3D-принтер: как это работает ~ Все и ничего

3D-печать – это процесс создания цельных трехмерных объектов из цифровой модели. Трехмерная печать всколыхнула мир современных технологий несколько лет назад и уже сейчас доступна для индивидуальных потребителей.

Возможности 3D-печати безграничны: от масштабных моделей, подарков и одежды, протезов и слуховых аппаратов, до печати домов.

Концепция 3D-печати далеко не нова. Основы технологии были заложены в 1980 году Чаком Халлом (Chuck Hull), когда он изобрел и запатентовал технологию стереолитографии и основал компанию 3D Systems Inc.

Но как же работает 3D-принтер на самом деле? Как может устройство с виду напоминающее обычный принтер или копировальный аппарат, создавать сложные, твердые объекты в течение нескольких часов?

Проектирование

Все начинается с концепции. Первый этап — это создание цифровой модели на компьютере с помощью пакета программ для автоматизированного проектирования (САПР) или для создания 3D-анимации.

Какую бы программу вы ни выбрали, вы сможете создать любой виртуальный объект, который впоследствии будет напечатан. Программа разделяет объект на множество сечений, чтобы принтер смог напечатать его слой за слоем. В процессе работы принтер обрабатывает сечение за сечением точно в соответствии с цифровой моделью, поэтому напечатанная фигура полностью соответствует компьютерной модели.

Если в дизайне вы не сильны, не отчаивайтесь, скачать или заказать готовые конструкции можно на сайтах: Shapeways, Sculpteo или Thingiverse.

После завершения работы над виртуальным макетом, его необходимо отправить на принтер и распечатать. Для этого нужно использовать файлы с расширением STL (для “стереолитографии” или “стандартный язык тесселяции”). STL-файлы содержат трехмерные полигоны, нарезанные так, чтобы принтер мог легко “переварить” информацию.

Процесс 3D-печати

Теперь самое интересное. Первое, что нужно отметить, это то, что процесс 3D-печати характеризуется как “добавочное” производство, то есть — это значит, что твердый, трехмерный объект создается путем добавления материала в каждом новом слое. Обычная технология производства, это процесс “вычитания” — обработка заготовки с целью придания нужной формы.

Во время отправки файла на принтер необходимо также выбрать материал для печати. Это может быть, в зависимости от принтера, резина, пластмасса, бумага, полиуретан, металлы и другие материалы.

Процесс печати у разного типа принтеров отличается, но обычно это распыление материала на твердое основание. В частности, принтер Makerbot Replicator 2, имеет специальную катушку на которую намотан биопластиковый пруток. Когда принтер печатает, он тянет биопластиковый пруток в экструдер, который нагревает его и через небольшое отверстие подает на пластину-основание.

3D-принтер делает серию проходов (так же, как струйный принтер) по платформе для одного слоя, потом поднимается выше и повторяет операцию пока не закончит фигуру (посмотрите внимательно на видео — вы можете увидеть на нем слои). Процесс может занять несколько часов или дней, в зависимости от размера и сложности объекта. Средняя толщина печати 3D-слоя составляет примерно 100 микрон, что эквивалентно 0,1 миллиметра. Некоторые принтеры, к примеру, Objet Connex, может делать слои толщиной в 16 микрон.

Все напечатанные слои автоматически сливаются и создают единый трехмерный объект.

Инновации

Понятно, что 3D-печать имеет огромный потенциал для преобразования нескольких отраслей производства. Например, область здравоохранения — медицинские специалисты использовали 3D-принтер для создания слуховых аппаратов и челюсти из титана.

В прошлом году команда исследователей, инженеров и стоматологов создала первый в мире протез-клюв, для раненого орла. NASA испытала 3D-принтеры, которые позволят астронавтам напечатать все, что им нужно в космосе, например, при полете на Марс.

KamerMaker (на фото выше) — большой 3D-принтер который способен печатать целые комнаты.

Все эти нововведения могут оказать существенное влияние на мир, но в 3D-полиграфической отрасли есть, по крайней мере, один недостаток – это цена устройств. Маленькие принтеры, предназначенные для печати игрушек и небольших гаджетов, стоят около 1000$, а цены на более крупные и профессиональные модели начинаются c 14900$. Современные высокотехнологичные принтеры могут стоить и все 600000$.

Кроме этого, чем больше развивается трехмерная печать, тем больше споров об угрозе 3D-печатного оружия и возможном нарушении авторских прав.

Тем не менее, в настоящее время существует огромный рынок для 3D-печати — 1,7 млрд долларов, если быть точным. Это число достигнет 3,7 млрд долларов к 2015 году.

Может в конечном итоге 3D-печать изменит мир и массовое производство устареет? Нам придется подождать и посмотреть.