Принтеры нового поколения

ПРИНТЕРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

В статье рассматриваются 3D технологии, в каких областях они применяются, дается понятие 3D-npuumepy, методу создания объекта по ЗИ-модели, рассмотрен процесс ЗИ-печати и лазерная, струйная и др. технологии создания объекта, представлены преимущества 3D-npuumepa и области применения, история развития 3D-npuumepa.

Сейчас наступила эра 3D технологий. Они все больше входят в жизнь человека - это камеры, фильмы, фото, телефоны, телевизоры, проекторы, мониторы, игры и, конечно же, принтеры.

ЗБ-принтер — это периферийное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой ЗБ-модели. Также данный тип устройств называется фаббером, такое название очень часто встречается в зарубежной литературе, а процесс трехмерной печати — быстрым прототипированием[1].

ЗБ-печать может осуществляться с использованием различных материалов и разными способами, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания твёрдого объекта.

Для создания слоев используются различные технологии: лазерная и струйная.

Первая делится на лазерную стерео литографию, лазерное сплавление и ламинирование, ее суть состоит в том, что во всем участвует ультрафиолетовый лазер, который постепенно засвечивает жидкий фотополимер, в результате он затвердевает и превращается в очень прочный пластик, или деталь создается из большого количества слоев материала, накладывающихся друг на друга и склеивающихся, причем лазер вырезает во всех них контур будущей детали, или лазер сплавляет порошок пластика и металла друг с другом, один слой за другим в контур будущего объекта.

Вторая подразделяется на пять подтипов, в основе каждого из которых лежит принцип применения порошкообразных или жидких веществ, иногда с применением жидких клеящих смесей. Некоторые процессы в данной технологии похожи на лазерную, но это не так, не стоит их путать. Например, способ склеивания или спекания порошкообразного материала, при такой технологии используется жидкий клей, и иногда при этом можно начать окраску будущей детали в ваш любимый цвет. Особым подтипом считается биопринтер, потому что он производит структуры, содержащие живые клетки, которые имеют свойства клеток всех живых существ, т.е. могут делиться, расти и размножаться, что обеспечивает формирование будущей детали[2].

Иногда используются технологии позиционирования печатающей головки, такие как декартова, автономная, ручная и при помощи трех параллелограммов. Суть первой в том, что существуют как в теории по геометрии «о трех перпендикулярах», три прямые, перпендикулярные друг другу, показывающие три измерения, вдоль которых двигаются либо печатающие головки, либо сама деталь. Второй процесс чем то напоминает первый, только при нем используется одна печатающая санация, прикрепленная на шасси, которое приводится в движение, и происходит процесс создания детали. Ручная, самая молодая технология создания объектов, при которой жидкий печатающий материал находится на конце ручки или карандаша, поэтому пользователь может сам создавать трехмерные детали. И последний способ создания это при помощи трех параллелограммов, при такой технологии три двигателя синхронно смещают основания этих параллелограммов, в результате таких действий создается желаемая деталь.

Создание ЗБ-принтеров во многом помогло человечеству. Благодаря им мы можем с быстрой скоростью создавать множество прототипов одной модели (что очень полезно в инженерии и в мелкосерийном производстве), изготавливать формы для литейного производства, создание объектов из бесцветного материала позволяет посмотреть на работу изнутри, производить мелкие вещи в бытовых условиях, изготавливать протезы и имплантаты (части черепа, скелета, зубов, костей), печатать донорские органы, выращивать полноценные живые организмы, создавать модели оружия целиком и по частям, строить здания и сооружения, помогает в пищевом производстве [3].

Но ничего бы этого не было, если бы 29 лет назад умнейший человек Чарльз Халл не разработал бы начальную модель, по которой стали создаваться следующие принтеры, доработанные версии и детали последних вошли в массовое производство в 1988 году.

Несомненно, что данная модель не была совершенством, и поэтому годом создания ЗБ-принтера считается 1990 год, по мнению инженеров и технологов, именно тогда Крамп и его супруга назвали принтер лазерным и струйным трехмерным, но и эта модель была достаточно далека от со- временной[1].

В 1993 году была основана компания «Solidscape», занимающаяся выпуском струйных принтеров, а уже в 1995 году американские студенты- изобретатели смогли сделать модифицированную версию струйного принтера, использовавшего материал не на бумаге, а в емкости. В результате этого открытия стали печатать трехмерные детали.

Несколькими годами позже ученые пришли к мысли о том, что можно использовать жидких материал, который будет иметь свойство высыхать, затвердевать при небольшом охлаждении.

И 10 лет спустя, т.е. в 2005 году Адрианом Боу ером была придумана новая технология создания трехмерных деталей и объектов, в ее основу была положена биологическая теория и биоразлагаемых материалах.

Последующие годы темпы развития различных технологий в трехмерном производстве резко увеличились, выросли, и уже сегодня каждый из на может позволить себе приобрести такой товар, потому что он доступен, прост и экономичен.

Как раз такую задачу поставили себе члены команды Боу ера, и уже сейчас, можно сказать, что цель окончательно достигнута, такую удивительную вещь, как ЗБ-принтер, теперь может позволить большинство населения планеты[1].

На сегодняшний день все изменилось, почти 30 лет спустя ЗБ-принтеры изменили свой внешний облик, стали меньше и компактнее, стали подразделяться на профессиональные и домашние модели, качество выполнения и изготовления выросло, цена же стала бюджетной, не мало важно то, что самый маленький из них, может поместиться у вас в кармане, а принтер, который немного крупнее размерами, вы сможете разместить на своем рабочем столе, потому что он не займет много места.

В последние годы аддитивная технология и аддитивное производство набирают темпы в развитии и находят применение в самых различных областях, иногда самых неожиданных — как в коммерческих, так и бытовых сферах. Об аддитивной технологии только недавно начали активно писать и ее продвигать, но уже имеются наглядные примеры полезных и реальных вещей, напечатанных на 3D принтере, таких как объектив для фотоаппарата, ткацкий станок, настольная лампа, настенные часы, анемометр, наушники, чехлы для телефонов, детские игрушки, предметы мебели, велосипед, прототип нового автомобиля и медицинские протезы для человека (подробнее можно почитать здесь и здесь). И это еще только начало. Специалисты и эксперты предсказывают быстрый рост в применении этих принтеров в потребительском секторе (результаты опроса), и оптимизм по росту в этой сфере выше по сравнению с принтерами коммерческого класса (результаты опроса). Время покажет в какую сторону сместится часа весов. Итак, в каких областях находят применение 3D принтеры уже сейчас?

Вот они:

медицина и хирургия - печать 3D моделей органов для исследований, например, как они реагируют на новые лекарственные средства; печать человеческой кожи для целей трансплантации; печать 3D модели человеческого сердца как экспоната для подготовки к хирургическим операциям и демонстрационных целей - что будет сделано в ходе операции; простейшие устройства для больных людей, например, ингалятор.

строительное дело - печать кирпичей, блоков и строительных плит для строительства зданий. Казалось бы, кирпичи быстрее и дешевле произвести традиционным способом. Но 3D печать позволяет получать кирпичи практически любого дизайна (формы) и с любым рисунком. Имеются прототипы напечатанных жилых домов и зданий.

одежда и обувь - в этой сфере печать только начинает применяться, и первые аксессуары находят применение уже на показах модной одежды (туфли, спортивная обувь, очки и т.д.). Естьпример целого платья, полученного с использованием аддитивной технологии.

самолетостроение и космос - печать форсунок для авиадвигателей, печать сидений-креселдля космонавтов. Недавно прозвучало заявление об использовании 3D принтера, который может работать в условиях невесомости.

оружие - уже есть немало примеров, когда выпускалось оружие, производящее настоящие выстрелы. Вот пример ружья, которое сделало 14 выстрелов. Нашлись умельцы, которые уже протестировали ручное оружие (название Liberator) - для его печати потребовалось 48 часов, около 30 долларов в расходах на материалы и печатная система 3D Systems Cube printer, стоимостью 1300 долларов США.

преступность - новые технологии докатились и до не совсем легальных и честных сфер. Примером может послужить вот этот случай в Австралии, когда мошенники используют аддитивные технологии для взлома банкоматов.

машиностроение/приборостроение - важным фактором является возможность проверки качества сборки узлов и механизмов, оценка удобства и надежности крепления деталей. Трехмерная CAD-модель не дает полного представления о жесткости фиксации деталей в сборочной единице. Прототипы позволяют проанализировать особенности конструкции и своевременно выявить возможные недостатки. 3D принтеры позволяют конструкторским отделам многократно создавать концептуальные модели деталей на ранних стадиях проектирования и далее получать обратную связь по продукту от функциональных отделов[4].

Список литературы

3 D-принтер, [Электронный ресурс] - ru.wikipedia.org.

«Развитие деятельности Центра технологической поддержки образования РГГУ в целях поддержки инновационного творчества и предпринимательских инициатив молодежи в городе Москве», [Электронный ресурс] - rsuh.ru.

Разработка программы для вычисления интеграла по формуле средних прямоугольников, [Электронный ресурс] - bibliofond.ru.

Григорьев А. Где применяются 3D принтеры? [Электронный ресурс] - dexma-plm.com/ru/blog/post/556/.

УДК 004.49

Количество показов: 681