Возможности 3D печати (часть 1)

Начало. Продолжение: Возможности 3D печати (часть 2), Возможности 3D печати (часть 3).

3D печать — это технология, которая сейчас на слуху практически во всем мире. С уверенностью можно сказать, что эра трехмерного моделирования объектов уже наступила, но каково положение дел на сегодняшний день и чего стоит ожидать в будущем?

Многие специалисты уверены — за этой технологией будущее. Интересное, фантастическое и весьма перспективное. И вне зависимости от того, готовы ли мы к этому факту или нет, но 3D печать изменит нашу жизнь в самое ближайшее время.

Как 3D печать изменит мир?

Социальные сети покончили с секретами личной жизни. Возможно, 3D принтеры означают окончание эпохи интеллектуальной собственности. Уже очень скоро такой принтер станет совершенно обыденным продуктом, который мы будем использовать для воплощения любых идей, какие только появятся в голове.

Мы используем печать на бумаге, чтобы материализовать информацию. Из цифрового пространства, в котором биты и байты путешествуют со скоростью света, в наш вполне реальный материальный мир, состоящий из атомов и молекул. Аналогичный, но куда более захватывающий процесс, происходит и во время трехмерного моделирования. Один из профессоров Массачусетского технологического института — Николя Негропонте, говорит, что «информация становится все более и более персонализированной». Теперь, в свете происходящей революции 3D печати, любые материальные объекты будут более индивидуальными, личным.

Новые идеи будут распространяются быстрее, чем когда-либо прежде. Разработка талантливого инженера в одной стране, может быть реализована через несколько часов в другой части света.

Продукция не будет разрабатываться по единому и нерушимому шаблону. Она сможет создаваться в точном соответствии с индивидуальными предпочтениями пользователей так же, как смартфоны могут подстраиваться под пользователя с помощью приложений. Вы можете выбрать свой собственный цвет и другие параметры того или иного объекта и... просто распечатать его у себя дома или в на ближайшем общедоступном 3D принтере.

Цикл 3D печати едва ли не бесконечен. Вы можете распечатать новые детали для ранее изготовленных объектов и повторно использовать остатки расходного материала, который останется у вас после этого.

Будущее промышленности

Кто бы мог подумать, что современное производство продукции может быть организовано без крупных заводов и конвейерных линий? С началом промышленной революции производство было синонимом фабрик, станков, тяжелого физического труда. Как ни удивительно, но теперь серийный выпуск продукции может обходиться без множества рабочих инструментов, сборочных цехов, разветвленной системы поставщиков.

Особенно это заметно на малых предприятиях или даже внутри корпоративных отделов компаний. Сегодня вы можете создать запасные части, различные приспособления и инструмент прямо на своем рабочем месте в офисе или у себя дома.

С помощью компьютера очень просто создать или внести изменения в любой макет, скачать цифровую 3D модель нужного объекта. Нажмите кнопку «печать» и вы сможете воочию наблюдать за построением физического объекта.

Конечно, было бы неправильным ожидать полного исчезновения заводов, но совершенно очевидно, что внешний облик промышленности будет стремительно меняться. Сегодня потребители требуют индивидуальных продуктов и услуг, быстрого выполнения своих заказов, оперативной доставки. 3D принтеры способны в полной мере удовлетворить эти требования. Более того, еще одним раздражающим фактором для традиционного производства является то, что одно и то же устройство способно создавать различные по своему назначению объекты.

Первые эксперименты в этой области проводились еще в 1960-е годы, но вплоть до середины 1980-х годов не происходило ничего сколь-нибудь значимого. До тех пор, пока Чарльз Халл (основатель 3D Systems ) и Скотт Крамп (основатель Stratasys) не разработали ряд технологий, известных сейчас как 3D печать. Их работа была основана на аддитивных процессах, которые позволяли создавать твердые объекты слой за слоем.

Ключевое различие между традиционным производством и 3D печатью заключается в том, как формируется объект. Для создания простого на первый взгляд инструмента, например, разводного гаечного ключа требуется фрезерная резка, сборка и шлифовка. Для каждого из этих процессов необходимо свое оборудование и соответствующий специалист, часть сырья при производстве неизбежно теряется, тратится довольно внушительное количество энергии.

В противоположность этому 3D принтер может создать разводной ключ при помощи одной операции, слой за слоем. Готовый инструмент получится полностью собранным, включая все его подвижные части. Возможно, ему потребуется незначительная пост-обработка — очистка от излишков пластика, шлифовка, но это не потребует значительных усилий. Такой ключ сразу же после печати готов к использованию. Конечно, пластиковый инструмент уступает по своим возможностям металлическому «собрату». Но ведь 3D печать из металла уже существует, а значит и создание подобных объектов с присущими им характеристиками — вопрос недолгого времени.

Очевидно одно: даже при низких объемах производства (или и вовсе при выполнении единичных заказов) 3D печать ощутимо дешевле, она менее затратна по времени и расходу сырья. Вот, например, наглядное сравнение одной из технологий трехмерной печати (FDM) с традиционными методами.

Шоколад, клетки, бетон: необыкновенные свойства привычных материалов

Изначально в 3D печати использовался АБС-пластик, но сегодняшний ассортимент материалов для трехмерного моделирования поражает своим многообразием, включая в себя, например, керамику, пищевые субстанции и даже биологические клетки. Уже сейчас в пользовательской доступности находятся машины, способные работать с различными видами пластика или металлов. Существует более десятка технологий 3D печати, позволяющих осуществлять самые невероятные проекты.

Более того, многие исследователи или научные организации экспериментируют в этой области, желая наделить 3D принтеры наиболее удивительными возможностями. Оборудование, печатающее шоколадом или сахаром — также реалии сегодняшнего времени.

Энтузиасты работают над целым рядом методов, которые позволят контролировать свойства материала с исключительной точностью, вплоть до расположения молекул в структуре. Это позволило бы сделать материал более прочным (например, металл), подгоняя его слои друг к другу со стопроцентной точностью, превышающей обычное литье или ковку.

Также проводятся исследования в области 3D-печати объектов из пенополиуретана, которые могут служить совместно с железобетонными конструкциями. Поскольку этот материал имеет неоспоримые преимущества в весе, времени отверждения и стабильности по сравнению с бетоном, то он выглядит весьма привлекательным для строительной отрасли.

Впрочем, печать самым настоящим бетоном также возможна. На этом поприще в 2014 году отличился Китай, из которого поступили новости о возможности 3D печати десяти жилых домов в сутки. 

Для некоторых материалов 3D печать представляет собой нечто большее, чем просто ниша альтернативного производства. Например, для титана — это едва ли не идеальный способ создания продукции. Он прочнее стали и более устойчив к коррозии, что делает его почти идеальным для некоторых областей деятельности. Однако помимо высокой стоимости, один из главных недостатков титана (и причиной его использования в ограниченном сегменте аэрокосмической, медицинской или ювелирной отрасли) заключается в сложной обработке. Этот материал имеет свойство затвердевать при резке, что приводит к износу инструмента, во время сварки титан нередко подвержен загрязнению, ослабляющему сварные швы.

3D печать титаном привлекательна в первую очередь тем, что устраняет проблемы обработки. Кроме того, с каждым годом печатные машины становятся все больше, благодаря чему могут быть распечатаны целые узлы или готовые объекты, что устраняет необходимость в сварке.

Для решения вопроса о высокой стоимости титана (он примерно в 50 раз дороже, чем сталь), исследователи разрабатывают процессы для создания порошкообразного титана с гораздо меньшими затратами производства. Определенных успехов уже удалось добиться — порошкообразные субстанции получают промышленным способом обрабатывая слитки титана. Специалисты полагают, что точно так же, как в конце 19-го века благодаря методу Байера удалось снизить стоимость алюминия с 1200 долларов до 60 центов за килограмм, аналогичная участь ожидает и титан.

Рекомендуем также ознакомиться: