Многие явления, описанные в фантастических произведениях Азимова, Кларка или Верна, нашли свое воплощение в реальности. В настоящее время мало кого можно удивить сотовым телефоном, электромобилем или общением по Skype независимо от расстояния. Тем не менее, место для нестандартных изделий находится и сегодня. Речь идет о 3D-принтерах.
История появления 3D-принтеров
Основателем 3D-печати считается Чак Халл. Именно он изобрел первый принтер в 1984 году. Новая технология получила название «стереолитография» и в 1986 году была запатентована. Первое устройство, работающее на ее основе, было создано в 1988 году компанией 3D-Systems, основанной Чаком Халлом. Уже в 1993 году предприятием Solidscape году было начато серийное производство 3D-принтеров на струйной основе, которые могли изготавливать детали небольших размеров с идеальным качеством поверхности. Серьезным прорывом стало создание устройства, умеющего печатать объемные предметы в цвете. Это произошло в 2005 году благодаря усилиям компании Z Corp. Уже в 2006 году появился принтер, способный воспроизводить половину собственных комплектующих.
Что такое 3D-принтер и как он работает
Чтобы разобраться, зачем нужен и как работает 3D-принтер необходимо знать базовый принцип функционирования такого устройства. Конечный объект он строит с помощью послойного нанесения материала. Главными элементами 3D принтера являются печатающая головка и рабочая платформа. Печатающая головка необходима для нанесения слоев материала и формирования объекта. Она способна двигаться только в горизонтальной плоскости. Рабочая платформа перемещается в вертикальном направлении. Она необходима для размещения объекта.
На первом этапе работы устройства его платформа располагается в верхнем положении. Затем печатающая головка формирует нижний слой будущего изделия. После его нанесения платформа опускается ровно на толщину слоя и головка накладывает следующий. Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет «выращен» требуемый объект. Таков принцип работы 3D-принтера. В качестве расходного материала может использоваться металлоглина, керамический порошок, пластиковая нить или фотополимерная смола.
Технологии 3D-печати
Существуют различные технологии 3D-печати, позволяющие понять, что можно напечатать на 3D-принтере. Одной из самых ранних и распространенных является стереолитография или SLA. Она основана на способности жидкой фотополимерной смолы затвердевать под воздействием лазерного луча. Для построения каждого последующего слоя рабочая платформа погружается в емкость с жидкой смолой на величину слоя, составляющую 0,05-0,15 мм. После выравнивания поверхности начинается его формирование. Главным преимуществом стереолитографии является высокая точность работы. Благодаря этому свойству она используется для изготовления прототипов стоматологических протезов или ювелирных изделий.
Метод цифровой светодиодной проекции или DLP также основан на работе с жидкими фотополимерными смолами. Только в этом случае принтер проецирует изображение одновременно всего слоя объекта до затвердевания смолы. Технология отличается высокой точностью, позволяющей использовать ее при изготовлении сувениров или ювелирных изделий, а также в стоматологии.
Еще одним известным методом является выборочное лазерное спекание или SLS. При этом формирование конечного объекта происходит в результате послойного спекания частиц порошкообразного материала под воздействием лазерного луча. Такая технология печати получила распространение благодаря возможности изготавливать детали сложной геометрической формы. К ним относятся предметы искусства и даже спортивная обувь. В качестве расходного материала могут использоваться песчаные или композитные смеси, металлы и сплавы, различные полимеры.
Технология электронно-лучевой плавки (или ЕВМ) основана на использовании электронных излучателей для послойной плавки металлического порошка в безвоздушной камере. Такой метод позволяет создавать детали высокой прочности и плотности. Конечные изделия неотличимы по механическим свойствам от литых. С помощью ЕВМ изготавливаются медицинские имплантаты, детали ракетных и реактивных двигателей, несущие элементы летательных аппаратов.
Еще одна технология, которую следует отметить, струйная трехмерная печать или 3DP. В данном случае объемные объекты создаются послойным нанесением любых порошков, включая песчаные смеси, пластики и даже металлы. Цветная печать обеспечивается добавкой красителей в связующего материала. Метод 3DP позволяет изготавливать изделия сложной геометрической формы, которые в дальнейшем не будут подвергаться механическим нагрузкам. С его помощью изготавливают сувениры, украшения или макеты.
Учитывая большое разнообразие расходных материалов и используемых технологий, заправка 3D-принтеров – операция достаточно специфичная, но применимая к любой модели устройств. В настоящее время они используются в медицинской, строительной, архитектурной, образовательной, ювелирной и других сферах. Создано устройство, способное всего за 20 часов возвести полноценный двухэтажный дом. Вероятно, в ближайшем будущем максимально упростится и ускорится процесс строительства зданий. 3D-принтеры незаменимы и в медицине. Они позволяют не только изготавливать прочные и долговечные имплантаты, но даже человеческую кожу. Эти устройства стали настоящим шагом в будущее.
