Студент ДВФУ: Что такое 3D-принтеры и как они работают?

Автор: Владислав Жигульский,
студент 2 курса направления 
«Информатика и вычислительная техника» 
Школы естественных наук ДВФУ

В настоящее время 3D-печать быстрыми темпами развивается во всем мире. Без такого оборудования не обходится ни один современный научный центр, ведь использование 3D-технологий помогает выполнять задачи в науке, искусстве, образовании, ювелирной промышленности и многих других отраслях.

В Дальневосточном федеральном университете (ДВФУ) в 2016 году была создана студенческая лаборатория 3D-прототипирования в рамках реализации Программы повышения конкурентоспособности (Проект 5-100). Новое оборудование открывает широкие возможности для научно-технического творчества предстателей разных профессий: будущих инженеров, дизайнеров, биологов, искусствоведов и других.

Но что же такое 3D-принтеры и чем интересна такая печать?

Спецификация 3D-принтера

3D-принтер — это устройство, которое послойно создает твердый объемный предмет на основе его 3D-модели. Таких устройств на данный момент изобретено огромное множество, начиная от печати слоями пластика, заканчивая таким 3D-принтером, который может печатать «живыми чернилами» — например, клетками.

Стоимость принтеров зависит от многих факторов: способа и материала для печати, размера и т.д. Для домашнего использования есть оборудование стоимостью <100 тыс. рублей, а принтер, печатающий металлом для промышленности, может обойтись в более чем 1 млн. рублей.

Материалы, как и способы печати, очень разнообразны. Выделяются два основных типа 3D-печати:  

• ·  выдавливание или распыление

  ·  спекание или склеивание

Наиболее популярным в наше время является 3D-печать методом FDM из первой группы.

Технология FDM (fused deposition modeling) предполагает создание объемных объектов за счет последовательного нанесения слоев какого-либо материала, повторяющих контур цифровой 3D-модели. Для изготовления нового слоя термопластичный материал нагревается в печатающей головке до полужидкого состояния и выдавливается в виде нити через сопло с отверстием малого диаметра, оседая на поверхности рабочего стола для первого слоя, или на предыдущем слое, соединяясь с ним. Головка перемещается в горизонтальной плоскости и постепенно наносит нужный слой — контуры и заполнение между ними, после чего происходит вертикальное перемещение на толщину слоя и процесс повторяется до тех пор, пока модель не будет закончена.

·   заметная слоистость созданного объекта без обработки;

·   проблема с фиксацией первого слоя на рабочей поверхности;

·   для элементов объекта, находящихся на весу, требуется создавать поддерживающие структуры, которые приходится удалять при обработке модели.

Эта технология стала настолько популярной, что было создано огромное количество моделей различных размеров: от компактных домашних, до огромных принтеров, печатающих целые здания.

Чем печатать?

Сейчас наука и технологии развиваются такими темпами, что сложно себе представить, каким будет мир через 10 лет. Первая 3D-печать начиналась с печати пластиком, а теперь есть возможность печатать и металлами, и продуктами, и «живыми» клетками.

Технология FDM-печати использует различные виды пластика диаметром 1.75мм или 3мм, который чаще всего поставляется в виде катушек разных цветов. Многие принтеры позволяют печатать сразу несколькими цветами одновременно.

Существуют два основных наиболее популярных вида пластика для печати: PLA и ABS. PLA-пластик изготавливается из сахарного тростника или кукурузы, что делает его нетоксичным, экологичным, но недолговечным. ABS-пластик, напротив, очень износостоек, но восприимчив к прямому солнечному свету и при нагревании может выделять малое количество токсичных испарений. Помимо рассмотренных пластиков также возможна печать полиэтиленом, поликарбонатом, нейлоном и другими термопластиками, которые широко распространены в современной промышленности.

Что в итоге?

Главное назначение 3D-принтеров — вовсе не развлечение, а работа и учеба. Архитекторам или дизайнерам принтер позволяет создавать наглядные модели и макеты, в точности соответствующие заданным параметрам. Художники могут оценить удобство изготовления уникальных объектов для инсталляций, модельеры — отдельных частей одежды и аксессуаров. Но чтобы пользоваться принтером, не нужно быть профессионалом. Главное — творческий подход, ведь 3D-принтер открывает действительно безграничные возможности.

В России 3D-принтеры еще только начинают завоевывать рынок. По информации компании 3Dtool — одного из ведущих поставщиков техники на рынке 3D-печати, объем продаж российского оборудования только за первый квартал 2016 года вырос на 45% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. Если говорить про мировой рынок, то продажи 3D-принтеров в 2016 году выросли на 50%.