2.2.2 3D принтеры

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

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

Применяются две технологии формирования слоёв:

- Лазерная

Лазерная стереолитография — ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем.

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

Ламинирование — деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.

- Струйная

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. (Рис. 2.7)

Рисунок 2.7 – Популярный 3D принтер

Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.

Склеивание или спекание порошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельченной бумаги или целлюлозы) склеивается жидким веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.

Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей[1].

Биопринтеры -- печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

Также известны две технологии позиционирования печатающей головки:

- Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.

- При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке.

3D печать иногда называют "добавочным производством" (additive production). Оно отличается от классического промышленного производства, в котором большая часть сырья выбрасывается из процесса производства, например, при сверлении или резки, для того, чтобы создать продукт. 3D печать достигается наложением материала слой за слоем. Программное обеспечение контролирует процесс, сообщая принтеру, что делать.

Сейчас кажется, что 3D печать может стать производственной технологией 21 века. Это сравнительно новая технология и многие эксперты считают, что 3D принтеры будут со временем лучше и дешевле. Как, впрочем, это и происходило с другими технологиями раньше.

У 3D печати есть потенциал по ряду причин:

1. 3D печать может сделать заказное производство более доступным по средствам, следовательно хороший ответ на рост индивидуальных предпочтений. Человеческий индивидуализм и желание быть уникальным растёт, люди хотят выразить это в том числе своей одеждой. Главная причина роста индивидуализма, это рост благосостояния - мы можем себе это позволить - пока продолжается урбанизация по всему земному шару. 3D печать позволяет людям создавать полностью индивидуализированные продукты, также дёшево, как и продукты массового производства.

2. Существует растущая потребность в креативности и разработке продуктов. Во всё более ускоряющемся мире, разработка продуктов (product development) тоже должна ускоряться. 3D печать позволяет человечеству использовать больше идей и быстрее при помощи быстрого прототипирования, которое сокращает время производства до конечного продукта.

Естественно, 3D печать имеет потенциал и в медецине, что уже сейчас доказывается конкретными фактами. Сотрудники Высшей школы биологии однажды принесли в лабораторию утку по кличке Лютик с вывернутой лапкой. Ученый Майкл Гэри понял, что лапку придётся ампутировать. Однако вместо обычного протеза биологи предложили сделать точную копию здоровой лапки с помощью 3D-принтера. (http://www.lookatme.ru/mag/industry/industry-news/194115-3d-duck-foot)

Учёные сделали 3D-модель здоровой левой лапки в программе Аutodesk. Вместо пластика, который обычно используется в 3D-печати, учёные решили создать лапку из силикона, чтобы она была достаточно гибкой при ходьбе. На данный момент 3D-лапа позволяет Лютику плавать и свободно двигаться. (http://www.youtube.com/watch?v=_ewU8ZIf3Bg) (Рис. 2.8)

Рисунок2.8 – утка Лютик с лапой, распечатанной на 3D принтере

Учёные и врачи уже давно используют 3D-печать. Так исследователи из Оксфорда совместно с биомедицинской компаний DeFelice провели успешную операцию, внедрив пациенту из США имплантат и заменив ему 75% черепа, — недостающие кости были распечатаны на 3D-принтере. А в 2011 на образовательной конференции TED ученые создали при помощи модифицированного 3D-принтера искусственную почку.