Imprimantele tridimensionale sau imprimantele 3D sunt dispozitive pentru realizarea de modele tridimensionale. Dispozitivele de specializare îngustă au posibilități nelimitate și sunt folosite astăzi în fiecare sferă a vieții unei persoane moderne. În urmă cu câțiva ani, imprimantele 3D au devenit disponibile pentru uz casnic, acoperind unele dintre întreprinderile mici de pe parcurs.

Istoria creării unor astfel de echipamente a apărut la mijlocul anilor 80 ai secolului trecut, dar slaba dezvoltare a tehnologiei informatice a „înghețat” introducerea activă a imprimării tridimensionale în viața de zi cu zi și producția.

Imprimantele 3D au primit un început tangibil abia în 2005, împreună cu îmbunătățirea capacităților computerelor. Apoi a fost prezentată publicului prima imprimantă tridimensională, care imprimat color. Ulterior, tehnica a suferit multe modificări, s-a dezvoltat un software modern pentru a controla procesul de imprimare. Drept urmare, a devenit disponibilă utilizatorilor o unitate funcțională, capabilă să „tipărească” carcase de telefon sau noi imprimante 3D.

Prima imprimantă 3D

Cum functioneaza

Principiul general de funcționare al unei imprimante tridimensionale în teorie este simplu și clar. Un obiect sau o parte a acestuia este creată într-un program de modelare 3D (modelele mari sunt împărțite în mai multe elemente). Apoi fișierul este trimis pentru procesare de către un program specializat (pentru a genera un cod G), după care intră în joc tehnica. G-code împarte modelul digital în sute de piste orizontale, stabilind traiectoria căruciorului de imprimare. Materialul topit este aplicat strat cu strat de bază, creând un obiect complet tangibil.

Reprezentarea schematică a unei imprimante 3D

Există șapte tehnologii principale utilizate pentru imprimarea 3D, dar cele mai multe dintre ele și-au găsit aplicație doar în scopuri industriale. Pentru „imprimarea din plastic” amatori și întreprinderile mici, au fost dezvoltate dispozitive relativ compacte și ieftine.

• Tehnologie TopiteDepunereModelare(în rest, imprimante FDM) a primit cea mai masivă distribuție pentru modelarea tridimensională și gătit. Materialul este încălzit și alimentat pe platformă prin duza capului de imprimare. Obiectul „crește” în plan, iar dimensiunile lui sunt limitate de parametrii platformei.

• Tehnologie Polyjet dezvoltat în 2000 și astăzi deținut de Stratasys. Crearea obiectelor tridimensionale se realizează prin polimerizarea unui fotopolimer sub influența radiației UV. Fotopolimerul este un plastic scump și fragil, prin urmare, astfel de imprimante nu sunt practic utilizate în viața de zi cu zi, dar datorită detalierii precise a modelării, dispozitivele sunt utilizate în medicină și industrie (pentru prototipare).

Totul despre modul în care funcționează imprimantele moderne 3D „imprimare plastică” poate fi găsit într-un videoclip tematic, de exemplu, acesta. De asemenea, ele arată adesea modul în care mașina lucrează cu diverse materiale pentru a face un obiect.

Managementul procesului de imprimare

De regulă, utilizatorul trebuie să facă o serie de setări chiar înainte de imprimare.

1. Echipamentul este conectat la un PC printr-un cablu USB.
2. Calibrarea mișcării duzei față de platformă.
3. Reglarea și controlul încălzirii platformei și duzei de dozare.
4. Monitorizarea raportului de temperatură.
5. Controlul procesului de imprimare (extruder) - stabilirea vitezei de avans a materialului, înlocuirea bobinelor din plastic.

Imprimarea este controlată prin computer. Pentru a crea un obiect de la o idee la un rezultat, utilizatorul are nevoie de special programe de modelare tridimensionalăși controlul dispozitivului.

Tehnologiile moderne nu permit încă crearea unei imprimante în care toate operațiunile sunt efectuate prin apăsarea câtorva taste, prin urmare este necesar să stăpâniți o mulțime de programe specifice și elementele de bază ale modelării.

Înainte de a începe imprimarea, operatorul calibrează imprimanta ajustând-o în raport cu masa platformei. Firmware-ul de bază al imprimantei este o serie de setări implicite, iar utilizatorul poate face ajustări mai fine în funcție de suportul utilizat. Deci, pentru a crea elemente volumetrice bazate pe ABS sau PLA, sunt setate diferite temperaturi de topire. În timpul procesului de imprimare, operatorul monitorizează munca prin intermediul software-ului. Întregul proces de creare a unui model poate dura de la câteva ore până la o zi, aici factorul cheie este acuratețea execuției: obiectele precise cu randare detaliată durează mai mult să fie produse decât cele mai grosiere.

Unde pot folosi o imprimantă 3D

Domeniul de aplicare al imprimantelor 3D este destul de larg: de la artizanat amator la afaceri. Antreprenorii, alături de studenții departamentelor de arhitectură, au fost primii care au observat potențialul uriaș al „imprimarii plastice”.

De asemenea, modelarea volumetrică este folosită în industria de bijuterii și în toate domeniile de proiectare și inginerie.

Dacă mai devreme imprimarea se făcea cu plastic, astăzi varietatea materialelor este impresionantă. Producătorii fac diverse baze, de exemplu, imitând lemnul natural. În plus, ca material pentru imprimare, puteți alege nu numai polimeri, ci și nailon. Această idee a fost rapid preluată de designeri și creată întreg colecții de îmbrăcăminte.

Colecționarii de jocuri de noroc vor aprecia pe deplin potențialul „imprimarii plastice”, pentru că acum este posibil să recreați orice obiect: modele de avioane, personaje celebre, obiecte de artă. Piesele de colecție rare pot fi destul de scumpe, ca o imprimantă foarte bună pentru casă, iar aici alegerea este clară.

A lua sau a nu lua: avantaje și dezavantaje ale echipamentelor

Utilizarea imprimării 3D oferă utilizatorilor o gamă largă de opțiuni. Avantajul cheie al tehnicii este reproducerea oricărui obiect tridimensional și practic nu există excepții. Tot ce poate fi făcut din plastic poate fi „imprimat”, fie că este vorba despre o bară de protecție originală scumpă de la o mașină străină sau un proiect pentru un viitor centru comercial la o expoziție de arhitecți. Factorul decisiv va fi dimensiunea echipamentului, sau mai exact, dimensiunea desktop-ului acestuia.

Potențialul „imprimarii din plastic” este complicat proces de pregătire consumator de timpși management, necesitând cunoștințe înalt specializate. Un utilizator neexperimentat nu va putea întotdeauna să proiecteze nici măcar o simplă figură geometrică în 3D-MAX, ca să nu mai vorbim de propriul său portret. Pentru a folosi tehnica, trebuie să o stăpânești, dar aceasta va dura ceva timp.

Al doilea dezavantaj al unei imprimante 3D este acesta dimensiuni. De asemenea, sunt disponibile spre vânzare modele compacte, dar limitele lor de dimensiune de imprimare sunt prea modeste, deși sunt destul de potrivite pentru producția în faze a instalațiilor sau a proiectelor de arhitectură.

Desigur, este irațional să cumpărați o imprimantă 3D ca jucărie, costul mediu al modelelor din segmentul ieftin depășește 30.000 de ruble. Achiziția va fi profitabilă dacă echipamentul va îndeplini o sarcină specifică: obțineți un profit, dezvoltați abilități, obțineți o educație, fiți creativ, ajutați la muncă.

Se pot aștepta mai multe evoluții în acest domeniu în viitorul apropiat. Astăzi este deja posibilă imprimarea unei clădiri rezidențiale adevărate dintr-un amestec de clădiri convențional. Desigur, astfel de echipamente nu sunt disponibile pentru uz casnic, dar însuși faptul de a folosi materiale noi de imprimare promite o extindere metodică a posibilităților de imprimare 3D acasă.

De la începutul noului mileniu, conceptul de „3D” a intrat ferm în viața noastră de zi cu zi. În primul rând, îl asociem cu cinematografia, fotografia sau animația. Dar acum aproape că nu există o persoană care să nu fi auzit măcar o dată în viață despre o astfel de noutate precum imprimarea 3D.

Ce este și ce noi oportunități în creativitate, știință, tehnologie și viața de zi cu zi ne aduc tehnologiile de imprimare 3D, vom încerca să ne dăm seama în articolul de mai jos.

Dar mai întâi, puțină istorie. Deși s-a vorbit mult despre imprimarea 3D în ultimii ani, de fapt, această tehnologie există de mult timp. În 1984, Charles Hull a dezvoltat o tehnologie de imprimare 3D pentru reproducerea obiectelor folosind date digitale, iar doi ani mai târziu a denumit și a brevetat tehnica stereolitografiei.

În același timp, această companie a dezvoltat și creat prima imprimantă 3D industrială. Ulterior, ștafeta a fost preluată de 3D Systems, care a dezvoltat modelul de imprimantă SLA-250 pentru imprimarea 3D acasă în 1988.

În același an, modelarea depunerilor fuzionate a fost inventată de Scott Grump. După câțiva ani de relativ calm, în 1991 Helisys dezvoltă și comercializează o tehnologie pentru producția de obiecte multistrat, iar un an mai târziu, în 1992, este lansat la DTM primul sistem de lipit cu laser selectiv.

Apoi, în 1993, a fost fondată Solidscape, care a început să producă în masă imprimante cu jet de cerneală care sunt capabile să producă piese mici cu o suprafață ideală și la un cost relativ scăzut.

În același timp, Universitatea din Massachusetts brevetează o tehnologie de imprimare 3D similară cu tehnologia cu jet de cerneală a imprimantelor 2D convenționale. Dar, probabil, vârful dezvoltării și popularității imprimării 3D încă a căzut în noul secol al XXI-lea.

În 2005, a apărut prima imprimantă capabilă să imprime color, aceasta este o creație a Z Corp numită Spectrum Z510, iar literalmente doi ani mai târziu a apărut prima imprimantă care putea reproduce 50% din propriile componente.

În prezent, gama de posibilități și aplicații ale imprimării 3D este în continuă creștere. Totul s-a dovedit a fi supus acestor tehnologii - de la vase de sânge la recife de corali și mobilier. Despre domeniile de aplicare a acestor tehnologii vom vorbi însă puțin mai târziu.

Deci, ce este imprimarea 3D?

Pe scurt, aceasta este construcția unui obiect real după un model 3D creat pe un computer. Apoi modelul digital tridimensional este salvat în formatul de fișier STL, după care imprimanta 3D, la care este scos fișierul pentru imprimare, formează un produs real.

Procesul de imprimare în sine este o serie de cicluri repetitive asociate cu crearea de modele tridimensionale, aplicând un strat de consumabile pe desktop-ul (liftul) imprimantei, deplasând desktop-ul până la nivelul stratului finit și eliminând deșeurile din suprafața mesei.

Ciclurile urmează continuu unul după altul: următorul strat de material este aplicat pe primul strat, liftul este coborât din nou și așa mai departe până când produsul finit este pe desktop.

Cum funcționează o imprimantă 3D?

Utilizarea imprimării 3D este o alternativă serioasă la metodele tradiționale de prototipare și producție la scară mică. O imprimantă tridimensională sau 3D, spre deosebire de una convențională care imprimă desene bidimensionale, fotografii etc. pe hârtie, face posibilă scoaterea de informații tridimensionale, adică crearea de obiecte fizice tridimensionale.

În prezent, echipamentele din această clasă pot lucra cu rășini fotopolimerice, diverse tipuri de filamente de plastic, pulbere ceramică și argilă metalică.

Ce este o imprimantă 3d?

Principiul de funcționare al unei imprimante 3d se bazează pe principiul creării treptate (stratificate) a unui model solid, care, așa cum ar fi, este „crescut” dintr-un anumit material, despre care va fi discutat puțin mai târziu. Avantajele imprimării 3D față de metodele obișnuite, manuale, de construire a modelelor sunt viteza mare, simplitatea și costul relativ scăzut.

De exemplu, poate dura destul de mult timp pentru a crea sau orice parte manual - de la câteva zile la luni. La urma urmei, aceasta include nu numai procesul de fabricație în sine, ci și lucrări preliminare - desene și diagrame ale viitorului produs, care încă nu oferă o viziune completă a rezultatului final.

Ca urmare, costurile de dezvoltare cresc semnificativ, perioada de la dezvoltarea produsului până la producția în masă crește.

Tehnologiile 3D, pe de altă parte, vă permit să eliminați complet munca manuală și necesitatea de a face desene și calcule pe hârtie - la urma urmei, programul vă permite să vedeți modelul din toate unghiurile deja pe ecran și să eliminați deficiențele identificate. nu în procesul de creație, cum este cazul producției manuale, ci direct în timpul dezvoltării și creați un model în câteva ore.

În același timp, posibilitatea apariției erorilor inerente lucrului manual este practic exclusă.

Ce este o imprimantă 3d: video

Există diverse tehnologii de imprimare 3D. Diferența dintre ele constă în modul în care sunt aplicate straturile de produs. Să le luăm în considerare pe cele principale.

Cele mai frecvente sunt SLS (plexul laser selectiv), HPM (suprapunerea materialului topit) și SLA (stereolitiografie).

Datorită vitezei mari de construcție a obiectelor, cea mai utilizată tehnologie este stereolitografia sau SLA.

Tehnologia SLA

Tehnologia funcționează astfel: un fascicul laser este direcționat către un fotopolimer, după care materialul se întărește.

Ca fotopolimer, se folosește un material translucid, care este deformat sub influența umidității atmosferice.

Odată întărit, poate fi ușor lipit, prelucrat și vopsit. Masa de lucru (liftul) este într-un recipient cu un fotopolimer. După ce fasciculul laser trece prin polimer și stratul se întărește, suprafața de lucru a mesei se mișcă în jos.

Tehnologia SLS

Sinterizarea reactivilor pulberi sub acțiunea unui fascicul laser - cunoscută și sub numele de SLS - este singura tehnologie de imprimare 3D care este utilizată la fabricarea matrițelor atât pentru turnarea metalelor, cât și a materialelor plastice.

Modelele din plastic au proprietăți mecanice excelente, datorită cărora pot fi utilizate pentru fabricarea de produse complet funcționale. Tehnologia SLS folosește materiale care sunt similare ca proprietăți cu mărcile produsului final: ceramică, plastic sub formă de pulbere, metal.

Dispozitivul de imprimantă 3D arată astfel: substanțele pulbere sunt aplicate pe suprafața ascensorului și sinterizate sub acțiunea unui fascicul laser într-un strat solid care corespunde parametrilor modelului și determină forma acestuia.

Tehnologia DLP

Tehnologia DLP este nouă pe piața imprimării 3D. Imprimantele stereolitografice sunt poziționate astăzi ca alternativă principală la echipamentele FDM. Acest tip de imprimantă utilizează tehnologia digitală de procesare a luminii. Mulți oameni se întreabă cu ce imprimă imprimanta 3d a acestui eșantion?

În loc de filament de plastic și cap de încălzire, rășini fotopolimerice și un proiector DLP sunt folosite pentru a crea figuri tridimensionale.

Mai jos puteți vedea cum funcționează imprimanta 3d video:

După ce am auzit despre o imprimantă 3d DLP pentru prima dată, despre ce este aceasta este o întrebare complet rezonabilă. În ciuda numelui complicat, dispozitivul nu este aproape deloc diferit de alte imprimante desktop. Apropo, dezvoltatorii săi, reprezentați de companie
QSQM Technology Corporation, au lansat deja primele mostre de echipamente de înaltă tehnologie într-o serie. Arata cam asa:

Tehnologia EBM

Este de remarcat faptul că tehnologiile SLS / DMLS sunt departe de singurele din regiune. În prezent, topirea fasciculului de electroni este utilizată pe scară largă pentru a crea obiecte metalice tridimensionale. Studiile de laborator au arătat că utilizarea firului metalic pentru depunerea strat cu strat în fabricarea pieselor de înaltă precizie este ineficientă, așa că inginerii au dezvoltat un material special - argila metalică.

Argila metalică folosită ca cerneală în timpul topirii fasciculului de electroni este făcută dintr-un amestec de adeziv organic, așchii de metal și o anumită cantitate de apă. Pentru a transforma cerneala într-un obiect solid, aceasta trebuie încălzită la o temperatură la care lipiciul și apa se vor arde, iar cipurile se vor topi într-un monolit.

Imprimantă 3d EBM: cum funcționează

Este de remarcat faptul că acest principiu este folosit și atunci când lucrați cu imprimante SLS. Dar spre deosebire de ele, mașinile EBM generează impulsuri de electroni direcționate în loc de un fascicul laser pentru a topi argila metalică. Trebuie să spun că această metodă oferă o calitate înaltă a imprimării și un desen excelent al micilor detalii.

Până în prezent, sunt vândute doar imprimante industriale care utilizează tehnologia EBM. Iată cum arată una dintre ele:

Videoclipul de mai jos demonstrează capacitățile unei imprimante 3d adaptate pentru topirea fasciculului de electroni:

Tehnologia HPM (FDM) HPM

Face posibilă crearea nu numai de modele, ci și de piese finale din termoplastice standard, structurale și de înaltă performanță. Este singura tehnologie care utilizează materiale termoplastice de producție pentru a oferi pieselor rezistență mecanică, termică și chimică de neegalat.

Imprimarea HPM se remarcă prin curățenie, ușurință în utilizare și adecvare pentru utilizarea la birou. Piesele termoplastice sunt rezistente la temperaturi ridicate, stres mecanic, diverse substante chimice, medii umede sau uscate.

Materialele auxiliare solubile vă permit să creați forme complexe pe mai multe niveluri, cavități și găuri care ar fi problematic de obținut prin metode convenționale. Imprimantele 3D HPM creează piese strat cu strat prin încălzirea materialului la o stare semi-lichidă și extrudarea acestuia conform căilor generate de computer.

Pentru imprimarea HPM sunt utilizate două materiale diferite - unul (principal) va fi piesa finită și unul auxiliar, care este folosit pentru suport. Filamentele ambelor materiale sunt alimentate din locașurile imprimantei 3D în capul de imprimare, care se mișcă pe baza modificărilor coordonatelor X și Y și fuzionează materialul, creând stratul curent, până când baza se mișcă în jos și începe următorul strat.

Când imprimanta 3D finalizează crearea piesei, rămâne să separă mecanic materialul auxiliar, sau să-l dizolve cu detergent, după care produsul este gata de utilizare.

Interesant este că nu numai imprimantele HPM automate desktop sunt populare în zilele noastre, ci și dispozitivele de imprimare manuală. Mai mult, corect ar fi să le numim nu dispozitive de imprimare, ci pixuri pentru desenarea obiectelor tridimensionale.

Pixurile sunt fabricate în același mod ca imprimantele folosind tehnologia de fuziune. Firul de plastic este introdus în stilou, unde se topește până la consistența dorită și este imediat stors printr-o duză în miniatură! Cu abilitate adecvată, aceste figuri decorative originale sunt obținute:

Și, desigur, la fel ca tehnologiile, imprimantele în sine diferă unele de altele. Dacă aveți o imprimantă care funcționează conform SLA, atunci va fi imposibil să aplicați tehnologia SLS pe ​​ea, adică fiecare imprimantă a fost creată doar pentru o anumită tehnologie de imprimare.

Imprimare 3D color

Această tehnologie este singura de acest gen care vă permite să obțineți obiecte în toată gama disponibilă de nuanțe. Este de remarcat faptul că colorarea produselor are loc direct în timpul fabricării lor. Cu ajutorul lui se obțin obiecte fotorealiste. Acest lucru provoacă un interes real pentru ea din partea designerilor.

Adesea, ca materie primă se folosește o pulbere pe bază de gips. Periile și rolele formează un strat nu foarte gros de consumabile. În plus, cu ajutorul unui cap mobil, pe zonele necesare se aplică micropicături de substanță asemănătoare adezivului (înainte de aceasta, este vopsit în culoarea dorită). În compoziția sa seamănă cu cianoacrilatul. Un obiect multicolor gata făcut este creat în straturi. Tratamentul final al produsului cu cianoacrilat îi conferă luciu și rigiditate.

Imprimante 3D color industriale și desktop

Piața modernă oferă diverse imprimante 3D multicolore. Cu ajutorul lor, obiectele colorate sunt create acasă. Majoritatea unităților sunt proiectate pentru uz profesional.

Imprimarea color profesională pe o imprimantă 3D se realizează folosind:

1. Rigle Zrririnter de la cunoscutul brand 3D Sustems. Aceste dispozitive pot crea obiecte dimensionale multicolore. Echipat cu 5 cartușe și sistem automat de încărcare a pulberii. Tehnica este aproape 100% automatizată, așa că nu este necesară configurarea sau controlul procesului de imprimare. Modelele cântăresc aproximativ 340 de kilograme. Costul este în intervalul 90-130 de mii de dolari.

2. Imprimantă 3D color Mcor Iris. Produsele multicolore sunt create prin lipirea resturilor individuale de hârtie. Această unitate de la Mcor Technologies Ltd creează modele fotorealiste tridimensionale cu indicatori buni de rezistență. Poate genera până la un milion de culori. Costă 15 mii de dolari.

Modele de desktop pentru uz casnic:

1. Imprimantă 3D color 3D Touch. Această unitate funcționează pe tehnologia FDM. Modelul poate fi furnizat cu unul, două sau chiar trei capete de extrudare. Funcționează cu plastic ABS sau PLA. Cântărește nu mai puțin de 38 de kilograme. Costul este de aproximativ 4 mii de dolari.

2. Imprimanta 3D cu trei culori BFB 3000 PANTHER este prima imprimanta color lansata pe piata. Astăzi, costul său este de aproximativ 2,5 mii de dolari. Un fir de plastic standard este folosit ca material de lucru. Pentru a funcționa, aveți nevoie de un fir de trei culori.

3. Unul dintre cele mai ieftine modele este ProDesk3D. Pentru a crea produse, se folosește un sistem de cinci cartușe. Este posibil să lucrați cu plastic PLA sau ABS. Imprimanta este echipată cu un sistem de reglare automată. Costă doar 2 mii de dolari. Din păcate, nu se poate lăuda cu o rezoluție mare de imprimare.

Aplicații pentru imprimarea 3D

Imprimarea 3D a deschis mari oportunități de experimentare în domenii precum arhitectura, construcții, medicină, educație, design vestimentar, producție la scară mică, bijuterii și chiar în industria alimentară.

În arhitectură, de exemplu, imprimarea 3D vă permite să creați modele tridimensionale de clădiri, sau chiar cartiere întregi cu toată infrastructura - piețe, parcuri, drumuri și iluminat stradal.

Datorită compozitului de gips ieftin utilizat în acest caz, costul modelelor finite este scăzut. Și peste 390 de mii de nuanțe CMYK fac posibilă întruchiparea oricărei, chiar și a celei mai îndrăznețe, imaginația unui arhitect în culoare.

Imprimanta 3d: aplicatie in domeniul constructiilor

În construcții, există toate motivele să credem că, în viitorul apropiat, procesul de ridicare a clădirilor va fi mult mai rapid și mai ușor. Inginerii din California au creat un sistem de imprimare 3D pentru obiecte mari. Funcționează pe principiul unei macarale de construcție, ridicând pereți din straturi de beton.

O astfel de imprimantă poate construi o casă cu două etaje în doar 20 de ore.

După aceea, muncitorii vor trebui să efectueze doar lucrări de finisare. Imprimantele 3D 3D House câștigă treptat o poziție puternică în producția la scară mică.

Practic, aceste tehnologii sunt folosite pentru producerea de produse exclusive, precum obiecte de artă, figurine de acțiune pentru jocuri de rol, modele prototip de produse viitoare sau orice piese structurale.

În medicină, datorită tehnologiilor de imprimare 3D, medicii au reușit să recreeze copii ale scheletului uman, ceea ce le permite să elaboreze mai precis tehnici care măresc garanțiile operațiilor de succes.

Imprimantele 3D sunt din ce în ce mai folosite în domeniul protezării în stomatologie, deoarece aceste tehnologii fac posibilă obținerea de proteze mult mai rapid decât în ​​cazul producției tradiționale.

Nu cu mult timp în urmă, oamenii de știință germani au dezvoltat o tehnologie pentru obținerea pielii umane. La fabricarea sa se folosește un gel obținut din celule donatoare. Și în 2011, oamenii de știință au reușit să reproducă un rinichi uman viu.

După cum puteți vedea, posibilitățile pe care le deschide imprimarea 3D în aproape toate domeniile activității umane sunt cu adevărat nesfârșite.

Imprimantele care creează capodopere culinare care reproduc proteze și organe umane, jucării și ajutoare vizuale, haine și încălțăminte nu mai sunt o născocire a imaginației scriitorilor de science fiction, ci realitățile vieții moderne.

Și ce alte orizonturi se vor deschide înaintea omenirii în următorii ani, probabil, acest lucru poate fi limitat doar de imaginația persoanei însuși.

Tehnologiile 3D inovatoare, care au devenit o senzație în trecutul recent, sunt acum ferm stabilite în viața noastră de zi cu zi. Filmele 3D, ochelarii speciali și orice altceva nu mai sunt considerate ceva ciudat. O imagine tridimensională captează atenția, învăluie și face privitorul să se simtă ca în interiorul lui - acesta este cu siguranță mai interesant decât formatul obișnuit. Nu stați pe loc și producătorii de dispozitive moderne de imprimare. Un bun exemplu în acest sens sunt imprimantele 3D. Ce este și cum funcționează o imprimantă 3D, vom spune în acest articol.

Sarcina principală a acestor dispozitive este să imprime modele tridimensionale din diverse materiale: hârtie, plastic sau chiar aliaje metalice ușoare, ale căror straturi sunt suprapuse unul peste altul și lipite. Grosimea unui strat este de aproximativ 0,1 mm. Conform specificațiilor de imprimare, imprimantele 3D pot fi împărțite în imprimante laser și imprimante cu jet de cerneală, la fel ca imprimantele obișnuite.

Imprimare laser 3D

Tehnologia laser se bazează pe stereolitografie (SLA), care vă permite să imprimați modele 3D pe baza desenelor CAD. Principiul este următorul - un fotopolimer apos este translucid cu un fascicul ultraviolet, cel mai subțire strat îngheață aproape instantaneu. Un program special de calculator împarte modelul tridimensional al obiectului în sute de mii de astfel de straturi și ele se află unul peste celălalt, se lipesc împreună cu lipici special, îngheață și din nou stratul următor conform parametrilor specificați. Deci modelul finit crește strat cu strat, la sfârșitul procesului este curățat de excesul de polimer, spălat și uscat. Tehnologia de imprimare 3D cu laser vă permite să reproduceți modele tridimensionale de până la 75 cm înălțime.

Imprimare 3D cu jet de cerneală

Tehnologia de imprimare 3D cu jet de cerneală este similară cu principiul de funcționare al unei imprimante cu jet de cerneală convenționale. În loc de vopsea, se folosește un plastic special, care este mai întâi încălzit și topit, apoi aplicat pe bază într-un strat microscopic și se întărește foarte repede. Această metodă de imprimare este denumită în mod obișnuit sinterizarea cu laser (SLS) și, pe lângă faptul că este mai rentabilă decât SLA, avantajul este capacitatea de a realiza modele 3D din metal. Principiul de funcționare al unei imprimante 3D bazată pe tehnologia de sinterizare face posibilă utilizarea diferitelor materiale polimerice, precum și ceramică sau sticlă, ca pulbere pentru bază. Un alt avantaj al acestei metode este că unele modele de imprimante vă permit să adăugați vopsea lipiciului folosit, ceea ce vă permite să creați modele multicolore.

Inovația și dezvoltarea continuă a imprimării 3D creează oportunități suplimentare nu numai pentru designeri, ci și pentru diverse domenii ale medicinei, producției industriale și multe altele. La urma urmei, cu ajutorul unui astfel de dispozitiv, orice idee poate fi tradusă într-un model sau prototip real.

Astăzi putem spune cu siguranță că este imposibil să ne imaginăm civilizația modernă fără tehnologia de imprimare 3D și cu greu este posibil să numim o altă tehnologie care se dezvoltă atât de rapid.

prin paginile istoriei

Potrivit multor experți în computere, englezul Babbage a devenit fondatorul imprimării 3D și dezvoltatorul primei imprimante convenționale. În 1822, a început să creeze așa-numitul „motor cu diferențe mari”, conceput pentru a produce calcule și a le tipări. Ca toate lucrurile mărețe, ideile lui Babbage erau cu mult înaintea timpului lor și, 20 de ani mai târziu, proiectul încă nu a fost realizat.

Motorul cu diferențe mari a lui Babbage

Au trecut mai bine de 100 de ani înainte de o secundă, de această dată s-a făcut o încercare mai reușită de a crea o imprimantă. Prima imprimantă alb-negru a fost lansată în 1953. Au mai trecut 23 de ani și IBM creează prima imprimantă color cu jet de cerneală. Astăzi, numărul de imprimante din birouri și alte organizații este al doilea după numărul de computere.

În a doua jumătate a anilor 1980, a avut loc o altă descoperire tehnologică. În 1986, americanul Chek Hull a formulat conceptul de imprimare tridimensională, iar doi ani mai târziu compatriotul său Scott Crump a dezvoltat tehnologia FDM bazată pe aceasta - turnarea prin descompunerea unui material care se topește. Toate imprimantele tridimensionale care funcționează în prezent își datorează aspectul ei.

Cum funcționează o imprimantă 3D

În comparație cu o imprimantă de imprimare care transferă text electronic pe hârtie plată, o imprimantă 3D se ocupă de informații tridimensionale. Într-un cuvânt, recreează obiectul așa cum este.

Cum se imprimă o imprimantă 3D? În primul rând, un model digital al obiectului este creat pe un computer folosind un program special. Ea, parcă, „împarte” modelul în straturi, după care imprimanta intră în acțiune. La fel ca „fratele” său de imprimare, imprimanta 3D are însă propria cerneală, constând dintr-o pulbere compozită.

În urmă cu aproximativ 10 ani, se folosea un singur tip de „cerneală” – plasticul ABC. Astăzi există mai mult de o sută de ele - polipropilenă, beton, celuloză, nailon, pulberi metalice, gips, ciocolată și multe altele.

În procesul de lucru, materialul sursă se transformă într-o masă, care este aplicată strat cu strat pe suprafața de lucru printr-o duză specială. După aplicarea următorului strat, deasupra acestuia se poate aplica un strat adeziv, apoi din nou un strat de „cerneală”. Și așa mai departe până la reproducerea completă a obiectului. Lucrarea imprimantei 3D poate fi văzută în videoclip.

Dar acesta este principiul general al modului în care funcționează o imprimantă 3D, așa-numita tehnologie de prototipare rapidă. Pe baza acestuia, au fost dezvoltate mai multe metode. Iată doar câteva dintre ele.

Stereolitografia (SLA)

Una dintre primele tehnologii de imprimare 3D. Ca material de construcție, se folosește un amestec de polimer lichid cu un agent de întărire, oarecum similar cu rășina epoxidica. Polimerizarea și întărirea ulterioară a amestecului are loc sub acțiunea unui laser ultraviolet.

Modelul este format în straturi subțiri pe un substrat mobil cu găuri atașate la un microlift-lift, care se mișcă în sus sau în jos până la o adâncime de un strat. În timpul scufundării în polimer lichid, fasciculul laser este fixat pe locurile de întărit. Odată ce se formează un strat, piesa de prelucrat se va ridica (coborâ).

Această tehnologie a fost dezvoltată de 3D Systems. Are multe în comun cu tehnologia cu jet de cerneală. Particularitatea dispozitivului și principiul de funcționare al acestei imprimante 3D este că implică mai multe (până la câteva sute) duze dispuse în rânduri pe capul de imprimare.

Cerneala devine lichidă prin încălzire și, după aplicarea strat cu strat pe suprafața de lucru, se solidifică la temperatura camerei. Capul se mișcă în plan orizontal, iar deplasarea verticală pe măsură ce se formează fiecare nou strat se realizează prin coborârea desktopului.

Sinterizarea selectivă cu laser (SLS)

Adevărata descoperire a fost introducerea tehnologiilor de imprimare 3D în prelucrarea metalelor. Cum functioneazã? O caracteristică a acestei tehnologii este că funcția fluidului de lucru este îndeplinită de o pulbere compozită constând din particule cu un diametru de 50 până la 100 de microni. Pulberea este aplicată în straturi subțiri uniforme orizontal, iar în etapa finală anumite zone sunt sinterizate cu un fascicul laser.

Unul dintre principalele avantaje ale sinterizării cu laser este rentabilitatea sa unică și aproape zero deșeuri în comparație cu metodele mecanice tradiționale de prelucrare a metalelor - găurire, frezare, tăiere, turnare și altele, precum și finisarea minimă.

O condiție necesară pentru sinterizarea cu laser este un mediu de azot cu un conținut minim de oxigen, deoarece procesul se desfășoară la temperaturi ridicate.

Această listă de tehnologii de imprimare 3D este departe de a fi limitată. Este completată de lipirea strat cu strat a filmelor, fuziunea strat cu strat, imprimarea strat cu strat cu un fir de polimer topit și iradierea ultravioletă printr-o mască foto.

Ce altceva de imprimat

După ce ne-am dat seama cum funcționează o imprimantă 3D, este timpul să vă spunem ce se poate face cu ea astăzi. Asemenea hainelor la modă și foarte confortabile, este „probată” de către reprezentanți ai diferitelor domenii ale științei și industriei. După cum sa dovedit, aproape totul poate fi imprimat, de la bunuri de larg consum din plastic, la panouri solare, piese pentru motoare cu reacție și proteze medicale.

Armata și constructorii au „pus ochii” pe tehnologia de imprimare 3D. Nu cu mult timp în urmă, la ISS a fost livrată o imprimantă 3D dezvoltată la comanda NASA, cu ajutorul căreia au fost realizate mai multe instrumente necesare în gravitate zero. Este foarte posibil ca în acest fel, în timpul unei viitoare misiuni marțiane, piese de schimb individuale să fie fabricate direct la bordul navei spațiale.

Se are în vedere și opțiunea de a construi case marțiane folosind imprimarea 3D, pentru care acolo vor fi livrate de pe Pământ imprimante speciale de construcție. Baza „cernelii” pentru ei va fi solul marțian.

La începutul acestui secol, 3D a devenit o parte integrantă a vieții noastre. Inițial, a evocat asocieri cu lumea cinematografiei, a desenelor animate sau a fotografiilor. Dar ne îndoim că în timpul nostru există cel puțin o persoană care nu a auzit ce este imprimarea 3D.

Ce fel de termen nou este acesta, cum poate afecta viața, producția și știința lui Budyonny, vom vedea în acest articol.

La început, vă oferim o scurtă digresiune în istorie. Deși imprimarea 3D a început să fie menționată pe scară largă în ultimii ani, în realitate există de ceva timp. În 1984, Charles Hull a dezvoltat imprimarea 3D, a cărei sursă era datele binare și deja 2 ani mai târziu a primit un brevet pentru o invenție numită stereolitografie. În același an, inginerii au reușit să producă primul dispozitiv industrial de imprimare 3D din lume. Un timp mai târziu, 3D Systems a preluat și dezvoltarea unei direcții promițătoare; în 1988, a creat o imprimantă de probă pentru imprimarea 3D acasă, și anume SLA - 250.

Într-o perioadă scurtă de timp, marca Scott Grump a reușit să implementeze modelarea prin depunere fuzionată. După câțiva ani de tăcere, în 1991 Helisys inventează și aduce în instanță cea mai recentă tehnică de amprentare multistrat, iar un an mai târziu, în 1992, unul dintre primele sisteme de sudare selectivă cu laser vede lumina la DTM. După aceea, în 1993, a fost creată organizația Solidscape și este angajată în producția de masă de imprimante cu jet de cerneală, care au capacitatea de a recrea diverse obiecte care au o suprafață aproape perfectă și, în același timp, au costuri relativ mici. În același timp, Institutul din Massachusetts și-a prezentat tehnologia de imprimare 3D, care este oarecum similară cu cea folosită în imprimantele standard cu jet de cerneală. Cu toate acestea, cel mai mare vârf în dezvoltarea imprimării 3D cade în secolul 21.

În 2005, a văzut lumina zilei o imprimantă 3D, care nu numai că a creat detalii, ci le-a făcut colorate. Produsul Z Corp a fost numit Spectrum Z510, iar aproape câțiva ani mai târziu, a apărut o imprimantă care putea recrea până la 50% din toate elementele din care a fost realizat. Astăzi, mediul de utilizare a imprimării 3D se extinde în mod constant, deoarece cu ajutorul lui, după cum s-a dovedit, puteți crea aproape orice, de la organele interne ale ființelor vii până la mobilier banal. Vom menționa însă puțin mai jos domeniile de utilizare ale imprimantelor 3D.

Imprimarea 3D cum funcționează

În esență, imprimarea 3D este o reproducere exactă a unei piese modelate pe un computer folosind un dispozitiv special de imprimare. Inițial, un model digital este un document STL și abia apoi o imprimantă 3D realizează un obiect real dintr-un astfel de fișier. Procesul de imprimare în sine este o aplicare repetată periodic de straturi pe desktop (lift), cu mișcarea sa treptată în jos și, ulterior, eliminarea amestecului de imprimare în exces. Ciclurile de imprimare se înlocuiesc în mod monoton, iar cu fiecare dintre ele liftul coboară la o înălțime dată, în acest fel se creează piesa în sine.

Cum funcționează o imprimantă 3D

După cum sa dovedit, imprimarea 3D poate înlocui perfect prototipurile la scară mică a pieselor. Spre deosebire de o imprimantă convențională care poate recrea doar fotografii, o mașină 3D realizează obiecte reale. Astăzi, astfel de dispozitive sunt capabile să lucreze cu rășini fotopolimerice, fire de plastic de diferite grosimi, pulbere ceramică și argilă metalică.

Ce este o imprimantă 3d?

Baza unui astfel de dispozitiv este reconstrucția treptată a unui obiect dintr-un fișier, cu aplicarea strat cu strat a substanței. De fapt, piesa crește, așa cum ar fi și, în cele din urmă, desăvârșindu-și creșterea, se transformă într-un produs finit. Avantajele imprimării 3D includ simplitatea procesului, costul scăzut și, cel mai important, viteza mare. De exemplu, pentru a crea manual orice fel de detaliu complex, poate fi nevoie de mult efort și timp - până la luni. În plus, cu metoda tradițională, mai întâi trebuie să creați desene și să le verificați. Drept urmare, producătorul are costuri de dezvoltare mai mari și un timp lung de dezvoltare.

Tehnologia 3D este complet lipsită de dezavantajele de mai sus, mai ales la utilizarea ei, diverse puncte și probleme care pot apărea sunt eliminate chiar și în procesul de dezvoltare, și nu de fabricație, ca în proiectarea manuală. De asemenea, atunci când modelează pe computer o piesă, un inginer din prima etapă o poate testa și examina din toate unghiurile, iar dacă se găsesc deficiențe, le elimină imediat. De aceea, prezența erorilor în piesele imprimate este complet exclusă.

Astăzi, există mai multe metode diferite de imprimare 3D simultan și diferă exact prin modul în care sunt aplicate straturile. Să vorbim despre cele principale. Principalele tehnologii de imprimare 3D sunt SLS (Selective Laser Stitching), HPM (Fusion Layering) și SLA (Stereolithiography). Cea mai solicitată, datorită vitezei mari, este tehnologia SLA.

Raza laser este îndreptată către fotopolimer și, prin urmare, permite materialului aplicat să se întărească. În rolul unui fotopolimer, se folosește o substanță translucidă care poate fi deformată sub influența umidității atmosferice. După întărire, un astfel de material poate fi ușor lipit, prelucrat și vopsit. Masa de lucru (liftul) în sine ajunge într-un recipient umplut cu fotopolimer. După aplicarea următorului strat, fasciculul laser trece prin el, făcându-l solid, iar masa de lucru se mișcă în jos.

Aceasta este așa-numita sinterizare sau fuziune a compozițiilor de tip pulbere, SLS este una dintre puținele tehnici care pot realiza matrițe atât pentru turnarea plasticului, cât și a metalului. Obiectele din plastic au calități mecanice excelente, astfel încât pot fi utilizate cu ușurință pentru a crea părți cu drepturi depline ale mecanismelor. În SLS se iau materiale care sunt apropiate în parametrii lor de produsele finite, precum ceramica, plasticul sau metalul.

Imprimanta în sine este construită după cum urmează - pulberea este aplicată pe suprafața ascensorului și sinterizată sub acțiunea unui laser într-un strat solid care îndeplinește cerințele necesare.

Tehnologia DLP este prezentă pe piața de imprimare 3D relativ recent. Imprimantele stereolitografice sunt poziționate astăzi ca o alternativă la modelele FDM. Astfel de dispozitive folosesc o tehnică de procesare a emisiilor de lumină. Spre deosebire de analogii în care firele de plastic și elementele de încălzire sunt utilizate pentru imprimare, rășinile fotopolimerice sunt folosite aici împreună cu un proiector DLP. În ciuda numelui complicat al imprimantei 3D DLP, practic nu diferă de niciun alt omolog în serie. De asemenea, trebuie menționat că dezvoltatorii de la QSQM Technology Corporation au început deja să creeze primele dispozitive din această serie.

De menționat că tehnicile SLS/DMLS nu sunt singurele capabile să imprime cu metal. Astăzi, topirea fasciculului de electroni este folosită și în astfel de scopuri. După cum au arătat testele din laborator, aplicarea straturilor de metal prin topirea sârmei este ineficientă, motiv pentru care a fost dezvoltat un material special - argila metalică.

Argila metalică acționează ca cerneala în timpul suprafeței fasciculului de electroni, este făcută dintr-o combinație de adeziv, așchii de metal și apă. Pentru a transforma cerneala într-un solid, aceasta trebuie încălzită la o temperatură la care apa și amestecul de adeziv să se evapore și așchiile de metal să fuzioneze împreună.

Cum funcționează o imprimantă 3d EBM

Exact aceeași opțiune este folosită atunci când lucrați cu imprimante SLS, cu singura diferență că modelele EBM creează argilă, impulsuri electrice ordonate pentru topirea metalului și nu un fascicul laser. Această abordare ne permite să obținem o calitate excelentă a obiectelor fabricate și o detaliere excelentă. Astăzi, la vânzare există doar dispozitive industriale care folosesc tehnologia EBM.

Tehnologia HPM (FDM) HPM

Această tehnologie poate produce nu doar modele, ci și piese complet finisate din diferite tipuri de plastic. Avantajele sale includ posibilitatea de a utiliza materii prime industriale, în timp ce este imposibil pe alte dispozitive. Piesele create folosind tehnologia HPM (FDM) HPM au o rezistență excelentă la orice tip de impact, precum și o rezistență ridicată.

Imprimarea cu tehnologia HPM oferă o bună netezire a suprafeței, operare ușoară și funcționabilitate la birou. Obiectele din termoplastic au rezistență bună la temperaturi ridicate, solicitări mecanice, diverse substanțe chimice, precum și medii umede și uscate.

Materialele conexe solubile fac posibilă producerea de forme destul de complexe pe mai multe niveluri, precum și cavități și găuri, care sunt foarte greu de obținut prin mijloace convenționale. Imprimantele HPM produc piese prin aplicarea unei serii de straturi, unul peste altul, prin care metalul este încălzit la o stare semi-lichidă și extrudat printr-o duză în anumite locații programate pe un computer.

Pentru a imprima folosind tehnica HPM, se folosesc simultan două materiale diferite, cel principal este necesar pentru a crea piesa în sine, iar cel suplimentar este pentru suport. Firele ambelor metale sunt aduse în capul dispozitivului, care mișcă și reglează metalul, formând un strat. După finalizarea următorului strat, platforma este coborâtă, iar capul este luat pentru următorul strat. Când imprimanta 3D a terminat deja de fabricat piesa, trebuie să separați metalul auxiliar sau să-l dizolvați cu un detergent. Produsul este gata de utilizare.

Astăzi, nu numai dispozitivele automate HPM sunt foarte populare, ci și versiunile lor manuale. Astfel de dispozitive, de fapt, sunt pixuri pentru realizarea de obiecte 3D. Astfel de pixuri sunt făcute ca imprimante automate, cu singura diferență că o persoană își ține capul în mână și distribuie materialul depus.

Desigur, ca și tehnologia, dispozitivele în sine diferă unele de altele. Dacă aveți un model de tip SLA, atunci acesta nu va putea funcționa conform metodei SLS, adică oricare dintre imprimante este capabilă să proceseze piese numai conform propriei tehnologii individuale.

Aplicații pentru imprimarea 3D

Imprimarea 3D a deschis noi orizonturi în industrii precum construcții, medicină, educație, îmbrăcăminte, producție, bijuterii și chiar industria alimentară.

De exemplu, în arhitectură, imprimarea 3D este capabilă să creeze modele de case, sau cartiere întregi, cu toate caracteristicile lor. În astfel de lucrări, se folosește un amestec ieftin de gips, ceea ce face ca costul modelelor să fie foarte scăzut. Cea mai largă gamă de culori de 390 de mii de nuanțe CMYK face posibilă implementarea cu ușurință a oricărei idei de arhitect, chiar și a celei mai neobișnuite.

Imprimanta 3d in domeniul arhitecturii

Astăzi, putem presupune cu siguranță că o descoperire uriașă va avea loc în curând în industria construcțiilor. Inginerii din California au reușit să creeze un sistem unic pentru imprimarea 3D a obiectelor în mărime naturală. Acționează ca o macara care ridică pereții caselor. De exemplu, pentru a imprima o casă complet voluminoasă cu două etaje, imprimanta are nevoie de doar 20 de ore. După aceea, constructorii vor trebui doar să termine pereții. 3D House devine din ce în ce mai popular.

Alte industrii

Deja astăzi, lucrătorii medicali de frunte sunt capabili să folosească o imprimantă 3D pentru a recrea anumite părți ale scheletului uman, datorită căreia a devenit mult mai ușor să se efectueze operații, iar implanturile în sine prind mai bine rădăcini. Tehnologiile de imprimare sunt foarte populare si in domeniul dentar, implanturile astfel realizate sunt de o calitate mai buna.

Mai recent, oamenii de știință din Germania au reușit să imprime pielea umană. Materia primă pentru crearea sa este un gel realizat din pielea unui donator. În 2011, specialiștii au avut norocul să facă un rinichi uman viu folosind o imprimantă 3D.

După cum se poate observa din cele de mai sus, posibilitățile imprimantelor 3D au un potențial mare. Dispozitive care gătesc mese delicioase, fac proteze și organe interne ale oamenilor, jucării și instrucțiuni de utilizare, pantofi și jachete - aceasta nu mai este o fantezie - ci prezentul nostru. Și ceea ce ne așteaptă în viitorul apropiat, la această întrebare nu poate răspunde decât un scriitor de science fiction cu o imaginație bună.

Scopul nostru este propriul nostru FabLab din Sankt Petersburg!
Urmăriți știrile!