3д принтер какой робот

Обновлено: 08.05.2024

Аддитивные технологии каждый день находят применение в новых сферах. В том числе за счет применения все большего числа материалов, из которых может создаваться объект. Однако во многих случаях применение 3D технологии ограничивается габаритами области построения оборудования. Чем крупнее размеры объекта, тем больше должен быть и сам принтер, но габаритам оборудования есть предел.

Роботизированные системы 3D печати

Решением может стать применение в системах 3D печати промышленных роботов. В числе их достоинств:

высокая точность позиционирования — десятые и сотые доли миллиметра в зависимости от модели;
высокая скорость перемещения, что в совокупности с высокопроизводительным экструдером позволяет получить впечатляющую скорость печати.
гибкое позиционирование по шести осям
большая зона досягаемости, которая может достигать 30 метров (с применением линейных направляющих);
вариативность инструмента на концевом захвате - возможность использования одного робота и для 3D- печати, и для механической обработки изделия.

Примеры систем 3D печати с использованием промышленных роботов

LMD - одна из технологий, в которой промышленные манипуляторы нашли применение, при печати по данной технологии в зону печати с помощью пневматической системы транспортировки через сопло подается металлический порошок, который расплавляется лазерной головкой, послойно формируя изделия.

Такое решение на роботе является значительно более гибким по сравнению 3d принтером, печатающим по схожим технологиям. Габариты изделия, доступ к поверхностям по 6 осям, возможность применения позиционера, возможность смены инструмента на концевом захвате = функциональная производительная система для производства самых сложных изделий. LMD-системы также могут использоваться для ремонта/восстановления изделий, наращивая необходимые части на заготовке. По указанным причинам такие установки 3D-печати металлом нашли широкое применение в аэрокосмической и военной промышленности.

Детали, изготовленные по технологии LMD, по физико-механическим свойствам превосходят детали, полученным по технологии литья (прочнее на 20% и более). Размеры изготавливаемой детали ограничиваются зоной досягаемости робота и линейных направляющих.

Ещё одно достоинство технологии — возможность изготавливать разные части детали из разных материалов, что позволяет спроектировать и получить детали с уникальными физико-механическими свойствами. Например, можно изготовить основную часть детали из более дешевого материала, а изнашивающиеся поверхности изготовить из более износостойкого сплава. При этом для получения участков с заданными свойствами почти не требуется дополнительного времени.

FGF - высокопроизводительная пеллетная (гранульная) печать термопластами

с помощью шнекового экструдера (нагрев до 400 C, производительность до 3 кг/ч). Технология трехзонного нагрева гранул внутри экструдера обеспечивает равномерную подачу материала и высокое качество получаемого изделия. Такой экструдер используется и в традиционных 3D принтерах, но именно в комбинации с роботизированным манипулятором он открывает бесконечные возможности для гибридного производства.

Технология отлично подходит для печати пресс-форм, пуансонов, матриц для выкладки композитов.

Кроме стандартных гранул для печати (ABS, PLA, PP, PE и др.), принтер позволяет печатать вторичным сырьем: переработанными пластиковыми гранулами PET, PP, ABS, ПНД, ПВД и др.

Гранулы намного дешевле пластика для 3D-печати в виде филамента, а полученные изделия отлично подвергаются постобработке — токарных работам, фрезеровке и др., что позволяет внедрить аддитивные технологии в производственную цепочку предприятия.

Для работы с тугоплавкими материалами, роботизированную ячейку возможно укомплектовать нагреваемой камерой и подогреваемым/вакуумным столом, которые изготавливаются по ТЗ заказчика.

Работа с роботизированными системами 3D печати

В основном работа с готовыми роботизированными системами максимально упрощена для оператора, большую часть сложных процессов программирования траекторий для построения изделий, подбора скорости подачи, температуры плавления и т.д. берет на себя разработчик печатной системы, но и на стороне оператора присутствуют моменты, отличающиеся от работы с обычными 3D принтерами. Поэтому в объем поставки оборудования обязательно входит программа обучения операторов Заказчика, в процессе которого операторы получают все необходимые для работы с оборудованием знания, а также закрепляют их на практике.

деталь разрабатывается с помощью любой автоматизированной системы проектирования — на выходе необходимо получить цифровую модель изделия;
цифровая модель загружается в ПО, поставляемое разработчиками печатной системы, которое по модели генерирует G-код и генерирует управляющую программу для робота и экструдера.

Перспективы роботизированной 3D печати

Сфера использования промышленных роботов непрерывно расширяется. 3D-печать позволяет создавать детали сложной геометрии из различных материалов от ABS-пластика до алюминия до титана.

Роботизированная 3D печать отлично подходит для создания крупногабаритных деталей, выпускаемых в единичном экземпляре. Компоненты для морских и речных судов, летательных аппаратов, каркасов — с помощью роботов их можно изготовить быстрее и дешевле (по сравнению с изготовлением по традиционным технологиям).

Перспективы применения роботов в 3D печати весьма широки. Роботизированная печать с успехом применяется для:

Мы снова хотим обратиться к 3D печати, так как эта отрасль очень быстро развивается и предлагает нам массу новых интересных возможностей.

Несмотря на все это у многих возникают вопросы: "Для чего все это нужно?", "Что можно напечатать на 3D принтере?", "Где скачать готовые модели для 3D печати?" И мы надеемся, что после прочтения этой статьи, большинство вопросов у вас отпадут. Итак приступим.

В данном обзоре мы подробно остановимся на 3D-печатных комплектах для построения и программирования простейших роботов от BQ, Poppy и ROFI.

Занимательные 3D-роботы от BQ

Испанская компания BQ предоставляет отличные комплекты для начинающих робототехников. Рассмотрим Evolution, RHINO и Zowi. Все комплекты поставляются с открытым исходным кодом, и доступны по цене около 100 евро.

Робот Evolution

Это простой образовательный комплект, с помощью которого можно собрать небольшого робота на колесах и добавить ему любую оболочку из напечатанных на 3D-принтере частей.

Комплект Evolution помогает юным исследователям развивать творчество, работу в команде, критическое мышление, а также навыки моторики и 3D дизайна.

Управление роботом осуществляется через приложение Robopad для смартфонов и планшетов. Сам комплект в собранном виде имеет размеры 269 x 195 x 73 мм и вес – 703 г. Центральная часть выполнена посредствам 3D печати. Компоненты электроники включают аккумуляторную батарею, сервоприводы непрерывного вращения, датчик света ZUMbloq, кабель USB, печатную плату ZUM BT-328, зуммер ZUMbloq, инфракрасный и ультразвуковой сенсоры.

Собрав все вместе и запрограммировав полученного робота, вы сможете управлять им, когда он двигается, обходит препятствия, делает повороты и другие маневры.

Робот RHINO

Это комплект образовательного робота-носорога, который легок в сборке и программировании, как и Evolution. Он способен выполнять роль мини-бульдозера, подталкивая объекты, а также принимать участие в робо-боях сумо.

Для сборки робота достаточно соединить все компоненты вместе: сервоприводы, колеса, светодиоды, электронику, плату Freaduino UNO, зуммер и другие компоненты, идущие в коробке.

RHINO можно управлять с помощью Bluetooth через приложение для Android, или же он может работать автономно.

Робот Zowi

Миниатюрный двуногий робот, предназначен обучать детей программированию и робототехнике. Им можно управлять со смартфона по Bluetooth, задавать команды, подключать к компьютеру через USB. Робот может ходить и даже танцевать.

Устройство состоит из 3D-печатных частей для тела и ног, платы управления BQ ZUM BT328 (подойдет и Arduino), сервоприводов Futaba 3003 для регулирования ступней и ног, микрофона, динамика иLED-подсветки для выражения эмоций.

На данном видео показано, как Zowi танцует под Майкла Джексона, повторяя практически всего его коронные движения:

Образовательные 3D комплекты Poppy

Французский комплект Poppy является платформой с открытым исходным кодом для создания, использования и взаимодействия 3D печатных роботов. Комплект подходит для новичков и экспертов робототехники, ученых, педагогов, разработчиков и дизайнеров. Рассмотрим подробнее основные творения от Poppy – Humanoid и Torso.

Первый представляет собой двуногого робота из 3D печатных частей.

Устройство имеет рост 85 см и весит 3,5 кг. Аппарат также имеет 25 степеней свободы с мульти-сочлененным туловищем (с 5 степенями свободы). Робот работает на основе серводвигателей Robotis, что позволяет ему отвечать на реакции внешних сил. Так, устройство способно двигать головой, руками и ходить на двух ногах.

В голове робота находится плата ODROID U3, которая позволяет запускать программы и общаться через WiFi и Ethernet. В качестве альтернативы, можно заменить эту плату на RaspberryPi 2.

Среди других компонентов можно выделить широкоугольную камеру USB (120 ° FOV), расположенную в головедля искусственного зрения, а также все датчики, встроенные в двигатели Robotis.

Конечно, такой сложный комплект имеет достаточно высокую стоимость, хотя основные затраты это сервоприводы, которые можно заказать у нас.

На данном видео представлены основные особенности конструкции и возможности Humanoid:

Робот Torso

Это вариация Humanoid, только без ног. Робот является более доступным, чем Humanoid, что делает его особенно подходящим для инженеров-робототехников, а также студентов, обучающихся по программе STEM. Устройство имеет рост 38 см, вес 1,8 кг и 13 сервоприводов для движения рук и головы.

Робот также создан из 3D напечатанных частей и работает от серводвигателей Dynamixel, которые славятся своей надежностью. Вместо ног Torso имеет основу на присоске, которая гарантирует ему высокую устойчивость и стабильность.

Программируется робот с помощью IPython и Jupyter, хотя может также быть запрограммирован с помощью веб-инструментов визуального программирования, таких как Snap! Система позволит новичкам познать программу, или группе ученых выполнить сценарий интерактивного поведения.

Двуногий робот ROFI

ROFI является проектом двуногого 3D-печатного робота от Project Biped. Устройство было разработано с целью привлечь больше людей к изучению робототехники. Поэтому комплект достаточно дешевый ($350) и поставляется с открытым исходным кодом. Робот умеет ходить, используя для этого акселерометр обратной связи, 12 степеней свободы и ультразвуковой датчик, позволяющий ему обходить препятствия. Небольшой планшет с Android в голове обеспечивает ROFI мозги, а печатная плата Arduino Mega – аппаратный интерфейс. Устройство можно программировать на выполнение самых простых действий, как ходьба, движение рук, танцы.

Робот имеет следующие размеры – 17,75 см x 11,45 см x 30,5 cм, и вес – 227 грамм.

Это были очередные комплекты для обучения и развития робототехнических проектов. Конечно, они отличаются по уровню сложности, но то, что их объединяет – это открытый источник программирования и 3D печать.

Существует много разных конфигураций роботов-манипуляторов, но большинство из них работают на одних и тех же общих принципах движения. В отличие от механизмов, работающих в декартовой системе координат, таких как, например, 3D принтеры, манипуляторы в большинстве своем используют полярную систему координат для перемещений и имеют рабочую область в форме дуги. Роботы-манипуляторы уникальны тем, что они не ограничены размером занимаемой площади и занимают очень мало места по сравнению с другими машинами с аналогичными функциями.

В робототехнике есть такое определение как степени свободы (DOF). Этот термин используется для обозначения количества вращающихся шарниров или осей на конкретном рычаге, например, рычаг 4DOF может вращаться с помощью четырех отдельных суставов.

Роботы-манипуляторы используются по-разному, но большинство из них способны подбирать и перемещать, в то время как некоторые из них предназначены для работы в паре с ЧПУ станками, лазерной гравировки и даже 3D печати.

Поскольку существуют сотни отличных конструкций и проектов, которые нужно проанализировать при выборе хорошего манипулятора для покупки или 3D печати, мы сузили его до 10 лучших и самых популярных манипуляторов, проекты которых вы можете найти и воспроизвести, используя в том числе возможности своего 3D принтера.

UFactory uArm

UArm, вероятно, является одним из самых универсальных из всех роботов-манипуляторов в этом списке. На текущий момент эта конструкция уже имеет третью релизную версию - uArm Swift и более функциональную Swift Pro.

Этот робот-манипулятор имеет открытый исходный код и полностью совместим с наборами Arduino, Raspberry Pi и Seeed Studio Grove. Он уникален тем, что Swift Pro может выполнять лазерную гравировку и 3D печать - при условии, что он оснащен подходящими головками - и может "учиться" движениям без необходимости в компьютере.

Это манипулятор 4DOF с точностью до 0,2 миллиметра.

Вы можете найти более подробную информацию и узнать, где его купить, на странице продукта UFactory.

Эта манипулятор, разработанный производителем Hackaday AngelLM, который имеет полностью открытый исходный код и может использоваться для 3D печати. Это манипулятор 6DOF с максимальной полезной нагрузкой 750 грамм и уникальной конструкцией, обеспечивающей большую гибкость.

Вы можете найти все файлы для печати 3D печати этого робота на странице проекта Thor.

EEZYbotARM MK2

EEZYbotARM MK2 - это эталонный образец манипулятора 4DOF, полностью напечатанный на 3D принтере с отличными инструкциями по сборке. Этот робот-манипулятор выигрывал несколько конкурсов и, вероятно, является одним из самых простых в изготовлении манипуляторов. Также ведется разработка версии MK3.

Roboteurs RBX1

Это еще один замечательный робот-манипулятор, полностью напечатанный на 3D принтере, который обладает удивительной гибкостью и эстетикой. Помимо приобретения компонентов самостоятельно, Roboteurs предлагает полный комплект деталей с проприетарным драйвером шагового двигателя для запуска RBX1. Все, что вам нужно - это Raspberry Pi и 3D принтер. Этот манипулятор представляет собой конструкцию типа 6DOF и отличается прекрасным внешним видом.

Вы можете найти всю спецификацию и комплект деталей на странице продукта Roboteurs.

LittleArm

LittleArm - модель, разработанная Slant Concepts на Hackaday.io, является самым простым роботом-манипулятором в этом списке. Имея только 3DOF, этот манипулятор может стать отличным введением в программирование Arduino для студентов и открывает захватывающие двери новых технологий для новичков в мире 3D печати и робототехники.

Этот полностью напечатанный на 3D принтере манипулятор очень прост в сборке. Создатели даже разработали приложение с простым интерфейсом для компьютеров, которое можно использовать вместе с этим роботом.

Вы можете найти полную документацию на странице проекта LittleArm.

3D Printable Robot Arm

Созданный Андреасом Хеллдорфер на Hackaday.io. Это большой манипулятор, полностью напечатанный на 3D принтере, с множеством вариантов применений. Создатель разрабатывал его в течение 4 итераций, прежде чем сделать действительно достойный промышленный образец, который доступен для всех. Благодаря конструкции 6DOF и максимальной полезной нагрузке до 2 кг этот манипулятор действительно может применятся во многих сферах.

Чтобы найти файлы для 3D печати этого манипулятора и полную спецификацию, посетите страницу проекта.

MeArm

MeArm - один из самых популярных манипуляторов и не зря. Он состоит из простых деталей, которые можно вырезать лазером или напечатать на 3D принтере и имеет простую, но надежную конструкцию 4DOF.

Эта конструкция настолько популярна, что его копируют два других из этого списка. Это манипулятор, оснащенный четырьмя сервоприводами и либо Arduino, либо Raspberry Pi. Он доступен в нескольких разных цветах в виде комплекта, или вы можете сделать все детали самостоятельно.

Чтобы найти готовые комплекты для сборки, загляните на страницу продукта MeArm.

Чтобы найти файлы для 3D печати, взгляните на MeArm на Thingiverse.

Zortrax Robotic Arm

Робот-манипулятор Zortrax с конструкцией 5DOF не является самым прочным для своего размера, с максимальной полезной нагрузкой всего 100 грамм, но он имеет очень впечатляющий дизайн. И это полностью напечатанный на 3D принтере манипулятор, что делает его достойным упоминания в текущем списке. Его уникальность состоит в том, что только три оси приводятся в действие, а остальные устанавливаются вручную.

Этот манипулятор в первую очередь нашел свое применения для подачи набора сменных головок инструментов.

Чтобы найти полный список файлов деталей, в том числе и для 3D печати, посетите страницу проекта.

BCN3D Moveo

BCN3D Moveo - это впечатляющий робот-манипулятор 4DOF, управляемый Arduino. Он полностью напечатан на 3D принтере, имеет открытый исходный код и был хорошо протестирован в качестве макета для образовательных целей и уже активно используется в образовательных учреждениях.

Обладая открытым исходным кодом, этот манипулятор не ограничивается предполагаемым использованием и, как таковой, может быть модифицирован для выполнения всех видов задач и может стать как преданным домашним подмастерьем так и использоваться в промышленных масштабах.

Для получения дополнительной информации посетите веб-страницу BCN3D Moveo.

OWI Robotic Arm Edge

Еще одна конструкция 4DOF, OWI Robotic Arm Edge - это простой манипулятор, предназначенный для образовательных целей. Он доступен только в виде комплекта.

При питании от двигателей постоянного тока без энкодеров точность ограничена, что делает этот манипулятор более подходящим для использования в качестве игрушки. Мы включили его в этот список, потому что это фантастический комплект для студентов, интересующихся робототехникой и технологиями, и он может стать отличной "настольной игрушкой" во время скучных обеденных перерывов. Его также можно значительно модифицировать, чтобы он служил базовой платформой для проектов Arduino и других DIY разработок.

Вы можете приобрести его на сайте OWI, ну или Amazon, Aliexpress тоже к вашим услугам.

В 2011 году принтер, который заправили биогелем, напечатал человеческую почку прямо во время конференции TED. Два года назад Adidas анонсировала новую модель кроссовок, которые печатают на 3D-принтере за 20 минут. А недавно компания Илона Маска SpaceX успешно провела испытания двигателей космического корабля, которые тоже напечатали на 3D-принтере.

В современном мире 3D-печать — это не удивительная технология будущего, а хорошо изученная реальность. Ее применяют в архитектуре, строительстве, медицине, дизайне, производстве одежды и обуви и других сферах. По запросу «3D-принтер» поисковики выдают сотни чертежей и прототипов разной сложности — от мыльницы и настольной лампы до автомобильного двигателя и даже жилого дома.

Любой может купить принтер и напечатать чехол для смартфона, но дальше 3д печати по чертежу идут не все. В этой статье расскажем, когда появилась 3D-печать, как можно применять технологию и какие у нее перспективы.

Как появился трехмерный принтер

Не будем слишком утомлять вас датами и кратко перескажем историю 3D-печати.

Предвестник трехмерной печати. В начале 80-х доктор Хидео Кодама разработал систему быстрого прототипирования с помощью фотополимера — жидкого вещества на основе акрила. Технология печати была похожа на современную: принтер печатал объект по модели, послойно.

Первый 3D-принтинг. Изготовление физических предметов с помощью цифровых данных продемонстрировал Чарльз Халл. В 1984 году, когда компьютеры еще не сильно отличались от калькуляторов, а до выхода Windows-95 было десять лет, он изобрел стереолитографию - предшественницу 3D-печати. Работала технология так: под воздействием ультрафиолетового лазера материал застывал и превращался в пластиковое изделие. Форму печатали по цифровым объектам, и это стало бумом среди разработчиков — теперь можно было создавать прототипы с меньшими издержками.

Первый 3D-принтер. Источник: habr

Первый производитель 3D-принтеров. Через два года Чарльз Халл запатентовал технологию и открыл компанию по производству принтеров 3D Systems. Она выпустила первый аппарат для промышленной 3D-печати и до сих пор лидирует на рынке. Правда, тогда принтер называли иначе — аппаратом для стереолитографии.

Популярность 3D-печати и новые технологии. В конце 80-х 3D Systems запустила серийное производство стереолитографических принтеров. Но к тому времени появились и другие технологии печати: лазерное спекание и моделирование методом наплавления. В первом случае лазером обрабатывался порошок, а не жидкость. А по методу наплавления работает большинство современных 3D-принтеров. Термин «3D-печать» вошел в обиход, появились первые домашние принтеры.

Революция в 3D-печати. В начале нулевых рынок раскололся на два направления: дорогие сложные системы и те, что доступны каждому для печати дома. Технологию начали применять в специфических областях: впервые на 3D-принтере напечатали мочевой пузырь, который успешно имплантировали.

Печать тестового образца почки. Источник: BBC

В 2005 году появился первый цветной 3D-принтер с высоким качеством печати, который создавал комплекты деталей для себя и «коллег».

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина.

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей;
рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
рама — соединяет все элементы принтера.

Схема 3D-принтера. Источник: Lostprinters

Все это управляется компьютером.

Как создают изделия

За создание трехмерного изделия отвечает аддитивный процесс 3д-печати — это когда при изготовлении предмета слои материала накладываются друг на друга, снизу вверх, пока не получится копия формы в чертеже. Так печатают изделия из пластика. А фотополимерная печать работает по технологии стереолитографии (SLA): под воздействием лазерного излучателя фотополимеры затвердевают. Кроме пластика и фотополимерных смол, современные 3D-принтеры работают с металлоглиной и металлическим порошком.

Печать состоит из непрерывных циклов, которые повторяются один за другим — на один слой материала наносится следующий, и печатающая головка двигается, пока на рабочей поверхности не окажется готовый предмет. Отходы печати принтер сам удаляет с рабочего стола.

Как работает 3D-чертеж

Принтер печатает изделие по 3D-чертежу: его создают на компьютере в специальной программе, затем сохраняют в формате STL. Этот файл выводят в программу резки для принтера — она помогает задать модели физические свойства изделия, например плотность. Далее программа преобразует модель в инструкцию для экструдера и выгружает ее на принтер, который начинает печатать изделие.

3D-чертеж легко сделать в домашних условиях — почитайте инструкцию на habr.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать.
Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
Наблюдать за печатью.

Можно ли применять напечатанные изделия

Зависит от качества материала, принтера и конечного изделия. Часто домашние принтеры неточно передают форму и цвет предмета. Изделия из пластика нужно дополнительно обработать: иногда они печатаются с заусенцами и дефектами и почти всегда с ребристой поверхностью.

Изделие после и до обработки. Источник: 3D-Today

Для обработки поверхности есть несколько способов — не все подходят для домашнего применения:

механическая обработка — шлифовка вручную, срезание заусенцев;
химическая — погружение в ацетон, пескоструйная обработка, нанесение спецраствора кисточкой.

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel.

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Прототипы детских протезов, 3D-печать. Источник: 3D-Pulse

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

Одно из победивших блюд шеф-повара. Источник: 3D-Pulse

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Технологии 3D-печати

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины.

Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.

Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения.

Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении.

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.

Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

На атлете — кроссовки New Balance, которые изготовили с помощью лазерного спекания. Источник: 3D-Today

Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.

Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие.

Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли.

Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems.

Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.

Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома.

Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани.

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере.

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет.

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит.

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования».

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.

Читайте также: