Появление на рынке 3D-принтеров ознаменовало новую эпоху. Если раньше продукция, разработанная на базе высоких технологий, в бытовом хозяйстве позволяла решать привычные задачи, то в случае с трехмерной печатью предлагается новый способ применения устройств. Разумеется, новым он является только для рядового пользователя, так как в промышленности и на производственных предприятиях схожие технологии используются давно. Но в любом случае печать на 3D-принтере значительно расширяет возможности потребителя, к освоению которых, как показывает практика, готовы далеко не все. Во многом это связано со сложностью технологической реализации аппаратов, а также с нюансами их эксплуатации.

Но самые интересные вопросы касаются пользы от таких принтеров. Какие изделия позволяет создавать данное устройство? Для каких целей его продукцию можно использовать? И как работает 3D-принтер? Это важные вопросы, так как трехмерная печать все же является недешевым удовольствием. Поэтому приобретать соответствующее оборудование ради любопытства, мягко говоря, нецелесообразно. По крайней мере, стоит детальнее вникнуть в рабочие процессы печати и выяснить, какую пользу от них можно ожидать.

Что такое 3D-принтер?

Это устройство для трехмерной печати, посредством которого можно генерировать объемные предметы, дублирующие заранее подготовленную виртуальную модель объекта. По сравнению с традиционными принтерами, которые выводят электронный текст на бумагу, 3D-устройства обеспечивают вывод трехмерной информации, то есть создают объекты с реальными физическими параметрами. Собственно, для понимания того, как работает 3D-принтер, следует рассмотреть этапы изготовления твердых предметов с его помощью.

Принцип работы в общих чертах

Начинается работа с создания виртуального шаблона на компьютере с помощью специальной программы. Далее происходит обработка программным способом модели с целью ее разделения на слои. После этого в работу вступает техническая часть принтера, послойно формируя массу из композитного порошка для дальнейшего изготовления предмета. По мере заполнения специальной камеры материалом ось принтера распределяет массу по рабочей поверхности. После формирования каждого слоя головка устройства накладывает клеевую основу. Повторяется этот процесс до момента, пока не будет выполнен объект, разработанный в программе для печати. Важно учитывать, что изготовление на 3D-принтере может выполняться по разным технологиям. Соответственно, меняется и и свойства используемого материала, а также подходы к программной реализации задачи.

Технология быстрого прототипирования

Несмотря на различия в нюансах процесса изготовления, практически все устройства для трехмерной печати работают на принципе быстрого прототипирования. В соответствии с данной концепцией, производство осуществляется путем быстрого формирования опытных моделей для предварительной демонстрации возможностей будущего продукта. Задумывалась технология еще в 1980-х годах с целью создания образцов и заготовок. Сегодня этот метод известен как понимание которого и даст ответ на вопрос о том, как работает 3D-принтер и что отличает его функцию от традиционных подходов к изготовлению предметов. Так, если в процессе фрезерования, точения и происходит удаление материала, а ковка, прессовка и штамповка изменяют форму заготовки, то аддитивное производство предполагает увеличение массы материала посредством наращивания слоями. Иными словами, 3D принтер изменяет фазовое состояние веществ в определенных границах пространства. На сегодняшний день трехмерная печать развивается в нескольких направлениях, среди которых можно выделить стереолитографические технологии (STL), методы нанесения термопластов (FDM) и лазерное спекание (SLS).

Метод послойного наплавления термопласта

Это, пожалуй, наиболее популярная техника трехмерного изготовления. Распространенности FDM-аппаратов способствует сразу несколько факторов. В первую очередь в работе устройств используются относительно недорогие пластики. Также имеет значение простая техника эксплуатации, что особенно важно в работе с таким оборудованием. Как правило, технологии 3D-принтеров этого типа предусматривают работу с термопластиками, одним из которых является полилактид. Среди преимуществ этого материала отмечается экологичность, так как получают данный пластик из сахарного тростника и кукурузы.

Главным же элементом в самом принтере стоит назвать экструдер, который выполняет задачу печатной головки. Впрочем, в этой части не все так однозначно, поскольку элемент представляет собой комплекс отдельных компонентов. Если рассматривать термин «экструдер» в привычном понимании, то к нему будет относиться только часть головки в виде подающего механизма. Так или иначе, печатающая основа подает пластик для 3D-принтера путем нанесения расплавленной нити. Движение механической части обеспечивается электромотором. В итоге механизм направляет нить в нагреваемую трубу сопла, которая и формирует конечный объект.

Стереолитографические установки

Технология лазерной стереолитографии сегодня широко применяется в протезировании зубов. Это второй по популярности тип принтеров для 3D-печати. Отличительной чертой стереолитографических устройств является получение непревзойденно высокого качества объектов. Достигаются такие результаты благодаря разрешению аппаратов, которое может исчисляться единичными микронами. Поэтому вполне логично, что работа 3D-принтера на основе лазерной стереолитографии высоко ценится не только стоматологами, но и ювелирами. Программная часть устройства во многом напоминает FDM-аналоги, но есть и целый ряд особенностей технологии. Несмотря на тот факт, что принцип печати называют лазерной стереолитографией, все чаще функция такого оборудования базируется на светодиодных ультрафиолетовых проекторах.

Проекторные модели надежнее лазерных и по цене обходятся дешевле. Для них не нужны деликатные зеркала, обеспечивающие отклонение лучей, что упрощает конструкцию. В то же время печать на 3D-принтере с проекторами отличается высокой производительностью. Данное преимущество достигается благодаря тому, что происходит не последовательное, а полное засвечивание контура слоя.

Лазерное спекание

Еще одна разновидность применения лазерного метода. В этом случае применяется легкоплавный пластик. Мощный лазер прорисовывает по пластиковой основе сечение объекта, что приводит к плавлению и спеканию материала. Так происходит с каждым слоем до получения завершенной модели, которую подготовила программа для 3D-принтера в качестве заготовки. Остатки пластикового порошка стряхиваются с полученного предмета в конце рабочего процесса. Существенным недостатком таких аппаратов является создание объектов с пористой поверхностью. С другой стороны, это никак не влияет на прочность изделий. Более того, именно вышедшие из таких принтеров модели являются самыми долговечными. Сама же установка имеет сложную конструкцию и, как следствие, высокую стоимость. При этом и процесс изготовления отнимает много времени по сравнению с 3D-принтерами других типов. Как отмечают пользователи, скорость формирования модели составляет несколько сантиметров в час.

Расходные материалы

Основным материалом для создания моделей путем трехмерной печати является термопластик. Кроме уже упомянутых разновидностей, стоит отметить пластик для 3D-принтера в форматах ABS и PLA. Также используется нейлон, поликарбонат, полиэтилен и другие виды, также используемые в промышленности. При этом некоторые установки допускают и смешивание материалов, а также использование вспомогательных веществ, улучшающих качественные характеристики будущего изделия. Например, для этой цели используют который, в сущности, является той же разновидностью пластика PVA. Растворив его в воде, пользователь может создавать сложные геометрические фигуры.

Наиболее же экзотическим материалом для использования в подобных задачах является металл. Чтобы получить такое изделие, также применяют 3D-модели для печати на 3D-принтере, а отличия технологии сводятся к функции С ее помощью наносится связующая клейкая масса в места, куда указывает компьютерная программа. Далее на всю рабочую область головка наносит тонкий пласт металлической пудры. То есть металл не плавится, как в случае с пластиками, а накладывается и склеивается послойно в виде мельчайших частичек.

Управление работой принтера

Для начала стоит отметить операции, которые контролируются пользователем через компьютер. Это регулировка температуры сопла и рабочей площадки, темпы подачи материала и работы электромотора, который обеспечивает позиционирование печатающей головки. Все эти действия находятся под управлением электронных контроллеров. Как правило, современные модели таких устройств базируются на системе Arduino с открытой архитектурой. Что касается программного языка, то в принтерах используется так называемый G-код, построенный на командах управления оборудованием для печати. На этой стадии можно перейти к рассмотрению программ-слайсеров, которые обеспечивают перевод 3D-модели для печати на 3D-принтере в понятный контроллерам код. Сразу надо сказать, что такое программное обеспечение не имеет прямого отношения к разработке графических моделей.

Программное обеспечение

В перечень основных задач слайсеров входит установка параметров, в соответствии с которыми будет осуществляться печать. Выбор конкретной программы определяется типом принтера. Например, устройства RepRap подразумевают использование слайсеров, выполненных с открытым кодом. Среди таких можно выделить Replicator G и Skeinforge. Однако немало и производителей, которые рекомендуют использовать только фирменное ПО от конкретных компаний. Это, в частности, относится к аппаратам Cube от фирмы 3D Systems. Что же касается моделирования изделий, то этим занимается специальная программа для 3D-принтера, предназначенная для трехмерного проектирования. Обычно для этих целей используют CAD-редакторы, которые, впрочем, требуют определенного опыта работы с дизайном 3D.

Какие изделия можно получить?

Спектр возможностей трехмерных принтеров активно расширяется, что позволяет создавать продукцию для самых разных сегментов рынка. Если говорить о строительстве и архитектуре, то здесь очень ценятся возможности изготовление макетов, для которых, собственно, и разрабатывалась концепция аддитивного производства. В машиностроительной промышленности также широко используется 3D-принтер. Изделия в данном случае могут быть представлены и потребительской продукцией, и отдельными элементами для концептов. Как уже говорилось, высокая точность изготовления деталей была высоко оценена работниками медицины. Помимо протезирования, 3D-принтер используется в изготовлении макетов и образцов органов.

О существовании 3D печати слышал, наверняка, каждый, а в новостях то и дело проскакивают факты о новых возможностях этой технологии. Не так давно трехмерная печать использовалась только в производственных условиях и немногими энтузиастами, сегодня же можно запросто купить 3D принтер для использования в быту. С помощью таких устройств печатают самые разные вещи : от декоративных безделушек для дома до протезов, оружия и даже зданий. Перспективы трехмерной печати настолько фантастические, что мало кто сегодня может в полной мере их себе представить. А пока наблюдаем за тем, как будущее наступает , изучаем принципы работы 3D принтера, его возможности и преимущества, а также разбираемся, какой 3D принтер выбрать для использования в быту.

Несмотря на то, что технология трехмерной печати находится у всех на слуху только последние несколько лет, ее появление стоит искать еще в прошлом веке. Пионером в данной области стала компания Charles Hull, которая в 1984 году разработала технологию трехмерной печати, а чуть позже запатентовала технику стереолитографии, которая сегодня используется повсеместно. Тогда же компания разработала и создала первый промышленный трехмерный принтер, который фактически стал началом новой эпохи.

90-е годы стали временем появления новых разработок в сфере трехмерной печати, благодаря которым 3D принтеры нашли применение в производственных условиях и стали использоваться для прототипирования. Пик развития технологии приходится на XXI век, и мы сами становимся очевидцами того, как семимильными шагами трехмерная печать покоряет новые вершины. Сегодня печать может осуществляться разными материалами, причем не только пластиками и металлом , но и тканью, бумагой, керамикой, пищевыми продуктами и даже живыми клетками.

В 2005 году появилась возможность печатать в цвете, а в 2006 году был создан принтер, который может распечатать около половины всех собственных комплектующих. В 2014 году появились первые принтеры с областью печати, практически неограниченной в размере. С помощью этого устройства уже попытались создать полноценный дом, используя в качестве основного материала бетон. На возведение такого сооружения было потрачено не более суток. Уже в 2016 году было представлено первое здание, построенное с помощью трехмерной печати в Дубае. В феврале 2017 года Россия также представила дом, целиком напечатанный на стройплощадке. В этом году также был разработан принтер с шестью осями, с помощью которого сложные элементы будет печатать намного проще, без необходимости использовать поддерживающие конструкции. На данный момент вовсю ведутся разработки принтеров, которые смогут печатать органы человека, протезы, имплантаты, корпусы автомобилей и даже еду.

Как работает 3D принтер? Просто о сложном

Если коротко, то 3D принтер – это устройство для создания трехмерных объектов методом послойной печати. Спектр используемых для печати материалов постоянно расширяется и можно смело предполагать, что в будущем он будет включать большинство известных нам веществ. Пока самыми популярными материалами для печати остаются термопластики и фотополимерные смолы.

Общий принцип работы 3 D принтера можно представить следующим образом:

Особенности печати зависят той технологии, которую использует принтер, поэтому имеет смысл разобраться с самыми распространенными на данный момент.

Типы 3D-принтеров и особенности печати каждого

Чаще всего сегодня используют технологию FDM -печати, а также SLA -печати. Что стоит за этими непонятными аббревиатурами, и какими еще разработки существуют в данной сфере?

Метод FDM-печати

FDM -технология (Fused Deposition Modeling) – это технология послойного наплавления нити. Сегодня этот способ 3D-печати считается самым распространенным, одновременно он относится и к одним из самых старых методов. Принцип заключается в послойном наплавлении нити пластика по контуру модели.

Для печати используются термопластики, которые поставляются в виде катушек или прутков. Чаще всего печатают PLA и ABS пластиками , в числе которых нейлон, полиамид, поликарбонат, PET (он же полиэтилентерефталат, который используется для создания пластиковых бутылок) и некоторые другие вещества.

Принцип работы заключаются в следующем:

• нить материала помещается в экструдер, где она плавится под воздействием нагревательного элемента, а потом выдавливается через сопло на рабочую поверхность;
• экструдер двигается по траектории, заданной ей программным обеспечением, и слой за слоем строит объект;
• если необходимо напечатать сложный предмет, то могут использоваться два типа материала: один – для модели, второй – для создания опор (он, как правило, растворимый, или же просто очень легко отламывается от объекта). Опоры необходимо печатать , если объект имеет повисшие в воздухе элементы, которые без поддерживающих элементов создать невозможно – принтеру будет просто не на чем печатать. Наглядно все представлено на рисунках ниже;
• после формирования первого слоя платформа опускается вниз на толщину одного слоя, а экструдер выдавливает новую порцию материала, процесс повторяется много раз;
• по окончанию печати остается отделить вспомогательные элементы.

Модель и поддерживающие элементы

FDM-технология позволяет использовать термопластики производственного класса, поэтому распечатанные объекты получают отличную механическую, химическую и термическую прочность. Технология простая, чистая и пригодна для использования в условиях офиса или дома.

По такому же принципу работают 3 D -ручки. Это фактически миниатюрные принтеры. Такие ручки предназначены для рисования трехмерных рисунков. Пользователь может выдавливать из нее мгновенно застывающий пластик, придавая ему любую форму и получая забавные изделия. Устройство больше предназначено для баловства, но идея интересная, а дизайнеры смогут сделать много интересных предметов декора для дома.

Метод SLA-печати, или стереолитография

SLA-технология (laser stereolithography) предполагает использование для печати жидких фотополимерных смол, которые имеют свойство застывать под воздействием лазера или подобного источника энергии. Метод позволяет получать предметы с очень точной геометрией , ведь толщина слоя может достигать рекордных 15 микрон, поэтому уже широко применяется в стоматологии при изготовлении имплантатов и в ювелирном деле для создания заготовок с обилием сложных деталей.

Принцип работы 3 D -принтеров , использующих метод лазерной стереолитографии, коротко можно описать так:

• рабочая платформа погружается в ванну с жидким фотополимером на толщину одного слоя (15-150 микрон);
• воздействие лазера на стенки будущего объекта. Лазерный луч в буквальном смысле вычерчивает на фотополимере форму объекта, которая, в свою очередь, задается программным обеспечением. Облучение лазера вызывают полимеризацию материала в точках соприкосновения с лучом и его затвердевание;
• платформа погружается еще чуть глубже в ванну с жидким фотополимером, причем глубина погружения соответствует величине слоя. Лазер снова воздействует на зоны материала, которые должны быть частями печатаемого объекта;
• процесс повторяется слой за слоем, пока не будет распечатан смоделируемый объект;
• технология также требует печати поддерживающих элементов. Они выполняются из того же фотополимера;
• после завершения печати объект погружают в ванну в специальные растворы для удаления излишков и очистки модели;
• финал – облучение ультрафиолетом для окончательного застывания фотополимера.

Технология прогрессивная, но требует покупки дорогих расходных материалов.

Другие типы печати

Менее распространенными, но не менее интересными и перспективными являются следующие способы трехмерной печати:

Какой 3D-принтер лучше выбрать для бытового использования?

Забегая наперед, отметим, что пока стоимость бытовых 3D-принтеров остается относительно высокой, но в дальнейшем имеем все шансы наблюдать удешевление технологии. Вспомните, когда появились мобильные телефоны, они также были доступны только очень богатым людям.

Цели использования домашнего 3Д-принтера могут быть совершенно любыми: от простого баловства и знакомства с новой технологии до печати полезных в хозяйстве мелочей и моделей-прототипов для бизнеса. В любом случае, при выборе обращайте внимание на такие ключевые характеристики устройства:

• разрешение печати (точность печати) – это минимально возможная высота слоя, которую может напечатать принтер. Обозначают разрешение в микрометрах (тысячная доля миллиметра). Чем меньше высота слоя, тем менее заметным будет переход между ними, и тем более гладкой будет поверхность печатаемого объекта. С другой стороны, чем меньше слой, тем больше времени принтеру понадобится на печать и тем выше нагрузка на все его элементы. Разрешение зависит от технологии (SLA позволяет печатать точнее, чем FDM), точности работы печатающих головок, настроек программного обеспечения и выбранного материала для печати;

  Образцы с разной толщиной слоя

• скорость печати напрямую зависит от точности: чем выше точность, тем меньше скорость выращивания модели.
• область печати говорит о том, какого размера объект можно напечатать на принтере. Другими словами, это зона возможной досягаемости печатающей головки по горизонтальным осям X и Y, а также по вертикальной оси Z. Обычно область печати выражают тремя цифрами – это высота, длина и ширина условного параллелепипеда (например, 20*30*30 мм). У дельта-принтеров область печати имеет форму цилиндра, поэтому указывается его высота и диаметр;
  
• тип используемых для печати пластиков. В бытовых условиях используются именно пластики, и это могут быть ABS и PLA пластики, некоторые модели могут печатать обоими видами материалов. Возможность печати тем или иным типом пластиков объясняется наличием или отсутствием подогрева платформы. Если вы пока не решили, чем будете печатать, то лучше выбрать модель, которая поддерживает максимальное количество материалов;
• страна-производитель . Европейские страны и США производят качественные, но дорогие устройства, завозятся в небольших количествах, сервисное обслуживание затруднено. Китайские устройства стоят недорого, качество часто оставляет желать лучшего, но для того, чтобы побаловаться, такие принтеры пойдут. Есть еще принтеры российского производства: при неплохом качестве они радуют возможностью сервисного обслуживания.
  

Интересные варианты бытовых 3D-принтеров

MakerBot Replicator 2

Качественный принтер американского производства, печатает по FDM-технологии, минимальная толщина слоя – 100 микрон (0,1 мм). Область печати – 285*153*155 мм, для печати используются PLA и ABS пластики. Максимальная скорость печати – 40 мм в секунду, или 24 см 3 /час. Корпус выполнен из стали, есть ЖК-экран, вес 11,5 кг. Модель хоть и выпущена в 2013 году, до сих пор активно используется для бытовой печати. Стоимость 3100$.

PrintBox3D One

Принтер отечественного производства, печатает по технологии FDM, минимальная толщина слоя – 50 мкм, размеры рабочей платформы – 185*160*150 мм. Устройство печатает ABS и PLA пластиками, оснащено подогреваемой платформой. Цена около 1700$, разработано для использования в сфере образования и дизайна.

PICASO 3D Designer

Печатает по FDM-технологии, как и все бытовые 3D-принтеры на сегодняшний день, использует для печати ABS и PLA пластики, в т.ч. нейлон. Точность печати — 50 мкм, рабочая платформа размерами 200*200*210 мм, максимальная скорость – 30 см 3 /час. Устройство оснащено подогреваемой платформой, стоимость 1700$.

3D принтер Hercules

Неплохое устройство от российской компании IMPRINTA, печатает разными видами пластика, точность печати – 50 мкм. Платформа подогреваемая, максимальная температура – 120 0 С. Скорость печати – 40 см 3 /час. Цена 1150$.

В качестве итога об основных плюсах и минусах трехмерной печати

3D-печать – направление перспективное и с большим потенциалом. Чтобы расставить все точки над «i» в изучении вопроса трехмерной печати, приведем основные ее преимущества:

Существующие минусы :

Трехмерная печать – это будущее медицины и промышленности, а также возможность быстрого создания прототипов и моделей, а это бесценно для инженерии. Кто знает, может, через 5-10 лет мы так же просто будем скачивать модели чашек или обуви и печатать их на собственном домашнем принтере, как сегодня скачиваем и просматриваем фильмы.

В век микро- и нанотехнологий мало кого удивишь очередным устройством, обладающим способностями на грани магических. И, тем не менее, даже в наше время совершаются прорывы в научных технологиях, способные не просто поразить воображение, но и перевернуть представление о возможном.

Сегодня мы расскажем о технологии, еще в недалеком прошлом казавшейся невероятной — возможности воссоздавать сложнейшие объемные объекты из практически любых материалов. «Полевые синтезаторы» и «репликаторы» мира научной фантастики постепенно перекочевали в нашу с вами реальность, и развиваются весьма быстрыми темпами, осваивая уже не только научные лаборатории, но и домашний интерьер. 3D-печать и 3D-принтеры — наиболее активно обсуждаемая в новостях тема ушедшего 2012 года. И интерес к этому изобретению в массах лишь возрастает, поскольку возможности 3D-печати день ото дня лишь совершенствуются.

Главный секрет 3D принтера

Говоря простым языком, 3D-принтер — это специализированный высокоточный станок с ЧПУ (числовым программным управлением). И как утверждают инженеры, в самом изготовлении предметов с помощью станочного оборудования нет ничего необычного, автоматические технологии изготовления предметов давно и успешно используются в массовом производстве примерно с середины прошлого столетия. Фантастический же ореол вокруг 3D-печати возник, по всей видимости, потому, что применяемые для нее устройства в процессе изготовления предмета, не стачивают по старинке «лишние» части заготовок, а воссоздают необходимый предмет «с нуля». В основе работы 3D-принтера лежит технология аддитивной печати, позволяющая получать нужные объекты методом наращивания слоев рабочего материала. Современный 3D-принтер — результат эволюции устройства под названием стереолитограф, разработанного Чарльзом Халлом в 1984-м году.

Пока 3D-принтеры не используются в серийном производстве деталей и предметов, поскольку безнадежно проигрывают любому из станков с ЧПУ в ситуации, когда важнее не уникальность, а скорость изготовления и низкая цена конечного продукта. Ведь традиционные методы производства разрабатывались, совершенствовались и развивались в условиях необходимости получения дешевой «поточной» продукции.

Как работает 3D принтер

Устройство 3D-принтера аналогично устройству любого обычного принтера, печатающего изображения и тексты: у него также имеются печатающая головка и картридж с рабочим материалом, заменяющим чернила струйной и тонер лазерной печати. Некоторые из 3D-принтеров формируют объекты из особого порошка на основе крахмала или гипса, другие используют расплавленный пластик или светоотверждаемый жидкий фотополимер в качестве рабочего материала. Есть и такие, которые «спекают» с помощью электронного или лазерного луча в готовое изделие керамический или металлический порошок.

Независимо от используемой рабочей технологии общий принцип работы 3D-принтеров один. Объект воссоздается в специально отведенном для него пространстве (камере принтера) по существующей компьютерной 3D-модели послойно — с помощью «печатающей» головки, движением которой управляет программа. Из тонких (в десятые и сотые доли микрона) слоев рабочего материала. Закончив построение очередного слоя, головка перемещается на следующий до тех пор, пока объект не приобретет законченную форму.

Возможности 3D печати

3D принтеры могут воссоздавать сложнейшие объекты различной формы, размеров и цвета, используя весьма широкий спектр порошковых материалов — более 100 наименований, и это, разумеется, не предел. Крахмал, гипс, песок, воск, стекло, керамика, полистирол и другие полимеры, резина, нейлон, нержавеющая сталь, цветные (титан, алюминий, кобальт, хром) и благородные (серебро, золото) металлы и их сплавы — с каждым днем возможности 3D-печати только расширяются. Уже сегодня ученые медики экспериментируют с различными биополимерами, способными вывести мировую медицину на новый, поистине невообразимый, уровень.

Технология 3D-печати в настоящее время используется для изготовления уникальных ювелирных изделий, моделирования обуви, в промышленном дизайне, архитектуре и строительстве, в таких областях, как автомобильная, аэрокосмическая и медицинская промышленности, в сфере образования, информационных систем, гражданского строительства и многих других. Сферы применения 3D-печати продолжают расширяться, находится множество неожиданных и оригинальных решений. Одним из возможных направлений развития 3D-технологии может стать ее бытовое использование — например, для быстрого создания некоторых предметов и деталей домашнего быта.

Примеры успешного применения технологии

Платформа 3D-печати более 20 лет находилась в стадии опытного образца, однако стоимость оборудования в последние два-три года уменьшилась в десятки раз, а затраты на создание оригинальных ювелирных изделий резко упали. В ювелирном деле 3D-технологии позволяют создавать украшения гораздо быстрее, чем при использовании традиционных методов производства. А вносить поправки на стадии проектирования — и того проще, теперь для этого достаточно нескольких щелчков мыши.

Сегодня 3D-принтеры находят достойное применение и в науке. Мы многого не знаем о том, как двигались давно вымершие животные, например, динозавры. Как ни странно это звучит, но за последние полтора века в палеонтологии не произошло сколь либо значительных изменений. Применение 3D-печати в этой области знаний уже позволяет не только воссоздавать точнейшие и полноразмерные копии когда-то населявших Землю существ для музейных выставок, но и успешно тестировать механику движений всех этих вымерших видов.

3D-печать пришла и в мир моды, последний пример такого сотрудничества — Voltage collection, которая в конце января 2013 года демонстрировалась на Парижской Неделе моды. Для этой коллекции дизайнером Ирис Ван Херпен (Van Herpen, Koerner and Materialise) было создано несколько платьев потрясающей сложности из нового экспериментального материала. Точность создания кружевной бесшовной структуры невозможно было реализовать иначе, как посредством 3D-печати. Расширение возможностей работы 3D-принтеров с такими пластичными материалами, как полиуретан и резина, позволяют экспериментировать и с другими современными материалами, что неизбежно отражается на тенденциях моды.

Напечатанный на 3D-принтере образец огнестрельного оружия, армейская винтовка AR-15, было успешно протестировано на работоспособность. Создавший и испытавший действующий образец винтовки, разработчик тут же поделился файлами цифровых 3D-деталей оружия с мировым сообществом, выложив их в открытом доступе на одном из сайтов. Этот акт «пацифизма» и то, что подобное оружие невозможно обнаружить металлодетектором, спровоцировал правительство многих стран закрепить запрет на воспроизводство огнестрельного оружия на 3D-принтерах законодательно.

Японцы также нашли весьма оригинальное применение 3D-технологиям, открыв первый в мире 3D-фотостенд. Пройдя быстрое и необременительное 3D-сканирование на стенде, посетитель получает возможность заказать 3D-печать собственной уменьшенной копии или же собственного бюста — чем не оригинальный подарок себе любимому. Взяла на вооружение 3D-технологии и XXX-индустрия, наладив выпуск заказных персонализированных кукол и прочих игрушек из силикона.

Приятным сюрпризом стал представленный в 2012 году фирмой Essential Dynamics 3D-принтер, способный воссоздавать объекты любой сложности из необычных материалов — шоколада и других пищевых ингредиентов. В самом ближайшем будущем предполагается массовый спрос не только на различные съедобные предметы, но и на подобные принтеры.

Потенциал и перспективы использования 3D печати

Современные 3D-принтеры уже не отстают по своим полиграфическим возможностям от принтеров обычных. Так, применение систем из пяти печатающих головок с материалами стандартных цветов позволяет получать полноцветные 3D-объекты с разрешением до 600 dpi (точек на дюйм).

Огромный потенциал 3D-печати замечательно иллюстрирует изготовленный по этой технологии музыкальный инструмент. Первая скрипка, распечатанная на 3D-принтере, была опробована в прямом эфире CNN пятнадцатилетней студенткой, с успехом сыгравшей на ней. Это необычное выступление доказало многим сомневающимся, что с помощью современных технологий 3D-печати можно воссоздать практически любой известный предмет — причем, с сохранением присущих ему свойств и характеристик.

Изобретатель Kai Parthy создал волокно для популярного 3D-принтера RepRap, позволяющее применять технологию для печати древесины. Волокно под кодовым названием LAYWOO-D3 является композитом древесины и специального полимера. Переработанные отходы деревообрабатывающей промышленности и недорогой безвредный пластик стали источником для поистине революционного материала, способного значительно сократить в будущем вырубку лесов — при условии, что технология получит широкое распространение.

Не прекращаются попытки создать 3D-принтеры, способные воспроизводить структурные элементы зданий из бетона и пеноматериалов. Проводятся исследования возможностей быстрой (до 20-ти часов) «печати» жилых сооружений со встроенными сантехническими и электрическими коммуникациями за один непрерывный цикл с использованием больших 3D-принтеров. Рабочие образцы строительных 3D-принтеров уже печатают до 3-х метров сооружений из строительного материала в час, и это не предел. Технологию 3D-печати зданий планируется использовать для автоматизированного возведения мест обитания человека вне Земли. Первые такие внеземные сооружения планируется построить на Луне уже в 2013-2014 годах, причем для «печати» лунных сооружений планируется использовать лишь 10% доставленного с Земли материала, 90% материала составит лунный грунт.

Американское космическое агентство NASA профинансировало грантом в размере 125000 долларов инженера Анджана Контрактора (Anjan Contractor), выделив эти деньги на создание 3D-принтера, который будет способен «печатать» еду для астронавтов в условиях космоса. Смешивая пищевые ингредиенты из картриджей, устройство сможет обеспечить разнообразие рациона космических путешественников во время длительных экспедиций. Первым блюдом, напечатанным на 3D-принтере, станет пицца — благодаря легкодоступным ингредиентам и простой структуре. Программное обеспечение этого принтера будет изначально с открытым исходным кодом, что позволит совершенствовать энтузиастам устройство и создаст возможность обмена рецептами (распечатками) блюд.

Применение «двуфотонной литографии» позволило ученым технологического университета Виенны (The Vienna University of Technology) совершить серьезный прорыв в невероятной детализации трехмерных объектов, печатаемых с нано-точностью. Чуть позже, в 2012 году, группа ученых из университета Глазго в Великобритании на практике доказала возможность использования технологий 3D-печати для создания химических соединений, что приоткрывает нам дверь в мир, в котором можно будет создавать вещи молекула за молекулой.

Исследователями из Вашингтонского государственного университета найден способ «печатать» кости человеческого организма при помощи 3D-принтера. В основе инновации — открытие вещества, по структуре и свойствам близкого к составу костной ткани. Это изобретение может быть использовано как для полного создания протезов костей, так и для поддержания сломанных участков в течение необходимого времени. Существует проект немецких ученых под названием BioRap, нацеленный на создание 3D-принтеров для распечатки различных человеческих органов и кровеносных сосудов. Считается, в ближайшие несколько лет эти технологии станут широко доступными для медработников, в корне решая проблему с дефицитом и отторжением донорских органов.

Организацией Thiel Foundation был анонсирован грант на создание инновационной технологии 3D-печати органических белковых соединений. Последние наработки в области создания живых клеток и тканей планируется объединить с наработками исследователей из Breakout Labs для получения съедобного прототипа мяса, способного стать в недалеком будущем весьма перспективным и к тому же гуманным источником животного белка для мясоедов всего мира.

3D печать — будущее сегодня

Серийные громоздкие 3D-принтеры, совсем недавно стоившие десятки тысяч долларов и обладавшие минимумом возможностей, быстро стали раритетом, их сменили более функциональные, компактные и несравнимо более дешевые модели стоимостью около 1000 долларов США.

На специализированных сайтах, таких как Thingiverse, уже сейчас можно найти в свободном для скачивания доступе десятки тысяч цифровых 3D-моделей различных объектов — порой, невероятных и удивительных. Но, несмотря на это, сфера «домашнего» применения 3D-печати пока ограничивается, в основном, воспроизводством незамысловатых безделушек и малопрактичных игрушек.

На данный момент уже существует огромное количество материалов, которыми способны печатать 3D-принтеры. Причем готовые изделия по физическим свойствам полностью соответствуют оригинальным материалам — керамике, резине, пластику, металлу, стеклу и т.д. Не за горами печать трехмерных объектов с переменными характеристиками материалов, например, с изменяющейся прозрачностью.

Появление 3D-технологий в массовом доступе окончательно ставит под удар копирайт, вызывая немало дискуссий о неизбежности пересмотра границ и ограничений авторского права. Не за горами тот день, когда в подтверждение шутке о недавнем закрытии крупнейшего российского торрент-трекера, можно будет скачать статую Церетели из интернета.

Бре Петтис (Bre Pettis), 40-летний отец-основатель компании MakerBot Industries, производящей самые популярные сегодня домашние 3D-принтеры, говорит о неизбежности дальнейшего совершенствования 3D-технологий, которые, надо заметить, все еще воспринимаются большинством населения как элемент научной фантастики. Возможно, этот процесс займет некоторое время, но ожидаемые результаты того стоят.

Одной из последних новостей из мира 3D-печати стало сообщение о появлении принтера, который способен напечатать сам себя. Печать не просто отдельных деталей, а полноценных устройств с электронной начинкой и всеми необходимыми комплектующими — следующий гигантский шаг в освоении 3D-технологий будущего.

А между тем не так давно первый 3D-принтер был собран детьми, учениками школы The School in Geldermalsen, работавшими над сложными проектами. Вот оно, удивительное будущее — сегодня, и уже очень близко к нам!

Принтеры для трехмерной печати или 3D-принтеры – это устройства для изготовления объемных моделей. Аппараты узкой специализации обладают безграничными возможностями и сегодня используются в каждой сфере жизни современного человека. Несколько лет назад 3D-принтеры стали доступны и для домашнего использования, попутно охватив часть малого бизнеса.

История создания подобной техники зародилась еще в середине 80-х годов прошлого столетия, но слабое развитие компьютерных технологий «заморозило» активное внедрение трехмерной печати в быт и производство.

Ощутимый старт 3Д-принтеры получили только в 2005 году, наряду с совершенствованием компьютерных возможностей. Тогда публике был представлен первый трехмерный принтер, который печатал в цвете . Впоследствии техника претерпела немало изменений, было разработано современное программное обеспечение для управления процессом печати. В результате пользователям стал доступен функциональный агрегат, способный «печатать» чехлы для телефонов или новые 3D-принтеры.

Первый 3D принтер

Как это работает

Общий принцип работы трехмерного принтера в теории прост и понятен. В программе для 3D-моделирования создается объект или его часть (крупные модели делят на несколько элементов). Затем файл отправляется для обработки специализированной программой (для формирования G-кода), после чего в дело вступает техника. G-код делит цифровую модель на сотни горизонтальных дорожек, задавая траекторию печатающей каретке. На основание слой за слоем наносится расплавленный материал, создавая вполне осязаемый объект.

Схематическое изображение 3D-принтера

Всего существует семь основных технологий, используемых для трехмерной печати, но большая их часть нашла применение только в промышленных целях. Для любительской «пластиковой печати» и малого бизнеса разработаны относительно компактные и недорогие аппараты.

• Технология Fused Deposition Modeling (иначе FDM-принтеры) получила самое массовое распространение для трехмерного моделирования и кулинарии. Материал разогревается и подается на платформу через сопло печатающей головки. Объект «вырастает» на плоскости, а его размеры ограничены параметрами платформы.

• Технология Polyjet разработана в 2000 году и сегодня принадлежит компании Stratasys. Создание трехмерных объектов производится посредством полимеризации фотополимера под действием УФ излучения. Фотополимер – дорогой и хрупкий пластик, потому в быту такие принтеры практически не используют, но благодаря точной детализации моделирования аппараты применяют в медицине и промышленности (для создания прототипов).

Все о том, как работают современные принтеры для трехмерной «пластиковой печати» можно узнать из тематического видео, например, этого . Также в них часто демонстрируют, как аппарат работает с различными материалами для изготовления объекта.

Управление процессом печати

Как правило, пользователю нужно произвести ряд настроек непосредственно перед началом печати.

1. Подключение оборудования к ПК осуществляется через USB-кабель.
2. Калибровка перемещения сопла относительно платформы.
3. Настройка и управление нагревом платформы и сопла-дозатора.
4. Мониторинг соотношения температур.
5. Управление процессом печати (экструдером) – настройка скорости подачи материала, замена бобин пластика.

Контроль над печатью осуществляется через ПК. Для создания объекта от идеи до результата пользователю необходимы специальные программы для трехмерного моделирования и управления аппаратом.

Современные технологии пока не позволяют создать принтер, где все операции проводятся путем нажатия пары клавиш, потому необходимо освоить немало специфических программ и основы моделирования.

Перед запуском печати оператор калибрует принтер, настраивая его относительно стола-платформы. Базовая прошивка принтера представляет собой ряд настроек по умолчанию, а пользователь производит более точные настройки, в зависимости от используемого материала. Так, для создания объемных элементов на основе ABS или PLA задается разная температура плавления. В процессе печати, оператор через ПО следит за работой. Весь процесс создания модели может занимать от нескольких часов до суток, здесь ключевым фактором является точность исполнения: точные объекты с детальной прорисовкой производятся дольше, чем более грубые.

Где можно применить 3D-принтер

Область применения 3D-принтеров довольно широка: от любительских поделок до бизнеса. Предприниматели наряду со студентами архитектурных отделений первыми заметили огромный потенциал «пластиковой печати».

Также объемное моделирование используют в ювелирной промышленности и всех сферах дизайна и проектирования.

Если ранее печать осуществлялась пластиком, то сегодня разнообразие материалов впечатляет. Производители изготавливают различные основания, например, имитирующие натуральное дерево. Кроме того, в качестве материала для печати можно выбрать не только полимеры, но и нейлон. Эту идею очень быстро подхватили дизайнеры и создали целые коллекции одежды .

Азартные коллекционеры сполна оценят потенциал «пластиковой печати», ведь теперь есть возможность воссоздать любой объект: модели самолетов, знаменитых персонажей, предметов искусства. Редкие коллекционные экземпляры могут стоить довольно дорого, как очень хороший принтер для дома, и здесь выбор очевиден.

Брать или не брать: достоинства и недостатки оборудования

Использование объемной печати предоставляет пользователям обширные возможности. Ключевое преимущество техники – воспроизведение любого трехмерного объекта, и исключений здесь практически нет. Все, что может быть изготовлено из пластика, можно «напечатать», будь то дорогой в оригинале бампер от иномарки или проект будущего торгового центра на выставке архитекторов. Решающим фактором станет размер оборудования, а выражаясь точнее – размер его рабочего стола.

Потенциал «пластиковой печати» усложнен трудоемким процессом подготовки и управления, требующим узкоспециализированных знаний. Неопытный пользователь не всегда сможет спроектировать в 3D-MAX даже простую геометрическую фигуру, не говоря о собственном портрете. Чтобы пользоваться техникой, ее необходимо освоить, а этой займет некоторое время.

Второй недостаток 3D-принтера – его габариты . В продаже доступны и компактные модели, но их предельные размеры печати слишком скромны, хотя вполне подойдут для поэтапного изготовления инсталляций или архитектурных проектов.

Конечно, в качестве игрушки приобретать 3D-принтер нерационально, средняя стоимость моделей дешевого сегмента превышает 30 000 рублей. Покупка будет выгодна, если оборудование будет выполнять определенную задачу: приносить прибыль, развивать навыки, получать образование, заниматься творчеством, помогать в работе.

В ближайшем будущем можно ожидать новых разработок в этой области. Сегодня уже можно напечатать настоящий жилой дом из обычной строительной смеси. Естественно, такое оборудование недоступно для бытового использования, но сам факт применения новых материалов для печати обещает методичное расширение возможностей объемной печати в домашних условиях.

Вообще, 3D-принтер - вещь весьма интересная и достаточно дорогостоящая. Последнее время этот прибор собрал массу поклонников, и в этом нет ничего удивительно: 3D-принтер позволяет «печатать» как небольшие сувениры, так и большие, огромные объекты, применение которым находят в промышленности. Ввиду этого появилось разнообразие самых неожиданных идей, как можно начать бизнес с 3D-принтером. В некоторой степени технология создания предметов в 3D-принтере напоминает принцип работы обычных принтеров:

Создается картинка с помощью сканирования либо компьютерной программы;

Картинка выводится на принтер;

Происходит печать.

В чем главное отличие 3D-принтера

Главное отличие 3D-принтера в том, что он создает трехмерную картинку при помощи сканирования предмета. Картинка поступает либо в компьютер, либо сразу на принтер. По команде оператора запускается процесс 3D-печати, и теперь создается объемный предмет. Может возникнуть вопрос о том, что за материал используется при создании. Обычно это пластик либо прочий расходный материал, которым заправляется принтер.

Именно эта уникальная способность принтера создавать новые предметы породила новые идеи, которые сделали возможным бизнес с 3D-принтером. Непременно рассмотрим их подробнее. Чуть позже.

Расходный материал

Креативный бизнес, 3D-принтер. С чего начать? Начать следует с комплектующих.

Материал, который берется за основу, определяется будущим объектом.

АВС-пластик. Этот материал очень эластичен, обладает высокой степенью прочности. Сам пластик доступен в порошковом виде либо в виде нитей. Во время печати проникает в экструдер принтера, где он расплавляется и далее направляется в отсек, готовый к печати 3D-деталей. Его основной недостаток - может быстро разрушаться под влиянием солнечных лучей.

Поликапрлактон - материал, обладающий невысокой температурой плавления. Способен быстро затвердевать.

Полиэтилен низкого давления - весьма универсальный и в то же время недорогой материал.

Предприниматели + 3D-принтер = бизнес XIX века

Угадайте, какой материал используется для печати в таких принтерах? Самые обычные продукты питания. Всё чаще говорят о случаях, когда с помощью 3D-принтера создаются... человеческие органы! В качестве «краски» берут стволовые клетки человека или животного.

Дорогостоящее программное обеспечение является основой в работе 3D-принтера. Именно оно позволяет управлять процессом создания трехмерного изображения предмета. Чтобы выполнять контроль распечатки у простых моделей 3D-принтера, можно воспользоваться программой Google CketchUp. Программа эта бесплатная.

Предприниматели быстро сумели осознать весь потенциал этой технологии. Одной из первых возможностей воплотить бизнес с 3D-принтером стало производство игрушек. Как это стало возможным? Сегодня это не является секретом: делалось сканированное изображение, которое бралось за основу для «распечатки» маленьких копий домашних животных. Подобный бизнес с помощью 3D-принтера открывает просто космос для творчества и неограниченных доходов.

Любопытное применение 3D-печати было найдено в туристической отрасли: туристам предложили их собственные (!) 3D-изображения, выполненные на фоне различных мировых достопримечательностей. Вполне себе реальный бизнес с 3D-принтером!

Наиболее смелые предприниматели внедрили 3D-печать в производство небольших бытовых и сантехнических предметов. Известны случаи 3D-печати в области стоматологии. А зачем им это понадобилось? Очень просто - создание зубных протезов, которые практически идеально внедряются в ротовую полость пациента.

Мальчику вырастили кисть

В СМИ некоторое время назад был широко освещен случай, когда мальчику-школьнику была создана кисть, чтобы он мог работать обеими руками. Примечательно, что цена подобного протеза по классическим технологиям составляла десятки тысяч американских долларов!

Эти и многие другие примеры приоткрыли огромный потенциал в применении 3D-принтера, особенно в предпринимательской деятельности.

Принцип работы

Имеется разнообразие среди самых 3D-принтеров, хотя сам принцип работы остается общим: происходит послойное направление материала, и как результат - готовая копия отсканированного объекта. Вообще, на 3D-принтере можно воссоздать практически любой предмет. Чисто теоретически. Совершенно очевидны бескрайние возможности для ведения бизнеса в этой супер-перспективной сфере.

Какие параметры следует учесть, выбирая домашний 3D-принтер? И действительно, покупая смартфон или ноутбук, мы зачастую знаем, на что обратить внимание при выборе. А вот при покупке 3D-принтера подобные критерии выбора мало кому известны. Эта часть статьи поможет вам стать компетентным в этом вопросе.

Критерий выбора №1: цена

Во Всемирной сети можно найти объявления с ценой около 300 долларов США. На территории СНГ ситуация несколько иная - здесь нужно быть готовым «раскошелиться» на сумму, равную, к примеру, стоимости 2-3 навороченных смартфонов. Как заявил представитель российской научно-производственной группы, себестоимость 3D-принтера в нашей стране составляет не меньше 45 тысяч рублей. По его словам, при более низкой стоимости принтера можно ожидать появление проблем, ведь цена снижена явно в ущерб работе каких-то компонентов принтера.

Эксперт предупреждает, что пока в России единицы зарубежных компаний имеют свои представительства. Ввиду этого не следует ожидать сервисное обслуживание или техническую поддержку. Есть и приятные исключения, например, компания 3dphome, которая является официальным представителем бренда UP. Самый бюджетный вариант, который они готовы предложить, стоит 40 тыс. рублей.

Кроме того, следует учитывать и стоимость расходных материалов. Катушки с пластиковой нитью обойдутся в 2000 рублей за картридж весом один килограмм.

Критерий выбора №2: вид пластика

Для печати предметов быта применяют АБС-пластик. Этот материал имеет В качестве альтернативы применяют ПЛА-пластик, основу которого могут составлять или кукуруза. Стоит отметить, что именно из ПЛА-пластика изготавливаются пластмассовые стаканчики, из которых мы пьем воду в жаркий день. Кроме того, этот материал весьма экологичен. Т. е. игрушка, сделанная из него, не будет представлять угрозу для малыша: он может спать с ней в обнимку и даже облизывать, если захочет.

Надо добавить, что АБС-пластик тоже не представляет угрозы здоровью человека. Более того, он долговечнее ПЛА-пластика. Конечно, выбирая 3D-принтер, желательно выбрать модель, которая поддерживает обе технологии пластика.

Критерий выбора №3: многоцветность

Недорогие домашние модели не способны создавать предмет, который переливается разноцветными красками. И проблема заключается как раз в том, что нельзя подкрасить пластик в процессе печати. Максимум, что можно сделать, - это комбинировать цвета. Как достигается комбинирование? Если оснастить устройство несколькими Это очень напоминает «советскую» шариковую цветную ручку, где имелось несколько стержней со своим цветом.

Вообще, многоцветные 3D-принтеры устроены очень сложно. Скорость их работы ощутимо медленная, печать дорогая. Поэтому пока лучше выбирать принтеры, печатающие одним цветом. Раскрасить же можно потом, с помощью цветного баллончика.

Критерий выбора №4: разрешение печати

Разрешение печати остается важнейшим параметром. Характеризуется этот критерий минимально возможной толщиной слоя пластика, который задействуется при формировании предмета. Как уже отмечалось, принтер создает предмет по принципу наслоения. Слои получаются очень тонкие и поэтому остаются незаметны для глаза. Ввиду этого полученные предметы выглядят очень убедительно!

Использования создают слои, толщина которых составляет 50 микрон (у наиболее дешевых моделей - 250 микрон), хотя было замечено, что для создания предмета в хорошем разрешении достаточно и 100 микрон. Очень важна величина диаметра печатающего сопла: меньше - значит печать будет точнее.

Разумеется, всё это имеет особое значение, когда вам нужны изящные предметы, где детализация выполнена очень тонко. Печатаете игрушку с глазками, носиком и маленьким ртом? Здесь требуется хорошее разрешение. А вот если нужно что-то вроде миски для собачки и другого предмета посуды, то здесь хватит и толстых слоев. Кроме того, тогда вы сэкономите еще и время, ведь время печати будет меньше. Да и материала понадобится тоже меньше.

Критерий выбора №5: поверхность печати

Здесь важен размер: если хотите «напечатать» небольшой предмет, то достаточно будет поверхности длиной 12 см. Для более «масштабных» предметов, разумеется, требуется принтер с большей площадью. Хотя не следует забывать, что даже из маленьких отдельных деталей можно в итоге собрать большую вещь - было бы желание и хороший клей для пластика.

Бизнес-идеи с 3D-принтером: 2 любопытные ниши

Как было отмечено ранее, наиболее проворные предприниматели уже вовсю эксплуатируют возможности диковинного устройства. Посмотрим две ниши, где удалось запустить бизнес с 3D-принтером.

Ниша №1. Услуга по созданию точной трехмерной мини-копии клиента. Вот так кукла!

В этом примере рассмотрен бизнес с 3D-принтером и сканером. Клиент сканируется специальным сканером, и полученная модель попадает в 3D-принтер. Можно сделать что-то вроде пластмассового человечка-бойца, с той разницей, что уж очень сильно он будет напоминать отсканированного клиента. Время подобной печати занимает несколько минут. Разумеется, клиент в приятном шоке. В Японии, кстати, уже имеются подобные 3D-фотобуки, где делают таких бойцов-клиентов. Перед печатью модель можно отредактировать - с помощью, например, "Фотошопа" можно одеть его в любую историческую одежду!

Ниша №2. Бизнесмены в США печатают популярных супергероев компьютерных игр через 3D-принтер. Бизнес любопытный. Полученная моделька продается долларов за 100 при себестоимости 50 долларов. Профит! Как вариант, можно «печатать» героев известных фильмов.