Štampači za trodimenzionalnu štampu ili 3D štampači su uređaji za izradu trodimenzionalnih modela. Uređaji uske specijalizacije imaju neograničene mogućnosti i danas se koriste u svim oblastima života moderne osobe. Prije nekoliko godina, 3D štampači su postali dostupni za kućnu upotrebu, istovremeno dopirući do nekih malih preduzeća.

Povijest stvaranja takve tehnologije datira još od sredine 80-ih godina prošlog stoljeća, ali slab razvoj kompjuterske tehnologije "zamrznuo" je aktivno uvođenje trodimenzionalne štampe u svakodnevni život i proizvodnju.

3D štampači su dobili zapažen početak tek 2005. godine, zajedno sa poboljšanjem računarskih mogućnosti. Tada je javnosti predstavljen prvi trodimenzionalni štampač, koji je štampana u boji. Nakon toga, tehnologija je pretrpjela mnoge promjene, a razvijen je savremeni softver za kontrolu procesa štampanja. Kao rezultat toga, korisnici imaju pristup funkcionalnoj jedinici koja je sposobna da „štampa” futrole za telefone ili nove 3D štampače.

Prvi 3D štampač

Kako radi

Opšti princip rada trodimenzionalnog štampača je u teoriji jednostavan i jasan. Objekt ili njegov dio se kreira u programu za 3D modeliranje (veliki modeli su podijeljeni na nekoliko elemenata). Datoteka se zatim šalje na obradu u specijalizovani program (za generisanje G-koda), nakon čega tehnologija stupa u igru. G-kod dijeli digitalni model na stotine horizontalnih staza, postavljajući putanju za nosač za štampanje. Otopljeni materijal se nanosi sloj po sloj na podlogu, stvarajući potpuno opipljiv objekt.

Šematski prikaz 3D štampača

Postoji sedam glavnih tehnologija koje se koriste za 3D štampanje, ali većina se koristi samo u industrijske svrhe. Relativno kompaktni i jeftini uređaji razvijeni su za amatersku „plastičnu štampu“ i mala preduzeća.

• Tehnologija FusedDepozicijaModeliranje(aka FDM štampači) su se naširoko koristili za trodimenzionalno modeliranje i kuvanje. Materijal se zagrijava i dovodi do platforme kroz mlaznicu glave za štampanje. Objekat "raste" na ravni, a njegove dimenzije su ograničene parametrima platforme.

• Tehnologija Polyjet razvijen 2000. godine i danas u vlasništvu Stratasys-a. Trodimenzionalni objekti nastaju polimerizacijom fotopolimera pod uticajem UV zračenja. Fotopolimer je skupa i lomljiva plastika, zbog čega se ovakvi štampači praktički ne koriste u svakodnevnom životu, ali zahvaljujući preciznom modelovanju, uređaji se koriste u medicini i industriji (za izradu prototipova).

Sve o tome kako rade moderni štampači za 3D "plastičnu štampu" možete saznati iz tematskog videa, na primjer, ovog. Takođe često pokazuju kako mašina radi sa različitim materijalima da bi napravila neki predmet.

Upravljanje procesom štampanja

Obično korisnik treba da izvrši nekoliko podešavanja neposredno pre štampanja.

1. Oprema se povezuje sa računarom preko USB kabla.
2. Kalibracija kretanja mlaznice u odnosu na platformu.
3. Podešavanje i kontrola grijanja platforme i mlaznice dozatora.
4. Praćenje temperaturnog odnosa.
5. Kontrola procesa štampanja (ekstruder) - podešavanje brzine uvlačenja materijala, zamena plastičnih kolutova.

Štampanje se kontroliše preko računara. Za kreiranje objekta od ideje do rezultata, korisnik treba posebno Programi za 3D modeliranje i kontrolu uređaja.

Moderne tehnologije još uvijek ne omogućavaju stvaranje pisača u kojem se sve operacije izvode pritiskom na nekoliko tipki, stoga je potrebno savladati mnoge specifične programe i osnove modeliranja.

Prije početka štampanja, operater kalibrira štampač, prilagođavajući ga u odnosu na sto platforme. Osnovni firmver štampača pruža niz podrazumevanih postavki, pri čemu korisnik postavlja preciznija podešavanja u zavisnosti od materijala koji se koristi. Dakle, za stvaranje trodimenzionalnih elemenata na bazi ABS-a ili PLA-a, postavljaju se različite temperature topljenja. Tokom procesa štampanja, operater prati rad preko softvera. Čitav proces izrade modela može trajati od nekoliko sati do jednog dana, pri čemu je ključni faktor tačnost izvođenja: preciznim objektima s detaljnim crtežima potrebno je više vremena za izradu nego grubljima.

Gdje možete koristiti 3D štampač?

Opseg 3D štampača je prilično širok: od amaterskih zanata do poslovnih. Preduzetnici su, zajedno sa studentima arhitekture, prvi uočili ogroman potencijal „štampe na plastiku“.

Takođe, volumetrijsko modeliranje se koristi u industriji nakita i svim oblastima dizajna i inženjeringa.

Ako se prije štampanje vršilo plastikom, danas je raznolikost materijala impresivna. Proizvođači izrađuju različite podloge, na primjer, imitirajući prirodno drvo. Osim toga, možete odabrati ne samo polimere, već i najlon kao materijal za štampanje. Ovu ideju su dizajneri vrlo brzo preuzeli i kreirali u cijelosti kolekcije odjeće.

Kolekcionari kockanja u potpunosti će cijeniti potencijal "plastične štampe", jer je sada moguće rekreirati bilo koji predmet: modele aviona, poznate likove, umjetničke predmete. Rijetki kolekcionarski predmeti mogu biti prilično skupi, kao i vrlo dobar štampač za dom, a ovdje je izbor jasan.

Uzimati ili ne uzimati: prednosti i mane opreme

Upotreba 3D štampe korisnicima pruža široke mogućnosti. Ključna prednost tehnike je reprodukcija bilo kojeg trodimenzionalnog objekta i ovdje praktički nema izuzetaka. Sve što se može napraviti od plastike može se "štampati", bilo da se radi o originalnom skupom braniku iz stranog automobila ili o dizajnu budućeg trgovačkog centra na izložbi arhitekata. Odlučujući faktor će biti veličina opreme, tačnije veličina radne površine.

Potencijal 'plastične štampe' je komplikovan radno intenzivan proces pripreme i menadžment koji zahtijeva visoko specijalizovano znanje. Neiskusan korisnik neće uvijek moći dizajnirati čak ni jednostavnu geometrijsku figuru u 3D-MAX-u, a da ne spominjemo vlastiti portret. Da biste koristili tehnologiju, morate je savladati, a to će potrajati.

Drugi nedostatak 3D štampača je njegov dimenzije. Kompaktni modeli su također dostupni za prodaju, ali su njihove maksimalne veličine ispisa suviše skromne, iako su sasvim prikladne za faznu proizvodnju instalacija ili arhitektonskih projekata.

Naravno, neracionalno je kupovati 3D štampač kao igračku, prosječna cijena modela u jeftinom segmentu prelazi 30.000 rubalja. Kupovina će biti isplativa ako će oprema obavljati određeni zadatak: generirati profit, razvijati vještine, školovati se, baviti se kreativnošću, pomoći u radu.

U bliskoj budućnosti možemo očekivati ​​nova dešavanja u ovoj oblasti. Danas je već moguće štampati pravu stambenu zgradu od obične građevinske mješavine. Naravno, takva oprema nije dostupna za kućnu upotrebu, ali sama činjenica korištenja novih materijala za štampu obećava metodično proširenje mogućnosti volumetrijskog tiska kod kuće.

Od početka novog milenijuma, koncept „3D“ se učvrstio u našem svakodnevnom životu. Prije svega, povezujemo ga s kinom, fotografijom ili animacijom. Ali jedva da postoji osoba koja barem jednom u životu nije čula za tako novi proizvod kao što je 3D štampa.

Šta je to i koje nam nove mogućnosti u kreativnosti, nauci, tehnologiji i svakodnevnom životu donose tehnologije 3D štampanja, pokušaćemo da shvatimo u nastavku teksta.

Ali prvo, malo istorije. Iako se o 3D štampi puno priča u posljednjih nekoliko godina, ova tehnologija zapravo postoji već neko vrijeme. Charles Hull je 1984. razvio tehnologiju 3D printanja za reprodukciju objekata korištenjem digitalnih podataka, a dvije godine kasnije nazvao je i patentirao tehniku ​​stereolitografije.

Istovremeno, ova kompanija je razvila i kreirala prvi industrijski 3D štampač. Nakon toga, palicu je preuzela kompanija 3D Systems, koja je 1988. godine razvila model štampača za 3D štampanje kod kuće SLA - 250.

Iste godine je Scott Grump izumio modeliranje fuzionog taloženja. Nakon nekoliko godina relativnog mirovanja, 1991. Helisys razvija i plasira tehnologiju za proizvodnju višeslojnih objekata, a godinu dana kasnije, 1992. godine, prvi sistem selektivnog laserskog lemljenja lansiran je u DTM.

Zatim je 1993. osnovana kompanija Solidscape, koja je započela masovnu proizvodnju inkjet štampača koji su u stanju da proizvedu male delove sa idealnom površinom, i po relativno niskoj ceni.

Istovremeno, Univerzitet Massachusetts patentirao je tehnologiju 3D štampanja, sličnu inkjet tehnologiji konvencionalnih 2D štampača. Ali, možda se vrhunac razvoja i popularnosti 3D štampanja ipak dogodio u novom, 21. veku.

Godine 2005. pojavio se prvi koji može štampati u boji, ovo je zamisao kompanije Z Corp pod nazivom Spectrum Z510, a bukvalno dvije godine kasnije pojavio se prvi štampač koji može reproducirati 50% vlastitih komponenti.

Trenutno, raspon mogućnosti i primjena 3D štampe stalno raste. Ispostavilo se da je sve podložno ovim tehnologijama - od krvnih sudova do koraljnih grebena i namještaja. Međutim, o područjima primjene ovih tehnologija govorit ćemo nešto kasnije.

Dakle, šta je 3D štampa?

Ukratko, ovo je konstrukcija stvarnog objekta na osnovu 3D modela kreiranog na računaru. Zatim se digitalni trodimenzionalni model pohranjuje u formatu STL datoteke, nakon čega 3D printer, koji ispisuje datoteku za štampu, formira pravi proizvod.

Sam proces štampanja je niz ciklusa koji se ponavljaju povezani sa kreiranjem trodimenzionalnih modela, nanošenjem sloja potrošnog materijala na radni sto (elevator) štampača, pomeranjem radnog stola dole do nivoa gotovog sloja i uklanjanjem otpad sa površine stola.

Ciklusi se kontinuirano nižu jedan za drugim: sljedeći sloj materijala se nanosi na prvi sloj, lift se ponovo spušta i tako sve dok se gotov proizvod ne nađe na radnom stolu.

Kako radi 3D štampač?

Upotreba 3D štampe ozbiljna je alternativa tradicionalnim metodama izrade prototipa i maloj proizvodnji. Trodimenzionalni ili 3D štampač, za razliku od konvencionalnog, koji na papiru prikazuje dvodimenzionalne crteže, fotografije itd., omogućava izlaz volumetrijske informacije, odnosno stvaranje trodimenzionalnih fizičkih objekata.

Trenutno oprema ove klase može raditi sa fotopolimernim smolama, raznim vrstama plastičnih niti, keramičkim prahom i metalnom glinom.

Šta je 3D štampač?

Princip rada 3D štampača zasniva se na principu postepenog (sloj po sloj) stvaranja čvrstog modela, koji je, takoreći, „izrastao“ iz određenog materijala, o čemu će biti reči nešto kasnije. Prednosti 3D štampe u odnosu na konvencionalne, ručne metode izrade modela su velika brzina, jednostavnost i relativno niska cijena.

Na primjer, izrada dijela ručno može potrajati prilično dugo - od nekoliko dana do mjeseci. Uostalom, to uključuje ne samo sam proizvodni proces, već i preliminarne radove - crteže i dijagrame budućeg proizvoda, koji još uvijek ne daju potpunu viziju konačnog rezultata.

Kao rezultat toga, troškovi razvoja značajno rastu i vrijeme od razvoja proizvoda do masovne proizvodnje se povećava.

3D tehnologije omogućuju potpuno eliminaciju ručnog rada i potrebe za pravljenjem crteža i proračuna na papiru - na kraju krajeva, program vam omogućava da vidite model iz svih uglova već na ekranu i eliminišete identificirane nedostatke koji nisu u procesu kreiranja, kao što je slučaj sa ručnom proizvodnjom, ali direktno tokom razvoja i kreirajte model za nekoliko sati.

Istovremeno, mogućnost grešaka svojstvenih ručnom radu je praktično eliminisana.

Šta je 3D štampač: video

Postoje različite tehnologije 3D štampanja. Razlika između njih leži u načinu nanošenja slojeva proizvoda. Pogledajmo glavne.

Najčešći su SLS (selektivna laserska laminacija), NRM (nanošenje rastaljenog sloja) i SLA (stereolitografija).

Najrasprostranjenija tehnologija, zbog velike brzine izgradnje objekata, je stereolitografija ili SLA.

SLA tehnologija

Tehnologija funkcionira ovako: laserska zraka se usmjerava na fotopolimer, nakon čega se materijal stvrdnjava.

Kao fotopolimer koristi se prozirni materijal koji se deformiše pod uticajem atmosferske vlage.

Nakon stvrdnjavanja može se lako lijepiti, mašinski obrađivati ​​i farbati. Radni sto (lift) nalazi se u kontejneru sa fotopolimerom. Nakon što laserski snop prođe kroz polimer i sloj se stvrdne, radna površina stola se pomiče prema dolje.

SLS tehnologija

Sinterovanje praškastih reagensa pod uticajem laserskog snopa – poznato i kao SLS – jedina je tehnologija 3D štampanja koja se koristi u proizvodnji kalupa za livenje metala i plastike.

Plastični modeli imaju izvrsna mehanička svojstva, zahvaljujući kojima se mogu koristiti za proizvodnju potpuno funkcionalnih proizvoda. SLS tehnologija koristi materijale slične po svojstvima markama finalnog proizvoda: keramiku, plastiku u prahu, metal.

Struktura 3D štampača izgleda ovako: praškaste supstance se nanose na površinu lifta i sinteruju pod dejstvom laserskog snopa u čvrsti sloj koji odgovara parametrima modela i određuje njegov oblik.

DLP tehnologija

DLP tehnologija je novina na tržištu 3D štampanja. Stereolitografske štamparske mašine danas se pozicioniraju kao glavna alternativa FDM opremi. Štampači ovog tipa koriste tehnologiju digitalne obrade svjetla. Mnogi ljudi se pitaju čime štampa 3D štampač ovog uzorka?

Umjesto plastične niti i grijaće glave, za kreiranje 3D oblika koriste se fotopolimerne smole i DLP projektor.

U nastavku možete pogledati video kako radi 3D štampač:

Kada ste prvi put čuli za DLP 3D štampač, potpuno je razumno pitanje šta je to. Uprkos zamršenom nazivu, uređaj se gotovo ne razlikuje od ostalih desktop mašina za štampanje. Usput, njegovi programeri, koje zastupa kompanija
QSQM Technology Corporation je već lansirala prve uzorke visokotehnološke opreme. izgleda ovako:

EBM tehnologija

Vrijedi napomenuti da su SLS/DMLS tehnologije daleko od jedine u ovoj oblasti. Trenutno se topljenje elektronskih zraka široko koristi za stvaranje trodimenzionalnih metalnih objekata. Laboratorijske studije su pokazale da je upotreba metalne žice za sloj po sloj u proizvodnji visokopreciznih dijelova neefikasna, pa su inženjeri razvili poseban materijal - metalnu glinu.

Metalna glina koja se koristi kao mastilo tokom topljenja elektronskim snopom napravljena je od mešavine organskog lepka, metalnih strugotina i određene količine vode. Da bi se mastilo pretvorilo u čvrst predmet, mora se zagrijati do temperature na kojoj će ljepilo i voda izgorjeti, a strugotine će se spojiti u monolit.

EBM 3d štampač: kako radi

Važno je napomenuti da se ovaj princip koristi i pri radu sa SLS štampačima. Ali za razliku od njih, EBM uređaji generiraju usmjerene elektronske impulse umjesto laserskog snopa za topljenje metalne gline. Mora se reći da ova metoda omogućava visokokvalitetan tisak i odličan prikaz malih detalja.

Danas se prodaju samo industrijski štampači koji koriste EBM tehnologiju. Evo kako jedan od njih izgleda:

Video ispod jasno pokazuje mogućnosti 3D štampača prilagođenog za topljenje elektronskih zraka:

HPM tehnologija (FDM) HPM

Omogućuje izradu ne samo modela, već i završnih dijelova od standardnih, strukturalnih i termoplasta visokih performansi. Ovo je jedina tehnologija koja koristi termoplastiku proizvodnog kvaliteta za pružanje neuporedive mehaničke, termičke i hemijske čvrstoće delova.

HPM štampa je čista, jednostavna za upotrebu i pogodna za kancelarijsku upotrebu. Termoplastični dijelovi su otporni na visoke temperature, mehanička opterećenja, razne hemikalije i vlažne ili suhe sredine.

Topljivi pomoćni materijali omogućavaju stvaranje složenih višeslojnih oblika, šupljina i rupa koje bi bilo problematično postići konvencionalnim metodama. 3D štampači koji koriste HPM tehnologiju stvaraju dijelove sloj po sloj zagrijavanjem materijala do polutečnog stanja i ekstrudiranjem prema kompjuterski generiranim putanjama.

Za štampanje HRM tehnologijom koriste se dva različita materijala - jedan (glavni) će se sastojati od gotovog dela, a pomoćni koji služi za potporu. Filamenti oba materijala se unose iz ležišta 3D štampača u glavu štampača, koja se pomera u zavisnosti od promene X i Y koordinata, i spaja materijal stvarajući trenutni sloj, sve dok se baza ne pomeri prema dole i ne počne sledeći sloj. .

Kada 3D štampač završi sa kreiranjem dela, ostaje samo da se pomoćni materijal mehanički odvoji, ili da se rastvori deterdžentom, nakon čega je proizvod spreman za upotrebu.

Zanimljivo je da ovih dana nisu popularni samo automatski desktop HPM štampači, već i uređaji za ručno štampanje. Štoviše, bilo bi ispravno nazvati ih ne uređajima za štampanje, već olovkama za crtanje trodimenzionalnih objekata.

Olovke su napravljene na isti način kao i štampači koristeći tehnologiju fuzije sloj-po-sloj. Plastični konac se uvlači u dršku, gdje se topi do željene konzistencije i odmah se istiskuje kroz minijaturnu mlaznicu! Uz odgovarajuću vještinu, dobivate sljedeće originalne ukrasne figure:

I naravno, baš kao i tehnologije, i sami štampači se razlikuju jedni od drugih. Ako imate štampač koji radi po SLA, onda će na njemu biti nemoguće koristiti SLS tehnologiju, odnosno svaki štampač je kreiran samo za određenu tehnologiju štampanja.

3D štampa u boji

Ova tehnologija je jedina te vrste koja vam omogućava da dobijete objekte u cijelom dostupnom rasponu nijansi. Važno je napomenuti da se bojenje proizvoda događa direktno tokom njihove proizvodnje. Uz njegovu pomoć dobivaju se fotorealistični objekti. To je ono što kod dizajnera izaziva istinsko interesovanje za njega.

Često se kao početni materijal koristi prah na bazi gipsa. Četke i valjci čine ne baš debeo sloj potrošnog materijala. Zatim se pomoću pokretne glave nanose mikrokapljice tvari nalik na ljepilo na potrebna područja (prije toga je obojena u željenu boju). Po svom sastavu podsjeća na cijanoakrilat. Gotovi višebojni objekt se kreira sloj po sloj. Završna obrada proizvoda cijanoakrilatom daje mu sjaj i čvrstoću.

Industrijski i desktop 3D štampači u boji

Moderno tržište nudi razne višebojne 3D štampače. Uz njihovu pomoć kod kuće se stvaraju šareni predmeti. Većina jedinica je namijenjena za profesionalnu upotrebu.

Profesionalna štampa u boji na 3D štampaču se vrši pomoću:

1. Zprinter lenjiri poznatog brenda 3D Systems. Ovi uređaji mogu kreirati velike, višebojne objekte. Opremljen sa 5 patrona i automatskim sistemom za punjenje praha. Tehnologija je skoro 100% automatizovana, tako da podešavanje ili kontrola procesa štampanja nije potrebno. Modeli su teški oko 340 kilograma. Cijena se kreće od 90-130 hiljada dolara.

2. 3D štampač u punoj boji Msor Iris. Raznobojni proizvodi nastaju lijepljenjem pojedinačnih komada papira. Ova jedinica kompanije Mcor Technologies Ltd stvara trodimenzionalne fotorealistične modele sa dobrim pokazateljima čvrstoće. Može generirati do milion boja. Košta 15 hiljada dolara.

Desktop modeli za kućnu upotrebu:

1. 3D štampač u boji 3D Touch. Ova jedinica radi koristeći FDM tehnologiju. Model može biti opremljen sa jednom, dvije ili čak tri glave za ekstruziju. Radi sa ABS ili PLA plastikom. Teži ne manje od 38 kilograma. Trošak - oko 4 hiljade dolara.

2. Trobojni 3D štampač BFB 3000 RANTHER - prvi štampač u boji koji je pušten na tržište. Danas je njegova vrijednost oko 2,5 hiljade dolara. Kao radni materijal koristi se standardni plastični navoj. Za rad će vam trebati konac od tri boje.

3. Jedan od najjeftinijih modela je RroDesk3D. Za kreiranje proizvoda koristi se sistem od pet kertridža. Moguć je rad sa PLA ili ABS plastikom. Štampač je opremljen automatskim sistemom podešavanja. Košta samo 2 hiljade dolara. Nažalost, ne može se pohvaliti visokom rezolucijom štampe.

Primjena 3D štampe

3D štampa je otvorila velike mogućnosti za eksperimentisanje u oblastima poput arhitekture, građevinarstva, medicine, obrazovanja, dizajna odeće, male proizvodnje, nakita, pa čak i u prehrambenoj industriji.

U arhitekturi, na primjer, 3D printanje vam omogućava da kreirate trodimenzionalne modele zgrada, pa čak i cijelih mikropodručja sa svom infrastrukturom - trgovima, parkovima, putevima i uličnom rasvjetom.

Zahvaljujući jeftinom gipsanom kompozitu koji se koristi u ovom slučaju, osigurana je cijena gotovih modela. A više od 390 hiljada CMYK nijansi omogućava vam da u boji ostvarite bilo koju, čak i najodvažniju, maštu arhitekte.

3D štampač: primena u građevinarstvu

U građevinarstvu postoje svi razlozi za pretpostavku da će u bliskoj budućnosti proces izgradnje zgrada postati mnogo brži i lakši. Kalifornijski inženjeri kreirali su sistem za 3D štampanje velikih objekata. Radi na principu građevinske dizalice, podižući zidove od slojeva betona.

Takav štampač može izgraditi dvospratnu kuću za samo 20 sati.

Nakon toga radnici će morati samo da izvrše završne radove. 3D House 3D štampači postepeno zauzimaju jaku poziciju u maloj proizvodnji.

Ove tehnologije se uglavnom koriste za proizvodnju ekskluzivnih proizvoda kao što su umjetnost, figure iz igranja uloga, prototipovi modela budućih proizvoda ili bilo koji dijelovi dizajna.

U medicini, zahvaljujući tehnologijama 3D printanja, liječnici imaju priliku da rekreiraju kopije ljudskog skeleta, što im omogućava da preciznije praktikuju tehnike koje povećavaju garanciju uspješnih operacija.

3D štampači se sve više koriste u oblasti protetike u stomatologiji, jer ove tehnologije omogućavaju proizvodnju proteza mnogo brže nego tradicionalnom proizvodnjom.

Ne tako davno, njemački naučnici razvili su tehnologiju za dobijanje ljudske kože. U njegovoj proizvodnji koristi se gel dobijen od ćelija donora. A 2011. godine naučnici su uspjeli da reprodukuju živi ljudski bubreg.

Kao što vidite, mogućnosti koje 3D štampa otvara u gotovo svim oblastima ljudske aktivnosti su zaista neograničene.

Štampači koji stvaraju kulinarska remek-djela, reprodukuju protetiku i ljudske organe, igračke i vizuelna pomagala, odeću i obuću više nisu plod mašte pisaca naučne fantastike, već realnost savremenog života.

A kakvi će se drugi horizonti otvoriti čovječanstvu u narednim godinama, to možda može ograničiti samo mašta same osobe.

Inovativne 3D tehnologije, koje su postale senzacija u nedavnoj prošlosti, sada su se čvrsto ustalile u našem svakodnevnom životu. 3D filmovi, specijalne naočare i sve ostalo više se ne smatraju nečim tako čudnim. Trodimenzionalna slika plijeni pažnju, obavija i čini da se gledalac osjeća kao da je u njoj - ovo je svakako zanimljivije od uobičajenog formata. Ne miruju ni proizvođači modernih uređaja za štampanje. Upečatljiv primjer za to su 3D štampači. U ovom članku ćemo vam reći šta je to i kako radi 3D štampač.

Glavni zadatak ovih uređaja je štampanje trodimenzionalnih modela od različitih materijala: papira, plastike ili čak od legura lakih metala, čiji se slojevi nalažu jedan na drugi i lijepe. Debljina jednog sloja je oko 0,1 mm. Prema tehničkim karakteristikama štampe, 3D štampači se mogu podeliti na laserske i inkjet, kao i konvencionalni štampači.

Lasersko 3D štampanje

Laserska tehnologija je zasnovana na stereolitografiji (SLA), koja omogućava štampanje 3D modela iz CAD crteža. Princip je sljedeći: vodeni fotopolimer je osvijetljen ultraljubičastim zracima, a najtanji sloj se gotovo trenutno stvrdne. Poseban kompjuterski program dijeli trodimenzionalni model objekta na stotine hiljada takvih slojeva, koji se postavljaju jedan na drugi, lijepe se posebnim ljepilom, stvrdnjavaju i opet slijedeći sloj prema zadatom parametri. Tako gotov model raste sloj po sloj, na kraju procesa se čisti od viška polimera, pere i suši. Tehnologija laserskog 3D štampanja omogućava reprodukciju trodimenzionalnih modela do 75 cm visine.

Inkjet 3D štampa

Tehnologija inkjet 3D štampanja je slična principu rada konvencionalnog inkjet štampača. Umjesto boje koristi se specijalna plastika koja se prvo zagrijava i topi, a zatim nanosi na podlogu u mikroskopskom sloju i vrlo brzo stvrdnjava. Ova metoda štampanja se obično naziva lasersko sinterovanje (SLS), i pored toga što je isplativija od SLA tehnologije, ima prednost u tome što može da pravi 3D modele od metala. Princip rada 3D štampača zasnovan na tehnologiji sinterovanja omogućava upotrebu različitih polimernih materijala, kao i keramike ili stakla, kao baznog praha. Još jedna prednost ove metode je ta što vam neki modeli pisača omogućuju dodavanje boje korištenom ljepilu, što vam omogućava da kreirate višebojne modele.

Inovacija i stalni razvoj 3D štampe stvara dodatne mogućnosti ne samo za dizajnere, već i za različite oblasti medicine, industrijske proizvodnje i mnoge druge. Uostalom, uz pomoć takvog uređaja, svaka ideja može se pretočiti u pravi model ili prototip.

Danas možemo sa sigurnošću reći: nemoguće je zamisliti modernu civilizaciju bez tehnologije 3D štampe, a teško je i nazvati drugu tehnologiju koja se tako brzo razvija.

Kroz stranice istorije

Prema mnogim kompjuterskim stručnjacima, Englez Babbage postao je osnivač 3D štampanja i programer prvog konvencionalnog štampača. Godine 1822. počeo je stvarati takozvanu „mašinu velikih razlika“, dizajniranu za obavljanje proračuna i njihovo štampanje. Kao i sve velike stvari, Bebidžove ideje su bile daleko ispred svog vremena i nakon 20 godina projekat nikada nije realizovan i zatvoren je.

Babbage's Great Difference Engine

Prošlo je više od 100 godina prije nego što je učinjen drugi, ovaj put uspješniji pokušaj stvaranja štampača. Prvi crno-beli štampač izašao je 1953. Prošle su još 23 godine i IBM stvara prvi inkjet štampač u boji. Danas je broj štampača u kancelarijama i drugim organizacijama na drugom mestu posle broja računara.

U drugoj polovini 80-ih dogodio se još jedan tehnološki proboj. Godine 1986., American Check Hull formulirao je koncept trodimenzionalne štampe, a dvije godine kasnije njegov sunarodnik Scot Crump je na osnovu njega razvio FDM tehnologiju - kalupljenje kroz razlaganje materijala za topljenje. Svi trodimenzionalni štampači koji trenutno rade duguju svoj izgled tome.

Kako radi 3D štampač?

U poređenju sa štampanim štampačem, koji prenosi elektronski tekst na ravan papir, 3D štampač se bavi trodimenzionalnim informacijama. Jednom riječju, ponovo kreira objekat kakav jeste.

Kako štampa 3D štampač? Prvo se na računaru pomoću posebnog programa kreira digitalni model objekta. Na neki način “rastavlja” model na slojeve, nakon čega štampač stupa u akciju. Kao i njegov "brat" za štampanje, 3D štampač ima svoje mastilo, iako se sastoji od kompozitnog praha.

Prije otprilike 10 godina korištena je samo jedna vrsta "tinte" - ABC plastika. Danas ih ima već više od stotinu - polipropilen, beton, celuloza, najlon, metalni prah, gips, čokolada i mnogi drugi.

Tokom rada, početni materijal se pretvara u masu, koja se sloj po sloj nanosi na radnu površinu kroz posebnu mlaznicu. Nakon nanošenja sljedećeg sloja, na njega se može nanijeti ljepljivi premaz, zatim još jedan sloj "tinte". I tako sve dok se objekat u potpunosti ne reproducira. 3D štampač u akciji možete pogledati u videu.

Ali ovo je opći princip rada 3D pisača, takozvana tehnologija brze izrade prototipa. Na osnovu toga je razvijeno nekoliko metoda. Evo samo nekoliko njih.

Stereolitografija (SLA)

Jedna od prvih tehnologija 3D štampanja. Korišteni građevinski materijal je mješavina tekućeg polimera sa sredstvom za učvršćivanje, nešto slično epoksidnoj smoli. Polimerizacija i naknadno stvrdnjavanje smjese nastaje pod utjecajem ultraljubičastog lasera.

Model je formiran u tankim slojevima na pokretnoj podlozi sa rupama pričvršćenim za mikro lift, koji se pomera gore ili dole do dubine jednog sloja. Tokom potapanja u tečni polimer, laserski snop se fiksira na oblastima koje se leče. Kada se formira jedan sloj, radni komad će se podići (pasti).

Ovu tehnologiju je razvio 3D Systems. Ima mnogo toga zajedničkog sa tehnologijom inkjet štampe. Posebnost uređaja i principa rada ovog 3D štampača je da koristi nekoliko (do nekoliko stotina) mlaznica raspoređenih u redovima na glavi štampača.

Tinta zagrijavanjem postaje tečna i nakon nanošenja sloj po sloj na radnu površinu stvrdnjava na sobnoj temperaturi. Glava se pomera u horizontalnoj ravni, a vertikalno pomeranje pri formiranju svakog novog sloja se vrši spuštanjem radnog stola.

Selektivno lasersko sinterovanje (SLS)

Pravi iskorak bilo je uvođenje tehnologija 3D štampanja u obradu metala. Kako to radi? Posebnost ove tehnologije je da funkciju radnog fluida obavlja kompozitni prah koji se sastoji od čestica prečnika od 50 do 100 mikrona. Puder se nanosi vodoravno u ravnomjernim tankim slojevima, a u završnoj fazi se određena područja sinteruju laserskim snopom.

Jedna od glavnih prednosti laserskog sinterovanja je njegova jedinstvena ekonomičnost i gotovo potpuna beskorisnost u odnosu na tradicionalne mehaničke metode obrade metala - bušenje, glodanje, sečenje, livenje i druge, kao i minimalna dorada.

Neophodan uslov za lasersko sinterovanje je azotno okruženje sa minimalnim sadržajem kiseonika, jer se proces odvija na visokim temperaturama.

Lista tehnologija 3D štampe nije ograničena samo na ovo. Dopunjuje ga sloj po sloj lepljenje filma, sloj po sloj fuzionisanje, sloj po sloj štampa rastopljenim polimernim koncem i ultraljubičasto zračenje kroz fotomasku.

Šta još da štampam?

Nakon što smo shvatili kako 3D štampač radi, vrijeme je da razgovaramo o tome šta se danas može učiniti s njim. Poput moderne i vrlo udobne odjeće, "probaju" je predstavnici različitih područja nauke i industrije. Kako se ispostavilo, možete štampati gotovo sve, od robe široke potrošnje od plastike do solarnih panela, delova za mlazne motore i medicinskih proteza.

Vojska i građevinari imaju oko na tehnologiji 3D štampanja. Nedavno je na ISS-u isporučen 3D štampač razvijen za NASA-u, uz pomoć kojeg je proizvedeno nekoliko neophodnih alata u uslovima nulte gravitacije. Sasvim je moguće da će se na ovaj način, tokom buduće misije na Mars, morati proizvoditi pojedinačni rezervni dijelovi direktno na brodu.

Razmatra se i mogućnost izgradnje marsovskih kuća pomoću 3D štampe, za šta će se sa Zemlje dostavljati specijalni građevinski štampači. Osnova "mastila" za njih će biti Marsovsko tlo.

Na samom početku ovog veka, 3D je postao sastavni deo naših života. U početku je izazivao asocijacije na svijet filma, crtanih filmova ili fotografija. Ali sumnjamo da u naše vrijeme postoji barem jedna osoba koja nije čula šta je 3D printanje.

Kakav je to novi termin, kako može utjecati na Budyonnyjev život, proizvodnju i nauku, vidjet ćemo u ovom članku.

Na samom početku nudimo vam kratak izlet u istoriju. Iako se o 3D štampanju počelo naširoko pričati tek posljednjih godina, zapravo postoji već neko vrijeme. Davne 1984. godine kompanija Charles Hull razvila je 3D štampanje, čiji su izvor bili binarni podaci, a 2 godine kasnije dobila je patent za izum pod nazivom stereo litografija. Iste godine inženjeri su uspjeli proizvesti prvi industrijski uređaj za 3D štampanje na svijetu. Nešto kasnije, kompanija 3D Systems preuzela je razvoj obećavajuće oblasti; davne 1988. godine kreirala je uzorak štampača za 3D štampanje kod kuće, odnosno SLA - 250.

U kratkom vremenskom periodu, brend Scott Grump je bio u mogućnosti da implementira modeliranje fuzionisanog taloženja. Nakon par godina tišine, 1991. godine kompanija Helisys izmišlja i široj javnosti predstavlja najnoviju tehniku ​​višeslojne štampe, a godinu dana kasnije, 1992. godine, jedan od prvih sistema selektivnog laserskog zavarivanja ugleda svjetlo dana u DTM-u. Nakon čega je 1993. godine stvorena organizacija Solidscape koja se bavi masovnom proizvodnjom inkjet štampača, koji imaju mogućnost da rekreiraju različite objekte sa gotovo idealnom površinom, a istovremeno imaju relativno niske troškove. Istovremeno, Massachusetts Institute je pokazao svoju tehnologiju 3D štampanja, donekle sličnu onoj koja se koristi u standardnim inkjet uređajima za štampanje. Ipak, najveći vrhunac u razvoju 3D štampe pada u 21. vijek.

Godine 2005. izašao je 3D štampač koji ne samo da je stvarao dijelove, već ih je i bojao. Proizvod Z Corp-a nazvan je Spectrum Z510, a skoro par godina kasnije pojavio se štampač koji je mogao rekreirati do 50% svih elemenata od kojih je napravljen. Danas se okruženje za korištenje 3D printanja stalno širi, jer uz njegovu pomoć, kako se ispostavilo, možete kreirati gotovo sve, od unutrašnjih organa živih bića do banalnog namještaja. Ali u nastavku ćemo spomenuti područja upotrebe 3D štampača.

3D štampa kako funkcioniše

U suštini, 3D štampa je tačna rekreacija kompjuterski modelovanog dela pomoću posebnog uređaja za štampanje. U početku je digitalni model STL dokument, a tek onda 3D štampač od takve datoteke pravi pravi objekat. Sam proces štampe je periodično ponavljano nanošenje slojeva na radnu površinu (elevator), sa postepenim pomeranjem naniže, a potom i uklanjanjem viška štamparske smeše. Ciklusi štampe monotono zamjenjuju jedni druge, a sa svakim od njih se lift spušta na zadatu visinu i na taj način nastaje sam dio.

Kako radi 3D štampač?

Kako se ispostavilo, 3D štampa može savršeno zamijeniti male prototipove dijelova. Za razliku od običnog štampača, koji može da rekonstruiše samo fotografije, 3D mašina pravi prave objekte. Danas su takvi uređaji sposobni za rad s fotopolimernim smolama, plastičnim žicama različitih debljina, keramičkim prahom i metalnom glinom.

Šta je 3D štampač?

Ovaj uređaj se zasniva na postepenoj rekonstrukciji objekta iz fajla, uz nanošenje materije sloj po sloj. U suštini, čini se da dio raste i, na kraju, završivši svoj rast, pretvara se u gotov proizvod. Prednosti 3D štampe uključuju jednostavnost procesa, nisku cijenu i, što je najvažnije, veliku brzinu. Na primjer, da bi se ručno izradio bilo koji složeni dio, može biti potrebno mnogo truda i vremena - do mjeseci. Osim toga, tradicionalnom metodom, prvo je potrebno izraditi crteže i provjeriti ih. Kao rezultat toga, proizvođač ima veće troškove razvoja i dugo vremena za to.

3D tehnologija je u potpunosti lišena gore opisanih nedostataka, posebno pri njenoj upotrebi otklanjaju se različiti problemi i problemi koji se mogu javiti u procesu razvoja, a ne tokom proizvodnje, kao kod ručnog dizajna. Takođe, prilikom kompjuterskog modeliranja dijela, inženjer ga može testirati u prvoj fazi i ispitati iz svih uglova, a ako se pronađu nedostaci, odmah ih otkloniti. Zbog toga je prisustvo grešaka u štampanim delovima potpuno isključeno.

Danas postoji nekoliko različitih metoda 3D štampe, a razlikuju se upravo po načinu nanošenja slojeva. Hajde da pričamo o glavnim. Glavne tehnologije 3D štampanja su SLS (selektivno lasersko preplitanje), NRM (fuzioni slojevi) i SLA (stereolitografija). Najpopularnija tehnologija, zbog svoje velike brzine, je SLA tehnologija.

Laserski snop usmjerava se na fotopolimer, čime se omogućava da se naneseni materijal stvrdne. Kao fotopolimer koristi se prozirna tvar, koja se može deformirati pod utjecajem atmosferske vlage. Nakon stvrdnjavanja, takav materijal se lako može lijepiti, obraditi i farbati. Sama radna površina (lift) stiže u kontejneru napunjenom foto polimerom. Nakon nanošenja sledećeg sloja, laserski snop prolazi kroz njega, otežavajući ga, a radni sto se pomera prema dole.

Ovo je takozvano sinterovanje ili fuzija kompozicija tipa praha, SLS je jedna od rijetkih tehnika koja može proizvesti kalupe za plastično i metalno livenje. Plastični predmeti imaju izvrsna mehanička svojstva, zbog čega se lako mogu koristiti za stvaranje punopravnih dijelova mehanizma. SLS uzima materijale koji su po svojim parametrima bliski gotovim proizvodima, kao što su keramika, plastika ili metal.

Sam štampač je izgrađen na sledeći način: prah se nanosi na površinu lifta i pod dejstvom lasera se sinteruje u čvrsti sloj koji ispunjava potrebne zahteve.

DLP tehnologija je relativno nedavno prisutna na tržištu trodimenzionalne štampe. Stereolitografski uređaji za štampanje su sada pozicionirani kao alternativa FDM modelima. Takvi uređaji koriste tehnike obrade svjetlosti. Za razliku od analoga u kojima se za štampu koriste plastične žice i grijaći elementi, ovdje se fotopolimerne smole koriste zajedno sa DLP projektorom. Unatoč zamršenom nazivu, DLP 3D printer se praktički ne razlikuje od ostalih serijskih kolega. Također treba napomenuti da su programeri iz QSQM Technology Corporation već počeli kreirati prve uređaje u ovoj seriji.

Treba napomenuti da SLS/DMLS tehnike nisu jedine koje mogu štampati metalom. Danas se u te svrhe koristi i topljenje elektronskim snopom. Kako su ispitivanja u laboratoriji pokazala, nanošenje slojeva metala topljenjem žice je neefikasno, zbog čega je razvijen poseban materijal - metalna glina.

Metalna glina djeluje kao mastilo tokom površinskog snopa elektronskih zraka; napravljena je od kombinacije ljepila, metalnih strugotina i vode. Da bi se tinta pretvorila u čvrstu supstancu, mora se zagrijati do temperature na kojoj voda i mješavina ljepila isparavaju, a metalne strugotine se spajaju.

Kako radi EBM 3D štampač?

Potpuno ista opcija se koristi kada se radi sa SLS štampačima, s jedinom razlikom što EBM modeli stvaraju naređene električne impulse, a ne laserski snop, za topljenje glinenog metala. Ovakav pristup nam omogućava da postignemo odličnu kvalitetu proizvedenih predmeta i izvrsne detalje. Danas su u prodaji samo industrijski uređaji koji koriste EBM tehnologiju.

HPM tehnologija (FDM) HPM

Ovom tehnologijom se mogu proizvoditi ne samo modeli, već i potpuno gotovi dijelovi od raznih vrsta plastike. Njegove prednosti uključuju mogućnost korištenja industrijskih sirovina, dok kod ostalih uređaja to nije moguće. Dijelovi izrađeni pomoću HPM (FDM) tehnologije imaju odličnu otpornost na bilo koju vrstu udara, kao i visoku čvrstoću.

Štampanje pomoću HPM tehnologije ima dobru glatkoću površine, jednostavan rad i mogućnost rada u kancelariji. Predmeti izrađeni od termoplasta imaju dobru otpornost na povišene temperature, mehanička opterećenja, različite hemijske reagense, kao i na vlažne i suhe sredine.

Rastvorljivi prateći materijali omogućavaju izradu prilično složenih višeslojnih oblika, kao i šupljina i rupa koje je vrlo teško dobiti konvencionalnim sredstvima. HRM štampači proizvode dijelove nanošenjem niza slojeva, jedan na drugi, dok se metal zagrijava do polutečnog stanja i ekstrudira kroz mlaznicu na određene lokacije programirane na PC-u.

Za štampu NRM tehnikom koriste se dva različita materijala odjednom, glavni je potreban za izradu samog dijela, a dodatni za potporu. Navoji oba metala ulaze u glavu uređaja, koja pomiče i podešava metal, formirajući sloj. Nakon završetka sljedećeg sloja, platforma se spušta i glava se preuzima preko sljedećeg sloja. Kada 3D štampač završi sa proizvodnjom dela, potrebno je da odvojite pomoćni metal ili da ga rastvorite deterdžentom. Proizvod je spreman za upotrebu.

Danas su veoma popularni ne samo automatski HPM uređaji, već i njihove ručne verzije. Takvi uređaji su u suštini olovke za pravljenje 3D objekata. Takve olovke su napravljene kao automatski štampači, s jedinom razlikom što osoba drži glavu u ruci i dozira materijal koji se deponuje.

Naravno, kao i tehnologija, sami uređaji se također razlikuju jedni od drugih. Ako imate model SLA tipa, onda on neće moći raditi po SLS metodi, odnosno, bilo koji od pisača može obrađivati ​​dijelove samo koristeći svoju individualnu tehnologiju.

Primjena 3D štampe

3D štampa je otvorila nove horizonte u industrijama kao što su građevinarstvo, medicina, obrazovanje, odjeća, proizvodnja, nakit, pa čak i u prehrambenoj industriji.

Na primjer, u arhitekturi, 3D printanje može stvoriti modele kuća, ili cijelih mikropodručja, sa svim njihovim karakteristikama. Za takav rad koristi se jeftina mješavina gipsa, što čini cijenu modela vrlo niskom. Najšira gama boja od 390 hiljada CMYK nijansi omogućava lako implementaciju apsolutno bilo koje, čak i najneobičnije, ideje arhitekte.

3D štampač za arhitekturu

Danas možemo sa sigurnošću pretpostaviti da će se gigantski napredak uskoro dogoditi u građevinskoj industriji. Inženjeri iz Kalifornije uspjeli su stvoriti jedinstveni sistem za 3D štampanje objekata u prirodnoj veličini. Djeluje poput dizalice koja gradi zidove kuća. Na primjer, za štampanje dvospratne kuće pune dužine, štampaču je potrebno samo 20 sati. Nakon toga graditelji će morati samo da završe zidove. 3D Kuća postaje sve popularnija.

Ostale aplikacije

Već danas vodeći medicinski radnici mogu pomoću 3D štampača rekreirati pojedinačne dijelove ljudskog skeleta, zahvaljujući čemu je postalo mnogo lakše obavljati operacije, a sami implantati bolje se ukorijenjuju. Tehnologije štampe su također široko popularne u stomatološkoj oblasti, a implantati proizvedeni na ovaj način su višeg kvaliteta.

Relativno nedavno, naučnici iz Njemačke uspjeli su odštampati ljudsku kožu. Sirovina za njegovu izradu je gel napravljen od kože donatora. Još 2011. godine stručnjaci su imali sreće da proizvedu živi ljudski bubreg pomoću 3D štampača.

Kao što se može vidjeti iz gore navedenog, mogućnosti 3D štampača imaju ogroman potencijal. Uređaji koji pripremaju ukusna jela, izrađuju protezu i unutrašnje organe ljudi, igračke i uputstva za upotrebu, cipele i jakne – to više nije naučna fantastika – već naša sadašnjost. A šta nas čeka u bliskoj budućnosti, na ovo pitanje vjerovatno može odgovoriti samo pisac naučne fantastike sa dobrom maštom.

Naš cilj je vlastiti FabLab u Sankt Peterburgu!
Pratite vijesti!