Перспективы 3D-печати в Украине и мире: от керамики до жилья

22 Июля 2018, 06:01 Просмотров: ...

Принтеры для создания трехмерных объектов из различных материалов становятся обычными в заводских цехах, офисах дизайнеров и даже на строительных площадках

Казалось бы, что можно придумать нового при изготовлении самых различных предметов или деталей? Их можно вырезать вручную, выточить на станке, наштамповать под прессом, отлить из расплавленного материала в специальной форме... В конце концов, выдуть, как это делают стеклодувы или как изготовляются пластиковые бутылки.

Но в последнее время все больше вещей можно… напечатать. Примерно так, как возникают текст или изображение на листе бумаги. Большинство читателей газеты хотя эпизодично, но слыхали о технологии 3D-печати. Используя ее возможности, инженеры научились делать на 3D-принтерах детали для самолетов и огнестрельное оружие, кровеносные сосуды и протезы, микросхемы. Даже новый клюв для покалеченного орла как-то напечатали!

"Сегодня" предлагает краткий рассказ о перспективной технологии. А также том, какие в этой сфере достижения у наших светлых голов.

Техника: компьютеры и тонкая механика

В самом общем виде 3D-печать — это создание трехмерных объектов на базе набора данных, с которым работает особое программное обеспечение.

Для создания виртуальной модели служит 3D-сканер — устройство, анализирующее очертания предмета, а затем создающее его математическую модель.

Активные 3D-сканеры создают направленный на объект пучок излучения и анализируют отраженные волны. В зависимости от того, какой материал будет использоваться для последующей печати и многих других факторов, может применяться свет видимого диапазона, лазерный луч, ультразвук, рентгеновское и гамма-излучение. Пассивные сканеры работают с естественным светом, отраженным от изучаемого предмета.

Полученные при сканировании 3D-модели обрабатываются системами автоматизированного проектирования (САПР).

Дизайн. Применение 3D-принтера и гипса позволяют быстро создать осязаемую модель предмета

Предположим, что нужная нам шестеренка отсканирована, математическая модель ее создана и сохранена в компьютере.

Дальше в ход идет главный инструмент технологии — 3D-принтер. Выполняя команды особой программы, он слой за слоем "наращивает" объем нашей шестеренки. Кто-то еще помнит, как работает струйное печатающее устройство? Примерно так действует и 3D-принтер. Движущаяся печатающая головка, следуя инструкциям компьютера, выбрасывает в нужный момент в соответствующую точку пространства заранее заданное количество вещества. После создания первого слоя головка или площадка, на которой находится создаваемый предмет, на шаг передвигается по вертикали. И создается второй слой. Процесс повторяется до тех пор, пока наша шестерня не будет полностью "выращена".

В наши дни применяется много технологий объемной печати. Они вполне применимы во многих отраслях промышленности. Обожают 3D-печать дизайнеры: она позволяет им создавать предметы, которые невозможно сотворить иным способом.

Шанс. Можно создавать вещи, невыгодные для обычного производства

Огнем и лучом

В современных 3D-принтерах используется несколько технологий обработки сырья.

  • SLA

Состоит в воздействии на фотополимер лазерного луча, в результате чего материал затвердевает. Происходит примерно то же самое, как при создании стоматологом пломбы из фотополимера.

  • SLS

Иными словами — спекание лазером. Единственная технология 3D-печати, применяемая для изготовления металлических предметов из порошков.

  • FDM

Послойная печать расплавленной полимерной нитью. Зарекомендовала себя при изготовлении единичных изделий.

  • SGC

Облучение ультрафиолетом. Изделие создается из слоев фоточувствительного пластика, наносимого на рабочую поверхность. После этого он через особую маску с изображением очередного сечения облучается ультрафиолетом. Полости заполняются расплавленным воском, который служит для поддержания последующих слоев.

Сырье: пластмассы, гипс, металл и и шоколад

В 3D-печати используется целый спектр материалов. Что-то подойдет для пластмассовых гаек, которые будут держать крышку на унитазе, или сгодится на дизайнерскую кружку. Но совсем иные материалы нужны для деталей, которые используются при больших нагрузках, высокой температуре и т. д.

  • Полимеры

Чаще всего используются пластмассы. Одним из популярных материалов является так называемый ABC-пластик: нетоксичный, ударопрочный, без запаха. В продажу он поступает в виде порошка или тонких нитей на бобинах. Полиамидные порошки рассчитаны на принтеры, где предметы из этого материала спекают лазером. Спектр полиамидного сырья весьма широк, а применение добавок позволяет получать материалы с самыми разными свойствами. Потребность в таких материалах так велика, что их выпуском занимаются огромные компании. Так, у одного из химических гигантов Германии есть даже особое подразделение — BASF 3D Printing Solutions. Ее материалы востребованы в автомобильной промышленности.

  • Гипс

С гипсовыми смесями все просто. Да, модели из гипса недолговечны и хрупки, но они недороги, к тому же, прекрасно передают форму и структуру исходного предмета. Поэтому идеально подходят для презентаций, когда нужно показать образцы заказчикам и клиентам. Кроме того, гипсовые модели отличаются термостойкостью: их используют для изготовления форм для литья.

  • Металл

Во многих случаях невозможно найти замену металлу. Тогда в объемной печати идет в ход порошок из меди, алюминия, драгоценных и благородных металлов, сплавов.

  • Экзотика

Иногда в объемной печати используется что-нибудь съестное. Например, шоколад: какао-масса быстро застывает и твердеет. Поэтому процесс печати какого-нибудь шоколадного шедевра проходит очень быстро.

Появляются также сообщения о 3D-принтерах, работающих с бетоном. Эти гиганты способны послойно создать теоретически любые строительные детали и конструкции. Первый в мире напечатанный бетонный мост появился в прошлом году в городке Гемерт в Голландии.

В этом году специалисты Национальной лаборатории им. Лоуренса (США) предложили 3D-печать на основе жидкостей — воды и силиконового масла. Новая технология найдет применение в химическом синтезе и создании компонентов жидкостной электроники.

Появилось и деревянное волокно для 3D-печати. На самом деле это все тот же полимер с наполнителем из мелких частиц дерева. Из такого сырья можно изготавливать долговечные и прочные вещи, внешне неотличимые от деревянных. И даже пахнущих, как сосновый брусок.

Украина: мы тоже кое-что умеем

Объемная печать давно перестала быть технической экзотикой в Украине. У нас вполне успешно работают десятки компаний, предоставляющих услуги 3D-печати. Мы же расскажем о тех, кто не просто зарабатывает деньги, а еще и движет научно-технический прогресс.

  • Жилье

Команда во главе с Максимом Гербутом предложила технологию создания жилого дома PassivDom. "Коробка" здания (стены, балки) печатается на 3D-принтере одной деталью, без единого шва. Используются прочные и долговечные материалы: стеклопластик, полиуретан, карбон. Стены толщиной около 20 см. Благодаря структуре, напоминающей вакуумный термос, дом хорошо удерживает тепло: теплоизоляционные свойства его стен сопоставимы с кирпичной стеной толщиной 7,3 м. Полезная площадь базовой модели относительно невелика — 30 кв. м, но при необходимости можно "распечатать" конструкцию в два раза просторнее. Печать самого здания и монтаж сопутствующих систем занимают не более трех недель.

В 2017 году PassivDom попал в список "100 лучших инновационных проектов Центральной и Восточной Европы", в 2018 году началось серийное производство в США. Там уже получено около 8 тыс. предзаказов. Кроме того, Максим Гербут подал заявку на внесение своего детища в Книгу рекордов Гиннесса — в номинации "Самый теплый дом в мире".

  • Творцы керамики

Стартап Kwambio представил 3D-принтер Ceramo One собственной разработки. Авторы позиционируют его как "первый высокоточный 3D-принтер для печати керамических изделий". Принтер уже применяется на фабрике, где Kwambio выпускает керамику разного назначения. Также там разработали материалы и технологии изготовления форм для отливки деталей и печати узлов для аэрокосмической отрасли.

Вскоре устройство показали на CES — выставке потребительской электроники, проходящей в Лас-Вегасе, где представляют "самые-самые" новшества. Вскоре после CES стартап получил предложение от General Electric на пару принтеров и материалы к ним. В одном из интервью сооснователь стартапа Владимир Усов обмолвился, что американцы намерены использовать оборудование для производства лопаток турбин.

  • Тщательней надо

Стартап Sprybuild объединил нескольких наших инженеров и дизайнеров. Первым их успехом стал Jollylook — игрушечная, но действующая камера, стилизованная под винтажные фотоаппараты. Теперь стартап предложил новую технологию объемной печати. Ее название громоздко: "технология высокоскоростной непрерывной печати жидкими фотополимерами, основанная на трансформации волнового фронта актиничного излучения, формирующего проекцию изделия непосредственно в области построения, на границе между фотополимером и оптическим интерфейсом" (CPWC). Если не вдаваться в теоретические и инженерные тонкости, то эта новинка позволяет уже в ближайшем будущем сконструировать самый скоростной 3D-принтер в мире. Кроме того, удалось почти полностью избавиться от прилипания сырья-фотоплимера и свести к минимуму применение такой "химии", как ингибиторы и модификаторы. Плюсы очевидны: экологичность и сокращение расходных материалов.

В первую очередь технология CPWC найдет применение при создании узлов сложной формы и изощренных элементов декора. Еще более впечатляюще выглядит место технологии CPWC в медицине: можно будет подобрать компоненты сырья для, например, протезов сосудов. А применение биоразлагаемых материалов позволяет печатать капсулы для переноса лекарств в нужную точку организма.

[GALLERY_BLOCK_2]