3D оборудование

3D-оборудование: современные технологии на службе общества

Технология 3D-печати все активнее используется в различных сферах: на производстве, в медицине и науке, образовании, индустрии развлечений, в повседневной жизни. Выполнить трехмерную модель любой сложности позволяет метод послойного построения, когда специальное 3D-оборудование выделяет используемый для печати материал, накладывая один его слой на другой в определенной траектории, в результате чего появляется необходимый элемент. Помимо предметов, оборудование для 3D-печати позволяет изготавливать ткани, строительные материалы и конструкции.

Виды 3D-оборудования

Оборудование для трехмерной печати или, как его еще называют аддитивной технологии производства, может быть разных типов. В основном используются следующие виды машин и приспособлений:

• 3D-принтеры. Техника разного уровня мощности, позволяющая создавать модели, ткани, материалы, используя технологию 3D-печати;
• 3D-сканеры. Позволяют создавать трехмерные модели объектов, которые затем печатает принтер (в отсутствие сканера, такие модели приходится делать вручную при помощи специальных программ для 3D-моделирования, чтобы использовать которые, нужны специальные знания и навыки);
• 3D-ручки. С их помощью можно «рисовать в пространстве», создавая объемные предметы разного уровня сложности.

Для печати объектов используются также различные материалы. Некоторые виды оборудования работают только с определенными «расходниками». Есть принтеры, в которых можно использовать разные материалы на выбор. Технология трехмерной печати развивается быстрыми темпами и чаще всего появляются именно новые материалы для создания заготовок и конструкций. На данный момент известны следующие виды материалов для печати:

• ABS пластик – часто используется для принтеров. Он позволяет делать прочные, износоустойчивые предметы. При его использовании выделяется ощутимый запах пластмассы, а готовые изделия обычно приходится корректировать – шлифовать, убирать лишнее. Но доступная цена и хорошее качество готовых изделий позволяют ему сохранять лидирующие позиции на рынке.
• PLA пластик, полиактид. Для его производства используется натуральное сырье. Готовые изделия, в отличие от выполненных из предыдущего материала, могут разлагаться. Это делает данный вид сырья безопасным и экологичным. Пока изделия из этого пластика не могут похвастаться долговечностью. Они чувствительны к очень высоким и низким температурам, что ограничивает сферу применения декоративными и учебными целями.
• Филаменты (нити для печати) из сплавов разных видов пластика. Несколько фирм занимаются разработкой различных видов сплавов, каждый из которых обладает своими характеристиками. Основным материалом для их производства остается пластик. Используя различные добавки, получают смеси, которые могут имитировать внешний вид и некоторые свойства металлических, деревянных изделий.
• Фотополимеры – смолы, используемые, прежде всего в промышленности, медицине, стоматологии. С их помощью можно получить прочные, термоустойчивые изделия с высокой степенью детализации. Изделия из этого материала могут быть разноцветными, прозрачными, могут имитировать свойства резины. Для домашнего использования пока доступно не так много принтеров, использующих этот материал.
• Керамический порошок, металлическая глина, металлические составы – материалы, используемые в промышленности, воспроизводящие свойства металлических и керамических, глиняных изделий. Получают изделия из этих материалов не методом послойного наложения, а селективным лазерным спеканием готовой формы. Для этого нужны специальные мощные промышленные принтеры.

В специальных отраслях и в научных целях используются самые разные «расходники» для трехмерной печати. К ним относят биологическое сырье (клетки организмов, растительный материал), стекло, керамику, даже материалы космического происхождения с поверхностей других планет). В виду специфической сферы применения и очень дорогостоящего процесса, большинство из них пока недоступны для широкого профессионального и, тем более, домашнего применения.

3D-принтеры: особенности и виды

Выбор 3D-принтера зависит от сферы применения и целей использования. В промышленности, медицине, строительстве используют принтеры, работающие по следующим технологиям:

• Экструзия – наплавление или робокастинг, при которых используется жидкий материал, застывающий после выделения принтером в нужной форме;
• Фотополимеризация – использование фотополимера, застывающего под воздействием ультрафиолетового лазера или DLP-проектора;
• Электронно-лучевая плавка, лазерное или тепловое спекание – при этих способах модель формируется путем работы со слоем материала, которому при помощи лазера, тепловой головки, электронного луча или струйной печати (в зависимости от типа технологии) придается нужная форма.

Следующие виды печати используются не только в промышленных моделях принтеров, но и в домашних:

• Печать при помощи проволочного материала. Материал в виде проволоки на катушках – один из самых популярных для широкого пользования. Плавясь, проволока подается головкой аппарата и накладывается слоями, формируя изделие. Также материал может быть порошковым, его подача будет аналогичной.
• Ламинирование. Склеивание детали из нескольких слоев.
• Струйная печать. Материал подается струйным способом.

В случае фотополимеризации, плавки и спекания невозможны на данный момент работа одновременно с несколькими материалами и цветная печать. Модели принтеров для домашнего использования, образовательных учреждений отличаются компактными размерами, доступной стоимостью. Но большие детали на них придется печатать по частям.

Мощные принтеры для работы со сложными, высокопрочными материалами, обеспечивающие высокую точность и детализацию, стоят дорого, требуют соблюдения особых мер безопасности при работе и профессиональных навыков от работающих с ними специалистов. Некоторые из таких принтеров являются самовоспроизводящимися, то есть могут воссоздавать собственные детали. Также промышленные принтеры часто отличаются большими размерами.

3D-сканеры

Чтобы создать изображение предмета, который впоследствии планируется напечатать в формате 3D (если этот предмет существует в действительности, а не придумывается), понадобится специальная программа для трехмерного моделирования или 3D-сканер. В последнем случае не потребуется специальных познаний в построении математических моделей, так как сканер сам построит трехмерное изображение, по которому принтер напечатает объект. Также процесс сканирования гораздо быстрее и точнее ручного построения модели и практически исключает возможность ошибки в расчетах.

В зависимости от типа работы сканера, их разделяют на:

• Контактные;
• Бесконтактные.

Контактные сканеры при помощи специального устройства «ощупывают» предмет по всей поверхности и затем выстраивают его модель. Минусами работы с таким прибором можно считать трудоемкость процесса, особенно если объект большой, и невозможность построить модель сразу с учетом разных текстур, которые прибор не различает.

Бесконтактный сканер может работать активным и пассивным способом. Активный способ предполагает сканирование при помощи ультразвука, лазера, рентгеновских или световых лучей. Направленные сканером, они определяют расстояние до различных поверхностей предмета и передают информацию компьютеру. Этот способ можно назвать самым простым, доступным. Есть у него и недостатки – устройство не работает с зеркальными поверхностями и требует усиленной оптики при сканировании мелких предметов.

Пассивный способ – сканирование при помощи съемки цифровой камерой. При этом требуется хорошее освещение и контрастный к предмету фон для построения четкой модели.

Сканирование применяется практически во всех сферах, где может быть использована 3D-печать. Даже снятие мерок для моделирования одежды может быть выполнено с его помощью.

3D-ручки – особенности работы и применение

3D-ручка – это одно из последних изобретений в сфере трехмерной печати. Описать принцип ее работы можно следующим образом – устройство подает материал для печати, который быстро затвердевает в воздухе. Таким образом, можно создавать объекты, используя принцип «рисования», но не на плоскости, а в пространстве. Этот процесс лучше увидеть своими глазами, так как описание вряд ли поможет осознать все его возможности.

Существуют два вида ручек в зависимости от типа подачи материала: холодные и горячие. Холодные 3D-ручки выделяют материал (фотополимер), который тут же затвердевает в пространстве. Горячие ручки используют пластиковые сплавы с катушек, плавя их в корпусе и подавая наружу, где они застывают.

Горячая ручка доступнее по стоимости, но с ней нужно работать осторожно – ни в коем случае не касаться наконечника и только что нанесенного материала. В противном случае можно получить сильнейший ожог.

Фотополимерные модели безопасны даже для детей, так как не предполагают нагревания и включения в сеть. Многие модели могут, как выделять, так и выдавливать порциями фотополимер, оставляя возможность быстро сформировать нужную форму. Затем инфракрасный свет помогает ускорить процесс затвердевания.

Использовать такую ручку можно не только для развлечения и рисования, но и в хозяйственных целях:

• Для создания посуды, емкостей, сеток, поверхностей;
• Чтобы скрепить детали, различных элементов, кусков разбившихся предметов;
• Для создания ручек, крючков, иных креплений;
• Использование фотополимерной ручки развивает абстрактное мышление и мелкую моторику у детей.

3D-печать – это одно из наиболее полезных изобретений последних десятилетий, сфера применения которого постоянно расширяется. При помощи 3D-оборудования можно воплотить в жизнь различные бизнес-идеи, художественные решения и выполнить множество домашних задач.