Приветствую, с вами Лука светлов. И сегодня пришла очередь рассказать вам про 3д печать.
3D-печать так же известная как аддитивное производство, по сути это конструирование трёхмерного объекта на основе цифровой 3-д модели или модели CAD. В современном сознании в основном ассоциируется с нанесением расплавленного полимера слой за слоем и затвердеванием при остывании. Но на самом деле материалы и процесс могут отличаться.
Истоки.
В 1945 году был опубликован фантастический рассказ "Things Pass By" Мюррея Лейнстера, где он описал общую идею и механики 3д печати.
"Я загружаю магнетронный пластик — материал, из которого в наши дни изготавливают дома и корабли, — в этот движущийся манипулятор. Он рисует в воздухе рисунки, которые затем сканирует с помощью фотоэлементов. Но пластик выходит из конца манипулятора и затвердевает по мере поступления..."
Схожая идея была описана и Рэймондом Ф. Джонсом, в его рассказе "Tools of the Trade" где получила название "молекулярный спрей".
Первый патент на устройство ставшее прародителями известным нам принтеров, был зафиксирован в 1971 году Йоханнесом Готвальдом.
Начальные версии оборудования и расходников для аддитивного производства появились в 80-х годах 20-го века. Владение 3D-принтером в те времена обходилось свыше 300 000 долларов, что с учётом инфляции свыше 1 000 000 000 в наши дни.
В 1995 году Общество Фраунгофера изобрело способ селективного лазерного плавления.
В 2005 году энтузиасты стали разрабатывать и распространять планы 3D-принтеров, на которых можно было воспроизвести около 70% деталей из которых они состояли. Первоначальные планы которых были придуманы Адрианом Бауэром в 2004 году. На территории университете Бата в рамках проекта RepRap (Replicating Rapid-prototyper).
В 2014 году Манос Тенцерис и Бенджамин Кук показали миру первую платформу аддитивного производства печатной электроники из нескольких материалов с вертикальной интеграцией (VIPRE). Она сделала реальностью 3D-печать функциональной электроники с частотой работы до 40 гигагерц.
Примерно с 2020 года, 3д принтеры достигли ценовой планки способствующей началу их распространения среди обычных людей, при неплохом качестве агрегата.
За тридцать лет технология прошла путь от производства бумажных и пластиковых прототипов к формированию законченных изделий выполняющих свои функции. В наши дни можно получать изделия из разнообразных материалов включая металл, которым не нужна последующая механическая обработка.
Процессы трёхмерной печати.
Сейчас их делят на следующие категории:
- Струйное нанесение связующего (binder jetting) - порошковые компоненты соединяют точечно нанося жидкое связующее.
- Прямой подвод энергии и материала (directed energy deposition) - расходники сплавляются в момент нанесения, путём воздействия энергии подающейся от внешнего источника.
- Экструзия материала (material extrusion) - материал выборочно подается через сопло или жиклер.
- Струйное нанесение материала (material jetting) - материал под давлением порционно проталкивается через матрицу необходимого поперечного сечения. Полученные капли формируют нужное изделие.
- Синтез на подложке (powder bed fusion) - энергия от внешнего источника направляется для выборочного спекания или сплавления предварительно нанесенного слоя порошкового материала.
- Листовая ламинация (sheet lamination) — изготовление детали получается в ходе соединения листовых материалов слой за слоем.
- Фотополимеризация в ванне (vat photopolymerization) - жидкий фотополимер отверждается в ванне под воздействием точечно направленного светового излучения.
Назначение 3д принтеров.
По такому параметру их можно разделить на 4 категории:
- Производственные - масштабные автоматизированные комплексы с большим спектром технологических характеристик.
- Профессиональные - габаритные модели с высокой производительностью и точностью печати. Имеют хороший арсенал настроек и дополнительных опций. Требуют от пользователя профессиональных навыков и дорогостоящие в плане приобретения.
- Персональные - неплохие варианты по соотношению цена-качество, используются зачастую в частном бизнесе по типу студий дизайна, рекламных агентствах, производства мерча, фигурок и т.п.
- Для использования дома - самые доступные по цене, но при этом и самые простенькие устройства с малой производительностью, в основном базовыми настройками и комплектацией.
Программы для моделирования и печати.
Сейчас на просторах глобальной сети можно найти множество готовых цифровых моделей для печати. Но если вы хотите проявить индивидуальность и творческую жилку и не зависеть от чужой фантазии, то вам необходимо освоить программы для 3д моделирования.
Естественно бывают как бесплатные, так те программы которые требуют оплаты. Первый тип зачастую либо является "огрызком" в плане доступных функций, либо сделаны энтузиастами, что вытекает в менее удобную эксплуатацию и повышенный шанс ошибок. Но в целом их зачастую хватает для создания простеньких моделек, да единичные представители вполне могут составить достойную конкуренцию для домашнего пользования.
Например FreeCAD. Программа с открытым кодом, предназначенная для проектирования технических изделий. Относительно проста в понимании, выпускаются свежие дополнения, при этом есть русская локализация. Но при этом не лишена выше описанных минусов по типу багов и несколько неудобного интерфейса.
Пожалуй одной из самых распространённых бесплатных программ является Blender. Довольно мощная и многозадачная среда. Которую по мимо заданной этой статьёй темой используют и мультипликаторы. Программа постоянно получает обновления улучшающие её производительность и расширяющие её возможности. Правда это означает и то, что вам периодически придётся изучать новую информацию и привыкать к обновлению интерфейса.
3D печать в России.
Отечественные инженеры тоже вносят свой вклад в развитие аддитивных технологий, хотя этот рынок у нас развит достаточно слабо и занимает (на момент 2023 года) всего 2% от мирового. У нас такие принтеры используются в различных областях от протезирования до строительства.
К примеру из заметных достижений, в подмосковном Ступине в 2017 году был возведён дом, целиком распечатанный на трёхмерном принтере. Развитие данного направление поможет значительно ускорить сроки возведения и снизить себестоимость жилья.
Работники Томского политехнического университета совместно с ветврачами сконструировали титановые импланты. Печатаются по технологии SLM за 6-12 часов. Позже наносится кальций-фосфатное напыление, что позволяет ускорить процесс "приживления" и со временем полностью срастись с костью в единое целое.
Компания 3D Bioprinting Solutions занимается в нашей стране биопринтингом. Это направление посвящено работе с живыми тканями. Уже в 2015 году наши соотечественники смогли напечатать щитовидную железу и пересадить её лабораторной мыши. Несмотря на ряд отличий от настоящей, она прижилась и выполняла нужные для организма функции.
Заключение.
Современные 3D-принтеры получают всё большее распространение как среди предпринимателей так и среди людей интересующихся в рамках хобби. Люди без специальных знаний трехмерной печати могут быстро приобрести необходимые навыки на курсах или свободной информации в интернете. Но всё же это ещё не стало массовой "игрушкой" или полезным девайсом в каждом доме. Кстати, если вам интересно моё мнение о 3D принтерах будущего, то я описал его в прошлой своей статье под названием "Контент Run: гаджеты будущего. Что будет дальше? ".Вновь благодарю вас за компанию и прощаюсь с вами. До новых встреч!
