Технология 3D во времена зарождения была многообещающей. Затем, буквально десяток плохо адаптированных фильмов свели на нет весь восторг от объемного кино. Наверное, только Аватар, да пара научно-документальных фильмов  держат оборону с армией перевыпущенных, но не впечатляющих бестселлеров.

 

И вот, через некоторое время технологии позволили не только создавать трехмерные рисунки и анимированные модели, но и делать их физическую копию. Причем не на бесчисленных заводах страны с коммунизмом, а дома и в офисе. Да-да, если вам понравилась какая-то фигура или игрушка, или вам недостает детали в конструкторе – их можно напечатать с помощью 3D принтера.

 

Не вдаваясь в уточнения, 3D печатью называют производство объектов и предметов с помощью 3D моделей и соответствующих принтером. Опустим, что такое понятие вроде бы больше подходит тексту и картинкам — это лишь вопрос терминологии. По факту же, мы расскажем о том, что нужно для 3D печати и все нюансы процесса.

 

Все начинается с ПК

3D принтеры также как и обычные, делятся на лазерные и струйные. Кроме них есть еще станки с ЧПУ (числовым программным управлением), но о них отдельно. Принцип этого деления примерно такой же, как и у печатных. Все они работают под управлением программ для моделирования. И железо, и ПО объединяется термином CAD (Система автоматизированного проектирования).

 

Такие редакторы требует специальных навыков и с нахрапа нарисовать какую нибудь модель не получится. Наверняка, те, кто пытался сделать виртуальную 3D модель для какой нибудь компьютерной игры, например GTA, помнят, что это не просто. Поэтому многие сайты либо предлагают готовые модели, либо их загружают другие пользователи. На них же, можно найти разделы по обучению этому нелегкому ремеслу. Программ для создания моделей множество, как платных так и бесплатных. Наиболее известные это AutoCAD, 3ds Max, Sketchup, SolidWorks и др. Часто, каждая из них заточена под какой-то конкретный вид моделей (техника, архитектура, ландшафт) и поэтому для каждой цели будет по своему актуальной.

 

Если предположить, что с софтверной частью мы разобрались, перейдем к примерам 3D принтеров и расскажем какой где пригодится.

 

База знаний 3D печати

Несмотря на развивающуюся сферу 3D печати, количество моделей принтеров уже огромно. Например, сайт www.additive3d.com составил таблицу моделей принтеров с ценами от $300 до $20.000. В нее попало около 30 моделей от 20 производителей по состоянию на конец лета 2012-го года. Примечательно то, что половина из них в категории Open-source или «Собери-сам». То есть, купив такой, вы можете его модернизировать и совершенствовать. Другая категория, конечный продукт готовый к рознице. Так что кажущаяся на первый взгляд недостижимая категория 3D принтеров на самом деле уже может быть куплена простым смертным.

 

Первым типом и предком всей 3D печати была стереолитография. Она  разработана и запатентована Чарльзом Халлом в 1986. Стереолитография позволяет получить точность «отпечатка» порядка десятых долей миллиметра, но стоимость такого производства чрезвычайно высока. Халлом была основана компания 3D Systems, предлагающая сегодня как домашние, так и корпоративные модели. В портфолио есть модель, например, за $1900 под названием 3D Cube которое умеет печатать игрушки.

 

 

 

Селективное лазерное спекание (SLS) было разработано в конце 80-х годов в Техасском университете в Остине и запатентовано в 1989 году выпускником Карлом Декардом. Технология была закреплена за фирмой DTM Corp. SLS позволяет печатать не только пластиковые, но и металлические детали. К тому же, можно делать движущиеся элементы – петли и кнопки. Недостатками является малая скорость наращивания слоев и пористая поверхность модели, зато она будет крепче, чем сделанные по другим принципам.

 

 

 

Ламинирование было разработано компанией Helysis и проходило под торговой маркой LOM (Laminated Object Manufacturing). Права на эту технологию переданы другой компании, а Helysis закрыта. За счет отсутствия пустот, данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, однако, удаление лишнего материала (обычно его разделяют на мелкие кусочки) в некоторых ситуациях может вызывать затруднения.

 

 

 

Основы технологии наплавления (FDM) были разработаны еще 1988 Скоттом Крампом, а основным производителем оборудования является компания Stratasys. Техпроцесс позволяет с достаточно высокой точностью (минимальная толщина слоя 0.12 мм) изготовлять полностью готовые к использованию детали сравнительно большого размера (до 600x600x500 мм).

 

 

 

К отдельному типу можно отнести станки с числовым программным управлением. Мы говорили о них в начале. Эти устройства могут управляться непосредственно из CAD программ (см. выше) и вырезать, выпиливать и высверливать в материале модели, которые в этих программах разрабатываются. Они требуют меньших затрат расходников, а также универсальны по материалам изготовления. По габаритам они также могут быть от настольных до больших стационарных. Разница будет в максимально возможном размере производимого предмета.

 

 

 

Плюсы из будущего

Весь этот сложный экскурс в технологии важно осветлить тем, что результаты развития более чем перспективны. Начнем с простого, если дома у вас поломалась какая либо деталь – ее можно заменить, просто напечатав новую. Принтер за несколько сотен долларов, быстро окупится в виду дорого обслуживания в сервисных центрах.

 

Для мелкосерийного производства 3D печать может стать заменой станкам. Куда проще и дешевле будет создать реальную модель и внести нужные изменения еще на этапе проектирования. Известным примером, является разработка коробки передач для Porsche 911 в прозрачном варианте. Тогда инженеры смогли изучить ток масла и оптимизировать внутренние процессы.

 

Целая концепция родилась из всего этого роя идей. Как вам разработка принтеров от RepRap которые могут само-копироваться? Принтер умеет воссоздавать все детали из которых состоит сам. Кроме того, принтеры RepRap являются открытыми разработками и вполне доступными финансово, так что проапгрейдить и приспособить их к чему-то новому может каждый.

 

 

 

Наиболее сногсшибательный вариант, это производство органов человека, используя био-гель из сгустков необходимых клеток. Такие разработки уже имеются в Университете Миссури. «Бррр!», скажете вы, а когда нибудь эта технология начнет спасать жизниJ

 

---

 

Технологии 3D печати

• Лазерная стереолитография (Laser Stereolithography, SLA) — объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего, объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя.
• Селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS) — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путем его плавления под действием лазерного излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на нее вновь наносится порошкообразный материал.
• Изготовление объектов с использованием ламинирования (Laminated Object Manufacturing, LOM) — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала, с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущим инструмента) соответствующих контуров на каждом слое.
• Моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM) — объект формируется путем послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся вэкструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя таким образом текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой. Часто в данной технологии участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.