Як працює 3D-принтер: від надрукованого тексту до друку будинків

0
885
Як працює 3D-принтер: від надрукованого тексту до друку будинків

Сьогодні сміливо можна стверджувати: без технології 3D-друку сучасну цивілізацію уявити неможливо, і навряд чи можна назвати іншу технологію, що так стрімко розвивається.

По сторінках історії

На думку багатьох комп’ютерних експертів, родоначальником 3D-друку і розробником першого ще звичайного принтера став англієць Беббідж. У 1822 році він приступив до створення так званої «великої різницевої машини», призначеної для виробництва розрахунків і їх роздруківки. Як все велике, ідеї Беббіджа набагато випередили свій час і, через 20 років, так і не реалізований, проект був закритий.

Велика різницева машина Беббіджа

Пройшло більше 100 років, перш ніж була зроблена друга на цей раз більш вдала спроба створення принтера. Перший чорно-білий принтер побачив світ у 1953 році. Минуло ще 23 роки і компанія IBM створює перший струменевий кольоровий принтер. Сьогодні кількість принтерів у офісах та інших організаціях поступається хіба що кількістю комп’ютерів.

У другій половині 80-х років відбувається черговий технологічний прорив. У 1986 році американець Чек Халл сформулював концепцію тривимірної друку, а через два роки його співвітчизник Худобу Крамп на її основі розробив технологію FDM — формування через декомпозицію плавкого матеріалу. Всі нині діючі тривимірні принтери зобов’язані своєю появою саме їй.

Як працює 3D-принтер

Порівняно з друкованим принтером, переносящим електронний текст на плоску папір, 3D-принтер має справу з тривимірною інформацією. Одним словом, він відтворює об’єкт таким, яким він є.

Як же друкує 3D-принтер? Спочатку створюється цифрова модель об’єкта на комп’ютері за допомогою спеціальної програми. Вона як би «расчленяет» модель на шари, після чого в дію вступає принтер. Як і у його друкуючого «побратима», у 3D-принтера є свої чорнило, правда, що складаються з композитного порошку.

Близько 10 років тому використовувався лише один вид «чорнила» — АВС пластик. Сьогодні їх вже більше сотні – поліпропілен, бетон, целюлоза, нейлон, металеві порошки, гіпс, шоколад і безліч інших.

У процесі роботи вихідний матеріал перетворюється на масу, яка наноситься шар за шаром на робочу поверхню через спеціальне сопло. Після нанесення чергового шару поверх нього може накладатися клейове покриття, потім знову шар «чорнила». І так до повного відтворення об’єкта. Роботу 3D-принтер можна подивитися на відео.

Але це загальний принцип роботи 3D-принтера, так звана технологія швидкого прототипування. На її основі розроблено кілька способів. Ось лише деякі з них.

Стереолітографія (SLA)

Одна з перших технологій 3D-друку. В якості будівельного матеріалу використовується суміш рідкого полімеру з реагентом-затверджувачем, чимось схожа на епоксидну смолу. Полімеризація і подальше затвердіння суміші відбувається під дією ультрафіолетового лазера.

Модель формується тонкими шарами на рухомий підкладці з отворами, прикріпленою до мікроліфту-елеватору, який переміщається вгору або вниз на глибину одного шару. Під час занурення в рідкий полімер промінь лазера фіксується на місцях, що підлягають твердіння. Як тільки один шар сформований, заготівля піднімається (опускається).

Многоструйне моделювання

Ця технологія розроблена в компанії 3D Systems. Вона має дуже багато спільного з технологією струменевого друку. Особливість пристрою і принцип роботи цього 3D-принтера полягає в тому, що тут задіяно кілька (до кількох сотень) сопел, розташованих рядами на друкуючій голівці.

Чорнило стають рідкими допомогою нагрівання та після пошарового нанесення на робочу поверхню при кімнатній температурі застигають. Голівка переміщається в горизонтальній площині, а вертикальне зміщення по мірі формування кожного нового шару здійснюється за рахунок опускання робочого столу.

Вибіркове лазерне спікання (SLS)

Справжнім проривом стало впровадження технологій 3D-друку в металообробку. Як же працює 3D-принтер по металу? Особливістю цієї технології є те, що функцію робочої рідини виконує композитний порошок, що складається з частинок діаметром від 50 до 100 мкм. Порошок наноситься горизонтально рівномірними тонкими шарами, а на завершальному етапі певні ділянки спікається лазерним променем.

Одне з головних достоїнств лазерного спікання – унікальна економічність і практично повна безвідходність в порівнянні з традиційними механічними методами обробки металу – свердлінням, фрезеруванням, різанням, литтям і іншими, а також мінімальна фінішна обробка.

Необхідна умова лазерного спікання – азотна середовище з мінімальним вмістом кисню, оскільки процес протікає в умовах високих температур.

Цим перелік технологій 3D-друку далеко не обмежується. Його доповнюють пошарове склеювання плівок, пошарове наплавлення, пошарова друк розплавленої полімерної ниткою, ультрафіолетове опромінення через фотомаску.

Що б ще надрукувати

З’ясувавши, як працює 3D-принтер, саме час розповісти про те, що сьогодні можна зробити з його допомогою. Подібно модною і дуже зручною одязі, його «приміряють» на себе представники самих різних напрямків науки і промисловості. Як виявилося, надрукувати можна практично все від ширвжитку з пластику, до сонячних батарей, автомобільних кузовів, деталей для реактивних двигунів і медичних протезів.

На технологію 3D-друку «поклали око» військові і будівельники. Не так давно на борт МКС був доставлений розроблений за замовленням NASA 3D-принтер, за допомогою якого в умовах невагомості було виготовлено кілька необхідних інструментів. Цілком можливо, що таким чином під час майбутньої марсіанської місії окремі запчастини доведеться виготовляти прямо на борту космічного корабля.

Розглядається також варіант зведення марсіанських будинків методом 3D-друку, для чого з Землі, туди будуть доставлені спеціальні будівельні принтери. Основою «чорнила» для них стане марсіанський грунт.

Оцініть статтю

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Please enter your comment!
Please enter your name here