История развития 3D принтеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 3D ПРИНТЕРОВ

Эстрин М.В.

СГУ

Технология 3D печати, перспективная отрасль развития науки и техники, на данном этапе развития скромно заявляет о себе как хобби для тех, у кого есть деньги и время на сборку, настройку и освоение сложной технологии, совершенно новой технологии. В то время как серьезные компании и научные деятели разрабатывают перспективу повседневного использования 3D принтеров. Ниже предоставлена краткая хронология и несколько важных событий, приближающие момент повседневности данного явления.

1984 -- Американец Чарльз Халл разработал технологию «стереолитография» (SLA) для печати физических 3D-объектов по данным цифровых моделей из фотополимеризующейся композиции (ФПК).

Технология:

Метод основан на облучении жидкой фотополимерной смолы лазером для создания твердых физических моделей. Построение модели производится слой за слоем. Каждый слой вычерчивается лазером согласно данным, заложенным в трехмерной цифровой модели. Облучение лазером приводит к полимеризации (т.е. затвердеванию) материала в точках соприкосновения с лучом. По завершении построения контура рабочая платформа погружается в бак с жидкой смолой на дистанцию, равную толщине одного слоя - как правило, от 0,05мм до 0,15мм. После выравнивания поверхности жидкого материала начинается процесс построения следующего слоя. Цикл повторяется до построения полной модели. После завершения постройки, изделия промываются для удаления остаточного материала и, при необходимости, подвергаются обработке в ультрафиолетовой печи до полного затвердевания фотополимера.

1985 -- МихаилоФейген предложил послойно формировать объемные модели из листового материала: пленок, полиэстера, композитов, пластика, бумаги и т.д., скрепляя между собой слои при помощи разогретого валика. Такая технология получила название «производство объектов ламинированием» (LOM).

Технология:

Лист материала с клейким покрытием наносится на рабочую платформу (или нижние слои модели) с помощью разогретого ролика. Контур слоя вычерчивается с помощью лазера. Лишний материал режется лазером на мелкие секции для упрощения процедуры удаления. Платформа с готовым слоем передвигается вниз. В рабочую камеру подается новый лист материала. Платформа поднимается вверх до контакта с новым материалом. Цикл повторяется до завершения постройки модели, после чего лишний материал удаляется, и производится завершающая механическая обработка изделия (сверление, шлифовка и пр.)

1986 -- доктора Карл Декарт и Джо Биман в Университете штата Техас в Остине разработали и запатентовали метод селективного лазерного спекания (SLS).

Технология:

Технология (SLS) подразумевает использование одного или нескольких лазеров (как правило, углекислотных) для спекания частиц порошкообразного материала до образования трехмерного физического объекта. В качестве расходных материалов используются пластики, металлы, керамика или стекло. Спекание производится за счет вычерчивания контуров, заложенных в цифровой модели (т.н. «сканирования») с помощью одного или нескольких лазеров. По завершении сканирования рабочая платформа опускается, и наносится новый слой материала. Процесс повторяется до образования полной модели.

1987 -- израильской компанией Cubital была разработана Технология послойного уплотнения (SGC)

Технология:

Технология основана на нанесении тонких слоев фотополимерной смолы с последующим облучением материала ультрафиолетовым светом. Облучение происходит по физическому фотошаблону или «маске» соответствующего контура. Облучение приводит к полимеризации (затвердеванию) материала, после чего лишний материал удаляется из рабочей зоны, а полости заполняются легкоплавким воском. При необходимости производится механическая обработка поверхности, после чего производственный цикл повторяется. По завершении построения модели воск выплавляется, оставляя готовую модель, не требующую дополнительного облучения в ультрафиолетовой печи для полной полимеризации.

1988 -- 3D Systems разработала модель SLA-250, которая была запущена в серийное производство для широкого круга пользователей.

1988 -- Скотт Крамп изобрел FDM (моделирование путём декомпозиции плавящегося материала).

Технология:

производственный цикл начинается с обработки трехмерной цифровой модели. Модель в формате STL делится на слои и ориентируется наиболее подходящим образом для печати. При необходимости генерируются поддерживающие структуры, необходимые для печати нависающих элементов. Некоторые устройства позволяют использовать разные материалы во время одного производственного цикла. Например, возможна печать модели из одного материала с печатью опор из другого, легкорастворимого материала, что позволяет с легкостью удалять поддерживающие структуры после завершения процесса печати. Альтернативно, возможна печать разными цветами одного и того же вида пластика при создании единой модели.

Изделие, или «модель», производится выдавливанием («экструзией») и нанесением микрокапель расплавленного термопластика с формированием последовательных слоев, застывающих сразу после экструдирования.

Пластиковая нить разматывается с катушки и скармливается в экструдер - устройство, оснащенное механическим приводом для подачи нити, нагревательным элементом для плавки материала и соплом, через которое осуществляется непосредственно экструзия. Нагревательный элемент служит для нагревания сопла, которое в свою очередь плавит пластиковую нить и подает расплавленный материал на строящуюся модель. Как правило, верхняя часть сопла наоборот охлаждается с помощью вентилятора для создания резкого градиента температур, необходимого для обеспечения плавной подачи материала. (рис. 1)

Рисунок 1

объемный печать принтер

1995 -- в Массачусетском технологическом институте был придуман термин "3D-печать".

2005 -- Компания Z Corporation выпустила Spectrum Z510. Это был первый на рынке 3д-принтер с высоким качеством цветной печати.

2008 -- Выпущена первая версия Reprap, «принтера который может производить сам себя». На тот момент он мог изготавливать половину деталей необходимых для «репродукции».

RepRap (ReplicatingRapid-prototyper) - любая свободно распространяемая машина для быстрого прототипирования, которая может воспроизводить большую часть своих собственных частей. Устройства RepRap способны печатать пластиковые компоненты из состава собственной конструкции, которые могут быть использованы для постройки клонов оригинального устройства. Отдельные устройства RepRap успешно применяются для производства печатных плат и металлических частей. В связи с открытым доступом к чертежам принтеров RepRap, многие из проектов перенимают технические решения аналогов, создавая, таким образом, подобие экосистемы, состоящей по большей части из свободно модифицируемых устройств.

2010, ноябрь -- Urbee: первый автомобиль, созданный при помощи гигантских 3д-принтеров Dimension 3D Printers и Fortus 3D ProductionSystems (рис. 2)

Рисунок 2

2010, 8 декабря -- медицинская компания Organovo. Inc объявила о создании технологии, которая сможет создавать искусственные кровеносные сосуды на 3д-принтере.

2010 - группа ученых FluidInterfacesGroup из Массачусетского Технологического Института представила первый 3D принтер для создания продуктов - «Cornucopia» (рис. 3)

Рисунок 3

Процесс приготовления, точнее изготовления, пищи начинается со множества емкостей, канистр, в которых хранятся охлажденные ингредиенты для приготовления любимых блюд. Эти ингредиенты подаются через систему трубопроводов в специальный миксер, в котором они смешиваются в необходимых пропорциях. Полученная смесь подается в головку экструдера, которая является "печатающей" головкой этого принтера-скатерти-самобранки. Помимо точного смешивания, полученная пищевая смесь сразу может быть нагрета или охлаждена до необходимой температуры с помощью специальных нагревательных и охладительных элементов, расположенных на печатающей головке.

Так же цифровой процесс приготовления пищи полностью учитывает создание необходимых ароматов и вкусовых качеств приготавливаемого блюда. Но, только с помощью такого процесса можно будет создавать совершенно невообразимые структуры и блюда, которые совершенно невозможно изготовить, используя традиционные кулинарные приемы и методы. Еще одним плюсом такой технологии является полный контроль над происхождением, качеством, пищевой, энергетической ценностью и вкусом получаемой пищи.

2011, июль -- под руководством Университета Эксетера и университета Брюнеля и фирмы Delcam, исследователи создали первый 3д-принтер, печатающий шоколадом.

2011, август -- Инженерами Университета Саутгемптона создан первый самолёт, напечатанный на 3д-принтере.

2011, сентябрь -- на конференции по новым технологиям и дизайну «TED-2011» был представлен трехмерное устройство для выращивания человеческих органов, использует стволовые клетки людей и животных.

Процесс

Как и в любой другой 3D печати, объект печатается слой за слоем, но в отличие от 3д технологий PLA или ABS, для создания живой ткани используются живые клетки, которые находятся в гелеобразной массе. После этого клетки растут и развиваются, превращаясь в живую ткань, кости и даже целые органы.

Практическое применение

Помимо трансплантации органов, 3D печать может быть использована в различных сферах медицины. Это поможет не только производить донорские органы, но также обеспечить лучшее заживление и выздоровление пациентов, и лучшее медицинское образование для уже работающих специалистов и студентов.

2011, 5 октября -- Roland DG Corporation представила новый iModela IM-01.

2012 -- Компания 3D Systems выпустила на рынок первый персональный трехмерный принтер для домашнего использования 3D Cube.

2012, март -- Венский Технологический Университет создали трехмерный принтер печатающий микроскопические объекты разрешением до 100 нм со скоростью 5 метров в секунду.

Многие важные события пополнят список достижений в данной области, многие не уместились в список и заслуживают отдельного внимания такие как печать зданий и создание новых высокопрочных материалов с использованием технологий 3D печати. Все достижения в данной области со временем трансформируют рынок в поставщика сырья и цифровых макетов. В итоге мы получим максимально персонализированную еду, одежду, мебель, дома и машины.

Размещено на Allbest.ru