Что такое 3D-печать, как работает эта технология и что можно создать с ее помощью

Что такое 3D-печать? Данная технология основана на создании трехмерных объектов путем последовательного нанесения материала. Изделия печатаются слой за слоем, снизу вверх, в соответствии с нарисованной в программе на компьютере цифровой моделью. При этом можно добиться высокой точности, которую не могут обеспечить традиционные методы производства. 3D-принтер нагревает материал до высоких температур и последовательно наносит его на платформу для печати. Готовый объект постепенно остывает и становится твердым.

Основные технологии 3D-печати:

• моделирование методом наплавления (Fused deposition modeling, FDM). Объекты создаются послойно из расплавленной нити пластика. Требуется дополнительная обработка для выравнивания поверхности. Технология характеризуется оптимальным сочетанием цены и качества;
• лазерная стереолитография (Laser stereolithography, SLA). Как работает 3D-печать? Объект формируется за счет послойного засвечивания лазером жидкой фотополимерной смолы. Расходный материал затвердевает под воздействием излучения;
• селективное лазерное спекание (Selective laser sintering, SLS). Предметы создаются путем послойного плавления специального порошка под действием лазерного излучения. Технология подходит для изготовления изделий со сложной геометрией;
• цифровая обработка светом (Digital Light Processing, DLP). Является разновидностью лазерной стереолитографии, но в 3D-принтере вместо лазера установлен специальный проектор. Технология позволяет создавать объекты с высокой степень детализации. Применяется в стоматологии, ювелирном деле, научных исследованиях.

Важно знать. С помощью 3D-печати можно изготавливать трехмерные объекты любой геометрической формы и размера. При необходимости можно напечатать отдельные части крупного предмета и затем соединить их.

Изобретателем 3D-печати считается доктор муниципального промышленного исследовательского института в городе Нагоя Хидео Кодама. В 1981 году он изобрел одну из первых машин для быстрого прототипирования, которая создавала объекты из смолы слой за слоем. Материал полимеризовался под воздействием ультрафиолетового света.

Патент на лазерную стереолитографию SLA первым получил американский изобретатель Чак Халл в 1986 году. В 1988 году он основал собственную компанию 3D Systems и выпустил на рынок первый коммерческий 3D-принтер – модель SL1.

Примерно в это же время начали появляться и другие способы 3D-печати. Например, в 1987 году молодой студент бакалавриата в Техасском университете в Остине Карл Декард и его преподаватель, профессор Джо Биман, разработали технологию селективного лазерного спекания. Ее суть заключалась в том, что сыпучий порошок под воздействием лазера превращался в твердый материал. А в 1988 году авиационный инженер Скотт Крамп разработал еще один способ 3D-печати – FDM. В 1990-е годы индустрия 3D-печати бурно развивалась, но только в 2000-х годах она стала доступна массовому потребителю. 

• создание цифровой модели (3D-моделирование). Ее можно разработать самостоятельно или использовать уже готовую. Для 3D-моделирования подходят различные программы: AutoCAD, Fusion360, Tinkercad и др. Они отличаются между собой функциональными возможностями и целями использования.
• подготовка 3D-модели для печати. Специальное программное обеспечение разбивает трехмерную модель на тонкие горизонтальные слои и формирует инструкцию для передвижения печатающей головки. Затем файл экспортируется на компьютер и его можно отправить на печать;
• подготовка принтера. Необходимо проверить исправность отдельных компонентов устройства, выполнить калибровку узлов, прогреть сопло, добавить расходный материал;
• печать 3D-модели. На панели принтера выбирают соответствующие настройки, после чего начинается процесс воплощения электронного прототипа в физический объект. За работой устройства нужно внимательно следить, так как периодически могут возникать сбои;
• финальная обработка. Выполняется при необходимости, если на поверхности изделия присутствуют бугорки, неровности и прочие дефекты. Может потребоваться шлифовка, покраска и другая дополнительная отделка.

Программное обеспечение САПР

ПО предназначено для создания, анализа и оптимизации инженерных и проектировочных решений. Оно может быть универсальным или специфичным (разработано для определенной сферы деятельности), ориентироваться на новичков или опытных экспертов. В процессе работы можно использовать платное или бесплатное ПО.

Слайсер

Рассмотрим, что такое слайсер в 3D-печати. Речь идет о специальном программном обеспечении, которое конвертирует цифровую модель объекта в набор команд, понятных 3D-принтеру. Вся информация упаковывается в файл GCode, который отправляется на печать. Без слайсера принтер не поймет, какие действия надо выполнить для создания объекта.
Зачастую производители включают ПО в комплект поставки. Но если слайсер отсутствует, его можно скачать со специализированных сайтов. Одной из лучших считается программа Simplify 3D. Хороший бесплатный слайсер − Cura (версия 15.04.3).

Расходные материалы

Рассмотрим, какие материалы могут использоваться для 3D-печати:

• пластик различного химического состава;
• фотополимерные смолы;
• керамика;
• сталь, металлические сплавы;
• древесные филаменты;
• воск;
• биоматериалы;
• пищевые продукты и др.

• канцелярский нож для обрезания заусенцев на готовых изделиях;
• острый пинцет для очистки печатающего сопла;
• штангенциркуль для точного измерения предметов.

Для эффективной работы нужно не только понимать, что такое технология 3D-печати, но и освоить определенные навыки. Если у человека нет времени для получения необходимых знаний, он может делегировать весь процесс или некоторую его часть специалистам. Например, специалисты компании 3D-Shop Center смогут выполнить трехмерное моделирование и 3D-печать объекта. В этом разделе приведен полный перечень услуг.

Навык № 1 – умение создавать 3D-модели

Специалист, который будет работать с принтером, должен ознакомиться с программами 3D-дизайна. Их очень много, они отличаются друг от друга функциональными возможностями и назначением. Новичкам лучше выбрать одну программу и освоить ее.

Навык № 2 – управление принтером

Во время печати могут возникать различные сложности и неполадки. Поэтому специалист должен уметь самостоятельно устранять их. Рекомендации по настройке и калибровке принтера приводятся в инструкции по эксплуатации.

Навык № 3 – управление слайсером

Умение работать с данным программным обеспечением поможет максимально использовать возможности 3D-печати и достигать лучших результатов. Слайсер позволяет настраивать различные параметры (температуру, скорость, плотность заполнения и др.), что играет важную роль для оптимизации процесса печати под конкретные требования объекта. Без программного обеспечения не обойтись если трехмерная модель имеет нависающие элементы и нужно создать поддержки для них.

Имея под рукой все, что необходимо для 3D-печати, можно создавать уникальные вещи и настоящие произведения искусства. Возможности технологии безграничны, она открывает огромные перспективы для разных видов деятельности.

Полезно знать. Процесс 3D-печати может занять пару часов, а иногда и несколько дней. Все зависит от размеров и сложности изделия, используемых материалов. 

Сегодня 3D-принтеры используют и в домашних условиях, и на производстве. Современное оборудование имеет компактные размеры, а обучиться работе с ним сможет практически любой человек. Качество печати постоянно совершенствуется. Далее будет рассмотрено, где используется 3D-печать и какие объекты создают с ее помощью.

Автомобильные и авиационные производители

На предприятиях 3D-принтеры используют для создания прототипов новых моделей техники, деталей и компонентов. Также можно печатать инструменты и приспособления, которые помогут ускорить и оптимизировать производственные процессы.

Медицина

3D-печать используется для создания протезов, искусственных органов, тканей и суставов, слуховых аппаратов, хирургических инструментов. Технология широко применяется в стоматологии для изготовления зубных протезов, элайнеров и других изделий.

Кулинария, производство продуктов питания

Технологию могут использовать шеф-повара и производители пищевых продуктов. 3D-принтер позволяет создавать уникальные изделия в единичном экземпляре и запускать массовое производство. Например, кондитерские фабрики изготавливают изделия из шоколада самых изощренных форм.

Строительство и архитектура

Говоря о том, где применяется 3D-печать, нельзя не упомянуть архитекторов и строительные компании. Специалистам больше не придется вручную выстраивать масштабные модели зданий и отдельно создавать каждый элемент. Эту задачу возьмет на себя 3D-принтер. Многие ведущие застройщики используют технологию для возведения стен зданий и других элементов.

Образование

С помощью 3D-печати педагоги смогут изготавливать наглядные пособия по разным предметам: химия, биология, география и т. д. Такой формат подачи материала заинтересует учеников и студентов и поможет лучше усвоить информацию.

Создание изделий по собственным эскизам

Установив 3D-принтер в доме или офисе, можно самостоятельно изготавливать самые разнообразные предметы:

• игрушки;
• ювелирные украшения;
• элементы одежды и обуви;
• фигурки и миниатюры;
• декоративные изделия и др. 

Разобравшись с тем, что такое 3D-печать и каков принцип действия, можно определить ее преимущества и недостатки. Сегодня технология находится на пике популярности и интенсивно внедряется в различные сферы человеческой деятельности.

Преимущества:

• возможность создания сложных объектов любой формы. С помощью традиционных методов их очень сложно изготовить, а иногда и вовсе невозможно;
• экономный расход материалов. Традиционное производство связано с большим количеством отходов, а 3D-печать помогает минимизировать их;
• сокращение времени производства изделий. Создание форм и шаблонов занимает много времени. А при использовании аддитивных технологий этот этап можно пропустить. К тому же, благодаря использованию 3D-печати производители смогут оптимизировать складские запасы, изготавливая изделия на заказ, а не складируя их;
• создание уникальной и необычной продукции. Например, готовое изделие можно полностью адаптировать под нужды конкретного клиента, открыв таким образом новые горизонты для бизнеса.

Недостатки:

• промышленные 3D-принтеры стоят достаточно дорого;
• скорость печати может быть медленной, особенно при создании сложных объектов;
• для эффективной работы на принтере надо пройти обучение и освоить определенные навыки.

Специалисты компании 3D-Shop Center помогут клиентам подобрать 3D-принтеры с учетом поставленных задач и подскажут, какие расходные материалы необходимо использовать. 

3D-печать позволяет быстро создавать высокоточные изделия из различных материалов. Технология широко применяется в медицине, строительстве, машиностроении, кулинарии, образовании и других сферах. Стоимость 3D-принтеров постепенно снижается, благодаря чему они становятся доступными широкому кругу потребителей. Разобравшись с тем, что такое 3D-печать и как она работает, можно внедрить ее в свой бизнес и благодаря этому вывести его на новый уровень.