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.
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:
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:
Вот как выглядит сам процесс – завораживающее зрелище:
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:
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):
Приносящая вот такие результаты:
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:
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):
А почему все стало так быстро развиваться именно сейчас?
- Кончилось время действия патентов. Подтянулись новые (в частности китайские) производители и у них появилась возможность выпускать экспериментальные продукты на основе уже имеющихся технологий.
- Сами технические возможности не стоят на месте и к настоящему моменту достигнута ситуация, когда все основные технические проблемы решены.
- 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.
- 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):
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:
или
или на любом другом. И можно быть уверенным, что вдохновляющие новости не заставят себя ждать.