3D ПРИНТЕРЫ МЕНЯЮТ БУДУЩЕЕ ПРОИЗВОДСТВА

За последние 500 лет копирование стало реактивным двигателем прогресса. Ремесленников-одиночек быстро вытесняли фабрики мануфактуры, переписчиков — типографии, а конвейер, на котором работники монотонно повторяли одни и те же движения, вначале победил все другие способы производства, а позже совсем отказался от людей в пользу робототехники потому, что роботы точнее копируют. С помощью новых способов копирования, то, что ранее было роскошью, становится доступным всем.

Следующим шагом копирования является создание трехмерных копий реальных объектов, а также и виртуальных объектов, существующих в мире 3Dкомпьютерной реальности. Для этого используется 3D-принтер, который уже сегодня становится доступным и обычный человек может купить себе домой бытовой 3D-принтер.

3D-принтер — устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твердого объекта. Речь идёт о послойном формировании трёхмерных объектов; печатающий материал — полимеры, накладываются не в один слой на какую-то плоскость, а постепенно — друг на друга.

Первая технология такого рода была разработана в середине 1980-х годов, и сразу же получила четкое название — «стереолитография». Авторство идеи и названия, а заодно и сама компания, занимающаяся разработкой и продажами стереолитографических машин, принадлежат инженеру Чарльзу Халлу. Принцип действия относительно прост. Исходная 3D-модель объекта делится специальным программным обеспечением на множество поперечных слоёв, и затем аппарат «выпекает», с помощью ультрафиолетового лазера, каждый такой слой на подвижной платформе, погружаемой в ванну с фотополимеризующейся композицией (после формирования каждого слоя платформа погружается на высоту одного слоя, лазер принимается за запекание следующего слоя).

Как правило, 3D-принтеры применяются для быстрого изготовления прототипов и используются в самых разных областях. Работа с реальными физическими моделями дает множество преимуществ тем, кто применяет технологию 3D-печати. В первую очередь, это возможность оценить эргономику будущего изделия, его функциональность и собираемость, а также исключить возможность скрытых ошибок перед запуском изделия в серию. Таким образом, можно сэкономить значительное количество финансовых средств и времени благодаря сокращению цикла производства. Кроме того, на готовой модели можно проводить различные тесты еще до того, как будет готов окончательный вариант изделия. Более того, прототипы позволяют проводить такие тесты, которые не рекомендуются к проведению на готовом образце [2].

Например, Porsche использовала прозрачную пластиковую модель трансмиссии 911 GTI для изучения тока масла в процессе ее разработки. При этом такую модель можно сделать очень быстро — а в наше время высоких скоростей — это очень важно [8].

Однако, прототипы — это еще не все. Следующая ступень — быстрое производство. Уже сейчас некоторые технологии 3D-печати позволяют изготовлять готовые предметы из различных материалов. Это идеальное решение для мелкосерийного производства, поскольку унифицированный техпроцесс дает возможность сделать деталь любой конфигурации за относительно малое время.

Сегодня при помощи 3D-принтера можно изготовить макет отдельного здания или различные его важные элементы, или сразу макет целого микрорайона или коттеджного поселка с дорогами и деревьями. Используя такие принтеры, можно создавать цветные объемные карты, точно повторяющие ландшафт местности или оказывающие уровень залегания различных пород. Энрико Дини, создатель компании 3D-печати, говорит, что технология печати шагнула так далеко, что уже можно говорить о строительстве зданий с помощью 3D-принтера [4]. Вместо краски или полимера такой принтер использует камни и песок, которые помещаются в контейнер и скрепляются с помощью связующего вещества, превращая песок в подобие мрамора. Такая конструкция дает хорошее сцепление с бетоном, что не требует использования арматуры для укрепления конструкции. Это позволяет создавать строительные конструкции любой конфигурации, привязывая их к ландшафту.

Дальше пошел канадский инженер по имени Джим Кор, который распечатал на 3D-принтере гибридный автомобиль Urbee 2 [5]. По его словам, модель выполнена из трубчатого металлического каркаса, который был обшит 50 пластиковыми элементами. Масса машины составила 544 кг. Компания Kor Ecologic в ближайшее время планирует запустить модель в серию. Модель оценена в $ 50 тыс.

Среди пока экзотических вариантов использования 3D-печати следует отметить производство обуви. Данная услуга рассчитана на профессиональных спортсменов. Нога будущего владельца сканируется лазером для создания цифровой модели. На основании этой информации и «выращивается» обувь путём послойного лазерного спекания. Например, крупнейшие производители спортивной одежды и обуви Nike и Adidas применяют технологию 3D-печати для создания образцов новых подошв для беговых кроссовок и футбольных бутс [7].

В январе 2014 года в Лас-Вегасе (США) на выставке International CES 2014, компанией 3D Systems была представлена серия 3D принтеров Chef Jet, включающая две модели: просто Chef Jet (размером с микроволновку и стоимостью 5 000 $) и профессиональную версию Chef Jet Pro (размером с большую стиральную машину и стоимостью 10 000 $). Эти принтеры создают 3D сахарные изделия для украшения тортов. Потенциальными клиентами такого принтера станут рестораны и кондитерские, пекарни и шоколадницы [3].

В художественной и театральной области возникает потребность в изготовлении точных копий различных предметов, например, в качестве декораций к фильмам или спектаклям, муляжей редких экспонатов.

Помимо этого, 3D-печать широко применяется в медицине для создания макетов внутренних органов человека, протезов и имплантатов. Джейк Эвил, выпускник факультета дизайна Вашингтонского университета в дипломном проекте «Cortex» пишет: «Предлагаем гипс заменить удобным, дышащим фиксатором. Фиксатор «Cortex» справляется со своими обязанностями не хуже своих предшественников и имеет массу преимуществ: такой корсет стерилен, хорошо вентилируется, в нем можно принимать душ, а помимо всего он еще и стильный!». Система изготовления такого корсета очень проста, пациент должен сделать рентген, что бы были учтены все необходимые параметры, затем происходит сканирование руки, а потом полученные данные отправляют на печать. Джейк Эвил надеется в один прекрасный день его изобретение выйдет на мировой рынок и люди во всем мире смогут получить удовольствие от использования 3D технологий [1].

Отличным показателем прогресса являются случаи, когда инновации улучшают или оберегают окружающую среду. Одним из таких случаев является проект Perpetual Plastic, находящийся в Нидерландах, который использует пластиковый мусор для создания материалов для 3D-принтеров [6]. У компании две основные цели: переработка пластика и создание понимания среди потребителей о новых способах утилизации. В будущем, Perpetual Plastic надеется разработать всемирную сеть утилизации через 3D-печать. Проект имеет потенциал, чтобы сделать реальные изменения в технологических, социальных и экологических сферах.

Сегодня совершенно реально приобрести 3D принтер для дома. Хотелось бы рассказать о недорогом домашнем 3D принтере Cupcake от компании Maker Bot industries.

Основное отличие 3D принтера Cupcake от своих собратьев состоит в цене и открытости проекта. Рабочее поле 3D принтера в штатной конфигурации позволяет изготавливать объекты размерами до 10.3х10.3х15.3 см. Это достаточно много для домашних нужд. Но если вам понадобиться большее поле для изготовления 3D объектов, то вы всегда можете переделать Cupcake под свои нужды. В качестве рабочего материала Cupcake использует АБС пластмассу, специальная печатная головка расплавляет его и расплавленный пластик накладывается слой за слоем, таким образом происходит формирование будущего 3D объекта. В печати можно использовать пластик различных цветов для получения разноцветных объектов [9].

Одной из особенности 3D печати, является возможность изготавливать предмет в предмете, например можно сделать свисток с бренчалкой внутри за один раз, не прерывая печати. Можно создавать и более сложные механизмы с движущимися деталями за «один проход».

Таким образом, 3D-печать является одной из наиболее перспективных технологий, которая позволит сэкономить огромное количество времени и сил инженерам и дизайнерам. Когда из экзотики 3D-принтеры превратятся в массовый продукт и цена на них сравняется со стоимостью обычных принтеров, появится другая реальность. И если сейчас говорят «3D», а думают о виртуальной реальности, то при широком распространении 3D-принтеров это самое «три-дэ» вполне можно будет пощупать руками.

Список литературы:
1.    3D INDUSTRY. Все о 3d печати — [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://www.3dindustry.ru/article/676/ (Дата обращения 30.03.14).
2.    3D-печать «ИНВЕНТ» — [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://www.invent3d.ru/ (дата обращения 30.03.14).
3.    3D-принтеры и технология трехмерной печати — [Электронный ресурс] — режим доступа — URL :http://vektorus.ru/auxpage_3d-printery-i-tehnologija-trehmernoj-pechati/ (дата обращения 30.03.14).
4.    Новости высоких технологий. Первое здание, напечатанное на 3d-принтере, появится в 2014 году — [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://hi-news.ru/technology/pervoe-zdanie-napechatannoe-na-3d-printere-poyavitsya-v-2014-godu.html (дата обращения 30.03.14).
5.    Новостной портал 3D NEWS. Urbee 2 — гибридный автомобиль, распечатанный на 3D-принтере — [Электронный ресурс] — режим доступа — URL: http://www.3dnews.ru/778078 (дата обращения 30.03.14).
6.    Новостной портал. 3D принтеры и 3D печать — [Электронный ресурс] — режим доступа — URL: http://3dpmake.com/post/65-plastic-garbage (дата обращения 30.03.14).
7.    Самая лёгкая спортивная обувь для бега, напечатанная на 3D принтере — [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://enovator.ru/innovacii/samaya-lyogkaya-sportivnaya-obuv-dlya-bega-napechatannaya-na-3d-printere/(дата обращения 30.03.14).
8.    Электронное издание «Компьютер информ» номер от 27.02.14 — [Электронный ресурс] — режим доступа — URL: http://www.ci.ru/inform12_04/p_08.htm (дата обращения 30.03.14).
9.    Электронный журнал «Хакер» — [Электронный ресурс] — режим доступа — URL: http://www.xakep.ru/post/61854/ (дата обращения 31.03.14).