Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы компьютерной графики 3D-моделирование и 3D-печать. Учебное пособие
.pdf
1.4. Джозеф ДеСимон – основатель компании Carbon
11
Джозеф ДеСимон – американский химик
и изобретатель, заслуженный профессор химии
Университета Северной Каролины, член Американской академии искусств и наук, основатель и
генеральный директор компании Carbon.
ДеСимон выделил следующие основные
моменты в создании технологии CLIP. На определённом этапе работ стало понятно, что в существующих технологиях низкая скорость печа-
ти обусловлена идеей её послойной реализации. Для устранения этого
недостатка надо было сделать процесс печати непрерывным. Мы прорабатывали два пути решения этой задачи – либо «вытягивать» модели из бассейна, либо погружать все в жидкость. Остановились на идее вытягивания. В результате была разработана концепция CLIP, позволившая обеспечивать изотропность свойств изготавливаемых объектов и улучшить
другие механические характеристики.
Вместе с этим интенсивно шли работы по созданию новых материалов, их свойств и качества, а также появлялись новые методы постобработки создаваемых изделий. Эти усилия придали новый импульс развитию процесса внедрения 3D-принтеров в производство в отличие от использования их ранее только для прототипирования. В настоящее время
многие компании интенсивно применяют трёхмерную печать в своей
производственной цепочке. Примерами таких компаний являются NIKE и
PUMA, выпускающие потребительские товары или знаменитые военнопромышленные корпорации BOEING и SPACE X, печатающие некоторые
детали для двигателей ракетно-космической техники.
Кроме ставших обыденными применениями 3D-печати, стали появляться сообщения об экстравагантных экспериментах по печати частей
сооружений в области архитектуры и строительства или, например, по
печати из биоматериала органов или их частей в области медицины. Так, в
мире уже существуют компании, которые проводят тестирование или
ограниченное применение 3D-печати в строительстве зданий. Например, в
Нидерландах рассматривается проект создания моста на базе 3D-печати,
так как применение такой технологии позволяет уменьшить стоимость
строительства и сократить сроки работ на определенных этапах.
1. История создания 3D-печати
12
В настоящее время технология 3D-печати уже применяется при со-
здании некоторых видов протезов и при замене костей.
Заглядывая в будущее технологий трёхмерной печати, можно прогнозировать их расширение, совершенствование, существенный рост качества изделий и свойств используемых материалов. Трёхмерная печать
постепенно заменит старые технологии в производственных цепочках и
найдёт широкое применение в быту для изготовления многих вещей. При
этом требуется как развитие технологий печати, изменение общественного мышления, так и развитие систем 3D-моделирования изделий.
Применение трёхмерной печати в архитектуре сократит сроки
строительства сооружений и их стоимость, а также будет способствовать
появлению инновационных подходов в архитектуре и строительстве.
В недалёком будущем появятся полноценные 3D-принтеры в медицине, которые не только обогатят инструментарий научных исследований,
но и будут использованы как для массового создания протезов, так и для
производства уникальных биологических органов. Пока биологические
3D-принтеры уже представлены экспериментальными установками для
печати нескольких ограниченно-жизнеспособных клеток.
Контрольные вопросы
1. Что удалось получить Халлу в результате совмещения процесса
компьютерного моделирования и фотохимии?
2. В результате чего объект приобретает объём в процессе 3D-печати?
3. Что означал в аппарате Халла для создания 3D-объектов с помо-
щью стереолитографии сам термин «стереолитография»?
4. Когда была зарегистрирована компания 3D-Systems и изготовлен
первый серийный 3D-принтер?
5. Кто изобрёл метод селективного лазерного спекания?
6. В чём заключается процесс селективного лазерного спекания?
7. Кто изобрёл технологию послойного наплавления?
8. В чём заключается процесс послойного наплавления?
9. С какой целью был открыт проект под названием RepRap?
10. Кто основал проект RepRap и какую философскую концепцию за-
ложил в него основатель?
Контрольные вопросы
13
11. Раскройте значение термина краудфандинг.
12. Кто является создателем и руководителем работ по продвижению
технологии CLIP?
13. Какие основные моменты в создании технологии CLIP выделил её
разработчик?
2. 3D-принтеры: категории и производители
14
2. 3D-ПРИНТЕРЫ: КАТЕГОРИИ И ПРОИЗВОДИТЕЛИ
При подготовке материала раздела использовались источники
[5–10].
Разработка 3D-принтеров ведется нарастающими темпами. Начиная с 2010 г., стоимость 3D-принтеров существенно сокращается. Например, принтеры одного класса, стоившие в 2010 г. 20 000 долл., сейчас понизились в цене почти в 20 раз, а сборочные комплекты RepRap уже стоят
менее 500 долл.
Уменьшение цены на 3D-принтеры стимулирует развитие бытового
производства, что ведёт к снижению экологического вреда от промышленного производства за счёт экономии расходных материалов и сокращения логистических издержек.
В процессе кастомизации 3D-принтеров появились полупрофессиональные принтеры для малого бизнеса с точностью печати, находящейся
между промышленными и бытовыми принтерами.
2.1. Категории 3D-принтеров
Пищевые 3D-принтеры. Среди огромного множества пищевых
3D-принтеров выделяются две разные группы:
• обычные принтеры, в которых за счёт применения разных ингра-
диентов и режимов приготовления получаются разнообразные продукты;
• высокотехнологические, химические принтеры, позволяющие
выполнять процесс синтеза нужных веществ.
Принтеры второй группы более сложные и универсальные, но среди их разработчиков и тестировщиков продолжает дискуссироваться вопрос об их вредности для человека. Ведь там, где пища получается в процессе синтеза веществ, всегда возникает сомнение в её полезности. Однако сторонники такой искусственной еды указывают, что в процессе синтеза можно управлять количественным составом белка, жира и углеводов, а
также сразу витаминизировать пищу или добавлять в неё микроэлементы.
Широкому применению пищевых 3D-принтеров пока препятствуют в основном два фактора:
2.1. Категории 3D-принтеров
15
• доступность нужных компонент и полуфабрикатов;
• дефицит программистов для создания специализированного ПО,
которое существенно облегчило бы производство и сделало его доступным для новичков.
3D-принтеры военного применения. Оказалось, что современ-
ные, продвинутые 3D-принтеры экономически выгодно применять в
практически полном производстве ракетных двигателей. Такие проекты
уже выполняются в NASA при изготовлении пока ещё комплектующих
деталей двигателей.
Предпринимаются шаги для производства полнофункционального
оружия. Например, для демонстрации перспективности 3D-печати, группа
разработчиков провела тиражирование популярного в США оружия (М-4).
Сегодня в США организован фактически свободный доступ к полностью
готовым пространственным моделям разнообразного оружия, что открывает возможность его печати на несложных трёхмерных принтерах.
Строительные 3D-принтеры. Строительные 3D-принтеры, как и
другие категории принтеров, также основаны на технологи послойного
экструдирования расходного материала.
Аддитивные технологии в строительстве позволяют создавать сооружения с креативными формами, а также, что самое главное, создавать
дома во всех ситуациях, когда необходимо в сжатые сроки построить
много жилья для людей. В недалёком будущем массовая 3D-печать в архитектуре и строительстве станет реальностью от производства небольших домов до сооружения небоскрёбов.
В качестве практического примера приведём несколько широко известных компаний, уже реализующих проекты с применением аддитивной
технологии в строительстве.
WinSun, Китай. Шанхайская компания продемонстрировала стро-
ительный 3D-принтер WinSun. Габариты принтера впечатляют – длина
150 м, ширина 10 м и высота более 6 м. Экономические показатели в результате использования WinSun значительные: на 50 % дешевле по сравнению с классическим строительством, до 60 % экономятся материалы, до
80 % экономятся трудозатраты.
2. 3D-принтеры: категории и производители
16
Apis Cor, США. 3D-принтер компании Apis Cor был протестиро-
ван в 2016 г. совместно с рядом российских компаний в Ступино Московской области. Тестовый объект – жилой дом площадью 38 м2 был напечатан с помощью аддитивной технологии, слой за слоем за 24 часа. При
этом российская сторона выполняла отделку дома, а американская – его
возведение. В строительной практике России это был первый дом, напечатанный как единое целое, а не собранный из отпечатанных панелей.
ProTo R 3Dp, Нидерланды. 3D-принтер ProTo R 3Dp создан ком-
панией CyBe Additive Industries для строительства сооружений произвольной формы из специального бетона. При этом компания анонсирует
сокращение сроков строительства до 80 %, так как проектирование, разработка и производство объединяются в единую систему. Компания имеет
свой рецепт быстро твердеющего бетона, состав которого сохраняется в
секрете, что значительно ускоряет строительство.
Batiprint3D, Франция. В рамках проекта Yhnova реализуется пе-
чать 5-комнатного дома площадью 95 м2 методом Batiprint3D (3D-печать
«изнутри»). При этом в качестве опалубки для заливки бетона послойно
распыляют полиуретан. Разработчики метода Batiprint3D указывают на
сокращение сроков и эксплуатационных расходов на строительство, а
также на улучшение теплоизоляционных свойств.
Медицинские 3D-принтеры. Применение технологии 3D-печати в
медицине относят к началу 2000-х гг., когда она впервые была успешно
опробована в стоматологии для изготовления зубных протезов. После этого существенно возрос поток сообщений об использовании биопечати
тканей и органов для изготовления многочисленных частей организма,
например таких, как сосуды кровеносной системы, детали скелета, уши,
дыхательные пути, стволовые клетки, а также «печать» лекарств и других
применений.
Биопечать выполняется на специальных 3D-биопринтерах как и на
обычных 3D-принтерах, послойно на базе цифровой 3D-модели. Однако в
биопринтере расходным материалом являются конгломераты клеток, которые наносят слой за слоем на специальную подложку. В результате формируется объёмный живой орган. На основе биопечати можно получать высокоточные 3D-модели человеческих органов и некоторые имплантаты.
2.2. Российские производители 3D-принтеров
17
Так как каждое новое успешное применение биопечати оставляло
после себя соответствующие цифровые модели органов, то стали накапливаться базы данных таких моделей. В связи с этим значительно упростился обмен работами в медицинском сообществе, а созданная в 2014 г.
национальными учреждениями здравоохранения биржа, способствовала
доступу исследователей из различных стран к готовым 3D-моделям.
Современное использование 3D-печати в медицине в основном связано со следующими направлениями:
• подготовка к операциям и обучение студентов;
• биопечать тканей и органов;
• печать хирургических инструментов;
• «печать» лекарств;
• протезирование и стоматология.
2.2. Российские производители 3D-принтеров
PICASO 3D. Идея о создании собственного
3D-принтера появилась у студентов Московского
института Электронной Техники в 2010 г. В 2011 г.
появилась их первая модель Gen-X, а уже в 2012 г.
была создана модель PICASO 3D Builder, которая
первой пошла в серийное производство. Далее последовали PICASO 3D
Designer и Designer PRO 250.
Компания неоднократно отмечалась наградами: «Лучший отечественный производитель», «Лучшая инновационная компания» и «Бренд
г.». Осенью 2018 г. на выставке Top 3D Expo компания представила широкоформатную модель Designer XL.
Импринта. Компания была основана в 2013 г.
Идея разработки собственного 3D-принтера появилась в
компании как результат недовольства производительностью и стоимостью существующих моделей.
Первый 3D-принтер появился в компании спустя полгода, а в
2015 г. модель Hercules Strong сделала компанию известной. В следующем году Hercules Strong участвовал в выставке в Амстердаме. 2018 г.
компания отметила выпуском 3D-принтера Hercules Strong Duo.
2. 3D-принтеры: категории и производители
18
Maestro. Компания Шоу-Дизайн (юридическое наименование) бы-
ла основана в 2016 г. Она стала преемником предприятия, которое было
основано в начале 2000-х гг. Первый принтер Maestro был создан в 2017 г.
Принтеры компании используются в дизайне одежды, образовании, архитектуре.
HARZ Labs. Молодая российская компания,
занимающаяся разработкой качественных расходных материалов для 3D-печати. Компания регулярно
сотрудничает с образовательными учреждениями,
научными и исследовательскими центрами. Кроме того, компания имеет
собственный научно-исследовательский центр, оснащенный современным
оборудованием.
В линейке производителя представлены материалы для технологий
печати DLP, LCD, SLA, а также для промышленного применения по технологиям SLA, CJP.
Total Z. Компания работает с 2017 г. Директор
Total Z так объясняет её создание: «…мы тогда по боль-
шому счёту кроме слов «3D-принтеры» и «3D-печать»
вообще ничего не знали. Закупили какие-то готовые образцы, поняли, какое потребуется оборудование, наняли инженеров, и с
нуля начали вгрызаться в тему».
Первый 3D-принтер компании появился через 3 г. Компания разрабатывает как универсальные 3D-принтеры (Anyform 250/250-g3), так и
промышленные (Anyform 450-Pro v.3 или Anyform 1200-Pro).
Спецавиа. Компания зарегистрирована в 2009 г.
и выпускала оборудование с ЧПУ. С 2012 г. занялась
созданием собственного 3D-принтера, который был
запущен в серию в 2015 г. В области производства строительных принтеров является безусловным лидером. Спецавиа – первая компания в Европе, которая в 2015 г. напечатала жилой дом. На данный момент в компании разработан модельный ряд строительных и крупноформатных принтеров, которые применяются в ландшафтном дизайне, архитектуре.
2.2. Российские производители 3D-принтеров
19
Царь-3D. Компания работает в области адди-
тивных технологий с 2012 г. До 2014 г. компания специализировалась в производстве только настольных
вариантов 3D-принтеров. В дальнейшем компания
занялась производством крупноформатных принтеров.
Анизопринт. ООО «Анизопринт» работает с
2014 г. Приобрело широкую известность благодаря
созданию уникальной технологии трёхмерной пе-
чати сложных объектов из композитных материалов путём добавления углеволокна в пластик в процессе печати. Применение такой технологии значительно повышает прочность готовых изделий в
отличие от использования технологии с тугоплавкими пластиками.
ЛАР-Технологии. Компания специализируется на
проектировании и модернизации производственных комплексов с ЧПУ-оборудованием. В 2017 г. компания со-
здала 3D-принтер по металлу LAR P с программным обеспечением к нему
и стала первой российской компанией, сделавшей такой 3D-принтер доступным широкому кругу пользователей.
Лазерные системы. Работает более 20 лет в области лазерных технологий не только на российском рынке, но и за рубежом. Компания создала и запустила в серийное производство промышленный SLM 3D-принтер
М250, который стал первым отечественным промышленным 3D-принтером
с сертификатом происхождения СТ-1.
Лазеры и аппаратура. Научно-производ-
ственный центр «Лазеры и аппаратура» создан в
1997 г. Основное направление работы – создание
лазерных систем для оборонного комплекса. К 2010 г. центр фактически
стал комплексом предприятий по производству специального технологического оборудования, среди которого и SLM 3D-принтеры.
Additive solutions. Сначала основной деятельно-
стью компании была поставка различного промышлен-
2. 3D-принтеры: категории и производители
20
ного оборудования. Впоследствии она занялась производством 3D-принтеров
для оборонно-промышленного комплекса и других отраслей промышленности. Сегодня модельный ряд компании представляют 3D-принтеры: D130,
D250, D500, D130 medical и S800.
Институт лазерных и сварочных технологий
(ИЛИСТ). Более 15 лет проводит успешные исследова-
ния и разработки в сфере лазерных технологий 3D-печати металлом. Реализовал более 50-ти проектов в отрас-
лях машиностроения.
2.3. Зарубежные производители 3D-принтеров
Wanhao. Компания WanHao Precision Casting
Co., Ltd была создана в начале 2011 г. В этом же году
была собрана первая модель 3D-принтера и назвали её
Duplicator. Эта модель, сделанная в Китае, объединила
достоинства 3D-устройств от RepRap и MakerBot. В 2012 г. компания вывела на рынок 3D-принтеры с ЖК-дисплеем, реализовав возможность 3D-печати "напрямую" посредством карты памяти SD, установленной в принтере.
В этом же году WANHAO выходит на мировой рынок, предлагая конкурентоспособные модели 3D-принтеров. На сегодняшний день на рынке представлено четвёртое поколение принтеров WANHAO – Duplicator 4X.
FlashForge. Компания Zhejiang Flashforge
3D- Technology Co., Ltd. была создана в 2011 г. и
является одной из самых крупных в Китае. Про-
изводственные мощности компании позволяют
производить до 5000 принтеров ежемесячно. Продукция компании многократно отмечалась многочисленными призами, а принтеры серий Creator
и Dreamer имеют высокий рейтинг. В 2015 г. они заняли 2-е и 3-е место в
разделе бюджетных моделей и моделей для энтузиастов.
Esun. Основанная в 2002 г. китайская ком-
пания ESUN – это высокотехнологичное предприятие в области разлагаемых полимерных материалов,
таких как PLA и других видов пластика. С 2007 г. компания начала разра-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]