Как работает 3d-принтер? изделия на 3d-принтере

Содержание

Изготовление обуви

Слой за слоем: как работает 3D-принтер

Самый доступный и потому самый распространённый способ 3D-печати, при котором готовый предмет создаётся из жидкого пластика или композитных материалов, которые проходят через печатающую головку-экструдер и послойно отверждаются лазером. Готовый слой смещается вниз, и печатается новый, и так до тех пор, пока не будет готов весь элемент. FDM-принтеры являются одним из самых простых способов 3D-печати, подобные устройства можно даже собрать самостоятельно. Ну, или купить готовые решения, которых на рынке присутствует множество.

Стереолитография (SL или SLA)

По своему принципу действия этот вид 3D-печати похож на предыдущий, только в нём исходным материалом выступает жидкая смола (акриловая, эпоксидная, виниловая) или пластмасса. Луч лазера послойно «запекает» исходный материал, формируя готовый предмет. Затем он промывается от остатков смолы или пластмассы и подвергается окончательному отверждению с помощью ультрафиолетового света. Стереолитография позволяет печатать элементы с тонкой деталировкой и после завершения всех процедур готовая деталь получается прочной и химически стойкой, но обратной стороной медали является очень высокая стоимость таких 3D-принтеров.

Cелективное лазерное спекание (SLS)

Ещё один способ послойной печати предметов, в котором лазер спекает порошок — металлический, пластиковый или керамический — слой за слоем, формируя готовый объект. Существует методика плавки (SLM), которая отличается более мощными лазерами и возможностью работать с чисто металлическим порошком без всяких добавок — так формируются монолитные элементы, лишённые пористости, характерной для обычного спекания. 

Как правило, толщина нити и самих слоев составляет доли миллиметра: типичный диаметр сопла варьируется от 0,3 до 0,8 мм, тогда как толщина слоя составляет от 50 до 300 микрон. Для сравнения, толщина человеческого волоса колеблется в пределах 80-100 микрон. Очевидно, что печать тонкой нитью занимает достаточно долгое время. Действительно, типичный производственный цикл с легкостью может измеряться часами, а то и превышать сутки: здесь все зависит от выбранного диаметра сопла, толщины индивидуальных слоев и габаритов самого изделия. Чем выше толщина нити и слоев, тем меньше времени уйдет на печать, но и качество поверхностей будет ниже.

Расходные материалы

Одним из самых привлекательных факторов FDM-печати остается огромное разнообразие относительно недорогих расходных материалов. Два наиболее популярных пластика АБС(акрилонитрилбутадиенстирол) и ПЛА (полилактид).

С первым вариантом знакомы абсолютно все из нас – это наиболее широко используемый промышленный пластик, из которого изготовлена ваша любимая кофемолка, шариковая ручка, защитный кожух смартфона и множество других бытовых вещей.

Второй представляет собой экологичную альтернативу, будучи органическим, биоразлагаемым полимером, изготавливаемым из кукурузы или сахарного тростника.

Пусть ПЛА и не так долговечен, его можно смело выбрасывать в мусор, так как под воздействием среды через несколько месяцев полилактид превратится в безвредный компост.

Как?

Параметры печати

Виды 3Д-моделирования

В данной сфере, современные технологии развиваются в нескольких направлениях:

  • стереолитографические технологии, которые имеют аббривиатуру STL. Формат файла, широко используемый для хранения трёхмерных моделей объектов для использования в аддитивных технологиях.
  • методы нанесения термопластов — FDM. Моделирование моделей с помощью послойного наплавления материала.
  • лазерное спекание — SLS. Технология (SLS) подразумевает использование одного или нескольких лазеров (как правило, углекислотных) для спекания частиц порошкообразного материала до образования трехмерного физического объекта.

На сегодняшний день, метод послойного наплавления является наиболее популярным и широко используется в промышленности.

Основными преимуществами данного метода являются:

  • использование качественных и недорогих материалов;
  • простая техника эксплуатации;
  • экологичность используемых материалов.

Лазерная стереолитография

Данный вид 3Д-моделирования широко распространен в протезировании зубов. Отличительной особенностью этого типа печати является получение объектов высокого качества. Такие результаты достигаются благодаря использованию оборудования, которое работает в размерной сетке, которая исчисляется единичными микронами.

Как устроено такое оборудование?

Фнукциональная часть такого оборудования базируется на светодиодных ультрафиолетовых проекторах. Внутри таких 3Д-принтеров находятся деликатные зеркала, которые обеспечивают точное отклонение лучей. благодаря этому происходит не последовательное, а полное засвечивание слоев контура.

Лазерное спекание

Лазерное спекание, или SLS-технология — это еще одна разновидность лазерного моделирования. Для работы такие устройства используют легкоплавкий пластик. Основой уникальной разработки является мощный лазер, который прорисовывает контуры на пластиковой основе, сплавляя материал. Процесс повторяется до получения полноценной модели. существенным недостатком лазерного спекания является пористость получаемых моделей. однако, это никак не влияет на прочность. считается, что модели, полученные именно этим методом являются самыми долговечными. Установка для лазерного спекания имеет довольно высокую стоимость, а сам процесс формирования модели занимает большой период времени.

Как работает 3D-принтер?

Классический 3D-принтер с технологией FDM

Начнем с технологии печати. В наши дни 3D-принтеров очень много, а соответственно, и способов создания моделей с их помощью — тоже не перечесть. Но в принципе, все принтеры в основе имеют одну из трех различных технологий.

Во-первых, существует так называемая стереолитография (SL или SLA). Внутри принтера помещается ванна, в которой находится жидкий фотополимер. Фотополимеры — это пластмассы или смолы, которые затвердевают при воздействии света. Принтеры обычно работают с акриловой, эпоксидной или виниловой смолой. По поверхности смолы движется лазерный луч, и там, где он ее касается, смола отвердевает. В фотополимерном бассейне есть платформа, которая после каждого затвердевания опускается немного вниз (глубже в ванну). Таким образом, объект печатается по рядам, как текст в обычном принтере. После полного отвердения модели она отличается высокой прочностью и химической стойкостью. Преимуществом этого метода является точность передачи: даже мелкие микрометрические структуры принтер может напечатать очень чисто. К сожалению, стереолитографические принтеры в настоящее время очень дороги.

Вторая технология работы 3D-принтера — селективное лазерное спекание (SLS). Чтобы понять, как это работает, представьте себе вертикальную трубу, в которой находится движущаяся платформа. В начале печати платформа находится наверху. Пластик, формовочный песок с пластмассовым покрытием, металлический или керамический порошок распределяются по платформе тонким слоем при помощи валика. Затем по платформе начинает перемещаться лазерный луч, нагревая определенные точки в порошке, так что они соединяются и образуют первую плоскость объекта. После этого платформа движется немного вниз, и процесс начинается снова. Таким образом, объект снова строится по слоям.

Третий способ — классический. Он называется моделированием методом наплавления (FDM). В этом процессе каждый новый слой изделия формируется из жидкого пластика, который пропускается через экструдер (программируемое устройство, придающее ему определенную форму) и после этого немедленно отверждается лазером. Затем отвержденный слой смещается вниз, экструдер придает форму новому слою, и он наплавляется сверху на предыдущий, и так далее. Такие принтеры относительно недороги и могут быть собраны самостоятельно с применением некоторых ноу-хау. Здесь точность печати получается хуже по сравнению со стереолитографией, однако для любителей это самая подходящая процедура 3D-печати.

Будущее за трехмерной печатью

Настоящей звездой ежегодной научной конференции CES стали 3D принтеры, выставка 2014 заставила её посетителей по-новому взглянуть на использование такого оборудования. С каждым годом количество представленных моделей устройств 3D печати становится всё больше и больше. Еще каких-то пять лет назад такие принтеры не представляли собой ничего особенного, но сегодня их стоимость стала значительно меньшей, а возможности еще невероятнее.

Рис. 5. Портативный трехмерный принтер

Любителей кулинарного искусства порадовали кондитерские 3D принтеры, выставка 2014 представила миру две модели такого замечательного оборудования (ChefJet, ChefJetPro). Разработчики рассчитывают на активное применение своего изобретения в ресторанах, кофейнях и других специализированных заведениях, что могло бы не только упростить приготовление многих блюд, но и стать интересным развлечением для посетителей. Заинтересовал многих также трехмерный сканер и портативный 3D принтер, выставка, посвященная трехмерной печати, вообще пользовалась особым успехом.

Только представьте, как изменилась бы ваша жизнь с таким универсальным устройством. Вооружившись специальным материалом, пользователь сможет в домашних условиях напечатать для себя уникальный набор посуды или даже пару симпатичной обуви, а своего маленького ребенка вы смогли бы каждый день радовать новым кулинарным шедевром, съедобным замком или великолепными фигурными сладостями.

Рис. 6. Сладости, напечатанные с помощью трехмерного принтера

Вскоре трехмерные принтеры можно будет легко назвать волшебной палочкой, которая кардинально изменит мир, окружающий нас. Сфера космических исследований уже давно положила глаз на устройства трехмерной печати, ведь оно в значительной мере упростило бы и ускорило процесс ремонта соответствующего космического оборудования. Более того, космонавты смогли бы самостоятельно производить инструменты и аппараты, необходимые им для дальнейших исследований космических просторов. Кто знает, может в следующем десятилетии человечество будет способно вести строительство новых городов на Луне или соседних планетах.

Рама

Все компоненты 3D-принтера закрепляются на довольно прочной и жёсткой раме, которая независимо от внешних неблагоприятных воздействий сохраняет геометрию и отсутствие люфтов, а также не боится вибраций, возникающих в процессе печати.

Чаще всего рамы 3D-принтеров изготавливают из недорогого алюминиевого профиля, а порой и обычных стержней с резьбой, которые в изобилии продаются в магазинах строительных материалов. Стержни собираются в единую конструкцию с помощью пластиковых муфт, хомутов и прочих элементов, скрепляемых болтами и гайками. Однако, подобные рамы встречаются лишь в самодельных 3D-принтерах, для владельцев которых приоритетным является не дизайн устройства, а его низкая себестоимость и максимальная доступность деталей для сборки.

Встречаются 3D-принтеры, в том числе заводские, с рамами из органического стекла или фанеры, нарезанной лазером. Конечно, никакой лазер не сделает из фанеры металл, поэтому долговечность подобных конструкций вызывает сомнения.

Производство одежды

Классификация принтеров по типу используемых материалов

Заправляемый в технику расходник определяет типы 3d-принтеров. Лазерные агрегаты спекают и ламинируют порошок. Струйный 3д-принтер поочередно склеивает слои используемого исходного материала, затем происходит его спекание. Следующий шаг – охлаждение. Здесь могут использоваться виды фотополимерного пластика, смол, порошков, силикона, металла и восковые компоненты. Рассмотрим, как работает такая техника на разных материалах.

Порошок

Принцип действия техники проявляются в следующих действиях:

  • исходя из предоставленной модели, печатающая головка начинает наносить в определенные места специальное связующее вещество;
  • на него тонким валиком будет нанесен порошок, который спекается с веществом.
  • далее процесс повторяется.

Подобное устройство вполне реально собрать собственными руками – достаточно иметь необходимые комплектующие. Еще один бонус «в копилку» такого аппарата – работа с пудрой из металла.

Гипс

Гипсовый вариант тоже заправляется порошками, но уже соответствующими – от гипса до шпаклевки, цемента и тому подобных. Обязательно наличие связующего вещества. Такие принтеры чаще всего применяются в создании интерьерных украшений. Изделия здесь получаются самые разнообразные.

Фотополимер

Для изготовления объектов в этом случае используются жидкие фотополимеры. Интересен принцип создания фигурок. Ориентируясь на компьютерную модель, ультрафиолетовый лазер будет засвечивать определенные места. В дальнейшем они будут затвердевать под действием ультрафиолета. Такая засветка будет осуществляться и через специально подготовленный фотошаблон – только здесь будет применяться ультрафиолетовая лампа. Шаблонная заготовка будет меняться с каждым новым слоем.

Если техника выбрана стереолитографическая, то можно наслаждаться высокой точностью выполнения объемной печати. Единственный минус – низкая скорость работы, но если точность является актуальным показателем, то на время выполнения не обращают внимания.

Воск

Подобный аппарат печатает при помощи воска – материала с низкой плавящейся температурой. В этом свойстве есть свой бонус – легкость работы. Вот почему четкость и точность выполненных контуров является безукоризненной.

Как добиться цвета

Чтобы сделать объекты самой разной цветовой гаммы, в технике используется специальная головка. Здесь присутствует сразу несколько экструдеров – компонентов, способных плавить и наносить используемый расходный материал.

Есть еще один способ, именуемый «сублимация». Этот вид принтера используется, если необходимо перенести изображение (например, с фото) на рельефную поверхность. Для осуществления задуманного в определенных местах нагреваются красители – из-за температурного воздействия происходит испарение, и остается нужный рисунок.

Рабочий стол

Следующий конструктивный элемент 3D-принтера – это рабочая платформа (она же – print bed или рабочий стол), на которой выращивается модель

Важно, чтобы расстояние между поверхностью рабочего стола и соплом печатающей головки по всей рабочей площади было одинаковым. У большинства принтеров рабочий стол во время печати перемещается по вертикали, поэтому к нему жёстко крепятся элементы, обеспечивающие его движение

Чаще всего платформа 3D-принтера напоминает двухслойный бутерброд, состоящий из базовой нижней части и рабочей поверхности, на которой создаётся объект. Именно о рабочей поверхности трёхмерного принтера мы будем говорить далее. Отметим лишь, что в некоторых принтерах класса RepRap нижняя часть рабочего стола изготавливается из недорогих доступных материалов, к примеру, из фанеры или МДФ.

Подпружиненное крепление верхней части рабочей платформы имеет массу преимуществ перед жёстким креплением. Оно позволяет устранить ошибки в юстировке, когда зазор между поверхностью платформы и выходным отверстием сопла становится слишком маленьким или принимает отрицательное значение.

Рабочая платформа может быть изготовлена из различных материалов: алюминия, акрила или стекла. И в большинстве случаев производителям трёхмерных принтеров приходится решать проблему надёжной фиксации нижнего слоя платформы, поскольку используемые для печати полимеры плохо прилипают к стеклу или алюминию. Эта проблема решается разными способами, начиная с перфорации платформы, подогрева стола, нанесения покрытия, и заканчивая комбинацией этих методов.

Для покрытия рабочей платформы необходимы материалы, которые обеспечат хорошую адгезию и выдержат взаимодействие с расплавленной полимерной нитью. Очень часто в качестве покрытия рабочей платформы используют каптон – тонкую жёлтую плёнку из полиамида, которая легко переносит нагрев до 400 градусов Цельсия. Плёнка поставляется в виде самоклеящейся ленты, ширина которой варьируется от 0,5 см до 20 см. Лента наклеивается встык по всей поверхности платформы. Безусловно, использовать для печати ленту шириной 0,5 см затруднительно, поскольку пользователю придётся наклеивать на рабочую поверхность слишком много отрезков, а 20-сантиметровую плёнку сложно наклеить ровно, без пузырей и складок, поэтому лучше использовать плёнку промежуточной ширины.

Плёнка из каптона

Можно заклеить поверхность рабочей платформы скотчем Blue Tape для упаковочных и малярных работ, изготовленным компанией 3D Systems. Такой скотч выпускается в рулонах шириной от 1,8 см до 4,8 см и длиной 55 м.

Скотч Blue Tape от компании 3D Systems

Преимуществом покрытия, состоящего из отдельных полос скотча, является возможность его экономичной замены не целиком, а по отдельным полоскам.

Среди «доморощенных» вариантов покрытия рабочей платформы – нанесение лака для волос или применение самоклеящейся плёнки, предназначенной для лазерных принтеров.

Следует отметить, что даже надёжное покрытие не всегда обеспечивает нужную адгезию для большинства полимеров, поэтому в нижнюю часть рабочего стола приходится встраивать электрические нагреватели для подогрева рабочей платформы. Нагреватели изготавливаются из нихромовой проволоки, выполняются в виде нескольких низкоомных резисторов или печатных проводников.

Нагревательный элемент 3D-принтера

Пластик ABS требует разогрева до температуры свыше 100 градусов Цельсия, поэтому в платформу встраивается довольно мощный нагреватель. Чтобы платформа нагревалась равномерно, её изготавливают из толстого материала.

Рабочий стол подогревается ещё и для того, чтобы уменьшить перепады температуры между нижними (холодными) и верхними (горячими) слоями объекта. Нижние слои пластика остывают особенно быстро при соприкосновении с массивной платформой, которая имеет комнатную температуру. Разница в температурах может привести к деформации модели, которая может выгнуться или просто оторваться от поверхности стола. Поэтому подогревать платформу рекомендуется даже при работе с материалами, адгезия которых к поверхности рабочего стола мало зависит от температуры этой поверхности.

Примечательно, что нагреватель и термистор находятся с нижней стороны платформы, а деталь будет расположена на верхней стороне. Поэтому лучше не торопиться и подождать полного прогрева платформы, особенно если она выполнена из достаточно толстого материала.

Как создаются модели для 3D-печати

Для обеспечения такого сложного процесса необходимо пользоваться специальными моделями, по которым будет строиться будущее изделие. Если вы только начинаете осваивать технологию, стоит научиться пользоваться стандартными программами и приложениями. Обычно в комплекте идёт установочный диск с базовой комплектацией и набором готовых фигур.

Можете найти приложение в интернете или создать фигуру в режиме онлайн. В данном разделе вам нужно пройти обучение, чтобы понимать основной порядок действий. После этого вы можете самостоятельно попробовать создать собственный макет будущей детали. Программа сама преобразует формат файла и отправит его на печать.

Как работает 3Д-принтер и как создаются реальные трехмерные модели?

Собрал принтер за полчаса. Как это было

Сборка и настройка JGMaker Magic проста до безобразия. Все операции по замерам, которые сопутствуют обычным китайским принтерам, исключены.

Ремни заранее зафиксированы на нужно длине, профиль аккуратно отрезан и предлагает единственный способ сборки без возможности регулировки, жгуты и клеммы подписаны. Нужно только собрать.

Сборка занимает этапов:

1. Распаковка и освобождение деталей от транспортировочной плёнки.

2. Установка первой каретки на профиль оси X.

3. Монтаж печатной головки на ось X.

4. Завершение сборки оси Х установкой второй каретки и приводного ремня.

5. Монтаж двигателя оси Y.

6. Установка второго вертикального профиля.

7. Соединение осей X и У.

8. Установка шпилек — ходовых винтов (требует контроль угла установки).

9. Фиксация верхней планки и завершение механических работ.

10. Подключение проводов по маркировке согласно инструкции.

11. Интеграция трубки подачи пластикового прутка в печатную головку.

12. Вставляем комплектную флеш-карту в принтер.

13. Включаем в сеть 220В.

Готово, можно печатать. В зависимости от навыков, процесс занимает 15-30 минут и требует только инструментов из комплекта принтера.

Перспективы и возможности 3D принтеров в пищевой промышленности

Первое трехмерное устройство, 3D печать которого можно использовать для выращивания пищевых продуктов, сделали ученые Массачусетского университета технологии. В 2010 году они познакомили мир с удивительным аппаратом под названием Comucopia («рог изобилия»).

Работа 3D принтера такого направления мало чем отличается от стандартного устройства, однако в качестве исходного материала используется тот или иной продукт питания, можно даже смешивать несколько разных. Когда пищевые материалы попадают в рабочую камеру происходит их сильное охлаждение для удобства выполнения дальнейших работ. Затем полученное вещество тщательно перемешивается и из него изготавливается заранее заданный продукт или блюдо.

Создание такого пищевого принтера тесно связано с именами Марчелло Коэльо и Амита Зорана, так как именно эти люди считаются основателями идеи и теми, кто занимался её непосредственной реализацией. Данная инновация представляет собой не просто интересный аппарат, но и огромный шаг вперед в сфере развития кулинарии. Обзор 3D принтеров такого направления деятельности показал, что они могут познакомить человечество с совершенно новыми изысканными кулинарными изобретениями и применять неизвестные ранее технологии приготовления пищи, что пользуется особой популярностью в модных ресторанах. Более того, пользователь может заранее установить необходимое значение пищевой ценности или других не менее важных вкусовых качеств готового продукта, который можно будет напечатать на 3D принтере. Обслуживание такого устройства достаточно простое, но всё же потребует от пользователя подробного ознакомления с руководством.

Рис. 3. Пищевой трехмерный принтер

Основные характеристики 3D-принтера

Какие материалы используются в 3D-печати?

История возникновения 3Д-принтера и что это такое?

Как выбрать 3D принтер

Какой 3D-принтер лучше выбрать для бытового использования?

Управление процессом печати

Разновидности 3 d принтеров

Медицина

Использование 3D принтеров в медицине позволяет спасти человеческие жизни. Такие принтеры могут воссоздать точную копию человеческого скелета для отработки приёмов, гарантирующих проведение успешной операции. Всё чаще 3D принтеры используют в протезировании и стоматологии, так как трёхмерная печать позволяет получить протезы и коронки значительно быстрее классической технологии производства.

Прототипы зубных коронок, напечатанные на 3D принтере

Медицинские трёхмерные модели могут быть изготовлены из целого ряда материалов, включая живые органические клетки. Выбор того или иного материала для медицинского прототипирования зависит от целей и задач, стоящих перед медиками, и проблем, связанных со здоровьем пациента.

Совсем недавно сила и мощь 3D печати была продемонстрирована на примере обыкновенного орла, который по вине браконьеров лишился клюва. 3D печать позволила изготовить точную копию орлиного клюва.  

Орлиный клюв, напечатанный 3D принтером

На рисунке ниже показана малышка Emma Lavalle (Эмма Лаваль), страдающая от редкого врождённого заболевания, при котором атрофируются мышцы рук, и ребёнок не может взять в руки даже лёгкую игрушку. Медики разработали и напечатали на 3D принтере специальный пластиковый экзоскелет, который помогает девочке жить полноценной жизнью.

Экзоскелет, напечатанный на 3D принтере для девочки с отрафированными мышцами рук

По мере роста девочки, специалисты печатают новые запасные части для экзоскелета, так что он всегда ей в пору.  

Не останавливаясь на достигнутом, медики  научились печатать «заплатки» для повреждённой человеческой кожи. В качестве материалов для печати используется специальный гель из клеток донора. По словам учёных, для печати кожи может быть использован даже самый обычный офисный принтер, немного модернизированный под поставленную задачу.

«Заплатка» для человеческой кожи, напечатанная 3D биопринтером

В 2011 году учёные сумели воспроизвести живую человеческую почку. Для этого 3D принтеру потребовалось всего лишь 3 часа.

3D принтер печатает живую почку

Для печати пластиковых медицинских прототипов, совместимых с биологическими организмами, используются 3D принтеры Eden 250, 260V, 350, 350V, 500; Fortus 400mc, 900mc; Objet 260 Connex, Connex 350 и 500.

Перспективы и возможности 3D принтеров в медицине

Долгие годы медицинских исследований привели к тому, что Институт регенеративной медицины Уик Форест начал применять трехмерную печать для воссоздания человеческих тканей. Оказывается, струйные 3D принтеры способны вырастить настоящие человеческие органы, если вместо пластмассы АВС их заправить биоматериалом (живыми клетками). С этой разработкой стремительное развитие сферы клонирования живых организмов стало еще более реальным, чем раньше. Данный биопринтер еще должен был пройти массу всевозможных тестов и анализов, ведь пересаживать человеку «напечатанную» почку или печень было бы неразумно и слишком рискованно без тщательной проверки.

Результатом кропотливой и усердной работы ученых стал трехмерных принтер под названием «TED 2011», который был представлен публике осенью 2011 года. Удивляет простота технологии его работы, так как она слишком сильно напоминает самый простой струйный принтер. Знакомые нам всем чернила были заменены стволовыми клетками человеческого или животного происхождения. У некоторых людей может создаться впечатление, что собрать подобный 3D принтер своими руками не составить особого труда, но всё совсем наоборот. Каждая мельчайшая деталь играет очень важную роль, так как любое неверное движение или изменение температуры может поставить под угрозу ту или иную операцию.

Обзор 3D принтеров медицинского назначения показывает, что их возможности практически безграничны. С помощью такого оборудования можно в кратчайшие сроки производить на свет практически любую ткань человеческого организма, включая кожные покровы и слизистые оболочки. Что касается хрящей и позвоночных дисков, то даже такие сложные композиции и суставы можно вырастить с помощью соответствующего биоматериала. Тестирование органов, которые были воссозданы с помощью медицинского 3D принтера, также увенчались успехом. 3D принтер бизнес и здесь нашел своё полноценное место.

Рис. 4. Процесс выращивания внутренних органов человека

Применение данного устройства на практике заключается в том, что больной человеческий орган поддают всем необходимым анализам и сканированиям с самых разных сторон для получения полной картины. Полученные данные помещаются в мозговой центр трехмерного печатающего устройства, а в рабочую камеру принтера загружают соответствующий образец биоматериала. Всего через несколько часов такой аппарат выращивает здоровый полноценный орган со всеми его составляющими системами и сосудами.

Результаты последующих медицинских тестов поражают воображение даже самых опытных врачей. Например, ученым удалось воссоздать репродуктивные органы кроликов. Эксперимент не завершился на этом, так как выращенные органы вскоре были вживлены исследуемым животным. Оказалось, что искусственные образцы обладают всеми необходимыми функциями, поэтому кролики снова смогли спариваться. Очередным экспериментом, поразившим человечество, стало искусственно созданное сердце крысы, которое не только вернуло к жизни бедное животное, но и обеспечило его полноценным здоровьем. Также известно о человеческом мочевом пузыре, который был успешно воспроизведен с помощью 3D принтера.

Медики планируют применять подобные устройства для заживления ран, ожогов и других серьезных повреждений прямо на теле пациента. Ножевые и огнестрельные ранения больше не будут такими страшными, так как процесс выздоровления такого больного будет намного быстрее и эффективнее. Трехмерному принтеру достаточно будет лишь немного просканировать ранение или поврежденный орган, чтобы вскоре выдать необходимую порцию биоматериала и заполнить свежие раны.

Человечество просто не может не радовать такой удивительный 3D принтер, выставка подобных рабочих моделей ежегодно пополняется новыми устройствами с еще лучшими возможностями. Ученые пророчат большое будущее компактным персональным устройствам, ведь такой 3D принтер купить сможет практически каждый из нас. Речь идет о том, что напечатать на 3D принтере можно будет всё, что угодно. С медицинской же точки зрения такой аппарат станет незаменимым для домашнего заживления ран той или иной сложности.

Устройство 3D-принтера и печать объектов

Существует множество типов 3D-принтеров, различающихся по устройству и принципам работы. Однако, все эти приборы используют один и тот же базовый принцип 3D-печати — построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.


На рисунке выше показано схематическое устройство механизмов. Это очень упрощенная модель — она служит только для наглядной демонстрации базовых принципов работы 3D-принтера.

Печатающая головка, как ясно из названия, формирует слои материала, постепенно выращивая из них объект. Она движется только в горизонтальной плоскости (вдоль осей X и Y).

Рабочая платформа служит для размещения объекта при печати, она двигается сверху-вниз (по оси Z).

Сам по себе, процесс 3D-печати очень прост.


В начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на нее нижний слой объекта. После того как первый слой сформирован, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет построен целый объект. На фотографиях выше хорошо видно тонкие горизонтальные слои материала, из которых состоит фигурка.

Конечно, у каждой модели и, тем более, у разных типов 3D-принтеров, есть свои особенности функционирования. Но базовый принцип работы и детали устройства (координатные оси X, Y, Z, рабочая платформа и т.д.) один.

Теперь, разобравшись с основами, рассмотрим некоторые важные термины, касающиеся 3D-принтеров. Это нужно для того, чтобы, в дальнейшем, вам было проще понять, о чем идет речь.

Образование

Сколько это стоит?

Какие изделия можно получить?

Спектр возможностей трехмерных принтеров активно расширяется, что позволяет создавать продукцию для самых разных сегментов рынка. Если говорить о строительстве и архитектуре, то здесь очень ценятся возможности изготовление макетов, для которых, собственно, и разрабатывалась концепция аддитивного производства. В машиностроительной промышленности также широко используется 3D-принтер. Изделия в данном случае могут быть представлены и потребительской продукцией, и отдельными элементами для концептов. Как уже говорилось, высокая точность изготовления деталей была высоко оценена работниками медицины. Помимо протезирования, 3D-принтер используется в изготовлении макетов и образцов органов.

Разрешение печати

Ключевая характеристика любого 3D-принтера — «разрешение печати». Под этим параметром понимают минимально допустимую высоту слоя материала, с которой может печатать данный 3D-принтер.

Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон), т.е. тысячной доле миллиметра.

Очевидно, что чем тоньше слои, тем менее заметен переход между ними, соответственно, поверхность объекта более гладкая, а его детали — более выразительные.


На фото выше показана одна и та же модель, напечатанная с разным разрешением. Хорошо видно, что объект номер 1 — самый детализированный. Далее, с увеличением толщины слоя, заметно падает качество модели, вплоть до появления раковин и дыр.

С другой стороны, чем тоньше слои, тем больше времени 3D-принтеру нужно затратить на создание объекта, тем больше нагрузка на печатающие механизмы, быстрее происходит их износ.

Разрешение печати зависит от многих факторов:

  • от технологии работы 3D-принтера (например, лазерные принтеры печатают самые детализированные модели);
  • от точности работы печатающих механизмов конкретной модели;
  • от выбранного материала для 3D-печати;
  • и, наконец, от настроек программного обеспечения.

В качестве итога об основных плюсах и минусах трехмерной печати

3D-печать – направление перспективное и с большим потенциалом. Чтобы расставить все точки над «i» в изучении вопроса трехмерной печати, приведем основные ее преимущества:

  • скорость, универсальность и снижение трудоемкости. Один принтер может заменить небольшую производственную линию со станками, пресс-формами или формами для литья, и это только начало. Чтобы создать предмет привычными ручными способами, может понадобиться немало времени и усилий по созданию заготовок, обтачиванию, соединению деталей – принтер решает эту задачу гораздо проще и быстрее;
  • свобода творчества, ведь принтер может напечатать практически любой объект, созданный в программе;
  • разнообразие используемых материалов, и речь не только о пластиках и металле, но и о живых клетках и продуктах питания. Более того, трехмерная печать позволяет полноценно работать с теми материалами, которые другими способами обработать очень сложно или даже невозможно;
  • простота в использовании и экономичность, низкая вероятность ошибок;
  • возможность использования достижений трехмерной печати в медицине для создания искусственных тканей и органов, протезов, имплантатов.

Существующие минусы:

  • построение объекта из слоев означает наличие границ-переходов, поэтому поверхность предмета будет шероховатой и матовой. Если же толщина слоя большая, то переходы между ними будут заметны невооруженным взглядом. Прочность напечатанных объектов, особенно по методу FDM, уступает прочности предметов, выточенных из цельного куска материала;
  • ограничение в размерах. Напечатать объект, который будет больше рабочей поверхности, невозможно. Сейчас уже есть принтеры с неограниченной зоной печати, но это пока только разработки;
  • высокая цена, но это лишь вопрос времени. Новые технологии всегда дорогие, а с развитием и популяризацией они стремительно дешевеют. К стоимости прибавить необходимо еще и цену расходных материалов;
  • сокращение существующих промышленных производств и опасность печати оружия – глобальные проблемы трехмерной печати.

Трехмерная печать – это будущее медицины и промышленности, а также возможность быстрого создания прототипов и моделей, а это бесценно для инженерии. Кто знает, может, через 5-10 лет мы так же просто будем скачивать модели чашек или обуви и печатать их на собственном домашнем принтере, как сегодня скачиваем и просматриваем фильмы.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий