Что такое 3D-печать и как работает 3D-принтер?
3D-печать – это инновационная технология, которая позволяет из цифровой модели создавать физический объект. Ее история началась в 80-х – тогда принтинг назывался «быстрым прототипированием» и применялся только на производстве. С тех пор многое изменилось, и сегодня 3D-принтеры показывают потрясающие результаты и позволяют создавать все, что только можно представить – от деталей для МКС до кулинарных шедевров.
Как зародилась 3D-печать?
О том, что такое 3D-принтер, люди узнали еще в 1986 году – даже раньше, чем начали пользоваться Всемирной паутиной. Тогда Чак Халл, создатель первого аддитивного принтера, работал технологом в калифорнийском Ultra Violet Products. Компания производила смолу ультрафиолетового отверждения для покрытия мебели.
О высокой скорости работы в то время не могло идти и речи – на тестирование даже наименьших деталей требовались месяцы, ведь изготовление опытных образцов занимало слишком много времени. Многие компании начали перемещать производства в страны с дешевой рабочей силой, чтобы хоть как-то минимизировать затраты. Тогда Халл и задумался над тем, как оптимизировать производство.
Конечно, не все вышло с первого раза. Изобретатель никак не мог подобрать метод, который смог бы сократить время для производства детали. Одной из его идей было наложить несколько сотен слоев пластика и придать им определенную форму с помощью ультрафиолета – так бы получился относительно дешевый и быстрый в создании прототип. С этой идеей он пошел к руководству UVP. Чаку, конечно, не разрешили заниматься изобретением в рабочее время, но выделили помещение и оборудование для экспериментов.
Спустя год сверхурочной работы изобретатель создал первый прототип электролитного 3D-принтера. Он работал с фотополимером – веществом, которое может переходить из жидкого состояния в твердое под действием ультрафиолетовых лучей. Халл даже научился писать код, чтобы запрограммировать принтер на создание прототипа определенной геометрической фигуры.
Так, первым творением Чака стал небольшой пластиковый стаканчик. Чак хотел отдать патент на 3D-принтер компании, но на тот момент у нее не было средств для финансирования разработки.
«Дело дошло до того, что я получил патент на 3D-принтер в 1986 году. И вот я прихожу к руководителю компании и говорю: „Нам нужно найти этому коммерческое применение“. На что он отвечает: „Конечно, но мы не можем себе этого позволить“. У меня не было выбора, поэтому я решил создать свою собственную компанию. Это и стало началом 3D Systems», – делился воспоминаниями Чак.
Компания 3D Systems работает и до сих пор и все так же является лидером рынка аддитивных технологий по всему миру. Изобретателю сейчас 79 лет, и он продолжает так же упорно работать на благо человечества. «Моя работа слишком интересна, чтобы бросить ее», – сказал Халл в интервью для CNN.
«Хотя в конце 90-х я действительно ушел на пенсию. На мое место пришел новый руководитель, но около трех месяцев спустя он позвонил мне и сказал:„Чак, это не должно быть так. Можете ли вы вернуться и решить некоторые технические проблемы? Будете нашим главным техническим специалистом?“.С тех пор я снова там, продолжаю заниматься интересными вещами», – говорит изобретатель.
Сейчас Чак и его компания сосредоточены на программируемых системах для литья под давлением, которые позволят печатать объекты без предварительного конструирования форм.
Что такое 3D-печать сейчас. 3D-моделирование
3D-печать – это процесс создания трехмерных твердых объектов на основе цифровой модели. 3D-печать также называется аддитивным производством, потому что, в отличие от традиционного субтрактивного производства, 3D-печать не удаляет материал, а добавляет его слой за слоем.
Сейчас вся работа с принтером начинается с создания 3D-модели на компьютере. Есть много программ для 3D-моделирования, которые можно использовать совершенно бесплатно.
Следующий шаг после создания 3D-модели – сделать ее пригодной для 3D-печати. Этот процесс называется нарезкой, что означает разделение трехмерной модели на сотни или тысячи горизонтальных слоев.
Когда 3D-модель «нарезана», ее можно подавать на 3D-принтер. Как только файл загрузится – объект будет готов к 3D-печати. Объект создается путем укладки последовательных слоев материала. Каждый из этих слоев можно рассматривать как тонкий горизонтальный разрез конечного объекта.
Какой материал используется для печати
Сейчас двумя основными материалами на рынке пластика для 3D-принтера являются PLA- и ABS-пластики.
ABS-, он же АБС-пластик – материал, название которого образовано из начальных букв наименований веществ, в результате полимеризации которых он образуется, – акрилонитрила (A) бутадиенома (B) и истирола (S). Для производства килограмма АБС-пластика требуется примерно 2 килограмма нефти. Некоторые виды такого пластика имеют свойство разлагаться под солнечными лучами, что однажды даже стало причиной масштабного возврата на производство партии автомобилей в США.
Такой пластик, как и термопластическая смола, может быть переработан повторно. Потому упаковка, изготовленная из ABS, обозначается международным знаком переработки – треугольником, сформированным из трех черных стрелок.
АБС-пластик используется для изготовления следующих изделий:
- одноразовой посуды и столовых приборов;
- спортивного инвентаря (хула-хупов, гантелей, гирь);
- корпусов и деталей различных изделий (для смартфонов, станков, элементов декора, инструментов);
- автомобильных запчастей;
- деталей и корпусов изделий с металлизированной основой;
- электротехнических деталей;
- канцелярских изделий и принадлежностей;
- детских игрушек и конструкторов;
- пластиковых боксов;
- пластиковой мебелии фурнитуры;
- пластиковых банковских карт.
Главным конкурентом ABS-пластика является PLA-пластик.
PLA, или биоразлагаемый пластик, – это алифатический полиэфир с мономером в виде молочной кислоты. Такой пластик называется биосовместимым, поскольку основными материалами для его производства выступают быстро возобновляемые ресурсы. В основном это сахарный тростник или кукуруза, но иногда для изготовления биоразлагаемых пластиков используют такое возобновляемое сырье, как крахмал (картофельный, кукурузный, тапиока – крахмалистая крупа из корневых клубней маниока), соевый белок или целлюлозу.
Все эти материалы не являются опасными или токсичными в производстве и после использования разлагаются на диоксид углерода и воду или же безопасную для экологии биомассу (при компостировании).
Главное преимущество ПЛА-пластика заключается в том, что он не токсичен – следовательно, его можно безопасно применять для изготовления игрушек и других изделий, не несущих прямой угрозы здоровью человека, например одноразовой посуды.
Также ПЛА-пластик имеет более низкую, чем у АБС-пластика, температуру размягчения нити (около 190°C) и температуру печати – от 210 до 250°C, потому работа с ним менее энергозатратна. К тому же при 3D-печати таким пластиком не нужно использовать каптон (материал для смазывания поверхности, где происходит наращивание прототипа). И не нужно подогревать стол для того, чтобы созданный на нем 3D-объект удачно «отлип».
Еще более новым материалом для 3D-печати считается нейлон. Материал показал высокую устойчивость к воздействию широкого спектра растворителей и химикатов. Известно, что нейлон успешно используется в различных отраслях:
- в медицине (для регенерации и замены костей, а также для изготовления прочных индивидуальных протезов с креативными перфорационными узорами);
- для изготовления прототипов изделий на станках с ЧПУ (из напечатанных нейлоновых блоков) или для доработки уже напечатанных нейлоновых прототипов на указанных станках;
- для печати соединительных элементов для металлических конструкций;
- в литейном производстве (для создания литейных форм посредством создания модели, необходимой для печати формы в stl-формате, или для преобразования заданной модели в цифровой G-код, который сможет обработать и распечатать 3D-принтер);
- в электрохимической промышленности (для создания аккумуляторных сепараторов и полимерных батарей);
- для создания музыкальных инструментов и их деталей (нейлоновых струн, медиаторов и т. д.).
3D-принтинг в России
Возможности 3D-принтеров безграничны, потому сейчас они становятся обычным инструментом для таких сфер, как кулинария, медицина, дизайн, прототипирование и архитектура.
4–5 октября в Москве мы проводим выставку аддитивных технологий и 3D-сканирования – 3D Print Expo.
На 3D Print Expo энтузиасты и талантливые разработчики смогут найти инвесторов и бизнес-партнеров, а новички ознакомятся с технологией и проведут время со всей семьей. Здесь посетителей ждет марафон из выставок, лекций, презентаций и мастер-классов – и мы надеемся, это вдохновит гостей на еще более продуктивную работу с аддитивными технологиями.
