Как работает 3D принтер: объяснение на простых примерах
3D-печать распространена повсеместно. Она позволяет создать что угодно — от прототипов всевозможных изделий, до функциональных частей реактивных двигателей самолетов и космических аппаратов, от канцелярских принадлежностей и автозапчастей, до шоколадок и сувениров.
Но, как именно работают 3D-принтеры, как они создают трехмерные объекты любой возможной формы — знают еще не все. Если вы хоть раз задавались этими вопросами, то перед вами — самое простое объяснение 3D-печати.
Общие принципы 3D-печати
Принцип 3D-печати по любой существующей технологии — создание объемных объектов из совокупности плоских слоев.
Цифровая модель изделия разделяется на слои специальной программой — слайсером, а принтер печатает эти слои, один на другом, составляя из них трехмерный объект. Так, из множества слоев, получается объемная деталь.
Общий принцип один, но технологии различаются; самая распространенная и доступная среди них — FDM.
FDM
Моделирование методом послойного наплавления (FDM), также известное как производство способом наплавления нитей (FFF) — самый популярный и массовый тип 3D-печати.
Единственное отличие в том, что 3D-принтеры используют не стержни термоклея, а пластиковый филамент намотанный на катушки.
Самые распространенные материалы для FDM (FFF) — пластики ABS и PLA.
Пластиковая нить, она же филамент, выпускается в такой форме для того, чтобы она могла легко плавиться при заданной температуре, но очень быстро застывать — после охлаждения всего на пару градусов. Именно это и позволяет печатать 3D изделия со сложной геометрией с высокой точностью.
Проще говоря, 3D-печать отличается от традиционной 2D-печати только тем, что повторяется снова и снова, создавая слой за слоем, один на поверхности другого. В конце концов, тысячи слоев образуют 3D-объект.
FDM-принтер на примере MakerBot Replicator 2
Стереолитография
Стереолитография использует свет для “выращивания” объектов в емкости с фотополимерной смолой. Как и в прочих технологиях 3D-печати, изделие образуется слой за слоем, здесь — при отверждении жидкого фотополимера светом.
От FDM стереолитография отличается более монолитными принтами, даже с одинаковой заданной толщиной слоя.
На фото: принты FDM и SLA, слой обеих моделей — 0,1 мм.
Дело в разнице в технологиях — фотополимерная засветка дает более аккуратные слои, чем расплавленный филамент выдавливаемый из сопла FDM-принтера.
SLA и DLP — две разновидности стереолитографии. SLA — лазерная стереолитография, DLP — цифровая проекция. Различие между ними в том, что в SLA источником света служит лазер, а в DLP — проектор.
Независимо от технических особенностей, принцип работы устройств SLA и DLP схож. Для запуска печати необходимо опустить специальную платформу построения в емкость с жидкой фотополимерной смолой.
Платформа останавливается на высоте одного слоя от дна емкости.
Происходит засветка источником света принтера.
Жидкий полимер, под воздействием света, становится твердым и прилипает к платформе построения. После этого платформа поднимается на высоту еще одного слоя и процесс повторяется.
SLA-принтер на примере Formlabs Form 2
SLA дает более гладкие поверхности, по сравнению не только с FDM, но и с DLP, о которой рассказываем далее.
Так получается потому, что DLP проецирует слои картинкой из пикселей, а луч лазера в SLA движется непрерывно, что дает ровный, не пикселизованный слой.
DLP в тех же целях использует проектор, а LED DLP — ЖК-дисплей с ультрафиолетовой подсветкой. В этих конструкциях свет проецируется на смолу по всей площади слоя одновременно, что дает преимущество в скорости, когда необходима печать крупных объектов с заполнением в 100% — полная засветка слоя происходит быстрее, чем в SLA.
Но при печати мелких или пустотелых объектов SLA быстрее, так как интенсивность засветки лазерным лучом, а значит и скорость полимеризации, выше.
DLP-принтер на примере SprintRay MoonRay S
SLS
Главное преимущество технологии перед FDM и SLA — SLS-печать не требует создания поддерживающих структур, ведь материалом поддержки служит окружающий модель материал — это позволяет печатать изделия любой формы, с любым количеством внутренних полостей, и заполнять ими весь рабочий объем принтера. SLS-принтеры работают с широким спектром материалов, а их принты прочнее, чем большинство напечатанных FDM или стереолитографией.
Благодаря прочностным характеристикам, напечатанные на SLS-принтерах детали могут использоваться в практических целях, а не только как прототипы и декоративные элементы.
Для создания объекта аппарат направляет лазер на слой мелкофракционного порошка, сплавляя частицы друг с другом для формирования слоя изделия. Затем, устройство рассыпает следующую порцию порошка на поверхность готового слоя и разравнивает его, а лазер расплавляет, создавая следующий слой изделия. Процедура повторяется до тех пор, пока печать не будет завершена.
Тем не менее, некоторые компании в настоящее время работают над тем, чтобы сделать данную технологию более доступной, поэтому есть шанс, что приобрести SLS-принтер в ближайшем будущем смогут позволить себе даже любители. Один из примеров — польская компания Sinterit.
SLS-принтер на примере Sinterit Lisa Pro
Извлеченная из SLS-принтера модель не требует удаления поддержек и может использоваться без постобработки, ее надо лишь очистить от лишнего порошка.
Polyjet
Главное преимущество технологии Polyjet в ее мультиматериальности — многие Polyjet-принтеры способны печатать объект большим количеством различных материалов одновременно, что позволяет создавать изделия состоящие из участков с разными механическими и оптическими свойствами, то есть — разной твердости и цвета. Это фирменная технология компании Stratasys.
Пример: принтер Stratasys и напечатанные на нем кроссовки.
Polyjet 3D-принтеры распыляют крошечные капельки фотополимерной смолы на поверхность и полимеризуют их ультрафиолетовым излучением.
Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет создан объект. В отличие от FDM-принтеров, Polyjet-устройства могут наносить материал из многочисленных сопел одновременно.
Polyjet-принтер на примере Stratasys J750
Заключение
Прочитав эту статью, вы ознакомились с принципами и примерами работы 3D-принтеров функционирующих по самым распространенным технологиям.
Существуют и другие технологии, в основном — связанные с 3D-печатью металлами, но они используются только в промышленности. О них мы поговорим отдельно.
Чтобы выбрать 3D-печатное оборудование и материалы для любых задач обращайтесь в Top 3D Shop — проконсультируем, подберем максимально подходящую технику и расходники, оформим заказ, доставим, установим и научим.
Подводные камни 3D-печати: всем ли нужен такой принтер
Маркетологи наперебой расписывают достоинства 3D-принтеров, работающих по FDM-технологии. Однако действительно ли счастливый покупатель становится обладателем «волшебной коробочки», способной воспроизвести любую пластиковую деталь, или это все-таки инструмент DIY, как гравер или прибор для выжигания, и будет полезен не всем?
FDM или Fused deposition modeling (а также FFF или Fused Filament Fabrication) — метод аддитивного «выращивания» объектов, на основе которого построены почти все современные «бытовые» 3D-принтеры. Методика подразумевает послойное «выращивание» объекта из расплавленного пластика, подающегося в виде прутка.
Идея изначально была запатентована, но срок действия патента истек и после этого на рынок хлынули недорогие 3D-принтеры самых разных производителей — от именитых американцев до безымянных китайцев — на любой вкус и кошелек. Кто-то выбирает по бренду — однако если у вас есть познания в электронике и желание решать возникающие проблемы самостоятельно (без технической поддержки производителя), можно сэкономить, приобретя кит-комплект или вообще собрав принтер с нуля по одной из сотен опубликованных моделей.
Бочка меда
Технология FDM действительно впечатляет. Сегодня речь идет уже не просто о средстве для быстрого прототипирования для дизайнеров и архитекторов. По сути, имея трехмерную модель объекта, мы можем воспроизвести его в домашних условиях, при необходимости изменив масштаб или немного доработав его в редакторе. К примеру, можно скачать модель крепления для телефона в автомобиль и масштабировать ее под собственное устройство. Или же с нуля нарисовать любую бытовую деталь — от абажура на лампу до дверной ручки, не говоря уже о всяких мелочах вроде самодельных креплений к GoPro, элементов детских конструкторов и т.п.
Конечно, 3D-печать не может заменить конвейер с массовым производством — скорость послойного формирования деталей из пластика невысока, поэтому один «типовой» принтер может обслужить в лучшем случае только запросы своего хозяина. Но задачи обскакать существующие технологии производства и не стоит. 3D-печать правит там, где нужна максимальная кастомизация и серийное изготовление было бы категорически нерентабельным. Поэтому она очень полюбилась поклонникам DIY в самых разных сферах и т.п. По-сути 3D-принтер — это и есть инструмент DIY.
Бытовая 3D-печать сейчас испытывает взрывной рост. Технология FDM — довольно простая, а сообщество энтузиастов уже разработало несколько типовых конструкций подобных принтеров, отличающихся методами подачи прутка и кинематикой. На базе этих типовых конструкций создаются как фирменные принтеры, так и десятки, если не сотни самоделок, отдельные детали или даже полные кит-комплекты к которым можно купить на Ebay или AliExpress.
Дегтя… тоже бочка?
Казалось бы, технология обкатывается, дешевеет, при этом на нее уже существует нешуточный спрос. Не это ли залог скорого грандиозного успеха на массовом рынке (как это уже происходило с мобильными телефонами, цифровыми фотоаппаратами, а немногим ранее — и компьютерами)? Не пора ли покупать?
Как нам кажется, торопиться не стоит. Технология FDM довольно капризна, и пока ей далеко до того, чтобы стать эдаким «цифровым фотоаппаратом» или «стиральной машиной» в руках несведущего пользователя. Почти на каждом углу здесь приходится применять инженерную мысль. Справедливости ради стоит отметить, что если с инженерной мыслью у вас все в порядке, то возможности 3D-печати действительно огромны. Но лучше заранее знать, на что вы «подписываетесь».
Обработка стола и модели
Послойное нанесение чего-либо требует специальной подготовки моделей и поверхности, на которой осуществляется печать, плюс нужна будет постобработка деталей.
Принтер поставляется со стеклом или столиком из металла — не любой материал прилипнет на них без дополнительных ухищрений (и не любой потом отлипнет без нарушения геометрии модели). PLA-пластиком можно печатать на столе без подогрева, используя покрытие из синего скотча — особо прочного малярного скотча от 3M, который теперь предприимчивыми пользователями был переквалифицирован в «скотч для 3D-печати». Подавляющему же большинству термопластиков нужен как минимум подогрев стола, а иногда и дополнительные клеевые покрытия (лак, клей, пиво, сироп из ацетона и т.п. — протестированных пользователями вариантов существует масса). Поиск подходящего именно этому принтеру (и пластику) покрытия — путь экспериментов и ошибок. Придется испортить не одну модель, прежде чем найдется тот самый оптимальный вариант.
Но печатью первого слоя проблемы не ограничиваются. Нить из расплавленного пластика не может висеть в воздухе, соответственно, на сильно выступающих частях (например, деталях с обратным уклоном) необходимы поддержки, которые по окончании печати потребуется срезать, как-то обрабатывая место среза, чтобы не было острых краев. Надо отметить, что и самая обыкновенная вертикальная стенка после 3D-принтера не будет идеально гладкой (будут заметны как минимум границы слоев, а может и другие дефекты). Так что постобработка потребуется почти всем деталям, для которых важны качества поверхности.
Не все пластики хорошо поддаются постобработке. Тем, кто печатает много и разными материалами, дома придется завести целый набор растворителей, ручной инструмент и т.п. (как и тем, кто активно развлекается DIY). Кстати, при этом часть пластиков еще и токсична при печати — так что нужны закрытые корпуса, вытяжки и т.п.
Особенности расходников
Характеристики результата сильно зависят от расходных материалов
Проблемы с качеством могут определяться не только заводским браком, но и вполне «штатными» особенностями используемого материала: например, некоторые типы пластика гигроскопичны (впитывают воду из окружающей среды). Если не хранить такой пластик в плотно закрытых пакетах с силикагелем, пруток становится хрупким, может ломаться при подаче, издавать при печати странные звуки, плохо ложиться на модель и т.п.
В целом даже если качество материала на высоте (нет очевидных проблем), для печати определенным пластиком подходит не любая модель. Одни материалы хрупкие и не позволяют печатать тонкие стенки, другие — наоборот, хорошо расслаиваются в объеме.
Каждый пластик имеет свою оптимальную температуру печати. При ее превышении ухудшается детализация и появляются поверхностные дефекты. В обратной ситуации плохо спекаются слои. Точно так же существуют оптимальные толщина слоя, параметры ретракта (обратного движения нити) и прочие подобные параметры.
Многие огрехи печати можно «скомпенсировать», уменьшив скорость. Но правильно говорят, что главная проблема — не напечатать объект, а сделать это за разумное время. Поэтому для объектов больше спичечного коробка придется разбираться с оптимальными настройками для каждого пластика.
Сложностей добавляет то, что детальные настройки не подскажут «коллеги» на форуме — оптимальные параметры во многом определяются самим принтером: насколько хорошо у него откалиброван сенсор температуры; используется ли удаленная подача нити и т.п. Плюс конечные цифры могут отличаться у одного и того же пластика разных производителей, а также у катушек разных цветов от одного производителя.
«Фокусы» принтера
Капризничать умеет и сам принтер. У каждой из существующих на рынке конструкций есть свои недостатки. Где-то моторы, которые должны быть идеально синхронизированы, работают немного не так; где-то — колеблется стол во время печати на высокой скорости; где-то слишком большой вклад дает вес печатающей головки. Точно так же есть и «больные места», которые вылезут вне зависимости от того, самосборный ли это принтер, китовый или купленный в виде «черного ящика от производителя». В первых двух случаях вероятность получить глюки несколько выше, но и фирменное происхождение не избавляет устройства от «типовых» болезней.
В среднестатистическом 3D-принтере довольно много движущихся частей, а механика имеет свой ресурс работы. В одних устройствах снашиваются пластиковые шестерни, в других постепенно перекусывается фитингом тефлоновая трубка и т.п. Рано или поздно такие небольшие огрехи начинают сказываться на результате печати. Увы, но универсального FAQ, помогающего по итоговому результату выловить проблему, нет. Тут как в старых автомобилях — надо искать коллег по несчастью, штудировать форумы и надеяться, что с этой проблемой уже кто-то сталкивался. Или — как вариант — выяснить, какой из узлов виноват в проблеме, и полностью его перетрясти. Но это уже в большей степени напоминает постройку собственного принтера с нуля.
Программные ошибки
До того, как десятки метров прутка превратятся в жизнеспособный объект, модель должна пройти процедуру слайсинга — нарезки на слои с учетом технических характеристик принтера — размера сопла, толщины слоя и т.п. Слайсер может «наломать дров», если изначальная модель не замкнута (бывает так, что на простейшей модели получаются дыры — в самом прямом смысле). Для «лечения» моделей существуют онлайн сервисы и инструменты в специализированном ПО, но не всегда они справляются с поставленной задачей. При этом они и сами вполне могут «потерять» какие-то детали.
Откровенно говоря, слайсер может ошибиться, даже если модель совершенно нормальная, а виной тому — округление. Если шаг резьбы вала по какой-то оси не пропорционален толщине слоя, при слайсинге будет накапливаться погрешность округления, которая на модели проявляется в форме рифленой поверхности.
Если же говорить более глобально, основная проблема потребительской 3D-печати в существующем варианте — отсутствие обратной связи при выращивании модели: принтер просто не видит, что именно он печатает. Существуют датчики температуры, застревания нити и другие инструменты, но внешний вид модели не оценивается никак. Единственная обратная связь идет через пользователя, по-своему трактующего происходящее.
В итоге 3D-принтер сегодня — это не совсем бытовая техника. Его нельзя сравнить с обычным принтером и тем более какой-нибудь стиральной машиной. Представляете, если б для удачной стирки одежды вам необходимо было в ходе экспериментов подбирать частоту вращения барабана машины, меняя ее через прошивку? Да, для некоторых это действительно было интересно, но вряд ли для большинства.
3D-принтер ближе всего к электроинструменту. Это отличное средство создания объектов, но им надо уметь пользоваться. К сожалению, на данный момент эта мысль не совсем ясно читается в рекламе некоторых 3D-принтеров — в результате появляется вполне заметная доля разочаровавшихся покупателей, ожидавших чудес из научной фантастики, а получивших неиспользуемую подставку под барахло дома.
Будущее
На мой взгляд, в будущем у технологии 3D-печати все же есть шанс стать по-настоящему бытовой. Во-первых, FDM стремительно развивается: совершенствуются прошивки, добавляются новые датчики и т.п. Одновременно с этим в геометрической прогрессии растут объемы русскоязычной документации, вполне доступной для понимания неспециалистами.
Во-вторых, на потребительский рынок в прошлом-позапрошлом годах начали выходить принтеры, работающие по другой технологии — методу лазерного спекания (SLS), благо патентные ограничения на SLS закончились в 2014 году. Однако пока стоимость устройств превышает 5 тыс. долларов США. Так что пока, говоря о потребительской 3D-печати, мы все же подразумеваем FDM со всеми сопутствующими проблемами.
Примеры и перспективы использования 3D-принтеров
3Д-принтер – устройство, которое обрабатывает трехмерную компьютерную модель и на основании полученных данных строит объемный предмет. Чаще всего объекты создаются с помощью послойного наплавления пластика или застывания специальной смолы.
Вне зависимости от применяемой технологии, принтер отлично подходит для изготовления твердых изделий, имеющих сложную форму. Благодаря этому трехмерное моделирование применяют в самых разных сферах: от производства сувениров до строительства зданий.
Всем, кто интересуется 3D-принтерами, стоит ознакомиться с реальными ситуациями его применения. Обычные пользователи расширят свой кругозор, а потенциальные предприниматели увидят интересные возможности для создания бизнеса.
Где применяется 3D-принтер
Как уже отмечалось, 3D-принтеры изготавливают объемные изделия, используя в качестве основы специальные компьютерные модели. Такой метод производства обладает следующими преимуществами:
Важно! 3Д-печать позволяет снизить себестоимость продукции и значительно ускоряет рабочий процесс.
Использование в быту и в домашних условиях
Изначально принтеры были довольно сложными и дорогими техническими устройствами, которыми пользовались лишь ученые и специалисты. В наши дни принтер может приобрести любой желающий, так как на рынке работают много производителей (как отечественных, так и зарубежных).
Благодаря доступности трехмерного моделирования активно развивается производство различных предметов прямо на дому. К наиболее распространенным изделиям относятся:
Внимание! При желании владелец 3Д-принтера может начать бизнес не выходя из дома. Производство вышеупомянутых уникальных сувениров или чехлов – весьма прибыльное занятие.
В аэрокосмической промышленности
Оказывается, 3Д-принтеры могут печатать не только игрушки и маленькие детали. Уже сейчас аэрокосмическая и авиастроительная промышленность пользуется возможностями трехмерной печати. Так, всемирно известная компания Boeing и американская корпорация Lockheed Martin уже приступили к созданию деталей двигателя и несущих элементов конструкции. Предметы изготавливают из цельнометаллических материалов по технологии лазерного спекания.
В космосе и для космоса
Трехмерное моделирование может стать очень важной технологией в космической сфере. К примеру, компания SpaceX презентовала корабль Dragon v2, в двигателе которого используются напечатанные детали.
Применение 3D-печати не ограничивается наземной промышленностью: в 2016 году NASA отправила на МКС специальный 3Д-принтер, способный работать в условиях невесомости. С его помощью можно провести различные тесты, однако более важно, что космонавты могут самостоятельно создавать необходимые им предметы, не дожидаясь прибытия корабля с Земли.
В архитектуре
Создание трехмерных объектов – идеальная технология для архитектуры, поскольку с помощью макетов дизайнеры и инженеры могут максимально точно увидеть воплощение придуманного объекта. Разумеется, архитектурные макеты применялись и ранее, но печать на принтере значительно облегчает и ускоряет процесс разработки зданий.
Производства пистолетов и примеры печати оружия
Одежда
Модельеры тоже заметили преимущества трехмерного моделирования. Некоторые материалы (например, нейлон) вполне пригодны для создания одежды, причем готовое изделие приобретет необычную форму и одновременно будет достаточно прочным и эластичным.
Фирма Continuum Fashion уже представила некоторые изделия, которые вызвали триумф на модных показах. Готовую одежду даже можно приобрести в интернет-магазине. Конечно, сейчас такие вещи выглядят слишком эксцентрично и явно не предназначены для повседневной носки, однако специалисты считают, что в недалеком будущем люди будут печатать одежду прямо у себя дома.
Примеры работ в искусстве
Многие известные скульптуры, барельефы, архитектурные подвиги можно увидеть только в крупнейших музеях мира или непосредственно в том или ином городе. При желании можно приобрести реплику, но такие фигурки обычно стоят очень дорого и продаются далеко не везде.
3Д-принтер придет на помощь ценителям искусства: достаточно лишь загрузить в устройство модель, которую отсканируют музейные работники.
Справка! Такой метод полезен в целях изучения или сохранения самого объекта, поскольку трехмерное сканирование и моделирование позволяет изготавливать копии с высокой степенью точности.
3D печать в медицине
Трехмерное моделирование – одна из наиболее перспективных новейших технологий, которые используются в медицине. В некоторых областях (например, в стоматологии) 3D-печать уже поставлена на поток, в других сферах ее развитие – вопрос ближайшего будущего.
Хирургическая подготовка
Трехмерное моделирование позволяет тщательно готовиться к операциям. 3D-сканеры дают наиболее точное изображение необходимого участка тела, после чего из компьютерной модели распечатывают копию и рассчитывают, каким образом прооперировать это место.
Протезирование
Напечатанные объекты пользуются высоким спросом в протезировании, так как 3D-печать позволяет изготавливать протезы самой сложной формы и учитывает все индивидуальные особенности тела.
Шведская фирма Arcam производит с помощью принтеров самые разнообразные протезы, в том числе цельнометаллические предметы. Их применяют как в более привычном протезировании конечностей, так и для замены костей или суставов.
Стоматология
Продукты
Одно из таких устройств разработано фирмой Foodini – принтер использует любой продукт пастообразной консистенции. В отличие от обычных принтеров, пищевые модели плохо справляются с термической обработкой еды, но в скором времени эта проблема наверняка будет устранена.
Персонажи
Создание и коллекционирование фигурок известных личностей, героев фильмов, игр и комиксов – важная увлекательная сфера для многих людей. Трехмерное моделирование позволяет легко распечатать самую точную копию даже на простеньком домашнем принтере, так что любой желающий может собрать обширную коллекцию персонажей.
Домашние роботы
Электронные компоненты Arduino позволили многим умельцам оборудовать систему «умного» дома или значительно облегчить процесс многих домашних дел. Проблема в том, что далеко не все люди хорошо разбираются в программировании, электронике и пайке.
Ученые из Массачусетса работают над принтером, который будет создавать простейших бытовых роботов. Пользователю нужно будет задать желаемые функции и выбрать дизайн, после чего система распечатает все необходимые детали. Готовый робот, к примеру, сможет вытирать пыль на шкафах или следить за плитой на кухне.
Музыкальные инструменты
Еще одна перспективная отрасль трехмерного моделирования. Профессиональные музыканты скажут, что действительно ценные инструменты разрабатываются годами и служат десятилетиями, так что их не может заменить наспех напечатанная деталь.
На самом деле некоторые части вполне можно печатать на принтере: гриф или деку изготавливают из древесного пластика, поэтому они ни в чем не уступят оригиналам. По части художественного оформления пластик точно превосходит привычные материалы: форма и дизайн музыкальных инструментов могут быть самыми неожиданными.
Обувь
Обувь, как и одежду, легко можно изготовить с помощью 3D-печати. Важное преимущество таких изделий – полное соответствие анатомическим особенностям владельца (размер и форма стопы).
На принтере печатают как женскую, так и мужскую обувь. Пока что модные туфли красуются только на подиумах, но в будущем они вполне могут пойти в массовое производство.
Препараты
Еще одно важное направление, связанное с медициной. При производстве лекарственных средств нужно соблюдать строгую дозировку компонентов и смешивать их в правильных пропорциях.
Компания Organovo использует специальный гелевый материал, который позволяет очень точно соединять препараты. Такая технология мало подходит для серийного производства, однако найдет свое применение в создании средств, предназначенных для конкретного человека.
В машиностроении
Многие автомобильные детали можно легко напечатать на принтере: так, «Формула-1» уже использует в своих болидах печатные компоненты. Американская компания Local Motors и вовсе выпустила автомобиль, корпус которого полностью выполнен из напечатанных деталей.
В действительности, массовое печатное производство автозапчастей пока что обходится слишком дорого. 3D-печать эффективнее применять для создания деталей машин, которые давно были сняты с производства.
Справка! Перед изготовлением многих машин и механизмов специалисты вручную создают прототипы этих изделий. Печатать прототипы на принтере намного удобнее и быстрее.
Кастомизация
С помощью 3D-принтера можно до неузнаваемости преобразить вид обычных вещей. Плетеные абажуры для светильников, футуристичная велосипедная рама – все это гарантированно привлечет внимание, так как аналогов собственному производству попросту не существует.
Если использовать разный декор (краски, лак), то вещь может выглядеть как фантастический концепт из будущего, либо как старинное причудливое изделие – выбирать только вам.
Мебель
3Д-принтеры позволяют изготавливать мебель, которую почти невозможно отличить от настоящей. Дело в том, что для печати используется специальный пластик, в состав которого входят микроопилки. Так, материал Laywoo-D3 даже обладает запахом дерева, а напечатанное изделие легко обрабатывается, красится и покрывается лаком.
Дизайнер Йорис Лаарман внес некоторые усовершенствования в конструкцию принтеров, так что его разработка может легко печатать металлом и создавать всевозможные ажурные детали для мебели.
Ювелирные изделия
Трехмерное моделирование активно применяется для создания ювелирных украшений, обладающих особенно сложной формой. Некоторые устройства сразу могут печатать драгоценными металлами, в то время как другие принтеры изготавливают копию украшения.
Дело в том, что перед производством кольца, броши или ожерелья ювелиры сначала вручную создают восковую модель и лишь потом отливают по ней изделие. Ювелирные 3D-принтеры позволили значительно ускорить и удешевить этот процесс. Для создания моделей применяют особый материал, похожий на ювелирный воск, а среди устройств мастера обычно выбирают Soldscape T76, Objet260 Connex и пр.
Строительство
Трехмерное строительство – еще одна крайне перспективная отрасль. С помощью строительный 3D-принтеров можно упростить процесс возведения зданий, снизить объем отходов и уменьшить трудозатраты.
Специалисты еще не создали идеальное устройство для 3D-печати зданий и сооружений, однако работа над ним ведется сразу в двух направлениях. Так, китайская компания Winsun выпустила огромный принтер (6 х 10 х 40 м), который послойно наносит специальный раствор и создает пол, стены со всеми отверстиями и нишами для коммуникаций. Главный недостаток этого устройства – его неподвижность (готовую постройку нужно перевозить на другое место).
Испанские ученые, напротив, работают над созданием небольших роботизированных принтеров, которые прикрепляются на готовые элементы здания и создают новые части конструкций. Какая из этих технологий окажется более эффективной и целесообразной, покажет время.
В образовании для школьников
Технологии трехмерного моделирования предоставляют уникальную возможность для изучения самых разных областей знаний и школьных предметов. Простыми 3D-принтерами для школы можно оборудовать любые образовательные учреждения (как старшие группы детских садов, так и вузовские кафедры).
Справка! Современные устройства весьма эффективны, не выделяют вредных веществ, сравнительно легко настраиваются и обладают невысокой стоимостью.
Использование 3Д-печати позволит повысить интерес учащихся к предмету, развить у них конструкторские и дизайнерские навыки, наглядно показать ход тех или иных процессов (Представьте, что на уроке печатают разрез двигателя внутреннего сгорания, бедренную кость или объемную модель молекулы серной кислоты).
3D-принтеры одни из наиболее инновационных и удивительных устройств, созданных за последние годы. Совсем недавно они были доступны только ученым, а теперь бюджетный станок может приобрести любой желающий. Пользователи при минимуме вложений могут создавать самые разные изделия и предметы, конструировать новые объекты, придумывать уникальный дизайн для привычных вещей.
В промышленности сфера применения 3Д-принтеров еще больше поражает воображение: кажется, что они могут изготавливать все начиная от еды и одежды, заканчивая автомобилями и зданиями. Кажется, что в скором будущем принтер станет обычным устройством, которое есть в каждом доме (как телевизор или холодильник), а большая часть промышленных изделий будет изготавливаться печатным способом. В конце концов на принтере даже можно распечатать еще один такой же принтер, и тогда круг производства замкнется.
На самом деле, подобные сценарии лучше оставить для фантастических фильмов. Трехмерное моделирование имеет ряд серьезных недостатков, из-за которых массовое печатное производство становится совершенно невыгодным. Далеко не все принтеры могут соединять различные пластики, работать с разными цветами и температурами. При использовании дорогих станков себестоимость напечатанного изделия будет в десятки и сотни раз превышать себестоимость предмета, сделанного на обычном заводе. 3Д-печать целесообразнее применять для производства уникальных вещей или изделий, где важна высокая точность формы (например, в протезировании).
Даже если технические и экономические недостатки современных принтеров со временем будут исправлены, массовая печать вещей все равно не сулит ничего хорошего. Спрос на промышленные товары резко упадет, и вся мировая экономика рухнет. Кроме того, непонятно, как решать вопрос с копированием уникальных изделий (в нынешних реалиях владелец либо правообладатель получает средства за использование авторских прав или патента).
В целом реальность наверняка окажется чем-то средним между самыми оптимистичными и пессимистичными предположениями. Традиционное промышленное производство никуда не денется, а принтеры будут массово использовать в узких нишах для создания строго определенных предметов (собственно, как это происходит и в наши дни).
