Что такое 3D-печать: просто о сложном
Оглавление
- 1. Для чего используется 3D-печать
- 2. Как работает 3D-печать
- 3. Что я могу создать с помощью 3D-принтера
- 4. Какие материалы доступны для 3D-печати
- 5. Как начать 3D-печать
- 6. Какие навыки нужны для работы с 3D-печатью
- 7. Что мне нужно для начала 3D-печати
- 8. Кто использует 3D-печать
- 9. Альтернативы 3D-печати
- 10. Перспективы
- 11. В заключение
Что такое 3D-печать? Для чего 3D-печать хороша? Как работает 3D-печать? В этой статье мы подробно расскажем об этой захватывающей технологии.
3D-печать, также известная как аддитивное производство, это производственный процесс, при котором 3D-принтер создает трехмерные объекты путем нанесения материала слоями, в соответствии с цифровой 3D-моделью объекта.
Анимация, показывающая, как 3D-принтер печатает трехмерный объект, слой за слоем
1. Для чего используется 3D-печать
3D-печать позволяет любому желающему легко создавать предметы разной формы, даже у себя дома.
В отличие от громадных машин, установленных на заводах, современные настольные 3D-принтеры компактны, дешевы и достаточно просты, чтобы начать работать без серьезной подготовки.
3D-принтер легко помещается на рабочем столе
Многие уже приобрели 3D-принтер себе домой. Зачем же он нужен?
На 3D-принтере можно напечатать много разнообразных вещей. Ваш ребенок хочет новую игрушку? Напечатайте её! Ваша дверная ручка сломалась? Напечатайте новую. Чашка индивидуального дизайна? Почему бы и нет! Часто дешевле и быстрее напечатать что-то самому, чем покупать такие вещи в магазине. Тем более, иногда простейшие предметы отсутствуют в продаже. Например — крепления для стеллажей, шестеренки для кухонной техники, подставки требуемых размеров и дизайна.
Технология уже довольно зрелая и качество 3D-печатных изделий постоянно улучшается. Легко представить себе ближайшее будущее, когда у каждого дома есть 3D-принтер. Это может никогда не произойти, но всем желающим 3D-принтеры доступны уже сейчас.
2. Как работает 3D-печать
Каждый, кто знаком с работой обычного струйного принтера, который печатает документы, легко поймет как работает 3D-принтер.
Например, вы хотите напечатать что-то полезное, вроде чехла для вашего смартфона, порядок действий будет таким:
- Так же, как для печати на струйном принтере требуется цифровой документ (файл PDF или DOC), для 3D-печати требуются файлы 3D-моделей (наиболее распространенный формат - .STL). Сначала нужно создать или загрузить цифровой файл.
Файл дизайна чехла для iPhone
- После сохранения цифрового дизайна ваш компьютер обработает файл и подготовит к печати. Вы можете изменять настройки в меню так же легко, как меняете их на обычном струйном принтере.
Можно изменить настройки 3D-печати с помощью программного обеспечения
- Для обычного струйного принтера вы покупаете и используете картриджи с чернилами, для 3D-принтера — филамент, нитеобразный пластик, сделанный из различных материалов. Филамент служит “чернилами” для 3D-принтеров.
- Обычный струйный принтер создает документ нанесением чернил на бумагу. 3D-принтер создает физический объект путем нанесения большого количества слоев материала на основание. В процессе печати компьютер передает принтеру команды, заставляющие его наносить слои материала таким образом, чтобы получилась заданная модель.
3D-принтер печатает чехол для iPhone. Это занимает около часа.
3D-печатный чехол для iPhone.
3. Что я могу создать с помощью 3D-принтера
Трудно представить, что вы могли бы сделать, если бы у вас было устройство создающее различные вещи. Итак, чтобы помочь вашему воображению, вот несколько примеров того, как люди используют свои 3D-принтеры.
Studio 911 - макеты
Макетная мастерская из Москвы использует принтеры для печати архитектурных макетов.
Раньше детали макетов вырезались из пенопласта, клеились из листового пластика, вытачивались и фрезеровались на станках из различных материалов, включая камень.
Все эти технологии применяются и сейчас, но 3D-печать сильно расширила возможности создателей макетов.
3D-печать принесла в макетное дело много нового и серьезно расширила его возможности — как количественные, так и качественные: она ускорила производство макетов, повысила их точность и диапазон доступных масштабов.
Пока нельзя заменить 3D-печатью все процессы в макетной мастерской, это еще не оправдано экономически, но и представить уважающую себя макетную студию без них уже нельзя. Особенно хорошо это видно на примере STUDIO 911, где стремятся не только производить качественные макеты, но и поставить это дело “на конвейер”.
3D-принтеры берут на себя рутинную часть работы, оставляя специалистам более творческую, и тем повышая эффективность их труда, а значит и продуктивность мастерской в целом.
3D-печатная миниатюра достопримечательностей Москвы, размером с блюдце.
Завод им. Кулакова - судовая электроника
На заводе судовой электроники имени А.А.Кулакова 3D-печать используют для изготовления литейных форм.
До появления 3D-печати проектирование и производство корпусов и несущих элементов оборудования проводилось традиционными методами, включающими в себя долгий процесс ручного прототипирования и испытаний. Технологии Цифрового Производства дают возможность значительно уменьшить необходимые время и трудозатраты, а значит — ускорить и удешевить производство.
В данном случае, в качестве материала был выбран полимер Somos PerFORM, основное свойство которого — способность напечатанной детали выдерживать температуру до 268 градусов Цельсия.
Эта методика позволяет печатать формы для вертикального термопластавтомата на 3D-принтере, что значительно дешевле и быстрее изготовления их на фрезерном станке с ЧПУ.
Такие формы выдерживают около 200 отливок без потери качества и используются для мелкосерийного производства.
Stigma Show - костюмы
Stigma Show создают свои костюмы с использованием 3D-печати.
Stigma Show — это яркие геометрические рисунки, психоделические образы и мощная энергетика. Уже десять лет они выступают по всему миру и дарят людям свет, в прямом и переносном смысле. Основные направления — световое, огненное и зеркальное шоу.
3D-принтер применяется для печати масок и других элементов костюмов, которые участники используют в выступлениях.
Каждый такой костюм — сложная конструкция собирающаяся из множества компонентов, включающая в себя как 3D-печатные части, так и ткань, и электронные или светоотражающие детали.
Раньше, чтобы создать 3D-объект, приходилось брать много 2D-элементов и складывать их вместе. Или брать объекты побольше и выпиливать из них всё лишнее, чтобы получить желаемое.
Сейчас всё проще. Объекты крупные, иногда себестоимость пластика примерно такая же, как в случае заказа аналогичной детали на стороне, но, с учётом времени на доставку и обработку, свой принтер серьезно выигрывает.
4. Какие материалы доступны для 3D-печати
Так как все вышеупомянутые примеры используют пластик, вам может быть интересно, является ли пластик единственным, что могут использовать 3D-принтеры.
И да, и нет. Используя настольный принтер, вы можете выполнять 3D-печать с использованием пластиков разного химического состава и композитных материалов на основе пластика, включающих в себя металл, керамику и дерево.
Ниже несколько примеров.
Эти гайка и болт были напечатаны с использованием пластика ABS
Часы напечатаны композитом содержащим древесину
Эта декоративная металлическая деталь была напечатана с использованием композиционного материала содержащего металл. После печати деталь запечена в печи.
Профессиональные и промышленные 3D-принтеры, более сложные и дорогие, также могут печатать фотополимерными смолами, сталью и сплавами, керамикой, воском и другими материалами. Если у вас нет достаточно денег и отдельной комнаты для принтера, вы не сможете использовать эти продвинутые материалы для своих DIY проектов. Но можно воспользоваться онлайн-сервисом 3D-печати, таким как студия печати Top 3D Shop, чтобы деталь была напечатана из требуемого материала и отправлена вам.
Если вам интересно узнать больше о разнообразных расходных материалах для 3D-печати, ознакомьтесь с нашим подробным гидом по выбору пластика для 3D-печати.
5. Как начать 3D-печать
3D-печати может научиться любой. Но прежде чем мы поделимся с вами списком покупок и перейдем к рассмотрению технологии в подробных деталях, вам лучше ознакомиться с различными этапами процесса 3D-печати. Поняв этот процесс, вы будете лучше представлять с чего начать и решите, какой принтер вы хотите купить.
Шаг 1 процесса 3D-печати: Дизайн
Для 3D-печати нужен цифровой файл, представляющий собой трехмерную модель предмета. Поэтому дизайн является первым важным шагом в процессе 3D-печати.
В 3D-моделировании нет необходимости рисовать что-то от руки, в программном обеспечении есть инструменты и шаблоны форм, используя которые можно создавать множество 3D-моделей.
Если Вы когда-либо работали с MS Paint, GIMP, Inkscape, Illustrator или Photoshop, то ПО для 3D-моделирования покажется вам знакомым. Все они имеют похожие интерфейсы для операций с объектами.
Ниже приводим короткий видеоролик, показывающий процесс создания кольца, чтобы вы могли получить первоначальное представление о том, как это работает:
Шаг 2 процесса 3D-печати: Нарезка
После того, как у вас есть файл дизайна, следующим шагом будет открытие его в слайсере — специализированном ПО для разделения объекта на слои, превращения трехмерной графики в набор команд для 3D-принтера.
Слайсер рассчитывает кратчайший путь перемещения печатающей головки во время печати, чтобы она могла создать первый слой, затем переместиться вверх и создать второй слой, и так далее. Таким образом, слайсер из 3D-модели делает файл в формате .gcode, с конкретными командами для 3D-принтера для печати каждого слоя.
Шаг 3 процесса 3D-печати: Печать
Если ваш 3D-принтер подключен к компьютеру, просто нажмите «Печать» и убедитесь, что процесс запущен. Если принтер работает автономно — перенесите файл .gcode с компьютера в принтер на флешке или SD-карте, выберите его и запустите печать.
3D-принтеры работают пока не очень быстро, им бывает необходимо несколько часов для печати объекта размером с чашку для кофе.
6. Какие навыки нужны для работы с 3D-печатью
В последних нескольких подразделах мы рассмотрели различные этапы процесса 3D-печати. Если вы новичок, вам, возможно, придется улучшить навыки, прежде чем вы будете готовы к каждому из этих шагов.
Создание 3D-моделей
Если вы хотите создать свои собственные 3D-модели, то вам нужно будет ознакомиться с программами для 3D-дизайна. Обратите внимание, что это не обязательно, ведь всегда можно загрузить модели из Интернета.
Программное обеспечение САПР (CAD) отличается друг от друга, поэтому рекомендуется выбрать одну программу и попытаться полностью освоить её интерфейс и возможности.
К счастью, есть очень хорошие учебники почти для всех популярных программных продуктов САПР, которые можно скачать в Интернете или купить в книжном магазине. Начните с базовых руководств по созданию простых моделей и, когда вы будете уверены в своих знаниях, перейдите к расширенным учебным пособиям, посвященным проектированию более сложных объектов. При достаточном желании и усердии, вы сможете овладеть созданием 3D-моделей за несколько недель.
В следующем разделе мы представим ряд ссылок, которые помогут вам начать карьеру 3D-дизайнера.
Управление слайсером и принтером
Работа со слайсером и принтером не всегда выполняется в режиме «plug-and-play». Бывают сложности, и вам нужно быть достаточно осведомленным для самостоятельного устранения неполадок и стандартных проблем.
- Вы должны уметь настроить принтер и откалибровать его, прежде чем сможете начать печатать свои собственные проекты. Этот процесс не слишком сложен, с каждым принтером поставляются собственные инструкции по сборке и калибровке. Ниже приведен пример того, как это выглядит для экструзионного 3D-принтера Monoprice.
- Некоторые 3D-модели могут иметь нависающие элементы. Поскольку 3D-принтер печатает слой за слоем, он не может печатать висящие детали. Для их печати нужно создать поддержки в слайсере. От слайсера будет зависеть расположение и частота поддержек, в настройках эти параметры можно менять. После завершения печати поддержки удаляются вручную, если вы печатаете их материалом модели, либо растворяются соответствующим растворителем, если они напечатаны специальным растворимым материалом. Создание моделей с растворимыми поддержками возможна лишь на принтерах поддерживающих печать более чем одним материалом, то есть — с двумя (или больше) экструдерами.
У этой модели корпуса слухового аппарата есть довольно сильные выступы. Пример того, как будет печататься область поддержки, позволяющая выполнить такую геометрию.
- Иногда, даже если принтер правильно откалиброван, а в модели нет ошибок, качество печати будет ужасным. Это может произойти по нескольким причинам. Например, первый слой может не прилипать должным образом к печатному основанию. Температура печати может быть не идеальной для материала, который вы используете. Если материал слишком быстро охлаждается, это может привести к усадке или деформации. Вам нужно будет изучить эти стандартные проблемы и исправить их, изменив соответствующие настройки в вашем слайсере или программе печати.
Это та причина, по которой лучше покупать популярный 3D-принтер с большим сообществом пользователей — если у вас распространенный 3D-принтер, всегда можно найти необходимую информацию в сети или спросить на форуме.
Как упростить себе жизнь
Если вы считаете, что не готовы выделить время для развития необходимых навыков, но все еще хотите заниматься 3D-печатью, то можете делегировать часть рабочего процесса другим.
Вместо того, чтобы самостоятельно разрабатывать изделие, вы можете просто загрузить существующую 3D-модель из Интернета.
Так поступают многие. Интернет наполнен бесплатными проектами с открытым исходным кодом почти всего, что вы можете распечатать. Thingiverse — это крупнейший ресурс для обмена 3D-файлами и хорошая отправная точка для загрузки 3D-проектов для начинающих.
Thingiverse — крупнейший ресурс для обмена файлами 3D-моделей
Используйте студии услуг вместо того, чтобы распечатывать модели самостоятельно. Можно изготавливать печатные изделия даже не имея 3D-принтера. Для этого достаточно обратится в нашу студию 3D-печати. В ней вам помогут изготовить необходимую модель, подберут оптимальный материал и распечатают ее.
Существует несколько причин, по которым вам может потребоваться выбрать онлайн-сервис 3D-печати, а не печатать с помощью вашего 3D-принтера.
- Возможно, вы захотите использовать материалы не поддерживаемые настольными принтерами. Онлайн-сервисы 3D-печати используют промышленные 3D-принтеры, которые могут обрабатывать самые разнообразные материалы, включая пластик, металлы и сплавы, смолы, керамику, воск, песчаник, бумагу, съедобные материалы и т.д. На вашем настольном принтере вы обычно будете ограничены пластиком, или пластиком с древесной или металлической пылью.
- Если вы дизайнер и хотите не заниматься 3D-печатью, а быстро и легко получить прототип, 3D-печать на заказ — это, безусловно, ваш вариант.
- Либо, если вы хотите опробовать 3D-печатные изделия до покупки принтера, чтобы принять решение по результатам, основываясь на полученных впечатлениях.
Если хотите открыть свою студию 3D-печати, вы можете приобрести комплексное решение для ее оборудования, или присоединиться к нашей программе франшизы.
7. Что мне нужно для начала 3D-печати
Наконец, ниже список оборудования и программного обеспечения, которое у вас должно быть для 3D-печати:
1. Программное обеспечение САПР
Tinkercad - это простое в использовании программное обеспечение САПР для проектирования 3D-моделей
Если вы решите создать свои собственные 3D-модели, вам необходимо установить программное обеспечение САПР.
Первый шаг - найти правильное программное обеспечение. Есть много платных и бесплатных программ для 3D-моделирования. Некоторые из них ориентированы на новичков, некоторые - на дизайнеров с опытом, а какие-то созданы для экспертов. Поскольку вы новичок, вам следует начать с простой программы, ориентированной на начинающих.
Чтобы помочь вам выбрать, мы составили список ведущих программ для 3D-моделирования и печати.
После того, как вы определились с программным обеспечением для 3D-моделирования, вы можете взглянуть на некоторые из учебников по 3D-дизайну для начинающих. Эти учебники помогут вам начать работу с соответствующим программным обеспечением сразу.
2. Слайсер
Чтобы изменить настройки печати, вам нужно настроить слайсер
Очень часто производитель 3D-принтера включает в комплект программного обеспечения слайсер. В этом случае вы можете просто использовать его.
Если производитель вашего принтера не включил слайсер в комплект поставки, или вас не устраивает его работа, попробуйте бесплатную программу Cura.
Cura был разработан компанией Ultimaker, но его можно использовать и с большинством настольных 3D-принтеров других производителей.
Если вы готовы потратить немного денег, перейдите на Simplify 3D — лучший слайсер на рынке.
Если вам нужна полная картина, читайте наш обзор самых популярных программ: Лучшие слайсеры для 3D-принтера.
3. 3D-принтер
Недорогой 3D-принтер
Бытовой 3D-принтер
3D-принтер - это, конечно, самый важный компонент 3D-печати
Наконец, самый важный компонент для DIY – сам 3D-принтер. Наиболее важными факторами, которые следует учитывать при покупке 3D-принтера, являются:
- Цена: вы можете купить что-то дешевое, вроде Wanhao Duplicator i3 Plus за 350 долларов, или что-то дорогостоящее, вроде Ultimater 3, который стоит в десять раз дороже.
- Размер: например, Monoprice MP Select Mini является крошечным и обладает смехотворно маленьким максимальным полем печати 120 x 120 x 120 мм. С другой стороны, есть Creality CR-10, который представляет собой бюджетный трехмерный принтер, предлагающий размеры печати до кубического метра. В зависимости от того, сколько места для размещения принтера у вас есть и какого размера объекты вы хотите печатать, вы можете выбрать соответствующего производителя и модель.
- Совместимость материалов: не все принтеры могут использовать любые материалы. Всегда сверяйтесь со списком совместимых с вашим принтером материалов до покупки. Важно учесть температуру плавления пластика и температуру нагрева экструдера, а также другие моменты. Если вы новичок, в этом вопросе проще довериться списку совместимых материалов от производителя вашего принтера.
- Технология: Настольные 3D-принтеры обычно делят на два типа: FDM - послойное наплавление полимера (Fused deposition modeling) и SLA (стереолитиография). Не углубляясь в технологии, вы должны знать, что качество печати с использованием этих двух методов отличается. Ниже пример:
Слева FDM, справа SLA
Совершенно очевидно, что принтеры SLA имеют лучшее качество печати. Но SLA-принтеры и используемые ими фотополимеры намного дороже, чем принтеры FDM и пластиковый пруток в катушках, а напечатанные по технологии стереолитографии модели требуют большей постобработки — промывки, “запекания” в ультрафиолете.
Наконец, как мы уже говорили ранее, настройкой и устранением неполадок на вашем принтере вы будете заниматься в одиночестве и без поддержки, если нет онлайн-форумов, где вы можете задать вопросы и получить ответы в разумные сроки. Поэтому вам необходимо убедиться, что ваш принтер популярен и имеет базу пользователей, которая будет поддерживать вас в вашем увлекательном путешествии по миру 3D-печати.
Обладая этой информацией, вы также можете ознакомиться с подробными руководствами покупателя 3D-принтера:
4. Расходные материалы
Так же, как струйный принтер не работает, если у вас закончились чернила, 3D-принтер не будет работать без расходных материалов для печати.
Нельзя печатать без филамента
Когда дело доходит до приобретения расходных материалов для печати, вы должны сначала ознакомиться с документацией 3D-принтера и проверить, какие типы материалов он поддерживает. Большинство настольных 3D-принтеров поддерживают, как минимум, PLA и ABS. Некоторые 3D-принтеры могут печатать и другими типами пластиков и композиционных материалов.
По ссылке читайте наш Подробный гид по выбору пластика для 3D-печати , в котором можно получить больше информации.
8. Кто использует 3D-печать
Из-за обилия возможностей, которые предлагает 3D-печать, она ползуется популярностью и используется широким кругом людей и организаций.
В начале статьи мы привели несколько примеров того, как люди используют 3D-печать, теперь рассмотрим подробнее.
Педагоги и учащиеся
Говорят, что обучение на практике - это лучший способ понять что-то. 3D-печать - отличный способ привнести эту практическую форму обучения в класс. Это позволяет учащимся создавать, вместо того, чтобы быть пассивными зрителями или слушателями, и учиться на своих творениях.
В международной школе имени М.В. Ломоносова 3D-принтер используют для обучения практике цифрового производства — от эскизов проекта, к их реализации. В частности, на примере печати тематических магнитов.
“Большинство из учителей в работе используют магниты: они прикрепляют к доске примеры работ, задачи и наглядные пособия.
Взяв эту ситуацию за основу, мы предложили детям задачу по дизайну: придумать прототипы тематических магнитов для учителей. Такая работа органично объединила в себе сразу несколько концептов: коммуникация — работа с клиентами, магниты «говорят» за учителя, они персонализированы; форма — площадь поверхности и размеры магнитов; перспективы в использовании прототипов.
Ученикам предстояло в течение двух месяцев создавать эти прототипы взаимодействуя с “заказчиком”, принимая правки и внося корректировки в проект, начиная с эскизов и вплоть до получения конечных изделий.
Для того, чтобы увеличить участие всех учеников, работа с принтером велась так: ученики сами запускали в печать свои модели, а на принтер была установлена веб-камера, онлайн-трансляция позволяла ученикам всей школы наблюдать за процессом.
Из этого примера видно, что раньше, до появления принтера, нам пришлось бы ограничиться чертежами или использовать ограниченное количество форм и материалов.”
Пройдя один раз полный цикл работы с принтером, ученики запоминают основные плюсы и минусы печати и дальше, уже в других предметах и в других проектах, используют его: например, печать небольших скелетов динозавров для диорамы геохронологической шкалы (География), или печать макета холодильника для демонстрации работы элемента Пельтье (физика).
Мейкеры
DIY означает “do it yourself”, “сделай сам”. Диайвайщики, известные также как мейкеры и самодельщики — это люди, решающие свои задачи самостоятельно, часто дешевле и быстрее, чем можно купить готовые решения в магазине.
Неудивительно, что мейкеры освоили 3D-печать. Они используют эту технологию чтобы сделать все, что им нужно — от компьютерных корпусов до косплейных костюмов, как это делают наши друзья из Санкт-петербурга. Смотрите:
Дизайнеры и художники
Дизайнеры давно используют 3D-принтеры для быстрого создания моделей изделий и прототипов, но все чаще они используются и для изготовления конечных продуктов. Среди изделий, сделанных на 3D-принтерах - обувь, мебель, восковые отливки для изготовления ювелирных изделий, инструменты, штативы, подарки и новинки, а также игрушки.
Например, художник Дмитрий Каварга использует 3D-принтер для печати элементов скульптур.
В результате получаются такие произведения:
“Палео-гео-морфология. Керн №17.” Верхняя часть.
А музей современного искусства Эрарта использует 3D-печать для изготовления сувенирной продукции - копий выставляемых произведений.
В промышленности
Самый большой пользователь 3D-печати - это, конечно же, промышленность. Давайте кратко рассмотрим, какие игроки промышленности приняли 3D-печать и как они используют ее для преобразования своих производственных процессов.
Автомобильные и авиационные производители
Гоночные команды Формула-1 используют 3D-печать для прототипирования, тестирования и, в конечном счете, создания деталей гоночного болида. Конюшня McLaren печатает на принтере Stratasys детали для своих болидов из Nylon 12CF.
Шведский производитель автомобилей Koenigsegg использует 3D-печать для турбонагнетателя One:1 model.
Крупные компании, такие как Mercedes, широко используют 3D-печать для прототипирования и производства.
фото: Skorpion Engineering
GE Aviation и Safran разработали метод 3D-печати топливных форсунок для реактивных двигателей, что позволяет им заменить сложные сборки одной превосходной деталью.
Врачи и стоматологи
Врачи и стоматологи используют 3D-печать для создания вспомогательных средств и протезов, которые необходимы пациентам.
Слуховые аппараты, зубные скобки, элайнеры и протезы конечностей могут быть легко сделаны для пациента, используя 3D-печать, избегая ручного труда. Фактически, большинство слуховых аппаратов, которые вы видите сегодня, напечатаны на 3D-принтере.
Большинство слуховых аппаратов изготовлены 3D-печатью
Шеф-повара и производители продуктов питания
3D-печать с использованием съедобных материалов позволяет производителям продуктов исследовать вкусы до внедрения в массовое производство.
В кондитерской компании Chocolama.ru используют 3D-принтер Chokola3D для печати шоколадом.
Шоколадные изделия самых изощренных форм теперь можно изготавливать в любом количестве. Раньше для этого пришлось бы заказывать силиконовые формы для литья, либо вырезать каждое изделие вручную, что подразумевает совсем другие затраты времени и средств.
В среднем, за день печатается 15-20 фигурок, в зависимости от размера и формы.
Модельеры
С 3D-сканированием можно создать стиль, который идеально подходит для любого человека. Представьте себе обувь, очки и одежду, которые созданы специально для вас. Слияние традиционных материалов с современными трехмерными печатными элементами также создает одежду с совершенно новыми свойствами.
Например, знаете ли вы, что Adidas уже довольно давно занимается изготовлением 3D-обуви? Adidas, Reebok и многие другие производители обуви, хотят использовать технологии 3D-печати для массового производства обуви.
Эта обувь от Peak Sport - первая коммерческая 3D-печатная обувь в Китае
Теперь вы можете также спроектировать и распечатать свой собственный пиджак, благодаря этому инновационному веб-сайту от модника Дэнита Пелега.
Архитекторы и строительные компании
До появления 3D-печати архитекторам приходилось строить масштабные модели вручную, создавая отдельно каждый элемент. Сегодня, они могут быстро и легко печатать масштабные 3D-модели зданий прямо из существующих файлов САПР, которые используются в архитектурной разработке.
Ведущий застройщик Санкт-Петербурга и Ленинградской области использует 3D-принтер для печати моделей зданий с внутренней структурой — перекрытиями и лестницами.
В колледже современных технологий 3D-принтер применяется для изучения методик работы с 3D-печатью в строительстве. Используется для печати малых архитектурных форм — лавочек, тумб, рельефных элементов.
Например, вот так выглядит изготовленная с применением данного принтера лавочка.
Другой пример применения: в Артёмовском, под Екатеринбургом, принтер производства Спецавиа напечатал копию одной из башен замка Винтерфелл из «Игры престолов».
Башня напечатана на территории местного бетонного завода и предназначена для поста охраны.
9. Альтернативы 3D-печати
Альтернативы для домашнего использования
Когда дело доходит до домашнего производства, необходимо что-то дешевое и маленькое. На данный момент 3D-печать является абсолютным лидером в этом сегменте — домашние принтеры невелики по размеру, а расходники стоят недорого.
Маленькая, но немного более дорогая альтернатива - настольный станок с ЧПУ. Фрезерный станок с ЧПУ, или CNC, что означает Computer Numerical Control, может быть почти также скромен по размеру, как и настольный 3D-принтер.
Обработка на станках с ЧПУ, как и 3D-печать, производится по цифровым моделям. Компьютер обрабатывает файл и заставляет режущий инструмент в станке удалять материал из заготовки, слой за слоем — как “3D-печать наоборот”, ведь там материал добавляется.
Давайте посмотрим, как это работает.
Станки с ЧПУ как правило дороже, и у них есть преимущества по сравнению с 3D-печатью — они могут работать с более широким спектром материалов, включая металлы (например: алюминий, стальные сплавы, латунь, медь), хвойные и лиственные породы древесины, термопласты, акрил, моделирующие пены и модельный воск (при создании моделей для литья). Точность фрезеровки на станке с ЧПУ обычно выше, чем точность печати на FDM-принтере, как и скорость работы.
С другой стороны, они очень шумные и грязные. Станки с ЧПУ работают с использованием высокоскоростного вращающегося режущего инструмента, что дает очень громкий звук при работе по материалу, не считая шума самих двигателей приводов и шпинделя, и покрывают все вокруг опилками.
Сама технология фрезерования отличается еще и тем, что большое количество материала уходит в отходы.
Чтобы узнать больше, читайте статью “3D-печать и ЧПУ-фрезеровка — друзья или враги?”
Сравнение с промышленными альтернативами
3D-печать намного моложе традиционных технологий производства, таких как литье, но имеет много преимуществ, поэтому в промышленности ее изучают и охотно используют для прототипирования и производства. Но в масштабном серийном производстве она все еще отстает от более традиционных методов. Краткое изложение того, как они сравниваются:
Сравнительные преимущества 3D-печати над традиционными методами
-
Возможно изготовление очень сложных конструкций: 3D-печать позволяет производителям печатать очень сложные конструкции. Такие конструкции либо очень дороги, либо невозможны для изготовления с использованием традиционных методов.
-
Легкая настройка: в традиционном производстве изменения в продукте приводят к дополнительным затратам. Гораздо дешевле производить стандартизированные товары в определенных количествах. В 3D-печати нет дополнительных затрат при внесении изменений в продукт, не считая правки цифровой модели, поэтому любая деталь может быть изменена для удовлетворения конкретных потребностей пользователя.
-
Низкие фиксированные затраты: при производстве с помощью таких методов, как литье металлов или литье под давлением, штамповка или вырубка, для каждой детали требуется новая литьевая форма или оснастка. 3D-печать же - это процесс «единого инструмента», где нет необходимости изменять процесс производства для новых элементов. Это приводит к значительному снижению фиксированных затрат на модель.
-
Скорость и простота прототипирования означает более быструю и менее рискованную разработку продукта: 3D-печать не требует дорогостоящего инструмента. С точки зрения затрат, это особенно эффективный способ для разработчиков тестировать новинки на рынке, делать небольшие производственные тиражи или запускать свой продукт через краудфандинг. Это также менее рискованно, так как относительно легко изменить изделие на этапе прототипирования, без ущерба.
-
Меньше отходов: большинство традиционных методов являются субтрактивными. Это означает, что во время производственного процесса образуются отходы, 3D-печать же является аддитивным процессом — она использует ровно столько материала, сколько необходимо для создания модели. Большинство материалов для 3D-печати могут быть переработаны для повторного использования.
Сравнительные недостатки 3D-печати по сравнению с традиционными методами
-
Более высокая стоимость для массового производства: когда речь идет о производстве одного предмета в больших количествах (более 10000 единиц), традиционное производство превосходит 3D-печать в цене. В то время, как 3D-печать имеет более низкую фиксированную стоимость за элемент, это преимущество полностью исчезает во время массового производства, поскольку фиксированная цена подсчитывается только один раз. Но, с учетом того, что цена 3D-принтеров и материалов для печати продолжает уменьшаться, в будущем этот баланс может измениться.
-
Меньше вариаций материала: традиционное производство может обрабатывать гораздо более широкий спектр материалов, по сравнению с 3D-печатью. Это если говорить о всем многообразии методов традиционного производства, но такое противопоставление не совсем корректно.
-
Ограниченная и невоспроизводимая прочность и износостойкость: поскольку 3D-печать представляет собой процесс поэтапного добавления слоев, общей проблемой является разная прочность и выносливость деталей на разных слоях. Технология также не полностью воспроизводима, поскольку разные машины производят детали с немного отличающимися свойствами. Этот минус характерен, в основном, для домашних 3D-принтеров, работающих по технологии FDM.
-
Более низкая точность: точность в 20 - 100 микрон недостаточна для некоторых отраслей промышленности. Правда, когда 3D-печать догонит своих конкурентов в точности, это лишь вопрос времени.
3D-печать, безусловно, является лучшим выбором при создании прототипов или сверхсложных изделий, но для массового производства одинаковых деталей традиционные технологии пока предпочтительнее.
10. Перспективы
Великая мечта
Великой мечтой 3D-печати является “супермаркет на столе” или “ завод в мастерской”. Это может показаться слишком оптимистичным, но стоит признать — владение машиной, которая по вашему желанию может создавать уникальные вещи, чрезвычайно привлекательно.
Представьте, что вы сможете получить запчасть для поломанной вещи за считанные часы, без необходимости ждать доставки или ехать за ней.
Представьте себе возможную творческую свободу при создании каждого предмета домашнего обихода в соответствии исключительно с вашим вкусом и предпочтениями. Или радость ношения обуви, предназначенной только для ваших ног.
Это будет другой мир — так же, как компьютеры и смартфоны изменили способ получения и передачи информации для миллиардов людей, 3D-принтеры изменят способы получения физических объектов.
Многие энтузиасты 3D-печати заявляют, что 3D-принтеры скоро станут неотъемлемой частью каждого дома, изменяя баланс между производителями и потребителями. Другие говорят, что технология еще сырая, и что истинная ее ценность лежит исключительно в промышленной сфере. Все, что мы можем сделать, это внимательно следить и размышлять.
Что могло сдержать 3D печать
Есть также несколько аргументов против широкого внедрения 3D-печати.
Возможно, самым большим ограничением для 3D-принтеров являются их текущие возможности. Диапазон материалов, хотя и растет, по-прежнему недостаточно широк, чтобы удовлетворить безграничную фантазию человека.
Большинство 3D-принтеров до сих пор печатает одним-двумя материалами и не может изменять их цвет. 3D-принтеры для печати конечных продуктов не могут считаться совершенными, пока не преодолеют этот барьер.
Работы в этом направлении ведутся — XYZ Printing анонсировала полноцветный настольный 3D-принтер стоимостью около 3000$.
Полноцветный настольный 3D-принтер
Повторное использование и переработка
Даже если 3D-принтеры не проникнут в каждый дом, как это сделали персональные компьютеры, почти наверняка они будут очень полезны в будущем.
Мы медленно приближаемся к тому времени, когда переработка - это вопрос необходимости, а не роскоши. Сколько вещей мы бракуем и выбрасываем сегодня, потому что основной элемент конструкции сломан, и найти замену слишком сложно? С 3D-принтером уже можно создавать и заменять многие простые детали, ремонтируя вещи по частям, а не заменяя целиком.
В будущем люди будут все чаще использовать 3D-печать и ремонтировать свои вещи, а не выбрасывать их. Даже если они не будут делать это у себя дома, то смогут воспользоваться услугами ближайшего 3D-ателье.
Будущее 3D-печати в отрасли
Некоторые крупные компании очень активны на рынке 3D-печати. Дженерал Электрик купила две европейских компании 3D-печати за 1,4 миллиарда долларов. HP, гигант печати, представил свою собственную 3D технологию печати и принтер.
Много новых материалов становятся доступными для 3D-печати, и это постоянно расширяет ее возможности и предлагает новые варианты использования. Например, исследователи в Университете Дюка недавно разработали 3D-печатный гель, который застывает и заменяет межкостный хрящ. Это должно очень помочь при операциях по замене коленного сустава.
Новый хрящевой гидрогелевый материал повышает гарантии восстановления коленного сустава
Производители принтеров улучшают возможности своих машин для устранения текущих ограничений размера, точности и качества. Например, Ford и Boeing в настоящее время тестируют Stratasys Infinite Build - 3D принтер, который может печатать объекты бесконечной длины.
Стоимость металлической печати снижается, что приводит к тому, что многие компании, которые раньше отказывались от нее из-за чрезмерной стоимости, сейчас используют 3D-печать для прототипирования. Автомобильные и аэрокосмические производители все чаще используют 3D-печать для печати конечных продуктов, а не только прототипов.
Персонализированные 3D-печатные продукты сейчас на подъеме, особенно в медицинской промышленности. Помните лоток, который стоматолог засовывал вам в рот, чтобы сделать слепок зубов? Теперь стоматолог может просто сделать объемный снимок зубов 3D-сканером и получить цифровую модель.
Технология, которая вдохновляет
3D-печать отправляется в космос: NASA уже разместила 3D-принтеры на борту Международной Космической Станции.
3D-принтер ZERO-GRAVITY на борту Международной Космической Станции
Почему 3D-принтеры настолько полезны в космосе? Рассмотрим случай Аполлона 13. Чтобы не допустить смерти астронавтов от отравления угарным газом, НАСА пришлось найти способ разместить квадратный штифт в круглом отверстии. Если бы на борту был 3D-принтер, астронавты могли бы напечатать необходимую деталь на месте.
Космонавты не могут брать с собой в космос бесконечный запас деталей. Таким образом, любая поломка становится проблемой. По мере необходимости, 3D-принтер на борту может легко изготовить новые детали вместо поврежденных.
Долгосрочный план заключается в том, чтобы использовать 3D-принтеры на Марсе и в других мирах, потому что мы вряд ли сможем отправить магазин хозтоваров вместе с экспедицией. 3D-принтеры будут спасать человечество от отсутствия магазинов.
11. В заключение
Это действительно захватывающая индустрия, наполненная инновациями и возможностями. Мы надеемся, что смогли передать вам частичку вдохновения.
Для более глубокого погружения в процесс 3D-печати ознакомьтесь со статьями в вики по данной теме.
Если вам понравилась эта статья — поделитесь ей, пусть люди узнают об этой удивительной технологии.
Рекомендуемые товары
Оставить комментарий