Ранее только в промышленных условиях использовались 3D-принтеры (машины, использующие программное управление для создания деталей аддитивным способом) для печати объемных моделей. Однако сегодня эти устройства доступны практически каждому для личного пользования. С помощью 3D-принтеров можно изготавливать самые разные предметы — от небольших безделушек до оружия и даже целых зданий.
Технологии 3D-печати
Технология аддитивной печати появилась в 1980-х годах, а популярность 3D-принтеры приобрели в начале XXI века.
Работу станков, печатающих объемные детали, можно разделить на три этапа:
- Создание модели в программном обеспечении;
- Обработка модели с помощью программных средств;
- Формирование (печать) объекта путем наслоения материала.
Существует множество технологий аддитивной печати, каждая из которых имеет свои особенности:
- Метод термоплавкого осаждения (FDM) использует расплавленный воск, металл или пластиковую нить для создания моделей. Эти материалы аккуратно укладываются в определенном порядке.
- Стереолитография (SLA) использует жидкий полимер в качестве основы для создания объектов. Полимер упрочняется с помощью лазерного излучения.
- Селективное лазерное сплавление (SLM) — это технология, используемая для создания металлических деталей для узлов и агрегатов. Металлические чипы формируются в соответствии с математическими моделями.
- Цифровая светодиодная печать (DLP) использует жидкий пластик, который застывает под воздействием ультрафиолетового света.
ВВЕДЕНИЕ! В последнее время ученые добились значительных успехов в области биопринтинга — революционной технологии, позволяющей создавать органы и ткани. Этот новаторский процесс включает в себя точное слияние маленьких капель, содержащих живые клетки, которые затем подвергаются делению, росту и модификации.
Чем печатает 3D-принтер
Выбор материалов для устройств, создающих объемные модели, зависит от конкретного применения и назначения.
ABC-пластик
Латинское название пластика — акрилонитрил-бутадиен-стирол. Это превосходный выбор для целей 3D-моделирования благодаря многочисленным преимуществам, включая ударопрочность, гибкость и долговечность. Кроме того, ABC-пластик абсолютно безопасен для использования и не имеет запаха. Этот материал можно легко получить в виде тонких катушек с нитями.
ПРИМЕЧАНИЕ: ABC-пластик позволяет создавать только однотонные рисунки. Эти изделия будут иметь длительный срок службы и сохранят свой внешний вид и характеристики, если их держать вдали от прямых солнечных лучей.
Акрил
По сравнению с АВС-пластиком акрил имеет то преимущество, что при 3D-печати из него получаются четкие модели. Важно отметить, что температура плавления акрила превышает 240 градусов Цельсия, поэтому необходимо учитывать быстрое затвердевание акрила после остывания.
Важно отметить, что пузырьки воздуха, образующиеся в акриле, могут негативно повлиять на общую эстетику конечного продукта.
Бетон
Когда речь идет о 3D-печати с использованием аддитивных машин, были разработаны инновационные варианты бетона, которые имеют поразительное сходство с традиционными каменными строительными материалами. На данный момент успешно изготовлены только экспериментальные прототипы. Примечательно, что эти огромные устройства способны построить миниатюрное жилище всего за двадцать четыре часа.
Бумага
Бумажные модели, созданные с помощью 3D-принтеров, обычно используются при разработке прототипов для компьютерных проектов. Хотя эти модели могут не обладать большой прочностью или эстетической привлекательностью, они могут быть созданы быстро. Устройства, использующие бумагу в качестве расходного материала, создают модели путем наклеивания одного слоя на другой.
Важное замечание: бумага — чрезвычайно доступный и широко используемый материал для домашнего моделирования.
Гидрогель
3D-моделирование с использованием мягкого биосовместимого вещества позволяет создавать различные транспортные механизмы, способные доставлять лекарства в самые глубокие области анатомии человека.
В США ученые успешно разработали роботов высотой менее 1 см. Эти роботы покрыты клетками сердечной ткани, что позволяет им двигаться за счет сокращения. Этот технологический прорыв открывает возможности для того, чтобы в будущем эти роботы могли внести свой вклад в диагностику и лечение широкого спектра заболеваний.
Гипс
Гипсовые материалы так же распространены в 3D-печати, как бумага, акрил или пластик. Хотя модели из гипса не отличаются исключительной прочностью, низкая стоимость производства с лихвой компенсирует это. Гипсовые изделия широко используются при разработке презентационных проектов.
Деревянное волокно
Древесное волокно — это революционное вещество, которое было разработано известным изобретателем Каем Парти. Этот замечательный материал сочетает в себе синтетические волокна и элементы натурального дерева, в результате чего получается продукт, по своим характеристикам поразительно похожий на полилактид. Изделия, изготовленные из этого инновационного волокна, демонстрируют неподвластную времени красоту натурального дуба или березы, но при этом обладают высочайшей прочностью и непревзойденной долговечностью.
ДРЕВЕСИНА: В настоящее время древесное волокно находит применение только в принтерах RepRap.
Лед
Необычайно красивые ледяные скульптуры также можно изготовить с помощью 3D-принтеров. С тех пор как в 2006 году двое канадских ученых добились значительных успехов, стало очевидно, что расходные материалы для объемной печати не должны ограничиваться только акрилом и бумагой. Соединив воду и метиловый эфир при температуре ниже 22 градусов Цельсия, можно превратить их в небольшие объекты, хотя и не отличающиеся особой упругостью и прочностью.
Металлический порошок
Благодаря использованию металлического порошка стало возможным изготовление предметов с исключительной долговечностью — из легких драгоценных металлов и их смесей, например, меди, алюминия, золота и серебра, изготавливают детали и заменители для техники и электроники, и даже ювелирные изделия.
ПРИМЕЧАНИЕ: Изделия, изготовленные из этого порошка, обладают повышенной теплопроводностью, присущей им. Для борьбы с этим явлением в пластик добавляют керамическую крошку.
Нейлон
Нейлон широко используется в объемном моделировании благодаря своей мягкости и эластичности.
ПРИМЕЧАНИЕ: Нейлон обладает многочисленными недостатками, такими как потенциальная токсичность.
Поликапролактон
Поликапролактон широко признан лучшим выбором среди материалов для аддитивного производства. Он обладает отличными свойствами плавления при низких температурах, быстро застывает, является биоразлагаемым и нетоксичным.
Поликарбонат (PC)
Поликарбонат — вид пластика, сохраняющий свои качества и свойства даже при перепадах температур, широко используется при создании прочных прототипов.
Полилактид (PLA)
Полилактид широко считается наиболее безопасным и экологически устойчивым веществом. Получается из свекольного и кукурузного силоса, а также биомассы. Однако у полилактида есть несколько недостатков, а именно относительно короткий срок службы и склонность к биоразложению под воздействием тепла и света.
Полипропилен (PP)
Полипропилен широко признан как самый легкий пластиковый материал, известный в настоящее время в мировом масштабе. Он демонстрирует отличную устойчивость к истиранию, хотя и имеет относительно низкую температуру плавления. Кроме того, он претерпевает структурные изменения при воздействии низких температур, а также подвержен окислению.
Полифенилсульфон (PPSU)
Полифениленсульфон, внешне похожий на обычное стекло, обладает значительно большей прочностью по сравнению с полипропиленом. Возникнув в авиационной промышленности, он был признан наиболее подходящим материалом для создания изделий с исключительной термостойкостью и прочностью в сфере 3D-моделирования.
Полиэтилен низкого давления (HDPE)
Полиэтилен можно встретить в различных сферах повседневной жизни. Он широко используется в производстве пластиковой тары для напитков, упаковочных пленок и контейнеров, труб из ПВХ и т.д. Кроме того, он выделяется в области 3D-печати, поскольку совместим со всеми существующими технологиями.
Шоколад
3D-принтеры, специализирующиеся на создании шоколадных скульптур, быстро становятся необходимым инструментом для каждой кондитерской. Эти инновационные машины позволяют производить сложные сладкие творения, открывая безграничные возможности. Процесс включает в себя тщательное наслаивание одного слоя шоколада на другой, который быстро застывает в охлажденной среде.
Другие материалы
В мире существует огромное количество 3D-принтеров, использующих для своей работы различные нетрадиционные материалы. Среди таких материалов — машины, работающие на извести, пищевые продукты и даже живые организмы. Пока неясно, получат ли эти инновации широкую популярность и значительный спрос.
