3D печат: какво трябва да знаете

Те не са принтерът на колелото на вашия дядо или матрицата на мама. Всъщност те нямат малка прилика с днешните принтери за документи или снимки, които могат да отпечатват само в скучни стари две измерения. Както подсказва името им, 3D принтерите могат да изграждат триизмерни обекти от най-различни материали. Те ще се появят в мейнстрийм и ще се показват на търговци на дребно като Staples, Best Buy и Home Depot, а можете да закупите многобройни 3D принтери и техните доставки на Amazon.com и чрез други търговски обекти. Въпреки че все още най-често се намират на магазини или в дизайнерски ателиета, в училища и читалища и в ръцете на любители, 3D принтери все по-често се намират на работни плотове, в помещения за отдих и кухни - и може би в дом близо до вас, ако не твоя собствена.

Какво е 3D печат?

Най-основният 3D печат е производствен процес, при който материалът се полага слой по слой, за да образува триизмерен обект. (Това се счита за добавъчен процес, тъй като обектът е изграден от нулата, за разлика от изваждащите процеси, при които материалът се изрязва, пробива, фрезира или обработва.) Въпреки че 3D принтерите използват различни материали (като пластмаса или метал) и техники (вижте "Как работи 3D печат?" по-долу), те споделят възможността да обръщат цифрови файлове, съдържащи триизмерни данни - независимо дали са създадени по компютърно проектиран (CAD) или компютърно създадена програма (CAM), или от 3D скенер - във физически обекти.

3D печат равномерно ли е?

Да, 3D печатът може да се счита за печат, въпреки че не е както е определено традиционно. Определенията на Уебстър за „печатния“ център за производство на печатни материали, публикации или фотографии и за производство чрез впечатление (прилагане на натиск). Нито една от дефинициите наистина не отговаря на 3D печат. Но от технологична гледна точка, 3D печатът е израстък на традиционния печат, при който се нанася слой материал (обикновено мастило). Обикновено е толкова тънка, че няма забележима височина (макар и с твърди мастилни принтери, тя е малко по-дебела). Това, което прави 3D печатът, значително удължава тази височина чрез прилагане на множество слоеве. Така че би имало смисъл да се разшири определението за печат, за да се включи изработката на триизмерни обекти по този начин.

Как работи 3D печат?

Подобно на традиционните принтери, 3D принтерите използват различни технологии. Най-често известното е моделиране на кондензирано отлагане (FDM), известно още като производство на кондензирани нишки (FFF). В него нишка - съставена от акрилонитрил бутадиен стирен (ABS), полимолечна киселина (PLA) или друг термопластик - се разтопява и отлага през нагрята екструзионна дюза на слоеве. Първите 3D принтери, които излязоха на пазара, направени в средата на 90-те години от Stratasys с помощта на IBM, използваха FDM (термин, запазена марка на Stratasys), както и повечето 3D принтери, ориентирани към потребителите, любителите и училищата.

Друга технология, използвана при 3D печат, е стереолитографията. В него UV лазер се свети във вана с ултравиолетово чувствителен фотополимер, проследяващ обекта, който трябва да се създаде на повърхността му. Полимерът се втвърдява, където лъчът го докосне и лъчът "отпечатва" обектния слой по слой според инструкциите в CAD или CAM файла, от който работи.

Като вариант на това, имате и 3D печатане с цифров проектор (DLP). Този метод излага течен полимер на светлина от проектор за цифрова обработка на светлината. Това втвърдява полимерния слой по слой, докато обектът се изгради, а останалият течен полимер се изцеди.

Мултиструйното моделиране е система за 3D печатане, подобна на мастилено-струйни материали, която пръска цветно, подобно на лепило свързващо вещество върху последователни слоеве прах, където обектът трябва да се формира. Това е сред най-бързите методи и един от малкото, който поддържа многоцветен печат.

Възможно е да промените стандартен мастиленоструен печат с други материали, различни от мастилото. Предприемчивите предприемачи са направили или модифицирали печатащи глави, обикновено пиезоелектрически глави, за да работят с различни материали - в някои случаи отпечатват самите печатащи глави на други 3D принтери! Компании като MicroFab Technologies продават печатащи глави с възможност за 3D (както и цялостни системи за печат).

Селективното лазерно синтероване (SLS) използва лазер с висока мощност, за да предпази частици от пластмаса, метал, керамика или стъкло. В края на работата останалият материал се рециклира. Топенето на електронен лъч (EBM) използва - познахте го - електронен лъч, за да се разтопи метален прах, слой по слой. Титанът често се използва с EBM за синтезиране на медицински импланти, както и части на самолета.

В зависимост от техниката, 3D принтерите могат да използват различни материали, включително, но не само метали (неръждаема стомана, спойка, алуминий и титан); пластмаси и полимери (включително композити, които комбинират пластмаси с метали, дърво и други материали); керамика; гипс; стъкло; и дори хранителни продукти като сирене, глазура и шоколад! (Вижте нашия грунд за видовете 3D принтер.)

Кой е измислил 3D печат?

Първият 3D принтер, използвал стереолитографската техника, е създаден от Чарлз У. Хъл в средата на 80-те години. Стереолитографията до голяма степен е скъпа търговска техника, като машините често струват 100 000 долара или повече.

През 1986 г. Хъл основава 3D Systems, компания, която днес продава 3D принтери, които използват най-различни технологии. Те варират от комплекти за входно ниво до усъвършенствани търговски системи, а 3D Systems предлага и услуги за части по поръчка, предимно за бизнес потребители.

Какви са предимствата на 3D печат?

С 3D печат дизайнерите имат възможност бързо да превръщат концепции в 3D модели или прототипи (известни още като "бързо прототипиране") и да прилагат бързи промени в дизайна. Тя позволява на производителите да произвеждат продукти по поръчка, а не в големи серии, подобрявайки управлението на запасите и намалявайки складовото пространство. Хората в отдалечени места могат да измислят предмети, които иначе биха били недостъпни за тях.

От практическа гледна точка, 3D печатът може да спести пари и материал срещу изваждащи техники, тъй като много малко суровина се губи. И обещава да промени естеството на производството, в крайна сметка ще позволи на потребителите да изтеглят файлове за отпечатване дори на сложни 3D обекти - включително, например, електронни устройства - в собствените си домове.

Какво могат да направят 3D принтерите?

Дизайнерите използват 3D принтери за бързо създаване на продуктови модели и прототипи, но все по-често се използват и за изработка на крайни продукти. Сред артикулите, направени с 3D принтери, са дизайните на обувки, мебелите, восъчните отливки за изработка на бижута, инструменти, стативи, предмети за подаръци и новости и играчки. Автомобилната и авиационната индустрия използват 3D принтери за изработка на части. Художниците могат да създават скулптури, а архитектите могат да изработват модели на своите проекти. Археолозите използват 3D принтери, за да реконструират модели на крехки артефакти, включително някои от античността, които през последните години са били унищожени от ISIS. По същия начин палеонтолозите и техните студенти могат да дублират скелети на динозаври и други вкаменелости. Разгледайте нашата галерия от прости и практични обекти на 3D принтер.

Лекарите и медицинските техници могат да използват 3D печат, за да направят протези, слухови апарати, изкуствени зъби и костни присадки, както и да копират модели на органи, тумори и други вътрешни телесни структури от CT сканиране при подготовка за операция. Добър пример е Project Daniel, който 3D отпечатва протетични ръце и ръце за жертви на насилието в Судан. Също така, 3D принтерите, които се разработват, които могат да поставят слоеве клетки за създаване на изкуствени органи (като бъбреци и кръвоносни съдове), вече са във фазата на НИРД. Има дори място за 3D печат в криминалистиката, например за копиране на куршум, поместен вътре в жертва.

Печатаната електроника е набор от методи за печат, които позволяват печатането на електронни устройства или схеми върху гъвкав материал, като етикети, тъкани и картон, чрез прилагане на електронни или оптични мастила. Той осигурява много евтино производство на устройства с ниска производителност. Печатаната електроника започва да се комбинира с 3D печат, което позволява отпечатването на многопластова схема или устройства. Естествен растеж на това мощно комбо е, че някой ден може да успеете да отпечатате джаджи от 3D планове, а не да ги купувате.

Приготвянето на храна е друг начин за използване на 3D принтери. Френският кулинарен институт използва 3D принтер с отворен код, разработен в университета Корнел, за да подготви художествени деликатеси, а MIT създаде 3D принтер за храна, наречен Cornucopia. Малък брой ресторанти тестват прототипи за хранителни принтери. Изследването на 3D печат на НАСА включва печатане на храни, като например пица с 3D печат.

Шепа 3D принтери за храна станаха достъпни за продажба. Те са склонни да се фокусират върху определени хранителни продукти, като шоколад, палачинки или бисквитки.

Какво представляват услугите за 3D печат?

Не е нужно да притежавате 3D принтер, за да се възползвате от такъв. Много услуги за 3D печат, като Shapeways и Sculpteo, отпечатват подаръци и други дребни артикули по поръчка на собствените си 3D принтери, след което ги изпращат на клиента. Клиентите могат или да подават свои собствени 3D обекти файлове или да избират елементи, повечето от които са проектирани от други потребители на услугата, от онлайн каталог.

Но услугите за 3D печат вече не са само в сферата на специалистите. Големи компании като Staples и UPS са въвели услуги за 3D печат, а някои традиционни печатница са добавили 3D печат към своя репертоар.

Къде мога да взема 3D принтер?

Повечето производители на 3D принтери продават продуктите си директно онлайн. Много електронни магазини вече ги съхраняват, включително и само за онлайн компании като Amazon.com и други, които също имат магазини за тухли и хоросани. Някои от последните, като Walmart, Best Buy и Staples, ги предлагат в магазини, както и онлайн, но не забравяйте да проверите за наличност на магазините на техните уебсайтове, тъй като не всички търговски обекти ги носят. Няколко магазина за 3D принтери са отворени в големите градове. Например, iMakr има витрини в Лондон и Ню Йорк.

Няколко онлайн търговци на дребно са специализирани в 3D принтери, като например Dynamism, който продава гама от 3D принтери от различни марки, а също така предоставя и поддръжка на клиенти.

Какъв софтуер ми трябва за 3D печат?

Почти всички 3D принтери приемат файлове във така наречения STL формат (наречен за стереолитография). Тези типове файлове могат да бъдат произвеждани от повечето CAD софтуер, от скъпи търговски пакети като AutoCAD до безплатни или с отворен код продукти като Google SketchUp и Blender. За тези, които не са склонни да правят свои собствени 3D файлове, базите данни с 3D обекти като MakerBot's Thingiverse предлагат множество 3D обектни файлове, които могат да бъдат изтеглени и разпечатани.

Повечето 3D принтери се предлагат със софтуерен пакет, който се доставя на диск или е наличен за изтегляне, който включва всичко необходимо за печат. Обикновено пакетите предоставят програма за управление на принтера и разрез, който, подготвяйки се за печат, форматира обектния файл в слоеве въз основа на избраната разделителна способност и други фактори. Някои пакети включват програма за "излекуване" на обектния файл чрез коригиране на проблеми, които биха могли да попречат на гладкото отпечатване. Програмите излязоха от движението с отворен код RepRap, от което се разви хобисткият 3D печат. С някои принтери можете да избирате отделните програми за компонент, които да изтеглите, а не да използвате това, което е предоставено в пакета.

Какво има бъдещето за 3D печат?

Разнообразие от 3D принтери за домове и малки фирми е лесно достъпно - PCMag прегледа доста от тях - но те все още често се разглеждат като екзотични и по-скоро скъпи измишльотини. Очаквайте това да се промени в рамките на следващите няколко години, когато 3D принтерите ще станат по-често срещани в къщите - ще бъдат намерени на работни плотове, в студиа, домашни офиси и дори в кухнята. Може да не ги намерите във всяко домакинство, но те ще станат незаменими за тези хора, които ги имат. В по-голямата си част предметите, направени с 3D принтери, са имали хомогенен интериор, но ще започнем да виждаме по-сложни творения, съчетаващи множество материали и композити, както и печатаща електроника. С днешните 3D принтери, ако загубите капака на батерията на телевизора, можете да отпечатате капак. С утрешния ден, ако загубите дистанционното си, ще можете да отпечатате ново дистанционно.

Също така, 3D печатът се укрепва в космическото пространство. НАСА експериментира с 3D принтери на борда на Международната космическа станция. В крайна сметка 3D принтери могат да бъдат използвани за създаване на местообитания на Марс и други светове. За да спаси астронавтите Аполон 13 от умиране от задушаване на въглеродния оксид, НАСА трябваше да намери начин да постави квадратно колче в кръгла дупка. Ако на борда е имало 3D принтер, може да са успели лесно да разрешат проблема, като проектират и отпечатват конектор.

Астронавтите не могат да замахнат от Home Depot, ако се наложи да заменят клапан или джаджа, но 3D принтер може да изработи такъв според нуждите. По същия начин ще видим 3D принтери в бази на Антарктида и други отдалечени места на Земята, където хората не могат да чакат шест месеца за следващата подмяна, за да заменят основни части или инструменти.

Медицинските приложения на 3D печат не спират с протезиране, слухови апарати и зъбни коронки. (Вижте "Какво могат да направят 3D принтерите?" По-горе за преглед на това, което се работи.) Резервните части не трябва да се ограничават до механичните.

През последните няколко години наблюдаваме експлозия в разнообразието и използването на 3D принтери. Подобно е на това, където личните компютри бяха около 1980 г. Въпреки че е достатъчно лесно да видим някои области, в които ще се разклони областта на 3D печат, други са извън нашата способност да прогнозираме, така както никой през 1980 г. не можеше да си представи много от това личният компютър ще се превърне в. Възможно е 3D печатът да няма същото въздействие като компютъра, но има потенциал да революционизира производството и, може би по-важното, да го пренесе в ръцете на ежедневните потребители. Едно е сигурно обаче: 3D печат е тук, за да остане.

За повече информация, разгледайте нашето ръководство за 10-те най-добри 3D принтера и някои мнения от ранно възприемане.