VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Введение

Впервые о 3D-печати я услышала на дисциплине «Оператор ЭВМ». Данная тема меня очень заинтересовала, и на просторах Интернета я нашла очень много новой и интересной для себя информации, которой и решила поделиться с Вами.

3D-печать существует уже достаточно давно. В 1984 году компания CharlesHull разработала технологию трёхмерной печати для воспроизведения объектов с использованием цифровых данных, а двумя годами эта компания разработала и создала первый промышленный 3D принтер. Однако первый 3D принтер, способный печатать в цвете, появился только в 2005 году.

В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3Д печати постоянно растёт. Этим технологиям оказалось подвластно практически всё — от кровеносных сосудов до коралловых рифов и мебели.

3D принтер

Что же такое 3d принтер?

3D-принтер — это периферийное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели.

3D печать осуществляется путём построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D модели. Затем цифровая трёхмерная модель сохраняется в формате STL-файла, после чего 3D принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие.

Технологии печати

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (т.е. выращивания) твёрдого объекта.

Для создания слоев применяются две основные технологии:

• Лазерная

• Струйная

Лазерная

Лазерная технология включает в себя:

• Ламинирование

• Лазерное сплавление

• Лазерная стереолитография

Лазерная стереолитография — объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения. 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.

Лазерное сплавление — при этом виде печати лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.

Ламинирование —изделие формируется путем последовательного склеивания слоев, а форма этих слоев формируется резаком или лазером. Минусы этой технологии в том, что она не отличается высокой точностью, а шероховатую поверхность изделий сложно обрабатывать из-за риска расслоения.

Струйная

Струйная технология включает в себя:

• Застывание материала при охлаждении

• Склеивание или спекание порошкообразного материала

• Моделирование методом наплавления

• Биопринтинг

Застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.

Склеивание или спекание порошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов.

Биопринтеры — ранние экспериментальные установки, в которых печать 3D-структуры будущего объекта (напр. органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. В настоящее время все биопринтеры являются экспериментальными, тем не менее, в будущем они смогут произвести революцию в медицине.

Моделирование методом наплавления —Объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала в текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой. (пластик, металл, воск)

Классификация 3D принтеров

По методу печати 3D принтеры делятся на

• Спекающие

• Выдавливающие или распыляющие материал

По сферам применения:

• Потребительские. Потребительский тип принтеров в основном предназначен для личного и домашнего использования. Обычно они поставляются в виде конструктора или уже полностью собранные.

• Персональные. Этот тип занимает промежуточное положение между домашним и промышленным. Он обладает более высоким качеством и точностью печати, присущими профессиональным системам. Появление таких принтеров – это, скорее, реакция крупных производителей на растущий рынок домашних систем. Учитывая низкую точность печати моделей потребительского класса, этот тип предлагает уменьшенные модели с показателями, близкими к показателям домашних принтеров.

• Профессиональные. Системы этого класса уже не выглядят компактными: они скорее похожи на большие холодильники и представляют собой реализацию технологии 3D-печати, которая включает в себя все достижения и возможности, доступные индустрии. Предназначение профессиональных систем может быть очень разным: от создания прототипа до полномасштабного производства, что, в свою очередь, делает их отличным вариантом как для крупного бизнеса, так и для высокотехнологичных компаний с небольшим штатом сотрудников.

• Производственные. Название класса говорит само за себя. Эти машины являются совокупностью точности и качества профессиональных принтеров с большой площадью печати, высоким уровнем автоматизации и контроля процессов. На них, как и на профессиональных установках, можно печатать не только прототипы, но и конечный потребительский продукт.

Применение технологии

Технология 3D печати применяется:

• Для быстрого изготовления прототипов моделей для дальнейшей доводки.

• Для быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами.

• Изготовление моделей и форм для литейного производства.

• В медицине, при протезировании и производстве имплантатов. Ведутся эксперименты по печати донорских органов.

Всё большее применение находят 3D принтеры в области протезирования в стоматологии, так как эти технологии позволяют намного быстрее получить протезы, чем при традиционном изготовлении.

• Для строительства зданий и сооружений.

• Для создания компонентов оружия.

• Самовоспроизведение (Некоторые недорогие 3D-принтеры могут распечатывать часть собственных деталей).

А начинается 3D-печать с подготовки чертежа, который можно загрузить из интернета (чаще всего в формате STL), создать самому или получить с помощью 3D-сканера, оцифровав практически любой реально существующий объект.

3D-сканеры

3D-сканеры, в отличие от всех остальных типов, работают не с плоским изображением, а с трехмерными оригиналами. Такие сканеры анализируют объект и создают его трехмерную цифровую модель.

3D сканеры имеют широкое применение во многих отраслях промышленности. Врачи, например, используют их для сканирования зубов, костей и изучения органов тела. Инженеры могут принимать 3D сканирование здания.

Классификация 3D-сканеров

По методу сканирования 3D-сканеры делятся на два типа:

• Контактные

• Бесконтактные

Неконтактные устройства в свою очередь можно разделить на две отдельные категории:

• Активные сканеры

• Пассивные сканеры

Контактные 3D-сканеры изучают объект напрямую – через физическое взаимодействие, передавая трёхмерные координаты на компьютер. Преимуществами такого вида сканирования является:

— способность сканировать призматические части;

— независимость от освещения;

— высокая степень детализации;

— простота использования;

— малый объем получаемых файлов;

Бесконтактные пассивные сканеры не излучают ничего на объект, а вместо этого полагаются на обнаружение отраженного окружающего излучения. В то время, как активные 3D-сканеры излучают на объект некоторые направленные волны и обнаруживают его отражение для анализа. Возможные типы используемого излучения включают свет, ультразвук или рентгеновские лучи.

Бесконтактные активные 3D-сканеры можно разделить на:

• Триангуляционные

• Времяпролётные

Времяпролётный лазерный 3D-сканер использует времяпролётный лазерный дальномер, определяющий расстояние до поверхности объекта, исходя из времени пролёта лазера туда и обратно.

Триангуляционные 3D-сканеры также используют лазерный луч для того, чтобы прозондировать объект. Устройство направляет на объект сканирования лазер, а камера фиксирует расположение точки, куда попал лазер. В зависимости от того, как далеко лазер светит по поверхности, точка появляется в различных местах поля зрения камеры.

Заключение

Таким образом, 3D-сканирование - это систематический процесс определения координат точек, принадлежащих поверхностям сложно профильных физических объектов с целью последующего получения их пространственных математических моделей, которые могут модифицироваться с помощью CAD-систем¹.

Итак, мы рассмотрели основные принципы 3D-печати. Не правда ли, поражает? Все эти технологии, еще недавно казавшиеся нереальными, те, что показывали в фантастических фильмах пару десятилетий назад, теперь имеют место быть в повседневной жизни каждого человека. И это не может не удивлять!

В дальнейшем я планирую наблюдать за развитием современной науки в целом и технологий 3D-печати в частности, ведь технический прогресс не стоит на месте, а его продукты бывают очень полезными и познавательными.

Используемые интернет-ресурсы:

1. http://yvek.ru/нанотехнологии/3d-принтер/

2. https://ru.wikipedia.org/

3. http://make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/

4. https://yandex.ru/images/

1^CAD Система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования.

8

Код для цитирования: Скопировать