3D принтеры

 

На основе струйной технологии FDM созданы и широко известные в среде энтузиастов 3D-печати так называемые «домашние» трехмерные принтеры , это open source проект Reprap и Capcake (более поздняя версия называется Replicator) компании MakerBot Industries, – сбывается мечта фантастов, – «репликаторы» идут в массы.

 

3 «ДОМАШНИЙ» 3D-ПРИНТЕР

Репликатор – это  прибор, который впервые был представлен  в американском научно-фантастическом сериале Звездный путь (Стар трек/Star trek) и который позволяет создавать любые другие вещи/приборы. С конца 60-х годов, когда первые эпизоды сериала были сняты прошло немало времени, и в последнее время появились устройства, позволяющие реализовать фантастические , когда то, замыслы по материализации различных вещей путем 3D-печати.

3.1 RepRap

Проект RepRap (от англ. Replicating Rapid Prototyper-самореплицирующийся механизм для быстрого изготовления прототипов) инициатива, направленная на создание самокопирующегося устройства, которое может быть использовано для быстрого прототипирования и производства. Устройство RepRap представляет собой 3D-принтер, способный создавать объемны артефакты на основе моделей, сгенерированных компьютером. Авторы проекта определяют «самокопирование» как способность аппарата воспроизводить компоненты необходимые для создания другой версии себя, что является одной из целей проекта. Аппарат представляет собой разработку с общедоступными наработками.

Благодаря способности  аппарата к самовоспроизводству авторы считают возможным дёшево распределять аппараты между людьми и сообществами, позволяя им создавать (или скачивать из сети) сложные продукты и артефакты без необходимости создания дорогой производственной инфраструктуры. Дальнейшее развитие, по мнению авторов, будет носить эволюционный характер вкупе с возможностью экспоненциально увеличивать число изготовленных устройств. В теории в будущем, проект станет одной из «прорывных технологий», наравне с персональным компьютером и интегральными микросхемами.

Рисунок 2 – RepRap 2.0 (Mendel)

 

Заявленная цель проекта  – не столько создание самокопирующегося устройства, сколько возможность дать людям, независимо от местоположения и с минимальными затратами, настольную производственную систему, которая позволит производить многие вещи, используемые в повседневной жизни. Вирусная природа самокопирования также может вызвать экспоненциальный рост и сдвиг парадигмы в дизайне и производстве потребительских товаров: от завода-производителя патентованной продукции к человеку-производителю непатентованных товаров с открытыми спецификациями. При этом акцент транспортировки переместится с доставки готовых товаров потребителю на поставку ему сырья для изготовления нужных предметов.

Раскрытие производственного  дизайна и производственных возможностей для человека значительно снизит время для инновационных улучшений  продуктов и поддержки значительно  большего разнообразия нишевых товаров, чем может себе позволить фабричное производство.

3.2 CupCake

Основное отличие 3D принтера Cupcake от своих собратьев состоит в цене и открытости проекта. Вы можете скачать чертежи 3D принтера с сайта MakeBot и сделать 3D принтер своими руками. А можно приобрести 3D принтер Cupcake в делюкс комплектации (все для сборки, от электроники, шаговых двигателей, каркаса и болтов до расходных материалов) за 950.00$.Это довольно немного, учитывая, что стоимость на самые дешевые 3D принтеры начинается от 5.000$

Рисунок 3 – Cupcake //MakerBot Industries

 

Cupcake - это тоже open source принтер. Вы можете вносить любые изменения в его конструкцию, изготавливать его самостоятельно и все это с официального разрешения разработчиков.

Рабочее поле 3D принтера в  штатной конфигурации позволяет  изготавливать объекты размерами до 10.3х10.3х15.3 см. Это достаточно много для домашних нужд. Но если вам понадобиться большее поле для изготовления 3D объектов, то вы всегда можете переделать Cupcake под свои нужды. В этом принтере используется популярная и недорогая технология 3D печати – FDM. В качестве рабочего материала Cupcake использует АБС пластмассу, специальная печатная головка расплавляет его и расплавленный пластик накладывается слой за слоем, таким-образом происходит формирование будущего 3D объекта. В печати можно использовать пластик различных цветов для получения разноцветных объектов.

 Как было описано  выше  основным достоинством 3D принтера Cupcake является его доступность. Можно приобрести полный комплект для сборки, а можно только электронику и печатную головку, впрочем, если есть хороший опыт сборки электрических схем, то возможно купить только головку, а все остальное собрать самостоятельно. Все это лежит в викибиблиотеке  проекта.

Вторым, неоспоримым достоинством является open source community -thingiverse, в котором есть возможность поделиться своими проектами и 3D файлами, а так же скачать уже готовые к печати файлы и объекты. Так что сразу после сборки 3D принтера можно начать его использование, не изучая программы для трехмерного моделирования.

На текущий момент времени  существует уже более десятка  проектов бюджетных принтеров на рынке . Пока они ориентированы на энтузиастов – различных любителей ноу-хау и электроники, а так же на преподавателей и студентов технических вузов, для образовательных целей. Но история имеет свойство повторяться – обычные принтеры тоже когда то были уделом различных НИИ и крупных производств, - а сейчас они на каждом компьютерном столе.

Возможно, через десяток  лет, разбив чашку, мы не пойдем в магазин  за новым сервизом, а лишь отсканируем  другую, из этого же набора, и отпечатаем на домашнем 3D-принтере .

Применение технологий 3D-печати несет в себе далеко не только бытовые, но и гораздо более глобальные и фундаментальные задачи.

 

4 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 3D-ПЕЧАТИ

Сегодня трехмерные принтеры применяются:

1. В архитектуре, для создания архитектурных макетов, причем для этого требуется много расходного материала и , соответственно он должен быть не дорогим , поэтому в качестве «чернил» используют гипс.Уже сейчас появляются проекты печати уже не макетов а самих домов при помощи больших 3D принтеров.
2. Разработка дизайна упаковки.Это важный этап для вывода продукта на рынок и поддержание его конкурентноспособности Всё больше компаний уделяют особое внимание деталям и тонкостям дизайна. Но прежде, чем вывести модель в серийное производство с ней нужно произвести ряд действий: визуальный анализ, анализ эргономики, фокус-групповое исследование и т.д. Мастер-модель может меняться несколько раз до того, как она будет направлена на отливку.В качестве материала изготовителя применяют как гипс так и цветные пластики, в зависимости от необходимости цветной модели.
3. Изготовление литейных форм из силикона - распространённая технология изготовления малых партий пластиковых изделий. Одна силиконовая форма выдерживает от 15 до 30 отливок. Для того, чтобы форма служила дольше, модели для данного метода литься должны быть гладкими с достаточно низкой детализацией. Основная задача мастер-модели - держать форму не допуская деформации, пока не остынет силикон. Фотополимеры и ABS-пластики полностью выполняют поставленную задачу.
4. Сувенирная продукция. Уже стало привычным использование цветных 3d-принтеров для создания моделей для фокус-группового исследования или уникальных сувениров. Теперь легко получить полноцветный готовый экземпляр для исследований перед запуском его на конвейер. Анализ прототипа, перед отправкой разработанной модели в серийное производство, важен.В качестве материала изготовления используется композит на гипсовой основе, который дополнительно обрабатывается для увеличения прочностных свойств готового прототипа.
5. На современном этапе развития технологии быстрого прототипирования становится возможным использовать профессиональные 3D-принтеры для мелкосерийного производства.
6. Медицина. Использование 3d-принтеров в медицине, в некоторых ситуациях, становится единственным способом спасти человеческую жизнь. Например, воссоздав элементы скелета пациента для отработки приёмов, необходимых для проведения успешной операции. Еще 3д принтеры широко используются в стоматологии и протезировании. Цифровое производство коронок и протезов значительно быстрее классического производства.
7. Фунгкциональное тестирование. Использование 3d-принтеров для создания моделей для функционального тестирования - самый современный метод инновационных разработок. В некоторых случаях требуется получить будущий механизм в сборе, но произвести отдельные компоненты в единственном экземпляре слишком дорого или долго.
8. Ювелирные украшения. Работа ювелира — особенно творческий и трудоёмкий вид деятельности. При разработке украшений львиная доля времени уходит на создание восковой модели. К сожалению, эта процедура трудоёмкая и отнимает колоссальное время. Современные технологии позволяют производить разработку дизайна украшения в специализированном программном обеспечении, а в последствии использовать ювелирный 3D-принтер для выращивания восковой модели украшения.

И это далеко не полный список областей применения 3D-печати. С каждым днем он становится все шире и шире.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возможно складывается впечатление, что 3D-принтер - это не больше чем игрушка в руках дизайнеров и производителей продуктов для близкорасположенных ларьков, следует привести пример компании Lockheed Martin, которая 4 года тому назад на авиашоу в Лондоне показала рабочий макет самолета-невидимки с размахом крыльев 27 метров, детали которого фактически стопроцентно были изготовлены на 3D-принтере.

Р-175 Polecat был построен за 18 месяцев. Он обошелся своим создателям в смехотворные, по меркам военной техники, 27 млн. баксов и способен подниматься в высоту до 20 км, перемещаясь на сверхзвуковой скорости. Всего аппарат состоит из 200 частей, сделанных на 90% из композитных и полимерных материалов.Естественно, на 3D-принтере нереально отпечатать электронику, ЖК-дисплей либо еще какие электронные штуки, так что на 3D-принтере были изготовлены части твердого каркаса самолета-невидимки.

Трехмерная печать становится все наиболее популярной и дешевой, доступной если не для широких  масс, то, по крайней мере, для большинства  средних производственных компаний.

С помощью 3D-принтера можно  в чрезвычайно маленький срок сделать нужный макет и даже применять  его по назначению, если он выполнен из пригодного материала. Лишь представьте  себе недалекое будущее, где можно  будет придти в какой-либо офис и  по заказу распечатать созданную вами модель. Это быть может что угодно - от гаечного ключа до чрезвычайно принципиальной и редчайшей детали в двигателе раритетного родстера.

Уже на данный момент на просторах  интернета можно отыскать десятки  разных моделей 3D-принтеров с различной  ценой и скоростью печати до 2 см в час! При всем этом их размеры сравнимы с маленькой тумбой. Естественно, стоимость на такие устройства все еще велика, и часто варьируется от цены поддержанного российского кара до цены болида «Формулы 1». Поэтому почти все компании сдают 3D-принтеры в аренду, либо за умеренную плату изготавливают нужные модельные эталоны на собственных «производственных мощностях».

К примеру, в РФ средняя стоимость за один кубический сантиметр сделанной трехмерной продукции равна 30 рублям, но, снова же, стоит обмолвиться, почти все находится в зависимости от размера заказа, применяемого материала и технологии, по которой будет печататься модель.

На данный момент разработка 3D-печати в медицинских учреждениях  позволяет создавать примитивные  органы, в которых полимеры заменены обыкновенными выращенными клеточками, а роль клея, соединяющего их, делает особый биогель, растворяющийся после сращивания клеток. Кто знает, может через пару лет 3D-принтеры научаться печатать не только лишь модели, но и настоящие людские органы, готовые к трансплантации.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ревич , Ю.В. 3D в натуре / Ю.В.Ревич //Компьютерра.- 2009. - №8. – С.37-41.
2. Mir3D.ru –портал о 3D технологиях .  Режим доступа: http://www.mir3d.ru/articles/921/, свободный (дата обращения: 18.10.2012г.).- Ильин, Ю. 3D принтеры: что и зачем.
3. Руководство для покупателя 3D принтера. // САПР и графика.- 2009.-№7.-С.24-26.
4. Персональный сайт.- Режим доступа: http://artishev.com/texnologii/3d-printery.html, свободный (дата обращения 11.11.2012г.).- Артищев, А.Б. 3D принтеры.
5. Print&play –интернет сообщество. Режим доступа: http://4nttm.ru/3dprinter/post-268/ , свободный (дата обращения 11.11.2012г.).- Зорин, С.Ф. Обзор технологий 3D принтеров.
6. User experience –IT портал.- Режим доступа: http://www.ux-news.ru/analytics/detail_3d_printery_istoriya/ ,свободный (дата обращения 12.11.2012г.).-Цивинский,  А. 3D принтеры. История возникновения и эволюции.
7. 3D-печать в домашних условиях: 3D-принтеры, программы, процесс. // Chip.- 2011. -№12. -С.49-52.