Принтер, который сам себя распечатывает

Печать 3D, считавшаяся прежде чистой фантастикой, сегодня активно используется уже не только на крупных предприятиях и фирмах, но даже и на бытовом уровне. Однако каковы же все-таки основные достижения этой технологии? "Правда.Ру" подготовила небольшой обзор, из которого видно, как именно 3D-принтеры изменили наш мир за последние несколько лет.

Фото:

Конечно, мы все уже давно знаем, что в будущем человечество ожидает наноэра. Когда все мыслимые (и немыслимые!) превращения материальных объектов нашей культуры, а может быть и трансформации самого человека, будут осуществляться при помощи окружающих его невидимых глазу нанороботов, управляемых суперкомпьютером, который будет тоже нано.

Читайте также: Нанороботы построят новый мир

Однако когда это ещё будет. Ведь главный компонент этой системы — "сборщик" — пока что ещё так и не создан. Однако видимо, этой эпохе будет какое-то время предшествовать нечто иное, а именно — эпоха 3D.

Вместо моделей из дерева и глины

Печать 3D стала широко известна относительно недавно, причем эта технология, считавшаяся сначала чистой фантастикой, сегодня используется уже не только на крупных предприятиях и фирмах, но даже и на бытовом уровне. То есть если вам захотелось купить 3D-принтер, то это вы можете сделать, хотя цена у этого "прибора" пока что ещё достаточно велика. Главное достоинство 3D-печати (хотя это по большому счету вовсе и не печать!) перед обычными способами создания макетов или других технологий быстрого прототипирования, заключается в высокой скорости работы таких устройств, несравнимой ни с какими видами ручного и даже механизированного труда!

Например, для того, чтобы создать модель вручную даже опытному макетчику может понадобиться несколько недель, а то или даже месяцев, в зависимости от сложности изделия. А здесь — нажал на кнопочку и… через час-другой изделие готово! В худшем случае это займет пару дней, если изделие достаточно большого размера, однако и в этом случае качество ручного и машинного изготовления несравнимы.

При ручном моделировании объекта значительно повышаются затраты на разработку, увеличиваются сроки выпуска готовой продукции. Теперь обо всем этом в принципе уже можно и забыть: ручные модели и макеты изделий для промышленного производства с успехом заменяют "распечатки" из ABS пластика.

Технологии 3D печати

Их несколько и все они уже в достаточной степени совершенны. Например, это лазерная стереолитография (Laser Stereolithography, SLA), когда объект формируется из специальной жидкой пластмассы, которая затвердевает там, где на неё попадает лазерное излучение (или излучения ртутных ламп). При этом сам объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего.

Есть селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS), при котором объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик или металл) путем его плавления под действием луча лазера. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности слой объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на нее вновь наносится порошкообразный материал.

Читайте также: Военная электроника станет… одноразовой

Для уменьшения расхода энергии, температура рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления, процесс идет в бескислородной среде. Электронно-лучевая плавка (Electron Beam Melting, EBM) практически аналогична технологии SLS, но только здесь объект формируется путем плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме.

Моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM) — одна из наиболее простых и доступных для массового потребителя. Здесь объект формируется путем послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластика, металла, воска). Рабочий материал подаётся в экструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя, таким образом, один слой создаваемого объекта за другим. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий.

Изготовление объектов с использованием ламинирования(LaminatedObjectManufacturing, LOM), при которомобъект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких пленок рабочего материала, с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое, — пожалуй, технологически самый неудобный способ, во всяком случае, такое устройство держать в своем доме весьма затруднительно. Самое простое в данном случае — это технология печати из расплавляемого в головке пластика, которая формирует нужное изделие по готовой компьютерной программе.

Современный мир 3D

Технология 3D печати стала более доступной для значительно большего количества людей, чем раньше, а скоро их количество возрастет ещё больше. Сейчас трёхмерное моделирование является важным и даже незаменимым, в тех случаях, когда речь заходит о создании сложных по форме и конструкции объектов. При этом сама работа ведется так: сначала профессиональный дизайнер строит точную объемную компьютерную модель изделия.

Следует заметить, что готовая 3D модель по своей точности будет во много раз превосходить любой макет просто вычерченный на бумаге. И к тому же ещё до отправки в работу, её можно будет увидеть в виде объёмного изображения на экране компьютера, рассмотреть со всех сторон и (если нужно!) скорректировать все неточности.

Ну, а потом… потом вы нажимаете на кнопку, и процесс пошел — 3D-принтер начинает работать. Программы с "распечатками" различных изделий уже сегодня можно купить у соответствующих компьютерных фирм, в том числе в Интернете, а можно заказать изготовить любую деталь по вашим чертежам! Например, уже были распечатаны оригинальной конструкции велосипед, автоматическая винтовка AR-15, выдержавшая 200 выстрелов, а уж про всевозможные чашки, игрушки и скульптуры можно даже уже и не говорить!

До недавнего времени считались научной фантастикой и 3D-принтеры, способные воспроизводить детали собственной конструкции, то есть реплицировать самих себя, как это в будущем должны будут делать нано-сборщики. Однако сейчас разработка такой машины уже ведётся проектом RepRap. На данный момент есть принтер, который уже производит более половины собственных деталей. Проект первого в истории недорогого реплицирующегося (то есть способного воссоздать, по крайней мере, хотя часть самого себя) 3D-принтера — RepRap сегодня активно разрабатывается английскими конструкторами из университета города Бат.

"Самая главная особенность RepRap состоит в том, что с самого начала он был задуман как реплицирующаяся система: принтер, который сам себя распечатывает" — заявил Адриан Боуэр, один из сотрудников этого проекта. "Зачем это нужно?" — спросите вы. И ответ будет такой: "А чтобы в разы понизить себестоимость самих 3D-принтеров. Сегодня недорогой настольный принтер в России стоит 60 — 70 тысяч рублей, а должен стоить не дороже 10 — 20 тысяч!

Будущий мир 3D

И вот тогда-то вокруг нас очень многое совершенно изменится! Если сегодня очень многие изделия, например, мебель, мы делаем из отдельных деталей, то с помощью 3D-технологий любую мебель любой сложности можно будет в буквальном смысле этого слова "печь, как блины"! Посуда и игрушки, велосипеды и скутеры, одежда по фигуре и бытовая электроника — все это и ещё многое-многое другое можно будет распечатывать на 3D-принтерах: у себя дома на небольших, а в небольших частных фирмах — на промышленных.

Умрут многие рабочие специальности, зато возрастет спрос на специалистов по компьютерному 3D-моделированию и… опять-таки высококлассных мастеров делающих изделия своими руками: гончаров, кузнецов, деревообделочников, швей, вязальщиц — то есть всех тех, кто сможет что-то делать своими руками. Вот только цена на их изделия в этом новом мире вырастет в разы.

Читайте также: Самолеты распечатаем на принтере

Люди будут хвастаться: "Это у меня в стандартной 3D-программе. Но цвет выбирал я сам, и вот эту деталь тоже сам сделал! А вот эту уточку мне дедушка вырезал из дерева и раскрасил!!!" Появятся огромные заводы комплектующих для 3D-производств и — соответственно увеличится спрос на рабочих и химиков-инженеров. По сути дела это будет новая промышленная революция, предсказанная советским писателем-фантастом Иваном Ефремовым в его романе "Туманность Андромеды" — "Век упрощения вещей"!

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"