600 способов, которыми 3D-печать меняет мир

10.10.2013 | 10:59 Аналитика

На выставке в Лондоне демонстрируется множество применений 3D-принтеров.
 

По оценке некоторых экспертов отрасли, влияние 3D-печати на производство будет столь же значительным, как и промышленная революция.

Сегодня есть большое число применений для напечатанных 3D-моделей в самых разнообразных областях, таких как аэрокосмическая или биотехнологии.

Более низкая стоимость 3D-принтеров позволяет им находить свой путь даже в дома.  3D-принтеры доступны по цене около £1000 — в компьютерных магазинах и на таких сайтах как Amazon.

Существует также растущее сообщество любителей, создающих собственные 3D-принтеры на основе open source конструкций, таких как RepRap и обменивающихся дизайном объектов через интернет-портал Thingiverse.

Более экзотические применения 3D-принтеров ещё изучаются, в том числе машины, которые строят кость с использованием стволовых клеток и машины, которые создают объекты из деревянных волокон, полимерного цемента и соли.

«3D печать действительно охватывает всё. Это сопоставимо с web-технологиями, которые могут быть применены ко всему, что вы хотите», сказал Дейв Маркс, медиа и контент-директор 3D Printshow, на которой предоставлены принтеры.

На выставке в Музее науки в Лондоне, открытой вчера, представлены более 600 напечатанных 3D-объектов — начиная от спутниковых датчиков до протезов рук.

3D печать имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями производства. Построение модели не требует расходов в тысячи долларов или больше, чтобы создавать станки, а затем ещё тысячи, когда вы хотите изменить модель. Это делает 3D-печать  финансово жизнеспособной для создания одноразовых моделей, а также для изменения и настройки 3D-моделей, что было бы чрезвычайно дорого с использованием традиционных методов производства. Выполнение простого ремонта старой бытовой техники, вместо её замены, также становится более жизнеспособным, когда запасные части можно распечатать в вашей гостиной, вместо того, чтобы разыскивать и заказывать их через Интернет.

Использование 3D-принтеров также сокращает цепочку поставок. Чтобы доставить продукт конечному пользователю, нужны: сеть заводов, склады и транспортные компании.

3D-печать также может создавать объекты с использованием новых материалов сложных форм и структур, которые было бы чрезвычайно трудно воспроизвести с помощью традиционных методов. General Electric недавно продемонстрировала 3D-напечатанный из керамических и углеродных волокон реактивный двигатель, легкая конструкция которого должна позволить экономить топливо намного лучше, чем обычно изготовленные аналоги. Количество отходов может быть сокращено, так как принтер использует только материал, необходимый для строительства объекта, а не вырезает объект из более крупной конструкции.

Но, в целом, 3D-принтеры достаточно медленны — фигурки в два дюйма высотой распечатывались на выставке в Музее науки около часа, и стоимость печати гораздо выше, чем традиционные методы производства при массовом производстве. Также  3D-принтеры потребительского класса могут производить только относительно простые пластиковые модели.

Как работают 3D-принтеры

3D-принтеры работают, принимая 3D-компьютерную модель и нарезая её на слои. Затем, 3D-принтер строит объект слой за слоем с помощью одного из нескольких методов.

Большинство домашних и любительских принтеров печатают с использованием моделирования методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM), которое строит модель из расплавленного пластика. FDM машины подают пластиковую нить в печатающую головку, где пластик плавится и выжимается из сопла, называемого экструдером. Головка вычерчивает контуры каждого слоя, постепенно строя модель из расплавленного пластика.

Качество готовой модели зависит от многих факторов, включая качество основного материала, насколько тонко нарезана модель, механики 3D-принтера и тщательности  подготовки компьютерной 3D-модели.

Тем не менее, качество 3D-моделей, произведённых с помощью технологии FDM, как правило, не соответствует качеству моделей, построенных по некоторым более дорогостоящим технологиям 3D-печати, используемым в промышленности. Одной из таких технологий является лазерное спекание.

Лазерное спекание использует лазер для сплавления порошка в модель. Процесс происходит также очерчиванием контура каждого слоя, и из порошкообразного материала с помощью лазера, сплавляется объект слой за слоем. Лазерное спекание способно воспроизводить мелкие детали и строить модели из большего диапазона материалов, чем FDM: керамика, металлы, керамика и стекло.

В то время, как FDM-принтеры для начинающих пользователей обычно производят относительно простые модели одного цвета и из одного материала, более современные машины становятся доступными.

Качество 3D-принтеров для домашних пользователей, как ожидается, совершит скачок вперед в следующем году — после того, как закончится срок действия патентов на ключевые технологии, связанные с лазерным спеканием, что в долгосрочной перспективе может сделать такие принтеры доступными для домашнего пользователя.

 
Ряд 3D-принтеров на выставке печатали модели отсканированных людей.
Печать каждой фигурки занимает примерно один час, но время может изменяться в зависимости от уровня детализации готового объекта.

Уровень детализации может быть отрегулирован путем изменения толщины слоя модели. Обычно, чем тоньше слой, тем больше детализация и больше время печати.
Эта машина первого поколения Ultimaker 3D-принтер, стоимостью примерно $1000. Данный принтер печатает по FDM технологии в один цвет, похож на многие другие аналоги, предназначенные для домашнего рынка.

Общее использование домашних 3D-принтеров включают в себя создание предметов на заказ — такие как корпуса телефонов и уникальные игрушки для детей.

Во время демонстрации принтера Ultimaker, печать пришлось остановить после того, как половина печатной модели отделилась от основания. Проблема возникла из-за неправильного задания на печать. 3D-принтеры должны стать такими же простыми в использовании, как и 2D-принтеры, если они хотят получить всеобщее признание, по словам руководителя 3D Printshow.

«Для печати на обычных принтерах вы просто вставляете картридж и печатаете», сказал он.
«Для 3D-принтера есть определенное количество параметров настройки, требуется определенный навык, чтобы получить лучшее качество модели».

 
3D-напечатанные лекарства? Это научно-исследовательский проект Университета Ноттингем в Англии, исследующий как сделать таблетки с помощью 3D-принтера.

Печать таблетки может позволить врачам адаптировать фармацевтический состав каждой капсулы для отдельных пациентов, а также добавлять дополнительные полезные свойства, например, нанесение покрытия, которое приведет к задержке высвобождения лекарственного средства в течение определенного периода.

 
3D-принтеры были также использованы для создания платформы для наращивания костей при лечении пациентов больницы.

Профессор Дитмар Хатмачер из Университета Квинсленд в Австралии использовал 3D-печать, чтобы помочь заживить отверстие в черепе девятилетней девочки.

Профессор использовал 3D-сканирование черепа девочки для разработки 3D-каркаса, который может быть помещен в недостающую часть ее черепа.

Внутри этой основы была точная сеть каналов, которая может держать костные клетки и позволяет расти новым тканям. Основа была напечатана из биоразлагаемых материалов, а это означает, что по истечении трех лет она растворится, оставив новые здоровые кости, которые заполнят отверстие в черепе.

 
Это часть двигателя автомобиля из нержавеющей стали  была создана при помощи лазерного спекания в 3D-принтере.
Лазерные принтеры спекания в настоящее время одни из самых дорогих из доступных производителям, но они снижают количество отходов, так как неиспользованный металлический порошок может использоваться повторно.

 
Этот датчик спутника был произведен при помощи печати электрических цепей с использованием металлических красок.
Печать датчиков непосредственно в структуре спутника экономит много места, согласно информации команды, которая сделала датчик в Университете Техаса.
Методика может в один прекрасный день обеспечить надежный способ распечатать электронный прибор, распечатав их электрические цепи внутри корпуса, говорит Райан Викер, профессор механической инженерии техасского Университета.
Датчик направляется на орбиту для тестирования в суровых условиях космоса, где спутник подвержен перепадам температуры и большим дозам солнечной радиации.

 
Одно из наиболее спорных применений 3D-принтеров — для производства оружия.
Этот пистолет был распечатан финским журналистом. Он скачал дизайн в свободном доступе в Интернете, распечатал пистолет, получивший название «Освободитель», и выстрелил из него.
Пуля полетела в нужном направлении, но оружие разорвалось на четыре части.
В настоящее время ведутся дебаты о том, как лучше регулировать способность людей производить оружие с использованием 3D-принтеров.

 
После того, как южноафриканский плотник Ричард Ван Аз потерял пальцы в результате несчастного случая, он решил создать недорогой протез руки для людей без пальцев.
Названная Robohand, рука была разработана Ричардом совместно с конструктором, находящимся на другой стороне мира — в Сиэтле.

Рука напечатана из PLA-пластиковой смолы с помощью машины MakerBot и собрана с помощью кабелей и винтов в готовый протез. Он предназначен для ношения на руке и, чтобы схватить его пальцами, пользователь сгибает запястье. Дизайн для этой руки находится в свободном доступе в Интернете, что позволяет любому имеющему 3D-принтер и несколько дополнительных частей, сделать свою собственную версию.

 
Эта 3D-напечатанная титановая решётка была разработана, чтобы защитить зонды в будущих полётах на Марс.

Защита сконструирована для зондов, предназначенных для сбора образцов марсианской поверхности и последующего возвращения на Землю. Зона подавления решетки предназначена для поглощения удара при аварийной посадке на поверхность Земли.
Защитная решетка была разработана британским Советом технологий производства.

 
Это макет дизайна манипулятора, который передаёт чувство осязания и температуры его владельцу.
Эта рука является работой команды Университета Ноттингем из Англии, которая исследует, как можно использовать 3D-принтеры для создания электрических, оптических и даже биологических функций руки.

 
Довольно странное создание является воплощением МРТ художника, который его создал.
Названное «Обратное Воплощение», оно смешивает данные МРТ художника Тобиаса Кляйна и структуру собора Святого Павла в Лондоне.

 
Коллекция 3D печатных фигурок людей, которые были отсканированы в Лондонском Музее Науки.

 
3D печать также используется для производства зубных имплантатов, как показано здесь, а также в ортопедии и имплантатов суставов.