3D-печать стала одной из самых востребованных технологий в последние годы. Она представляет собой процесс создания трехмерных объектов из цифровой модели, путем постепенного наложения слоёв материала. Эта инновационная технология имеет огромный потенциал в различных сферах, начиная от промышленности и медицины, заканчивая модельным искусством и дизайном.
Первые эксперименты с 3D-печатью начались еще в 1980-х годах, но только в последние десятилетие она получила широкое распространение. Сегодня эту технологию используют в множестве отраслей, а ее возможности продолжают расширяться. От отдельных деталей и прототипов до целых зданий и органов человека – 3D-печать открывает новые горизонты и меняет представление о возможностях производства и творчества. В данной статье мы рассмотрим основные аспекты 3D-печати, ее преимущества и перспективы развития, а также ряд примеров успешного применения в разных отраслях.
Что такое 3D-печать?
Основной принцип 3D-печати заключается в пошаговом наращивании исходного вещества для создания трехмерного объекта. Для этого используется специальный принтер, оснащённый экструдером или другим устройством для нанесения материала на платформу. Процесс печати контролируется компьютерным программным обеспечением, которое сначала оцифровывает заданную модель, а затем переводит цифровую схему в команды для принтера.
Что такое 3D-принтеры?
Это, устройства, которые используются для создания трехмерных объектов из разных материалов, таких как пластик, порошок, металл и т. д., с помощью компьютерной системы. Существуют разные виды 3D-принтеров, от компактных, которые можно разместить на столе, до больших моделей, применяемых для печати домов.
Такие принтеры работают посредством использования методов, аналогичных традиционным струйным принтерам, но в формате 3D. Процесс 3D-печати относится к семейству аддитивных технологий, которые описывают протоколы создания чего-либо путем непрерывного, послойного добавления материала до достижения окончательного результата.
Можно отметить три основных типа 3D-принтеров, каждый из которых использует свой метод.
Типы 3D-принтеров.
1. Стереолитографические принтеры, или SLA-принтеры, оснащены лазером, который превращает жидкую смолу в пластик.
2. Принтеры для селективного лазерного спекания, или SLS-принтеры, здесь проходит процесс спекания частицы исходного порошка в твердую структуру.
3. Для моделирования методом наплавления, FDM-принтеры. Эти устройства используют термопластичные нити, которые расплавляются, проходя через горячее сопло для формирования объекта слой за слоем.
3D-моделирование.
Программное обеспечение для 3D-моделирования является первым этапом процесса печати. Все объекты должны быть спроектированы в этом программном обеспечении для достижения максимальной точности. Некоторые конструкции слишком сложны и детализированы для традиционных методов изготовления, поэтому программное обеспечение САПР может быть очень полезным в таких случаях.
Во многих отраслях промышленности 3D-печать признана настоящим прорывом, благодаря возможностям моделирования, которые позволяют печатникам настраивать свой продукт до самых мельчайших деталей.
Особенно широкое применение 3D-моделирование нашло в стоматологии и космической промышленности, для разработки индивидуально подходящих элайнеров для зубов и проектирования сложных деталей космических кораблей. Возможность создания высокоточных проектов делает 3D- моделирование незаменимым инструментом для многих направлений и отраслей.
Нарезка.
После создания модели наступает время для ее “нарезки”. Так как принтеры не могут понимать трехмерность, как люди, инженеры должны разделить модель на слои, чтобы 3D-принтер мог создать конечный продукт. Программное обеспечение (САПР) сканирует каждый слой модели и сообщает принтеру, о дальнейших действиях.
Слайсеры (компьютерные программы для отображения трёхмерных объектов в виде машинного кода) также сообщают 3D-принтерам, куда “заливать” модель. Эта заливка придает объекту, напечатанному на 3D-принтере, внутренние решетки и колонны, которые помогают придать форму и укрепить объект. Как только модель нарезана, она отправляется на 3D-принтер для фактического процесса печати.
Процесс 3D-печати.
Когда завершены моделирование и нарезка 3D-объекта, принтер наконец приступает к работе. Традиционный струйный принтер и 3D-принтер работают похожим образом во время процесса прямой 3D-печати. Сопло перемещается взад и вперед, распределяя материал слой за слоем, который затем затвердевает, а на него добавляется следующий уровень. Практически, принтер добавляет сотни или тысячи 2D-отпечатков друг на друга, чтобы создать трехмерный объект.
Технологии 3D-печати
Технология стереолитографии (SLA).
SLA — это тип печати с быстрым прототипированием, который лучше всего подходит для печати сложных деталей. Принтер использует ультрафиолетовый лазер для создания объектов в течение нескольких часов.
Цифровая обработка света (DLP).
DLP – одна из старейших форм 3D-печати. Технология DLP использует лампы для получения отпечатков с более высокой скоростью, чем SLA-печать, поскольку слои высыхают за считанные секунды.
Непрерывное изготовление поверхности раздела жидкостей (ЗАЖИМ).
CLIP относится к числу процессов, в которых используется фотополимеризация в чане. В процессе CLIP применяется технология цифрового синтеза света для проецирования последовательности ультрафиолетовых изображений на поперечное сечение детали, напечатанной на 3D-принтере, что приводит к точно контролируемому процессу отверждения. Затем деталь выпекается в термальной ванне или духовке, вызывая несколько химических реакций, которые позволяют детали затвердеть.
Струйная обработка материала.
При струйной обработке материала, принтер, через сопло небольшого диаметра, слой за слоем наносит капли вещества, которое затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения.
Струйное нанесение связующего.
При струйном нанесении связующего используется порошкообразный базовый материал, равномерно нанесенный слоями вместе с жидким связующим, которое наносится через струйные сопла, действуя в качестве адгезива для частиц порошка.
Моделирование наплавленного осаждения (FDM).
Технология FDM, также известная как изготовление плавленых нитей (FFF), работает путем разматывания пластиковой нити с катушки и пропускания ее через нагретое сопло в горизонтальном и вертикальном направлениях, формируя объект сразу же после затвердевания расплавленного материала.
Селективное лазерное спекание (SLS).
Технология SLS, представляющая собой сплавление в порошковом слое, сплавляет мелкие частицы порошка, с помощью мощного лазера для создания трехмерной формы. Лазер сканирует каждый слой на порошковой подложке и выборочно сплавляет их, затем слой порошка опускается на одну толщину и процесс повторяется до завершения.
Многоструйный термоядерный синтез (MJF).
Еще одна форма наплавки порошкового слоя, MJF использует подметальный рычаг для нанесения порошка и рычаг, оснащенный струйной установкой, для выборочного нанесения связующего. Затем вокруг детализирующего средства наносится средство для придания точности. Наконец, тепловая энергия используется для того, чтобы вызвать химическую реакцию. Прямое лазерное спекание металла (DMLS) также использует этот процесс, но с металлическим порошком.
3D-печать. Сферы применения.
3D-печать предоставляет возможность экспериментировать и быть креативным. Она позволяет создавать объекты, которые раньше казались невозможными или слишком сложными для изготовления. Кроме того, она имеет экологические преимущества, так как позволяет экономить ресурсы и уменьшать количество отходов, связанных с производством.
Аэрокосмическая технология и 3D-печать.
Будет ли будущее космических путешествий зависеть от ракет, напечатанных на 3D-принтере? Такие компании, как Relativity Space, думают именно так:
Компания утверждает, что может напечатать работающую ракету в 3D всего за несколько дней и с использованием в сто раз меньшего количества деталей, чем обычный космический корабль. Ракета будет напечатана на заказ с использованием запатентованного металлического сплава, который максимизирует грузоподъемность и сводит к минимуму время сборки.
3D-печать позволяет сократить общее количество деталей, которые необходимо сваривать вместе, при этом значительно снижая вес и повышая прочность.
Автомобили и 3D-печать.
3D-печать используется в автомобильной промышленности уже много лет, позволяя компаниям сокращать циклы проектирования и производства при одновременном снижении количества необходимых запасов. Запасные части, инструменты, приспособления и оснастка — все это может производиться по требованию, обеспечивая при этом гибкость, которая была невообразима для предыдущих поколений.
Кроме того, 3D-печать позволяет автолюбителям и авторемонтным мастерским восстанавливать старые автомобили с помощью, изготовления на месте, деталей, которые больше не производятся.
3D-печать и потребительские товары.
Потребительские товары, такие как детские игрушки, очки, ювелирные изделия, могут быть массово произведены с помощью 3D-печати. Не осталась без внимания и модная индустрия. С использованием 3D-печати дизайнеры создают эксклюзивные аксессуары, одежду и обувь, отличающиеся оригинальностью и индивидуальностью.
Медицина.
В ближайшем будущем мы увидим, как 3D-принтеры будут создавать рабочие органы для тех, кто ждет трансплантации. Вместо традиционного процесса донорства органов врачи и инженеры объединяются для разработки новой волны медицинских технологий, способных помочь создавать сердца, почки и печень с нуля.
В ходе этого процесса органы сначала моделируются в 3D с использованием точных характеристик тела реципиента, затем комбинация живых клеток и полимерного геля (более известного как bioink печатается слой за слоем для создания живого человеческого органа. Эта прорывная технология способна изменить медицинскую индустрию в том виде, в каком мы ее знаем сейчас, и сократить резко возросшее число пациентов в списке ожидания донорства органов.
3D-печать предлагает несколько дополнительных революционных способов улучшения качества жизни пациентов, одновременно делая решения более доступными для поставщиков медицинских услуг.
Материалы для 3D-печати.
Существует множество различных материалов, которые используются в данной технологии. Вот некоторые из них:
АБС-пластик (акрил, бутадиен, стирол).
Пластиковый материал, которому легко придать форму и который трудно сломать. Тот же материал, из которого сделаны конструкторы Lego.
Нити из углеродного волокна.
Углеродное волокно используется для создания предметов, обладающих повышенной прочностью, но в то же время чрезвычайной легкостью.
Проводящие нити.
Эти печатные материалы все еще находятся на стадии эксперимента и могут быть использованы для печати электрических схем без использования проводов. Это полезный материал для носимых технологий.
Гибкие нити.
Гибкие нити создают отпечатки, которые поддаются сгибанию, и при этом являются достаточно прочными. Эти материалы можно использовать для печати чего угодно – от наручных часов до чехлов для телефонов.
Металлическая нить.
Металлические нити изготавливаются из тонко измельченных металлов и полимерного клея. Они могут быть изготовлены из стали, латуни, бронзы, меди и т. д.
Древесная нить.
Содержат тонко измельченный древесный порошок, смешанный с полимерным клеем. Очевидно, что они используются для печати предметов, выглядящих как деревянные, и могут иметь вид как более светлого, так и более темного дерева в зависимости от температурного режима принтера.
Процесс 3D-печати занимает от нескольких часов для действительно простых отпечатков, таких как коробка или мяч, до дней или недель для гораздо более крупных детализированных проектов, таких как полноразмерный жилой дом.
3D-печать, и аддитивное производство, уже сегодня имеет значительное влияние на экономику и общество. Однако будущее этой технологии обещает еще больше перспектив и возможностей для инноваций.
На данный момент разработана технология 5D-печати. Принтер позволяет не только перемещать печатающую головку и стол в 3 направлениях, но и поворачивать объект в 2 осях. Технология защищена патентами РФ и США, поданы заявки на патенты в ЕС и КНР. Сертифицирован в РФ и ЕС. 5-осевая печать позволяет наклонять и вращать деталь в процессе изготовления, что открывает ряд принципиальных преимуществ. https://5dtech.pro/
