авиационной промышленности, изготовлении бытовой техники, одежды и даже выращивании искусственных органов.
Тонкие листы материала раскраиваются лазерным лучом или специальным лезвием, а потом тем или иным способом соединяются между собой. Для создания 3D-моделей может использоваться не только пластик, но даже бумага, керамика или металл.
Для изготовления очередного слоя термопластичный материал нагревается в печатающей головке до полужидкого состояния и выдавливается в виде нити через сопло с отверстием малого диаметра, оседая на поверхности рабочего стола или на предыдущем слое, соединяясь с ним. Головка перемещается в горизонтальной плоскости и постепенно «рисует» нужный слой.
Парящая, извилистая шляпка, вдохновленная одной из самых известных культовых кривых High Line и жилым комплексом 520 West 28th, недавно была представлена студией Zaha Hadid Architects (ZHA) для показа мод в Нью-Йорке.
Прорыв 2014 года: частные компании в США и Китае создали оборудование, соединив экструзию и метод многоструйного моделирования. Появились 3D принтеры для печати бетоном.
Бетон наносится слоями. Горизонтальный армопояс устанавливается между слоями, вертикальный – после затвердевания состава. Арматура фиксируется и заливается бетоном. Существуют принтеры, которые вначале распыляют полиуретан, формируя «камеру», а затем заливают бетон внутрь.
Дом с межкомнатными перегородками, дверными и оконными проемами, разводкой под прокладку инженерных коммуникаций можно напечатать за 24 часа.
«Чернилами» для 3D строительства могут служить бетон, пескобетон, гипс, смесь со стеклянным волокном, с фиброволоконом, с пластификатором, с добавлением диатомитовых шариков для шероховатости.
В ОАЭ осуществляется проект Mars Science City. Перед тем, как отправиться осваивать Марс, учатся строить на земле – постройки возводят с помощью 3D принтера - из песка.
Технология 2,5D-печати позволяет имитировать дерево, кожу, камень, керамику, ткани и другие материалы при помощи специальных веществ. 2,5D-принтер придумали в компании Casio. Название технологии – Mofrel.
Инновация делает возможным придание разных текстур каким-либо поверхностям. Можно имитировать дерево, кожу, камень, керамику, ткани и другие материалы при помощи специальных веществ и «цифровых слоев». Сбывшаяся мечта всех дизайнеров!
Кроме того, закончив формирование конечного объекта, принтер красит его, используя для этого 16 млн оттенков цветов.
Весь процесс занимает 3–5 минут для одной стороны «цифрового листа» размером А4. Каждый лист стоит примерно $10. Это гораздо дороже, чем печать на обычном цветном принтере. Зато намного дешевле, чем производство прототипа из настоящих материалов.
Технология наверняка изменит промышленный дизайн. На сегодняшний день 2,5D-принтер Mofrel стоит около $44 тысяч.
Технология 4D-печати, впервые испытанная в январе 2016 года учеными из Гарварда, создает предметы, которые меняют свои характеристики с течением времени при определенных условиях.
Это мир вещей, изменяющих свою форму и поведение. Это – будущее.
Главное – композитные материалы, которые изменяются под воздействием воды, тепла, света, механического влияния, а также могут быть запрограммированы на определенные действия.
Сам объект точно так же, как и при 3D-печати, создаётся слой за слоем. Самое интересное происходит потом, когда готовый предмет начинает меняться.
Недавно в BMW представили, как будут выглядеть автомобили будущего. Кузов автомобиля состоит из подвижных треугольных секций, распечатанных на 4D-принтере. Во время поворота треугольные секции растягиваются, и шины не трутся об арки. Сегодня эта функция достигается гораздо большим количеством деталей.
Примером послужили растения, которые меняют форму, реагируя на окружающую среду.
Можно менять не только форму, но и свойства - например, электропроводность или биосовместимость.
Исследователи из лаборатории Self-Assembly Lab Массачусетского технологического института разработали 2D-шаблон, который при погружении в воду складывается в куб.
Лаборатория создала много разнообразных изделий, способных самостоятельно принимать нужную форму или самособираться. Есть шнурки, которые сами себя зашнуруют и предметы мебели, которые самостоятельно раскладываются.
Исследователи из Университета Колорадо разработали методику 4D-печати, включив полимерные волокна с «эффектом памяти формы». Например, солнечные батареи способные сворачиваться и разворачиваться для транспортировки, автомобильные покрытия могут адаптироваться к дороге, военная форма меняет тип камуфляжа или эффективнее защищает от газа или осколков.
Предметы могут восстанавливаться после деформаций. Например, ученые напечатали мягкий манипулятор, который в свободном состоянии закрыт. С его помощью ученые смогли успешно захватывать небольшие предметы.
Технологию можно адаптировать для реального применения — к примеру, создать капсулы, высвобождающие вещества при повышении температуры тела.
Можно создавать искусственные органы, которые умеют приспосабливаться к особенностям человеческого тела и менять свою форму в зависимости от ситуации.