3D-принтеры, или аддитивные принтеры — это устройства, которые используют метод послойной печати для создания физического объекта из цифровой модели. Эти объекты могут быть практически любой формы и геометрии. По сути 3D-принтеры — это периферийные устройства, которые являются одним из видов промышленных роботов. Однако в наше время их используют не только в производстве, но и в домашних условиях. О том, как выбрать себе 3D-принтер и для чего его использовать, мы и поговорим сегодня.
История
Впервые о технологии 3D-печати задумались, конечно же, не в прошлом году и даже не десятилетии, хотя принято считать, что это одно из главных достижений именно XXI века. На самом же деле история 3D-принтеров берёт своё начало в 1948 году, когда американский инженер Чарльз Халл разработал технологию послойного выращивания физических трёхмерных объектов из фотополимеризующейся композиции. Она получила название Stereolithography (стереолитография). Только к 1986 году Халлу удалось получить патент на своё изобретение. Он основал компанию 3D Systems и в 1987 году мир увидел первый в истории 3D-принтер, работающий на технологии STL. Правда, тогда аппарат назывался «установка для стереолитографии».
В 80-х годах также начали развиваться и другие технологии трёхмерной печати. В 1985 Михаило Фейген предложил формировать объёмные модели послойно из листового материала (плёнка, полиэстер, пластик, бумага), скрепляя между собой слои при помощи разогретого валика — технология LOM. В 1986 году Карл Декарт придумал послойно спекать порошковый материал (порошковые полимеры, металлы, литейный воск, нейлон) лазерным лучом — метод селективного лазерного спекания SLS. В 1987 году израильская компания Cubital разработала технологию послойного уплотнения SGS. Однако она требует использования дорогих, токсичных и достаточно редких полимеров. И, наконец, в 1988 году Скотт Крамп описал метод послойной заливки экструдируемым расплавом (FDM). Принтеры, использующие данную технологию, печатают расплавленной нитью вещества (пластика, металла и т.д.).
В конечном счете, наиболее широкое применение получили стереолитография (SLA — современная вариация STL) и метод FDM. До 1995 года трёхмерная печать использовалась только в промышленности, пока студенты Массачусетского технологического института Джим Бредт и Тим Андерсон не внедрили технологию послойного синтеза материала в корпус обычного настольного принтера. Это стало стартом для новой компании Z Corporation, которая долго была лидером в сфере бытовой печати объемных фигур. Затем в начале 2000-х 3D Systems также выпустила свой первый «домашний» 3D-принтер. После этого данные устройства стали активно проникать в повседневную жизнь.
Сферы использования
Несмотря на то, что 3D-принтеры начали массово использоваться лишь недавно, они стремительно ворвались практически во все сферы человеческой жизни. Как вы уже поняли, эти устройства разрабатывались для промышленных целей и до сих пор активно используются в различных производствах. Их применяют для быстрого изготовления прототипов моделей, чтобы тестировать их перед запуском основной продукции, и для создания готовых деталей в мелкосерийном производстве. С помощью трёхмерной печати делают формы для литейного производства. На 3D-принтерах печатают сложные, массивные, прочные и недорогие конструкции. Но после того, как технология вышла за рамки промышленной, ей нашли применение где только смогли. В прошлом году мы с вами говорили о том, что 3D-принтеры фактически захватывают мир.
В 2010 году учёные из Массачусетского Технологического Института впервые напечатали съедобную продукцию. 3D-принтер Cornucopia, что означает «рог изобилия», смог напечатать объемную модель из продуктов питания. Позже был представлен принтер Edible Growth, который печатает экологически чистые закуски. В 2011 году с помощью трёхмерной печати учёные впервые смогли воссоздать внутренний орган человека из стволовых клеток. За последующие 4 года на 3D-принтерах научились печатать внешние органы (нос, уши) из хрящевой ткани, фрагменты скелета, черепа. А в нынешнем году Американское управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration) одобрило к печати лекарство для контроля судорожных приступов при эпилепсии. В 2013 году организация Defense Distributed напечатала полностью функциональный пистолет. Сейчас во многих странах уже даже существуют законы, запрещающие изготовление и использование оружия, которое создано на 3D-принтерах.
Кроме того, с помощью гигантских 3D-принтеров, грязи и натуральных волокон (шерсти, например) предлагают решить проблему с жильём в самых отдалённых и бедных уголках планеты. Рабочий прототип такого устройства был представлен итальянской компанией WASP в прошлом году. Также существуют принтеры, способные печатать из песка. Художник Маркус Кайзер собственноручно собрал аппарат, использующий энергию Солнца для создания стеклянных объектов. Ещё один принтер под названием D-Shape, использующий для печати песок и неорганический компаунд, разработал итальянский робототехник Энрико Дини. Прочность полученного материала эксперты сравнивают с железобетоном. Кстати, художники или скульпторы могут использовать специальные 3D-ручки для создания своих шедевров. Тем временем, учёные предлагают использовать 3D-принтеры в космической программе. Одно такое устройство уже успешно доставлено на МКС для печати различных деталей, инструментов и прочих вещей, которые могут понадобиться астронавтам. В будущем предполагается использовать технологии трёхмерной печати для строительства лунных баз и освоения Марса.
Так что, как видим, 3D-принтеры используются во многих отраслях — и довольно успешно. Конечно же, данным устройствам нашлось применение и в быту для создания различных мелочей, сувениров, деталей и т.д. Однако сейчас большинство 3D-принтеров являются дорогим удовольствием. Поэтому если вы хотите купить себе один такой в дом, необходимо чётко понимать, как и для чего он будет использоваться.
Как выбрать 3D-принтер
Для начала стоит отметить, что сейчас цены на настольные 3D-принтеры варьируются в очень широких пределах: от 30 тысяч до нескольких миллионов рублей. Но на самом деле данный показатель далеко не главный в нашем выборе. Конечно, более дешёвые принтеры изнашиваются немного быстрее и обладают чуть большим процентом брака. Но сначала нужно определиться с тем, что вы будете печатать. Если вам нужен 3D-принтер для серьёзной работы и изготовления каких-либо моделей высокого качества, или вы хотите печатать ювелирную продукцию, то нужно искать устройства, работающие по технологии SLA. Если же вы будете просто развлекаться и печатать простые фигурки, игрушки и т.д., то вам достаточно более дешёвого FDM-принтера.
Далее стоит обратить внимание на материалы, которыми может печатать 3D-принтер. Если вам важна прочность готового продукта (устойчивость к ударам, трению, агрессивным средам), то нужно выбирать ABS пластик. Если нет – то подойдёт экологически чистый PLA пластик. Материал Laywood делается из переработанного дерева и связующего полимера, и подойдёт для изделий «под дерево». PVA пластик растворяется в горячей воде и может использоваться для печати вымываемых вставок, например. Очень прочным и одновременно лёгким материалом, который используется в медицине и литейном производстве, является Nylon. Для производства прозрачных изделий, чашек, тарелок подойдёт материал T-Glase. Архитекторы для создания правдоподобных моделей могут использовать материал Laybrick, который в зависимости от температуры может быть гладким, шероховатым и т.д. Фотополимеры для SLA-печати также имеют разные свойства. Бывают смолы, которые при затвердевании становятся гладкими, прочными, влагостойкими и довольно долговечными. Бывают специальные эластичные полимеры, которые по свойствам напоминают резину. Конечный продукт из такого материала будет обладать хорошей упругостью и ударопрочностью.
Также важными вопросами являются размер области печати и количество экструдеров. В первом случае выбор стоим между скоростью/удобством и качеством. То есть 3D-принтеры с большой областью могут печатать крупные объекты, но на принтерах с малой областью заметно выше качество. Поэтому можно печатать большие модели по частям, а потом склеивать их самостоятельно. Во втором случае вы выбираете между опять-таки качеством (один экструдер) и возможностью разноцветной печати или использованием 2-х материалов одновременно (более одного экструдера). У одноэкструдерных аппаратов меньший процент брака, но у мультиэкструдерных принтеров при выходе из строя одной машинки можно продолжать использовать рабочие.
И если вы боитесь, что вам нечего будет печатать, потому что вы не умеете создавать 3D-модели, то это зря. Сейчас в интернете полно сайтов с горами бесплатных макетов, уже готовых к печати. А если прочитать какие-нибудь базовые уроки, то такие модели можно даже самостоятельно редактировать. Поэтому, если вы точно знаете, что именно собираетесь печатать на своём 3D-принтере, то можно уже сейчас смело заходить в любой онлайн-магазин (а таких много и в Рунете) и покупать наиболее подходящее вам устройство.
На этом мы, пожалуй, закончим данную статью, которая является продолжением нового цикла, начатого в топике о модульных смартфонах. Если вы хотите прочитать о каких-нибудь интересных устройствах или технологиях, постепенно врывающихся в нашу жизнь – пишите в комментариях, и возможно, следующая статья будет по вашей теме.
Автору спасибо и +