3D-печать. Что это такое и с чем её едят

Поступил заказ от lankasstory.ru на описание того, что такое 3D-печать и с чем ее едят (в том числе и в буквальном смысле) на текущий момент. Выполняю.

И высочайший гений не прибавит

Единой мысли к тем, что мрамор сам

Таит в избытке, — и лишь это нам

Рука, послушная рассудку, явит.

Микеланджело

Итак. Обычно для того, чтобы создать что-нибудь материальное мы берем заготовку и отсекаем все лишнее. Исторически  самый отработанный способ. Однако много материала идет в отходы. И работы много.

В последнее время, а именно прямо сейчас, стала доступной возможность строить то, что нужно не отсекая, а непосредственно размещая нужный материал в той точке пространства, где задумано и следовательно получать результат быстро, качественно, недорого. Данный механизм назван в свое время студентами MIT 3D-печать, что вполне прижилось.

Для начала скажу, что самому принципу — уже около 30 лет. Первая подобная технология (SLA) предложена и реализована еще в 1984 году. Так что метод не нов и используется повсеместно в промышленности на вполне регулярной основе. Достаточно вспомнить порошковую сантехнику.  Ну и например недавно в NASA провели успешные испытания «отпечатанного» инжектора ракетного двигателя.

Итак, первый ключевой момент — технология, а именно: как именно и из какого материала печатается конечное изделие.

Тут кроется важный факт — все подобные технологии запатентованы и окончание действия патентов приводит к массовому прорыву. Китайцы конечно на патенты не смотрят, но для экспорта их соблюдение необходимо.

Потому бегло рассмотрим определяющие на данный момент технологии:

Послойное наплавление (Fusing Deposition Modeling, FDM) — печать последовательно слоями относительно жидким (текущим) материалом и последующее отвердение этого материала за счет различных физических эффектов.

Именно этой технологии мы обязаны прорыву 3D-печати на бытовой уровень.

Расплавляется, например, пластик, и через сопла наносится слоями туда, куда необходимо. Есть множество вариаций по используемому составу и способу отвердевания. Подходит для всего небольшого и не сильно прочного (хотя опять же, многое зависит от используемых материалов). Именно окончание срока действия патентов на данную технологию с 2006-м году привело к 10-кратному падению цены на подобные принтеры к настоящему моменту (до 200$). Сами устройства (и производимые ими изделия) сейчас выглядят примерно так:

3D-печать

А процесс печати выглядит так:

 

Вторая определяющая технология:

Выборочное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS) — фактически послойное запекание порошков различных материалов. Позволяет делать при соблюдении технологии очень требовательные к характеристикам изделия, вещи. Например металлический пистолет, напечатанный на 3D-принтере в компании Solid Concepts:

Замечу, что срок действия патентов заканчивается в 2014 году. Так что ожидается аналогичный предыдущему прорыв этой технологии на бытовой уровень. Сейчас принтеры и материалы достаточно дороги (не менее 10 000$ за устройство).

Вот как выглядит сам процесс — завораживающее зрелище:

Устройства 3D-печати с использованием данной технологии в настоящее время выглядят примерно так:

3D-печать

А вот хорошая иллюстрация разницы между двумя выше описанными технологиями. Оружие часто приводится в качестве примера того, что можно произвести с помощью 3D — принтера, так как достаточно высоки требования к изделию:

3D-печать

Причем пистолет на картинке слева тоже смог отстрелять свою обойму, хоть и НЕ целиком был распечатан на принтере.

Есть еще целый ряд технологий. Например интересна технология склеивания из обычной бумаги (бумага предварительно окрашивается в нужный цвет на почти обычном цветном принтере на иллюстрации — в тумбочке):

3D-печатьПриносящая вот такие результаты:

3D-печать

Листы бумаги автоматически нарезаются, в соответствии с печатаемой моделью (то есть представляют из себя слои) и затем склеиваются.

А также целый ряд других технологий, как использующих новые материалы, так и новые и не новые способы, такие как склеивание порошков, фотолитография (SLA) и другие.

Прочитать про технологии подробнее можно например здесь или здесь.

Каково же применение всего этого богачества?

Печать всего, что приходит в голову и подходит под ограничения. На самом деле области применения растут как грибы после дождя:

Создание прототипов (образцов новых, еще не существующих устройств), практически всего, что можно нарисовать.

В медицине — печать идеально подходящих протезов. И моделей сложных органов для помощи в операциях.

Например совершенно шокировавшая меня замена черепа, когда девушке поставили новый череп, напечатанный на 3D-принтере:

3D-печать

Или печать органов с использованием настоящих живых клеток, исследования чего уже ведутся полным ходом. И не только исследования.

Печать еды — многие об этом мечтают 🙂 . Например шоколадный принтер:

 

Печать одежды (бикини):


 Или вот кино — вообще райское место для 3D-печати:

 

А почему все стало так быстро развиваться именно сейчас?

  1. Кончилось время действия патентов. Подтянулись новые (в частности китайские) производители и у них появилась возможность выпускать экспериментальные продукты на основе уже имеющихся технологий.
  2. Сами технические возможности не стоят на месте и к настоящему моменту достигнута ситуация, когда все основные технические проблемы решены.
  3. Нельзя не упомянуть проект RepRap. Одна из целей этого проекта, чтобы принтер мог напечатать сам себя целиком, результат — еще большее уменьшение цены и доступность 3D-печати.
  4. Как только принтеры достигли стоимости порядка 1000$ (которая продолжает снижаться) это открыло доступ к технологии массе энтузиастов.

А как обстоят дела с 3D-печатью больших объектов?

Contour Crafting.  Целое направление, использующее в качестве материала различные типы бетона (и не только бетона):


Один из ярких примеров: технология D-Shape. Позволяет строить такие вещи (на настоящий момент помещающиеся в куб 6 x 6 метров):

3D-печать

И тут уже снова не отстают китайцы. Они начали печатать одноэтажные дома фактически из мусора. На сам процесс можно смотреть бесконечно, как на то, как течет вода и как другие работают 🙂 :


Печать 3D объектов больших размеров весьма перспективно. Все технологии практически готовы — дело в цене и регуляторах. Цена будет продолжать стремительно уменьшаться из-за доступа большого количества игроков на рынок и как только регуляторы признают построенные таким образом дома безопасными хотя бы в одной стране (например в Китае) наши представления о домашнем строительстве изменятся фундаментально.

И нас ждут стремительные прорывы с тех сторон, которые сейчас не очевидны, и случатся они вот буквально «на днях».

А чем это еще может быть полезно мне прямо сейчас?

Область 3D-печати — одна из тех, которые являются однозначным приоритетом развития технологий на будущее. Поэтому стоит начать ею заниматься сейчас, чтобы иметь гарантированный кусок хлеба в ближайшие десятилетия.

Где обучаться?

Например здесь

В каких программах можно строит модели?

В Windows 8.1, Lightroom и Photoshop уже входят вспомогательные модули.

Специализированный софт выпускается с каждым конкретным принтером, учитывая его особенности.

Open Source-ный  Blender  здесь не отстает .

Ну и конечно стандартные промышленные средства, такие как Autodesk Inventor. И вообще планы Autodesk на этом рынке достаточно обширны.

Выводы

Надеюсь мне удалось прояснить все красоту этой области хайтека.

И чтобы не пропустить самое интересное стоит следить за темой например на одном этих ресурсов:

3dpmake.com

3dp.su

www.n3d.biz

или

vk.com/n3dbiz

или на любом другом. И можно быть уверенным, что вдохновляющие новости не заставят себя ждать.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

18 − 8 =