Сочинение про 3д принтер

Обновлено: 30.06.2024

Помогаем учителям и учащимся в обучении, создании и грамотном оформлении исследовательской работы и проекта.

Темы исследований

Оформление работы

Наш баннер

Сайт Обучонок содержит исследовательские работы и проекты учащихся, темы творческих проектов по предметам и правила их оформления, обучающие программы для детей.

Код баннера:

Исследовательские работы и проекты

Принцип работы 3D печати

Принцип формирования фигуры с трехмерной печати называют аддитивным (от слова Add (англ.) — добавлять). Для начала создается компьютерная модель будущего объекта. Это можно сделать либо с помощью трехмерного графического редактора CAD-системы (3D StudioMax, SolidWorks, AutoCAD), либо просканировав полностью объект в 3D. Затем, с помощью специального программного продукта разбивает просканированный объект на слои и происходит генерация набора команд, которая определит последовательность, в которой будут наноситься слои материала при печати.

Далее, 3D принтер послойно формирует объект, нанося постепенно порции материала. Располагая печатающую головку в системе двух координат X и Y, принтер наносит материал слой за слоем по смоделированной электронной схеме. При перемещении платформы на шаг вдоль оси Z начинается построение нового уровня объекта.

Для печати в качестве материала в аддитивном производстве могут быть использованы металлические сплавы, пластик, бумага, фотополимеры, минеральные смеси. Некоторые виды 3D принтеров способны работать одновременно с разными материалами, как по свойствам, так и по цвету.

Технологий трехмерной печати довольно много. Различаются они по принципу формирования слоев и их соединениям.

Основные технологии (SLA, SLS, DLP, EBM, HPM)

Печать на 3D принтерах может осуществляться разными способами, в зависимости от используемого материала.

Технология SLA. Эта технология позволяет наиболее быстрое построение объектов. Технология использует фотополимер, на который направляется лазерный луч, после чего материал затвердевает. После отвердевания изделие можно легко обработать (склеить, окрасить и т. д.).

Технология SLS. Представляет собой спекание порошковых реагентов под воздействием лазерного луча. Это одна из технологий, которая позволяет изготовление форм для металлического и для пластмассового литья.

Технология DLP. Это относительно новая технологий, для реализации которой используются стереолитографические печатные аппараты. Принтеры данного типа используют цифровую обработку светом. Для создания трехмерных фигур в этой технологии используются фотополимерные смолы и DLP-проектор.

Технология EBM .Эта технология использует электронно-лучевую плавку для создания трехмерных объектов. Для послойного наплавления высокоточных деталей был разработан специальный материал — металлоглина. Данный материал изготавливается из смеси органического клея, металлической стружки и воды.

Технологий FDM. Дает возможность получать конечные модели из конструкционных и высокоэффективных термопластиков. Это единственная технология, которая обеспечивает механическую, термическую и химическую прочность деталей.

В наши дни появилось еще одно интересное устройство, использующееся для ручной печати — ручки для рисования 3D объектов. Ручки сделаны по той же схеме, что и принтеры. Пластиковая нить подается в ручку, где плавится до нужной температуры и выдавливается через маленькое сопло.

Области применения 3D печати

1. Строительство. Есть предположение, что в будущем намного ускорится процесс возведения зданий благодаря 3D печати.

2. Медицина. Благодаря трехмерной печати врачи получили возможность создавать копии человеческого скелета. Большое применение 3D принтеры нашли в стоматологическом протезировании.

3. Архитектура и дизайн. Создание макетов элементов интерьера, зданий и районов позволяют оценить эргономику, функциональность и внешний вид прототипа.

4. Образование. 3D модели являются отличными наглядными материалами для обучения на всех уровнях образования. Например, на уроке химии для наглядности учитель показывает 3D-модели молекул.

5. Автомобилестроение. Такой способ, как 3D моделирование, позволяет протестировать автомобиль на этапе разработки.

6. Изготовление одежды и обуви. Подобная одежда и обувь используется только на показах. Материалом здесь служит полиуретан, резина и пластик.

7. Ювелирное дело. Технологии 3D моделирования позволяют создать полноценные изделия из металлического порошка.

8. История и антропология. Модели создаются на базе археологических находок и позволяют оценить достоверность догадок ученых.

Проблемы и перспективы использования данной технологии в разных сферах жизни

Технология 3D печати еще не совсем идеальна. Есть несколько проблем, которые могут привести к довольно неожиданным результатам. Например, принтер, печатая несколько деталей одновременно, может напечатать их сцепленными между собой. Еще одной проблемой является то, что из-за послойного построения детали, нижний слой может не выдержать тяжести верхних слоев, и тогда происходит разрушение детали. Перед печатью необходимо тщательно проработать компьютерную модель, чтобы результат получился таким, каким его ожидают увидеть.

3D печать — это технология будущего. С каждым днем данная технология печати находит себя в новых областях. Интересной в области развлечений является такая услуга: любой желающий может сделать скан своего тела и получить свою миниатюрную копию. В области медицины постепенно входят в использование изготовление обуви, стелек, наушников, идеально повторяющих форму некоторых частей тела или же детальных частей для функционирования организма, например участок черепной коры человека. Постепенно увеличивается размер деталей, а также расширяется выбор материалов для печати.

Заключение

Подводя итоги, стоит отметить, что использование 3D принтеров позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, а непосредственно при разработке. В создании моделей с помощью 3D принтера полностью отсутствует ограничение на дизайн и сложность формы, что позволяет полностью задействовать свою фантазию и сделать индивидуальное и оригинальное изделие. Изделия получаются очень легкими, и при этом время их изготовления минимально.

Данная технология только набирает обороты в своем развитии и распространении. Большинство заказов относятся к группе личного интереса к новой технологии и не более. Но также нельзя не заметить, что уже идет процесс использования технологии 3D печати в крупных и полезных для общества проектах.

Несомненно, эта технология — технология будущего.

Список литературных источников

1. Бриан Эванс, Практические 3D-принтеры: наука и искусство 3D-печати. Apress, 2012.

2. И. Канеса, С. Фонда, М. Зенаро, Доступная 3D печать для науки, образования и устойчивого развития. The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, 2013.

Наше общество уже так привыкло к технологиям, что удивить нас становится все сложнее и сложнее. Однако, еще несколько нет назад мы и представить себе не могли, что в нашу жизнь войдет 3D-печать, и станет возможным печатать станки, технику, различные фигурки, дома, а в будущем уже целые кварталы. Похоже на научную фантастику, но это уже реальность.

3D-печать только недавно вошла в нашу жизнь, но мы уже находимся на пороге настоящей 3D-революции. С каждым днем сферы применения 3D-печати расширяются. Спрос на 3D-принтеры постоянно растет.

Так что же такое 3D-принтер? Это устройство, которое позволяет создавать физические объекты, основываясь на их 3D-модели. 3D-принтер печатает объект сразу в трех плоскостях снизу вверх. 3D-принтеры работают с совершенно различными материалами, но главный их принцип – это послойное создание объекта.

Какая основная цель использования 3D-принтеров? В первую очередь, это нужно для удешевления производства. Теперь инженерам не нужно смотреть на сотни чертежей, достаточно взглянуть на реальную 3D-модель. Такую модель можно тестировать, а потом уже создать готовый вариант. Но работа с прототипами – это не все. 3D-печать нужна еще и для быстрого производства. К сожалению, цены на такие прототипы пока очень высоки, но со временем они, конечно, понизятся.

Какие бывают 3D-принтеры? На данный момент существуют пищевые, строительные, военные, медицинские и принтеры, которые самовопроизводят себя.

Пищевые 3D-принтеры нацелены на одну разновидность пищи, то есть они делают только торты или только пиццу. Такой принтер использует съедобную основу и съедобные чернила. Такие принтеры с легкостью напечатают даже гамбургеры. Почему же пищевой 3D-принтер – это такая редкость? Во-первых, не хватает программистов и специальных ПО, во-вторых, компоненты-полуфабрикаты не везде широко растространены. Пищевые 3D-принтеры делятся на 2 большие группы.

Эти принтеры используют уже готовые полуфабрикаты и наполнители.
Эти принтеры сами синтезируют нужные вещества и облачают их в любую форму.

Военные 3D-принтеры способны создавать ракетные двигатели. Также такие принтеры способны делать готовое оружие.

Строительный 3D-принтер позволяет людям пофантазировать, с помощью него легко создавать дома необычной формы. В будущем такие 3D-принтеры будут создавать поистине уникальные и высокоэстетические работы. Также 3D-принтеры будут очень удобны для строительства новых домов в областях, которые пострадали от стихийных бедствий.

Медицинские 3D-принтеры уже пользуются огромной популярностью. Они позволяют учитывать самые мелкие индивидуальные особенности строения какого-либо человека и изготовить любой идеальный имплант. Люди уже активно печатают протезы, пытаются делать целые органы.

Существуют и принтеры, которые воспроизводят не только свои детали, но и печатают себя целиком.

3 д принтер

Черное море появилось не просто так, это все один из этапов формирования планеты Земля. Изначально Земля была похожа на большой раскалённый шар. Через многие годы, а точнее миллиарды лет, планеты начала остывать. Соответственно пошел процесс

Василия Андреевича можно назвать одним из самых немаловажных стихотворцев XVIII века. Изучив труды западных просветителей, он писал прекрасные вещи, в которых проглядывалась вера в светлые времена для народа, в то, что он может быть

Во время наступления весны из спячки выходит много животных. Бабочка-лимонница не является исключение среди остальных живых существ. Лимонница, как и другие насекомые тоже пробуждается в период оттепели, но делает она это намного раньше

Мечты фантастов начинают обретать потребительскую реальность: 3D-принтеры выходят на массовый рынок, и сегодня их может купить ну почти что любой человек. Можно напечатать себе пистолет или макет домика. А точно ли оно нам надо? Вот про это сегодня и поговорим.

Поскольку обычные 2D-принтеры уже утратили потенциал к развитию — развито уже всё, что только можно и нельзя — пора обращать взоры к печати в трёхмерном пространстве. Признайтесь, ведь вы не раз мечтали, чтобы можно было не покупать себе вещи, а просто напечатать их. И сегодня это уже можно, правда, с массой оговорок.

Принцип действия FDM-принтера прост: раздаточной головкой на поверхность охлаждаемой платформы-основы выдавливаются капли находящегося в разогретом состоянии термопластика. Быстро застывая и слипаясь между собой, капли формируют слои создаваемого объекта. Так и получается в итоге объемный предмет, с которым потом что-нибудь можно сделать.

Зачем?

Первое, что нужно для себя понять — а зачем, собственно, нужен 3D-принтер? Что мы хотим — просто развлекаться и создавать модели и макеты? Использовать принтер для ведения бизнеса? Воплощать творческие фантазии? Бизнес, конечно, оценил 3D-печать давно: такие мировые промышленные гиганты, как Airbus, Boeing, General Electric, Ford, Siemens, NASA используют их постоянно; и это не говоря уже об инженерах, ученых, медиках и огромном количестве мелких предпринимателей.

Дома 3D-принтер открывает широчайшие возможности использования и применения своей фантазии, и поскольку самые дешевые модели стоят от 20 тыс. рублей и выше, они доступны практически каждому человеку с компьютером.

А один индивидуум вообще напечатал себе пластиковый и полностью работоспособный пистолет, который не виден на металлодетекторах. В связи с этим законники некоторых стран уже начинают беспокоиться на тему срочного внесения поправок в соответствующие законы, дабы не превратить новую технологию в оружие массового уничтожения (хотя Форд тоже не отвечал за то, что кто-то совершал ограбления, пользуясь его машинами).

В общем, резюмируя, можно выделить несколько основных преимуществ 3D-принтеров: домашнее творчество, использование более сотни различных типов материалов (не только огромное количество самых разнообразных пластиков и полимерных смол, но и металлы, бумага, керамика, ткань, пищевые продукты, соль, лунный и марсианский грунт и даже живые клетки!), универсальность и снижение трудоёмкости (один принтер может заменить несколько сложных агрегатов), простота в использовании (об этом мы поговорим далее), экономичность, быстрота создание объектов и гибкость технологии.

Кстати, в сферу применения можно включить и медицину: инновационная биомедицинская печать сможет предложить в ближайшем будущем искусственные органы и ткани тела, а сегодня уже можно печатать протезы и хирургические имплантаты.

Предположим, вы купили себе 3D-принтер, он стоит и занимает места примерно столько, сколько обычный принтер (или, скорее, МФУ), и далее нужно создать в специальной программе объект для печати. А программ таких множество: Google SketchUp, 3DCrafter, 3Dtim, BRL-CAD, FreeCAD и другие (тысячи их). Желательно, конечно, хоть что-нибудь понимать в CAD-моделировании, но и без этого программы достаточно просты для применения даже новичками.

А потом наступает волнительный момент печати (кстати, в Windows 8 есть даже поддержка драйвера 3D-печати для принтера MakerBot). Начинается построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.

Сам по себе процесс довольно прост. В самом начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на неё нижний слой объекта. После того, как сформирован первый слой, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий. Данный цикл повторяется до последнего слоя, то есть до момента завершения создания объекта.

Висящий в воздухе подбородок Ленина был напечатан на недорогом 3D-принтере с подпоркой,

которая в дальнейшем будет отломана, а подбородок – подрихтован.

Если же есть необходимость напечатать висящий в воздухе объект (например, гарцующую лошадь), то сегодня для таковых используется разнообразные подпорки, которые после завершения процесса отламываются или отрезаются, а место стыка шлифуется вручную. В дорогих (то есть хороших) принтерах для подпорок используется водорастворимый материал: после печати модели опускается в воду, где лишние подпорки растворяются.

Параметры печати

О скорости пока речь и не идёт. Понятно, что создание одного объекта займет далеко не один час работы принтера, поэтому выбор 3D-принтера сегодня состоит в выборе между параметрами и решении, насколько тот или иной параметр важен.

И самый главный из них — разрешение печати. Здесь под этим понятием подразумевается минимально допустимая высота слоя материала, с помощью которого может печатать данный 3D-принтер. Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон, тысячной доле миллиметра). Понятно, что чем тоньше слои, тем меньше заметен переход между ними: в итоге поверхность объекта более гладкая, а детали — более выразительные. Обратная сторона высокого разрешения — увеличенное время печати, большая нагрузка на печатающие механизмы и быстрый износ. Разрешение печати зависит от технологии работы принтера, точности печатных механизмов, выбранного материала и настроек приложения.

На сегодняшний день самый точный 3D принтер может печатать с высотой слоя в 50 мкм.

Третий пункт — какими типами пластиковых нитей может печатать принтер. Самыми распространенными на сегодняшний день являются ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) и PLA (полилактид). Некоторые принтеры могут печатать обоими типами, некоторые — только одним из них. Но кроме этих двух типов есть и другие (ещё парочка самых распространенных — HIPS — ударопрочный полистирол и PVA — поливинилацетат), и все они обладают рядом физико-химических характеристик: растворимость в воде, гибкость, структура и запах, прочность и даже свечение в темноте. Возможность печати тем или иным пластиком обуславливается наличием/отсутствием подогрева платформы (который в идеале должен присутствовать), рабочим диапазоном температур экструдера (нагревательный элемент, который плавит пластик) и конструкцией камеры для печати. В идеале лучше всего выбирать принтер с максимальным количеством поддерживаемых нитей, чтоб не ограничивать себя — как сейчас, так и в будущем.

А последний пункт, как ни странно, — страна-производитель. Сейчас на российском рынке можно найти модели из США и Европы, китайские и российские. Американские и европейские модели зачастую завозят в Россию небольшими партиями, а сами компании-производители не имеют официальных представителей в России. Качество китайских моделей на порядки отстаёт от всех прочих, понятное дело, и тут выигрыш идёт больше уже в цене.

Производители

Помимо китайских и кустарных принтеров (да, его реально собрать дома самостоятельно), есть несколько моделей, которые популярны больше остальных, и поэтому их поддержка программным обеспечением максимально широка, если можно так говорить о столь новой области. На сегодняшний день это модели MakerBot Replicator 2, PrintBox3D One, Picaso Designer, UP Plus 2, Cube и CubeX. Отличия у каждого из них сводятся к перечисленным в предыдущем параграфе пунктам, размерам камеры и различным дополнительным опциям наподобие Wi-Fi-модуля. Помимо этих моделей, есть, конечно, и другие, но опять-таки нельзя сказать, что они сильно отличаются с технической точки зрения: всё-таки это больше страна-производитель, размеры, скорость печати и количество поддерживаемых типов пластика.

Вот такие они, поворотные принтеры

Недостатки 3D-принтеров

Минусы есть у всего, и 3D-принтеры — не исключение. Поэтому на сегодняшний день у технологии существует определенное количество недостатков.

Третий недостаток — достаточно высокая цена 3D-принтеров на сегодняшний день. Они стоят от 20 тысяч рублей, а хорошая модель стоит в среднем 100 тысяч, и пока подешевение не ожидается.

Так покупать или нет?

Формально покупка 3D-принтера для дома сегодня оправдана только в том случае, если вы можете определить для себя сферу его применения. Выбор моделей достаточно широк, энтузиасты могут собрать принтер даже у себя дома, но тем, кто не хочет сильно рисковать, можно порекомендовать выбрать или одну из самых популярных моделей, которые поддерживаются распространенным и доведённым до ума программным обеспечением (и при этом можно выбрать из десятков приложений). Если же покупка такого необычного агрегата у вас не стоит остро, можно попробовать подождать годик-другой, пока технология не разовьётся достаточно для того, чтобы унифицироваться по максимуму и избавиться от массы неудобных ограничений, которые свойственны ей сегодня.

В любом случае, будущее у технологии весьма радужное и применение она себе уже нашла: а в будущем сферы применения будут только шириться.

3D печать появилась на свет 40 лет назад и открыла потрясающие возможности для создания различных моделей в прототипировании, стоматологии, мелкосерийном производстве, кастомизированных продуктов, миниатюр, скульптур, макетов и многого другого.

Кто же изобрел 3D-принтер? Какая технология 3D-печати была сначала? И что напечатали на 3D-принтере первым делом? Приоткроем завесу тайны над огромным количеством интересных фактов и историй о появлении технологии.

Итак, как все начиналось…

Этап 1: Рождение идеи

Доктор Хидео Кодама, создатель системы быстрого прототипирования (1980 г.)

Доктор муниципального промышленного исследовательского института в Нагоя, Хидео Кодама, подал заявку на регистрацию патента на устройство, которое с помощью УФ-засветки послойно формировало жесткий объект из фотополимерной смолы.

По сути, он описал современный фотополимерный принтер, однако не смог в течение года, как того требовало патентное право, предоставить необходимые данные для регистрации патента и забросил идею. Тем не менее, во многих источниках именно его называют изобретателем технологии 3D-печати.

Чак Халл, создатель лазерной стереолитографии SLA

В тоже самое время Чак Халл работал в компании, которая делала покрытия для столешниц и мебели при помощи ультрафиолетовых ламп. Производство небольших пластмассовых деталей для прототипирования новых конструкций изделий занимало до двух месяцев. Чаку пришла в голову идея ускорить этот процесс совместив УФ технологию и размещение тонкого пластика послойно. В компании ему выделили небольшую лабораторию для экспериментов, где он работал по вечерам и выходным. В качестве материала Чак использовал затвердевающие под воздействием ультрафиолета фотополимеры на акриловой основе. Однажды ночью после месяцев экспериментов он смог наконец напечатать образец и был настолько окрылен удачей, что пошел домой пешком. Чак показал свое изобретение жене. Это была чашечка для промывки глаза, больше похожая на чашу для причастия, по мнению жены. Она и считается официально первой 3D-печатной моделью в мире и по-прежнему хранится в семье Халл, а после их смерти будет передана в Смитсоновский научно-исследовательский институт в Вашингтоне.

Чашечка Халла

Карл Декард и Джо Биман (справа), изобретатели SLS 3D-печати (1987 г.)

Еще один новый способ 3D-печати появился примерно в то же время, что и SLA-печать. Это селективное лазерное спекание SLS, при котором лазер используется для превращения сыпучего порошка (вместо смолы) в твердый материал. Разработкой занимались Карл Декард, молодой студент бакалавриата в Техасском университете в Остине, и его преподаватель, профессор, доктор Джо Биман. Причем идея принадлежала Карлу. В 1987 году они вместе основали корпорацию Desk Top Manufacturing (DTM) Corp. Однако пройдет еще не менее 20 лет, пока SLS 3D-печать станет коммерчески доступной потребителю. В 2001 году компанию выкупил Чака Халл, 3D Systems.

Скотт Крамп, разработчик FDM способа 3D-печати (1988 г.)

Удивительно, но более простой и дешевый способ 3D-печати - FDM (Fused Deposition Modelling) был создан после SLA и SLS, в 1988 году. Его автором стал авиационный инженер Скотт Крамп. Крамп искал простой способ создания игрушечной лягушки для своей дочери и использовал горячий клеевой пистолет: расплавил пластик и разлил его по слоям. Так родилась идея FDM 3D-печати, технологии послойного наплавления пластикой нити. Крамп запатентовал новую идею и стал соучредителем Stratasys вместе со своей женой Лизой Крамп в 1989 году. В 1992 году они выпустили на рынок свой первый серийный продукт - Stratasys 3D Modeler.

Этап 2: 3D-печать становится доступной

Первые создаваемые 3D Systems и Stratasys агрегаты были громоздкими и дорогостоящими. Стоимость одного составляла сотни тысяч долларов, и использовать их могли только крупнейшие компании автомобильной и аэрокосмической отрасли. Принтеры имели массу ограничений и не могли широко применяться. Развитие технологии шло очень медленно. Спустя 20 лет, в 2005 году появился проект RepRap (Replicating Rapid Prototyper) — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов.

Идею быстро подхватили трое техногиков из Нью-Йорка и открыли компанию по производству настольных FDM принтеров - MakerBot. Этот и стало вторым поворотным моментом в современной истории 3D-печати.

Параллельно шли разработки других технологий. Среди них можно выделить биопринтинг. Томас Боланд из Клемсонского Университета запатентовал использование струйной печати для 3D-печати живых клеток, что сделало возможным печать человеческих органов в будущем. Исследования в этой области ведут десятки компаний по всему миру.

Еще одним важным способом применения новой технологи стало создание протезов, сначала обычных, а потом и бионических. В 2008 году первый напечатанный протез был успешно трансплантирован пациенту и позволил ему вернуться к нормальному образу жизни.

Этап 3: 3D печать сегодня

В последние годы 3D-печать стала доступна массовому потребителю: цены на принтеры значительно сократились, а их использование стало удобнее. Фотополимерные 3D-принтеры печатают детализированные модели с высокой точностью и разрешением. Количество пользователей растет в том числе за счет огромного сообщества энтузиастов, готовых прийти на помощь новичкам. Этому способствует и наличие готовых файлов для 3D-печати и доступность программного обеспечение для создания моделей.

3D-печать становится уже стандартным решением в таких отраслях как стоматология, ювелирное дело, ортопедия, в других отраслях внедрение идет полным ходом. Перспективы бесконечны - от строительства домов до нейрохирургии, от печати шоколадом до печати металлом.

Александр Корнвейц,

Читайте также: