3D печать также известна как компьютерное моделирование или альтернативное конструирование. Это процесс воссоздания реального объекта по образцу 3D модели. Цифровая 3D модель сохраняется в формате файла STL и передается на печать 3D принтеру. Затем 3D принтер, накладывая слой за слоем, формирует реальный объект. Со всеми его пропорциями и размерами.
История технологий 3D печати не нова но в обиход пришла не так давно:
1984 год – компания Charles Hull разработала технологию 3D печати для воссоздания реальных объектов, используя цифровые данные.
1986 год – компания Charles Hull дала название и запатентировала технику стереолитиографии (Stereolithography).
1986 год – компания Charles Hull основала предприятие 3D Systems и разработала первый промышленный 3D принтер под названием Stereolithography Apparatus.
1988 год – компания 3D Systems разработала модель принтера SLA-250, первого принтера для использования в домашних условиях.
1988 год – компания Scott Crump изобрела моделирование плавлеными осаждениями (МПО).
1989 год – компания Scott Crumpосновала предприятие Stratasys.
1991 год – Helisys продала первую технологию для производства многослойного объекта (ПMO).
1992 год – компания Stratasys продала первое устройство «3D Modeler», основанное на FDM.
1992 год – компания DTM продала первую систему селективного лазерного спаивания (СЛС).
1993 год – основана компания Solidscape для производства машин на струйной основе, которые способны производить небольшие детали с идеальной поверхностью, при этом относительно недорого.
1993 год – Массачусетский технологический институт (MТИ) запатентировал «Технологию трехмерной печати». Она подобна струйной технологии 2D принтеров.
1995 год – компания Z Corporation получила эксклюзивное право от MIT на использование технологий и начала разработку 3D принтеров, основанных на технологии 3DP.
1996 год – компания Stratasys выпустила принтер «Genisys».
1996 год – компания Z Corporation представила модель «Z402».
1996 год – компания 3D Systems выпустила принтер «Actua 2100». Термин «3D принтер» впервые был использован для обозначения машины быстрого прототипирования.
1997 год – компания EOS продала проект стереолитиографии компании 3-D Systems, однако все же осталась крупнейшим производителем в Европе.
2005 год – компания Z Corp. выпустила принтер Spectrum Z510, который стал на рынке первым принтером с широкими возможностями, позволившим печатать в цвете.
2006 год – стартовал открытый проект – Reprap – целью которого стало создание самовоспроизводящихся 3D принтеров. Пользователь имеет право распространять и/или заменять их в соответствии с лицензией GNU (General Public Licence).
2008 год – вышла первая версия принтера Reprap, который мог производить около 50% собственных комплектующих.
2008 год – компания Objet Geometries Ltd. заявили о намерении создать первую в истории систему быстрого прототипирования Connex500™, которая впервые позволит производить 3D объекты, используя одновременно сразу несколько видов материалов.
Ноябрь 2010 года – представлен первый прототип автомобиля Urbee. Это первый в мире автомобиль, корпус которого полностью был создан при помощи огромного 3D принтера. Все внешние компоненты – включая прототипы окон – были изготовлены компаниями Dimension 3D Printers и Fortus 3D Production Systems в Страсбурге, которые предоставили услуги цифрового производства – по запросу компании RedEye.
8 Декабря 2010 года – компания Organovo, Inc., специализирующаяся на применении биопечати в регенеративной медицине, объявила про публикацию данных о создании первых кровеносных сосудов, созданных путем биопечати.
Январь 2011 – исследователи из Корнельского университета начали строить 3D принтер для продуктов питания.
Январь 2011 – голландский производитель 3D принтеров, компания Ultimaker сумела увеличить скорость печати с 300 мм /сек до 350 мм /сек.
6 Июня 2011 года – Shapeways и Continuum Fashion заявили о создании первого в мире печатного 3D бикини.
Июль 2011 года – под руководством Университета Эксетера, Университета Брунель и разработчика приложений компании Delcam, британские исследователи представили первую в мире 3D шоколадный принтер.
Август 2011 года – инженерами Университета Саутгемптона был создан первый в мире самолет при помощи 3D печати.
Сентябрь 2011 года – Венский технический университет разработал уменьшенное, более легкое и дешевое устройство для печати. Этот самый маленький 3D принтер весом около 1,5 кг стоит примерно 1200 евро.
5 октября 2011 года – Roland DG Corporation презентовала первую модель под названием iModela iM-01.
Существует несколько технологий для создания слоев печати на принтерах:
- Лазерная стереолитография — ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.
- Лазерное сплавление — при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.
- Ламинирование — деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контуре сечения будущей детали.
- Застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.
- Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.
- Склеивание или спекание порошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельчённой бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.
- Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей.
- Биопринтеры — экспериментальные установки, в которых печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки.
3D принтеры являются упрощенным вариантом машин для прототипирования. Они менее затратные и не такие функциональные. 3D принтер отличается от обычного принтера. 3D принтер производит печать объектов в трехмерном пространстве. 3D модель строится путем накладывания слоев. Поэтому весь процесс получил название быстрого макетирования, или 3D печати.
Параметры таких принтеров находятся в приделах от 28 x 328 x 606 DPI (xyz) до 656 x 656 x 800 DPI (xyz) в ультра-HD расширении. Точность составляет 0.025 мм - 0.05 мм на 2,5 см. Максимальный размер модели, которую он может произвести, до 737 мм x 1257 мм x 1504 мм. Огромным недостатком использования 3D принтера в домашних условиях является его высокая стоимость. Еще один недостаток – печать модели может проходить на протяжении нескольких часов или даже дней (зависит от количества деталей, сложности конструкции, размера объекта).
Помимо вышеупомянутого, профессиональное программное обеспечение для 3D моделирования тоже стоит недешево. Как альтернатива, существуют упрощенные версии 3D принтеров для «любителей», их стоимость гораздо ниже. Материалы, которые они используют при печати, также менее дорогие. Однако, такие 3D принтеры менее точные, если сравнивать с коммерческими 3D принтерами.
Сейчас для 3D печати используют разнообразные материалы, такие как: ABS и PLA пластмассы, полиамид (нейлон), стекловолокно полиамида, стереолитографические материалы (эпоксидные смолы), серебро, титан, сталь, воск, фотополимеры и поликарбонаты.
Параметры таких принтеров находятся в приделах от 28 x 328 x 606 DPI (xyz) до 656 x 656 x 800 DPI (xyz) в ультра-HD расширении. Точность составляет 0.025 мм - 0.05 мм на 2,5 см. Максимальный размер модели, которую он может произвести, до 737 мм x 1257 мм x 1504 мм. Огромным недостатком использования 3D принтера в домашних условиях является его высокая стоимость. Еще один недостаток – печать модели может проходить на протяжении нескольких часов или даже дней (зависит от количества деталей, сложности конструкции, размера объекта).
Помимо вышеупомянутого, профессиональное программное обеспечение для 3D моделирования тоже стоит недешево. Как альтернатива, существуют упрощенные версии 3D принтеров для «любителей», их стоимость гораздо ниже. Материалы, которые они используют при печати, также менее дорогие. Однако, такие 3D принтеры менее точные, если сравнивать с коммерческими 3D принтерами.
Сейчас для 3D печати используют разнообразные материалы, такие как: ABS и PLA пластмассы, полиамид (нейлон), стекловолокно полиамида, стереолитографические материалы (эпоксидные смолы), серебро, титан, сталь, воск, фотополимеры и поликарбонаты.
Для таких домашних 3D принтеров и придуман проект RepRap — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов) — инициатива, направленная на создание самокопирующегося устройства, которое может быть использовано для быстрого прототипирования и производства. RepRap был основан в 2005 году доктором Адрианом Боуером, преподавателем машиностроения в университете Бата в Великобритании.
23 марта 2005 — запуск блога RepRap.
лето 2005 — получено финансирование для начальной разработки в университете Бата от Совета по инженерным и естественнонаучным исследованиям Великобритании.
13 сентября 2006 года прототип RepRap 0.2 успешно напечатал первую собственную деталь, которая впоследствии была использована для замещения идентичной детали устройства, изначально созданной коммерческим трёхмерным принтером.
9 февраля 2008 года RepRap 1.0 «Дарвин» воспроизвёл более половины собственных деталей, изначально изготовленных другим способом. В рамках проекта был произведён примерно 1 километр 3-мм поликапролактоновой нити, подходящей для использования в следующей модели экструдеров, используемых в нескольких действующих и почти действующих прототипах аппарата. Использование полученной нити позволило создать бо́льшие артефакты, а также позволило тестировать системы-кандидаты в течение часов, а не дней, как было ранее из-за ограниченного количества нити, произведённой вручную.
14 апреля 2008 года RepRap напечатал, вероятно, первый потребительский предмет: зажим для крепления iPod на панели Ford Fiesta.
29 мая 2008 года «дочерний» аппарат в начальные несколько минут «жизни» создал первую деталь для «внучатой» копии. Это произошло в университете Бата в Великобритании.
23 сентября 2008 года появилось сообщение о том, что было создано по меньшей мере 100 копий в разных странах мира. Точное число машин неизвестно.
30 ноября 2008 года — первая задокументированная репликация «в природе». Вэйд Борц (англ. Wade Bortz) стал первым пользователем за пределами команды разработчиков, напечатавшим полный набор деталей для другого человека.
19 апреля 2009 года RepRap впервые напечатал работающую электрическую цепь. Созданная печатная плата сразу же была интегрирована в станок, который её напечатал.
2 октября 2009 года принтер второго поколения, названный «Mendel», печатает свою первую часть. Форма Менделя больше напоминает треугольную призму, нежели куб.
13 октября 2009 года был создан RepRap 2.0 «Mendel».
27 января 2010 года Foresight Institute учредил премию «Kartik M. Gada Humanitarian Innovation Prize» за разработку и создание улучшенного RepRap. Есть две премии, одна на сумму $20,000, а другая на $80,000. Управление премиями позже было передано Humanity+.
31 августа 2010 года третье поколение получило название «Huxley». Разработка основана на миниатюрной версии «Mendel» с печатающей областью размером 30 % от оригинала.
Есть множество принтеров RepRap которые можно собрать в домашних условиях, вот не полный но популярный перечень доступных для сборки сейчас:
- Prusa i3 Hephestos
- MC5
- MC3 Stealth
- MC2
- SibRap
- Engineer V2
- Prusa Mendel
- Prusa-3DSUN 2015
- Graber i3
- Engineer (Prusa i3)
- Tricolour Mendel
Сборкой одного из таких принтеров, я и займусь, Путь сборки от начала до конца постараюсь во всех подробностях отразить в этом блоге.
Часть информации взята с wikipedia.org