3D принтер большой потенциал объемной печати

3D печать в данном случае основана на том, что материал в виде порошка наносится на сфокусированный луч лазера и моментально спекается. По такому принципу слой за слоем выстраивается вся трехмерная модель. Данная технология 3d печати (LENS — LASER ENGINEERED NET SHAPING) используется для создания деталей из металла и поэтому именно она открыла двери 3d принтерам в большую промышленность, что повлияло, собственно, на рост популярности 3d принтеров в целом по всему миру. Эти виды 3d принтеров, по мимо всего прочего, имеют еще одно большое преимущество — порошки можно смешивать и получать различные сплавы уже непосредственно в момент печати (спекания). Наиболее известным производителем оборудования для этого вида печати является компания Optomec.

About this course

  Курс представляет собой аккумулированный за пять лет опыт работы с 3D-принтерами, работающими по технологии FDM (Fused Deposition Modeling), т. е. моделирование методом осаждения расплавленной нити.  Собрав немалый пул распечатанных моделей разной геометрии, мы, наставники курса — Востров Никита и Бабайцев Михаил, решили поделиться своими наработками, а также возникшими на нашем пути проблемами, т. к. последние многому нас научили.

  Почему именно в формате онлайн-курса, а не классического набора статей? — Отличный вопрос! Тому есть 2 основные причины:  Первая — мы нацелены на создание образовательной системы в области FDM-печати, чем занимаемся на протяжении последних лет. Наша система должна иметь обратную связь и проверку приобретаемых знаний, поэтому онлайн-курсы для дистанционного обучения — идеальный вариант; Вторая  — мы активные популяризаторы перспективных технологий среди молодежи и взрослых, путем наглядной демонстрации!  Если ты разделяешь наши ценности и стремления, WELCOME!  По результатам прохождения курса «Искусство аддитивных технологий»:

1. У тебя появится объективное понимание технологии FDM-печати;
2. Познакомишься с различными материалами, применяемыми для FDM-печати;
3. Научишься обрабатывать напечатанные модели и превращать их в законченные изделия;
4. Узнаешь в каких областях применяется 3D-печать;
5. При желании, реализуешь два абсолютно разных проекта;
6. Увлечешься 3D-печатью и включишься в общее сообщество 3D-мейкеров!

  P.S. Для наилучшего погружения в тематику курса, мы подготовили для тебя программы в формате виртуальной реальности!  Заинтересовался? Готов погрузиться в мир 3D-печати? Тогда нажимай кнопку «Записаться на курс» и делай свой первый шаг в «НАРНИЮ» научно-технического творчества!

Что случилось?

Этот текст мало кто будет читать и мы можем написать здесь все, что угодно, например... Вы живете в неведении. Роботы уже вторглись в нашу жизнь и быстро захватывают мир, но мы встали на светлый путь и боремся за выживание человечества. А если серьезно, то... В целях обеспечения безопасности сайта от кибератак нам необходимо убедиться, что вы человек. Если данная страница выводится вам часто, есть вероятность, что ваш компьютер заражен или вы используете для доступа IP адрес зараженных компьютеров. Если это ваш частный компьютер и вы пытаетесь зайти на сайт, например, из дома — мы рекомендуем вам проверить ваш компьютер на наличие вирусов. Если вы пытаетесь зайти на сайт, например, с работы или открытых сетей — вам необходимо обратиться с системному администратору и сообщить, что о возможном заражении компьютеров в вашей сети.

Что такое нить для 3D-печати?

3D-нити – это материалы на основе пластика, которые используются в потребительской 3D-печати благодаря их низкой цене и простоте в обращении. Существуют различные типы пластиковых нитей для 3D-принтеров , таких как ABS, PLA, нейлон, PET, HIPS / PVA, причем первые два наиболее широко используются в домашних 3D-принтерах.

Эти строительные материалы входят в радугу цветов; таким образом, у вас, как у потребителя, есть широкий выбор, когда речь идет о предпочтительном цвете для вашего печатного объекта.

В этой статье мы проанализируем две наиболее популярные 3D-печати пластиковых нитей для потребительских 3D-принтеров.

Что такое фотополимеры

Фотополимеры представляют собой смеси из нескольких составляющих, обычно в качестве наполнителя применяется бариевое стекло и микрочастицы керамики. Связкой выступают соединения водорода и кремния или силаны. Третьим компонентом является полимерный матрикс.

Спектр применения материалов широк, они сохраняют пластичную форму до обработки ультрафиолетом. За счет этого удается формовать любые поверхности в автоматическом режиме, после чего происходит его освещение и отверждение. Точное поведение вещества зависит от составляющих и их процентных долей.

Готовое изделие может иметь различные свойства в зависимости от используемого пластика. Например, при изгибе среднее значение прочности соответствует 75-100 Мпа. Однако, у некоторых пластиков оно едва превышает 40, а некоторые могут неограниченно сгибаться, но сохранять исходную форму.

Принцип работы

Если дать краткое объяснение сути 3d-печати – это способ изготовления объемных изделий на основе их цифровых моделей посредством спекания или приклеивания однородного материала. Независимо от того, какая технология для этого применяется, процесс заключается в постепенном послойном наращивании конкретного объекта. С этой точки зрения 3d-печать кардинально отличается от традиционной обработки материалов, которые зачастую подразумевают подход «берем заготовку и удаляем все лишнее», что сопровождается большим количеством отходов. Процесс трехмерной печати начинается с нуля и необходимое изделие постепенно «растет» посредством добавления новых слоев, а отходов при этом практически не бывает (или иногда присутствуют в относительно небольших количествах). Именно с послойным формированием связано другое название 3d-печати – аддитивные технологии (от англ. слова additive – добавлять)

Все изделия печатаются на 3d-принтере, который работает с определенными расходными материалами под управлением программного обеспечения. Упрощенно технология печати состоит из следующих этапов:

• создается 3d-модель желаемого объекта по определенным правилам;
• загружается файл с трехмерной моделью в программу-слайсер, которая разбивает ее на слои и просчитывает задание на печать в виде специального кода;
• указываются необходимые параметры печати;
• запускается непосредственно процесс печатания либо код записывается на карту памяти для отложенной печати;
• воспроизводится 3d-модель: по форме слоями наносится расходный материал и формируется готовое изделие.

В зависимости от используемых технологий и материалов, полученные изделия можно использовать в машиностроении, для создания литьевых форм, а также в целях визуализации и макетирования различных объектов.

Особенности профессии

Инженеры 3D-печати для работы использую разные материалы, соответствующие сфере их деятельности, компьютерные программы и промышленные 3D-принтеры. Сегодня в этих специалистах нуждаются медицинские центры, промышленные, аэрокосмические, машиностроительные и другие отрасли. Специалистов мало, их работу нельзя назвать простой, ведь в обязанности инженера по 3D-печати входит:

• выбор новых материалов, проведение испытаний;
• использование современного программного обеспечения для улучшения и корректировки настроек 3D-принтера;
• подготовка макетов, разработка растровых изображений для последующей печати;
• полный контроль печати;
• изучение новых технологий;
• знание правил сертификации, требований, которые выдвигаются к 3D-моделям и готовым изделиям;
• разработка документации, отладка программного обеспечения;
• выбор нового оборудования, обучение других сотрудников;
• обслуживание оборудования.

Обязанности зависят от места работы, но инженер по 3D-печати должен быть широкопрофильным специалистом, готовым в любой момент быстро освоить новые технологии, а потом успешно применить их на практике. Работодатели выдвигают к инженерам строгие требования, ведь заработная плата у таких специалистов солидная. Они должны иметь опыт практической работы не мене 3 лет, важно обязательное знание технического иностранного языка. Инженер по 3D-печати должен знать основы экономики и маркетинга, ведь в его обязанности входит оптимизация рабочих процессов, направленная на удешевление и ускорение печати.

Вопросы безопасности

Технические возможности 3D-принтеров достигли такого уровня, что позволяют печатать монеты и огнестрельное оружие. Понятно, что массовое распространение сложных принтеров вопрос не самого ближайшего будущего. Но нет сомнений в том, что рано или поздно производство, возможное сегодня лишь в промышленных условиях, частично переместится в дома обычных потребителей, и логистическая цепочка «производство-потребление» существенно трансформируется. Действующее законодательство в области обеспечения безопасности продукции, очевидно, к таким изменениям не готово. Нормы о техническом регулировании рассчитаны на промышленное производство профессиональными субъектами предпринимательской деятельности. Однако в условиях, когда с использованием модели потребитель получает возможность изготовить продукцию самостоятельно, вряд ли возможно применение указанных норм напрямую или даже по аналогии. При этом требования, предъявляемые к качеству самих 3D-моделей, вопросы стандартизации материалов и процессов в области производства с использований технологий 3D-печати приобретают особую значимость.

Главный же вопрос состоит в том, как обеспечить безопасность объектов, печатаемых на принтере, снизить риски печати запрещенных или ограниченных в обороте объектов и при этом не затормозить развитие и распространение технологии 3D-печати.

***

16 декабря 2016 года Dentons представила обзор правовой проблематики, связанной с развитием 3D-печати, на круглом столе, организованном Санкт-Петербургской Международной Бизнес-Ассоциацией (СПИБА).

1 Lucas S. Osborn. Regulating Three Dimensional Printing: The Converging Worlds of Bits and Atoms [Электронный ресурс ]//San Diego L. Rev 553 (2014). / &context=fac_sw. 2 Haritha Dasari. Assessing Copyright Protection and Infringement Issues Involved with 3D Printing and Sacnning// AIPLA Quarterly Journal, Volume 41, Number 2. 3 Nathan Reitinger. CAD’s Parallel to Technical Drawings: Copyright in the Fabricated World (2015) [Электронный ресурс ]/ Nathan Reitinger//Journal of the Patent and Trademark Office Society, Vol. 97, No. 1, 2015/ 4 Википедия. Электронная энциклопедия. [Электронный ресурс]/ :Penrose_

3D-биопринтеры в России

В России объемы финансирования данного направления пока очень малы. Безусловно, с этим в первую очередь связан тот факт, что фактически весь отечественный рынок 3D-биопечати принадлежит одному игроку — компании 3D Bioprinting Solutions, открытой в Москве в 2013 году. Исследования в данном направлении ведутся и в других лабораториях страны. Например, на Урале работает Центр биотехнологии и биоинжиниринга, в распоряжении которого имеется биопринтер, позволяющий создать человеческую кожу, однако о его громких успехах пока не известно.

Что касается 3D Bioprinting Solutions, то этой компании за несколько лет работы удалось достичь очень многого. Так, специалисты наладили производство сырья для биопечати — тканевых сфероидов стандартной формы, что позволило в разы ускорить процесс. Кроме того, они создали в лаборатории полностью функциональную щитовидную железу мыши, которая была успешно пересажена подопытной мыши. В ходе эксперимента использовался инновационный отечественный 3D-принтер 3DBio. Также одним из впечатляющих успехов команды стало создание биопринтера для работы в космосе «». С его помощью впервые в мире в космосе с помощью магнитной левитации на 3D-принтере были напечатаны человеческий хрящ и щитовидная железа мыши.

Несмотря на успехи 3D Bioprinting Solutions, говорить об использовании полученного в процессе биопечати биоматериала для нужд регенеративной медицины в России пока очень рано. Сейчас практическое применение этих продуктов ограничивается фармакологией и моделированием патологий, включая воспаления, генетические заболевания, метастазы, опухоли, фиброз. Среди факторов, затрудняющих развитие данной сферы, — не только недостаточное финансирование, но и сложности со стандартизацией. Поскольку у разных компаний свои подходы к созданию трехмерных конструктов, взаимодействовать им непросто. Да и вообще, прежде чем таким искусственно выращенным органам придадут в нашей стране «официальный» статус, пройдет немало времени.

Между тем эксперты не сомневаются, что мировой рынок 3D-биопечати продолжит расти. Так, по оценкам аналитиков Grand View Research, в настоящее время его объем оценивается в 965 млн долл., а среднегодовые темпы роста до конца 2026 года составят 19,5%. Эксперты Reports & Data считают, что объем глобального рынка 3D-биопечати к 2026 году достигнет 4,4 млрд долл., а инвестиции в исследования в этой сфере составят более 1,74 млрд долл.

Растущий рынок требует новых ресурсов. Уже сегодня есть спрос на специалистов, которые необходимы для развития направления 3D-биопечати. Помимо ученых, специализирующихся на узких сегментах, очень нужны люди, обладающие глубокими знаниями сразу в нескольких отраслях (биологии, анатомии, физике и математике) и синтетическим мышлением. В первую очередь речь идет о дизайнерах биопечати — специалистах, ответственных за разработку макетов искусственных органов и тканей. В настоящее время в России нет вузов, где можно получить образование по этой специальности, но есть специальные курсы (в том же 3D Bioprinting Solutios). Между тем мировые тенденции свидетельствуют, что уже в течение 10 лет станет возможна трансплантация искусственно созданных органов человеку, а потому инвестиции в развитие данного направления, включая сферу образования, имеют очень большое значение.

Брать или не брать — вот в чем вопрос

Подробно рассказав, как работает 3D принтер, можно разобраться с вопросом о необходимости приобретения подобных систем.

Для владельца машиностроительного производства приобретение 3D печатных устройств станет выгодным вложением средств. Цена промышленных образцов составляет нескольких десятков тысяч долларов, но включение их в производственную цепочку быстро окупит вложенные средства. Ясно, что это не заменит производство полностью.

Однако их внедрение обеспечит быстрое реагирование на запросы рынка. В данном случае — брать однозначно.

Предпринимателю средней руки приобретать устройство можно в случае, если его бизнес — изготовление уникальных элементов интерьера, авиа и корабельное моделирование, производство уменьшенных копий творений зодчества – словом, то, что удовлетворяет интересы людей в получении уникальных вещей. В таком случае 3D принтеры – хорошее приобретение. Если бизнес не связан с этими сферами — покупка будет невыгодной.

В заключение стоит рассмотреть необходимость приобретение 3Д принтера для домашних нужд. Стоимость FDN систему составляет примерно 500 долларов. Но будет ли это выгодной покупкой? Данное устройство является скорее демонстратором возможностей, чем средством для изготовления необходимых в быту предметов. Качество готового продукта часто низкое.

Игрушки, напечатанные на 3Д принтере, по стоимости часто дороже приобретенных в магазине. Поэтому пока приобретение 3Д печатного устройства для домашних нужд не следует рассматривать в качестве приоритета. Но для человека творческого, ищущего во всем новые формы самовыражения, покупка принтера может стать толчком для раскрытия себя с необычной стороны.

Прототипирование проще и быстрее

До 3D-печати создание прототипов могло занять несколько дней или даже месяцев, в зависимости от сложности продукта. Но сейчас многие отрасли используют технологию 3D-печати для создания прототипов за гораздо меньшее время.

Это не только ускоряет процесс создания прототипа, но и облегчает внесение изменений в дизайн и значительно ускорило производственный процесс во многих областях производства.

С помощью 3D-сканера и принтера даже малые предприятия могут создавать свои собственные прототипы и запускать свои продукты.

Минимизация объема поддерживающих структур для 3D печати благодаря продуманному дизайну 3D модели

Интегрируйте поддержки в 3D-модель

Один из способов избежать использования поддержек — добавить в модель элементы, которые могут выполнять ту же работу. Этот трюк использовался скульпторами на протяжении веков. Например, посмотрите на эту скульптуру Антонио Кановы «Венера Витрикс».

Венера Витрикс Антонио Канова

Здесь правая рука — это выступ, но она поддерживается подушками. Левая нога — еще один выступ, но на этот раз сгруппированный тог выступает в роли опоры.

Следующий пример — модель «The Guardian» от дизайнера @fantasygraph. Ноги и ягодицы модели поддерживаются платьем. Копье, прикрепленное к основанию, служит опорой для левой руки.

The Guardian от @fantasygraph показывает, как опоры могут быть интегрированы в модель.

Интеграция структуры поддержки 3D-печати в дизайн — это больше искусство, чем наука. Вам нужно придумать элементы, которые одновременно вписываются в общий дизайн и могут поддерживать выступы или мосты. Если все сделано правильно, это увеличивает красоту модели и освобождает процесс печати от использования поддержек — экономя время, деньги и труд.

Фаски

Еще один способ устранить необходимость в структурах поддержки — это фаски. Фаски — отличный способ превратить отвратительные выступы в безобидные выступы с углами менее 45 градусов.

Ломанную вы можете заменить на прямую, в итоге получится угол до 45 град. который не требует поддержки. Такой дизайн называется фаской.

Слева: постепенно скругленный край, требующий поддержки. Справа: прямой край, который можно печатать без структур поддержки

Точно так же, если у вас есть отверстие в модели, вы можете преобразовать его в граненное отверстие, например в форме капли. В большинстве случаев это не повлияет на общую эстетику модели. Но это поможет вам уменьшить количество поддерживающих структур, необходимых для печати модели.

Отверстие в форме слезы

Минимизация структур поддержек 3D-печати путем переориентации