Назад извиртуальности: модель
- На схемах мы приводим обзор главных существующих на сегодня разработок 3D-печати. В базе каждой из них лежит послойное построение модели.
Прямое лазерное спекание металлов Разработка прямого лазерного спекания металлов (DMLS) разрешает распечатывать в металле сложные узлы, каковые пригодны для яркого применения в механизмах и машинах.
- Селективное лазерное спекание Селективное лазерное спекание схоже с?DMLS, однако здесь употребляется порошок не из металла, а из термопластика. Сфокусированный луч лазера пробегает по массиву порошка, спекая его гранулы по контуру слоя будущей модели. Поддерживающий материал не нужно, поскольку его роль делает окружающий изделие порошок.
- По окончании прохода слоя поршень опускает рабочую платформу на толщину одного слоя, а подвижное дно механизма подачи порошка поднимается на то же расстояние. Валик раскатывает слой порошка поверх уже созданного слоя и?процесс спекания повторяется.
Нанесение расплавленного полимера
- Стереолитография Разработка, существующая более двух десятков лет,?- одна из самых ветхих в области 3D-печати. Сущность ее в отверждении лазерным лучом находящегося в рабочей емкости жидкого фотополимера. Модели изготавливаются с высокой точностью, но в силу неосуществимости применения поддерживающего материала его приходится заменять конструкционным материалом, а после этого удалять элементы помощи механически.
- Демонстрационный механизм, складывающийся из взаимосвязанных шестеренок. Модель не собрана из отдельных подробностей, а напечатана на Z-printer 650 как единое целое.
Послойное склеивание ламината Еще одна достаточно ветхая разработка, заметно отличающаяся от всех других.- Тут лазерный луч вырезает контур слоя в подаваемом странице (бумаги либо пластика). После этого посредством клея и термического действия слой соединяется с прошлым, на него накладывается следующий и т. д. В итоге вырезанные по контуру и склеенные между собой слои ламината формируют модель. Поддерживающий материал не нужен, но оставшийся незадействованным ламинат не так-то от модели.
- В целом это не самая идеальная, но достаточно недорогая разработка.
Раскопки в белом порошке
Дальше начинается что-то похожее на древнюю детскую игру в «секрет»: это в то время, когда нужно было бережно разгрести почву либо песок, дабы откопать стеклышко, под которым заранее запрятано что-то прекрасное — бусинки, броские пуговицы либо конфетные фантики. Белое поле — это не бумага, а?достаточно приличный толщины слой порошка. Сейчас нужно отыскать и «выкопать» из него напечатанную 3D-модель.
В?порошок погружается патрубок от эластичного шланга, и рабочее поле начинает неспешно расчищаться — белая «мука» резво исчезает в недрах невидимого пылесоса. Искомое находится где-то в правом дальнем углу рабочего поля, и данный участок приходится расчищать аккуратно и?бережно. Вот оно! Из-под толщи порошка извлекается жёсткий трехмерный объект — со сложным рельефом, покрашенный в различные цвета, с градиентными заливками. По соседству находится особая камера.
Тут посредством сжатого воздуха (используется инструмент с узким соплом) все полости модели освобождаются от порошка, причем за счет «мягкого вакуума», создаваемого в камере, клубы этого мелкодисперсного вещества не разлетаются, а мгновенно всасываются куда-то вовнутрь автомобили. Как раз так — как говорится, «тихо» — трудится 3D-принтер марки Z-Printer 650. взглянуть на эту до тех пор пока еще не весьма привычную нам машину «ПМ» пригласили в офис эксплуатирующей аппарат столичной компании Cybercom.
В качестве экскурсоводов выступили представитель данной компании Дмитрий Чернобельский и продакт-менеджер компании Consistent Software Distribution Алла Аспидова. Им и первый вопрос: что может и для чего нужна такая очень дорогостоящая машина?
«Главная сфера применения аналогичных принтеров — прототипирование для САПР, архитектуры, музейного дела, геологии, — говорит Алла Аспидова. — Это разнообразные визуализация, которая разрешает максимально реалистично представить себе созданную в недрах компьютера модель. Вот весьма несложный пример применения данной технологии в экономике. Владимирский стеклотарный завод применяет принтер для распечатки моделей стеклотары самого различного дизайна.
Раньше, дабы наладить новую производственную линию разлива и?оценить созданный дизайн, приходилось заказывать личные стеклянные прототипы стеклодувам, что продолжительно и дорого. Сейчас дизайн разрабатывается в?САПР и распечатывается. Физическая модель, пускай она и не имеет прозрачности стекла, выглядит все равно реалистичнее изображения на экране. К тому же отечественная разработка трехмерной печати разрешает наносить на модели цветные изображения, надписи, комментарии.
Еще занимательный пример: одна из британских обувных компаний в обязательном порядке делает цветную 3D-распечатку всех собственных новых, созданных дизайнерами на компьютере моделей. Само собой разумеется, жёсткие и ботинки и негнущиеся туфли носить запрещено, но в?остальном с виду они малоотличимы от настоящих».
Чернила и клей
Принтер, с которым нас познакомили, трудится по разработке так называемой холодной печати — в?ходе изготовления модели ничего не плавится и не спекается. Особое ПО «нарезает» компьютерную CAD-модель на слои толщиной 0,1 мм. После этого модель «выращивается» в рабочей камере принтера методом добавления слоя за слоем (таковой способ именуется аддитивным).
Происходит это так. Над слоем порошка (это композитная смесь на базе гипса) движутся пять печатающих головок?- четыре из них содержат цветные чернила и формируют цветное изображение из красок модели CMYK. Пятая головка дает прозрачный цвет. Но, очевидно, цвет — это не основное.
Вместе с цветными чернилами, совершенно верно по контуру заданного компьютером слоя, на порошок разбрызгивается клей. В итоге обработанный клеем порошок затвердевает и преобразовывается в жёсткую пластину, поверх которой снова насыпается порошок — он тут же прилипает к уже созданной части модели. После этого новый порошок снова обрабатывается клеем и, в случае если необходимо, окрашивается. Так появляется следующий слой.
Модель неспешно растет вверх — со скоростью 28 мм/ч.
«Разработка трехмерного прототипирования, кстати, применима и в медицине,?- говорит Дмитрий Чернобельский. — В одной из столичных клиник таковой принтер применяют для того чтобы сложных зубных протезов. Сперва челюсть больного сканируют томографом, после этого полученные эти загружают в трехмерный редактор, где проектируют протез. По окончании изготовления на принтере его физической модели работа по протезированию уже идет значительно несложнее и занимает меньше времени.
Риск неточности минимизируется». «Принтер возможно использовать и в более сложных случаях, — додаёт Алла Аспидова.?- К примеру, в случае если по окончании важной травмы черепа на него предстоит поставить накладку из титаного сплава, несложнее и стремительнее отсканировать череп томографом, создать его физическую модель (включая модель пораженной территории) и уже на ней проектировать железную вставку. Так срок подготовки к важной операции может сократиться с нескольких суток до нескольких часов. Но, сейчас существуют 3D-принтеры, талантливые печатать из медицинских материалов и создавать не прототипы, а конкретно протезы, к примеру фрагменты уничтоженной кости».
Как напечатать механизм
Среди?образцов,?напечатанных?на Z-Printer, неизменно завлекают внимание модели с движущимися частями. Это, к примеру, модель подвески автомобиля, подшипник либо демонстрационный механизм с несколькими сцепленными между собой зубчатыми колесами (на фото). Достаточно покрутить одно колесо, и?в?перемещение придут все остальные.
Нереально кроме того представить себе, что все это не собрано из отдельных подробностей, а напечатано как единое целое.
«Дабы модель двигалась, нужен всего лишь мелкий зазор между частями, — растолковывает Алла Аспидова.?- Данный зазор (минимум 0,1?мм) уже заложен в 3D-модель, и принтер, в то время, когда печатает, оставляет непроклеенный участок между движущимися частями. За счет таковой технологии возможно делать подробности, каковые вторыми способами изготовить весьма тяжело, к примеру подшипники без сепаратора.
Причем это весьма недорогая разработка, поскольку изделие в ходе печати находится в массе порошка, что заполняет зазоры и не дает модели просесть под собственным весом. В других разработках приходится применять для подобных целей особый материл помощи, что возможно очень дорог. Помимо этого, в процесс изготовления подробности привносится еще один этап — необходимость удаления поддерживающего материала из готовой модели способом растворения либо выплавления».
Модели, напечатанные на базе гипсового порошка, шероховатые на ощупь, и дабы сделать их цветные поверхности более броскими и реалистичными, 3D-отпечатки покрывают различными составами, к примеру раствором морской соли, воском либо цианоакрилатом. И тогда черепичная крыша на архитектурном проекте будет смотреться как черепица, а дерево?- как дерево с свойственными этому материалу текстурами. И все же, не обращая внимания на реалистичность, речь заходит о прототипах.
Напечатанные шестеренки из гипса не смогут какое количество-нибудь продолжительно и надежно трудиться в механизма. Чтобы изготавливать способами 3D-печати промышленные образцы, нужна вторая техника. И она, само собой разумеется, имеется.
Пляшущий пламя
Говорят, возможно вечно следить за горящим огнем и за чужой работой. 3D-печать способом селективного лазерного спекания (SLS) является сочетанием того и?другого и, быть может, как раз исходя из этого относится к зрелищам волшебным и завораживающим. Мерцающее пламя, напоминающее мелкий бенгальский пламя, бегает по поверхности, засыпанной одноцветным порошком, а на ней проступают чёрные контуры будущей подробности.
Разработка тут используется кроме этого аддитивная, и модель растет слой за слоем. Лишь в отличие от холодного способа, в совокупности SLS замечательный лазер не склеивает, а спекает порошок, формируя жёсткую подробность. Разновидностью этого процесса есть прямое лазерное спекание металлов (DMLS), и тут, в отличие от SLS, где трудятся с термопластиками, употребляются железные порошки, к примеру, на базе титана либо нержавеющей стали.
Толщина слоя в DMLS может быть около 20 мкм, что разрешает изготавливать на 3D-принтерах небольшие сложные модели с минимальными допусками. На самом совершенном оборудовании этого типа, к примеру, создаваемом германской компанией EOS, вероятно создавать подробности и механизмы, каковые фактически не требуют последующей обработки поверхностей — они готовы к работе в составе автомобилей, а также в космической индустрии.
Печать без границ
Сравнительно не так давно команда исследователей под управлением Энди Кина и Джима Скэнлана из Университета Саутгемптона (Англия) заявила о создании первого в мире беспилотного самолета, фюзеляж которого изготовлен по разработкам SLS и DMLS. Чем, фактически, 3D-печать так заинтересовала авиаконструкторов? Дело в?том, что эти разработки дают невиданную свободу в реализации конструкторских идей.
Разрабатывая собственный дрон с?размахом крыльев 1,5 м, англичане решили применять эллиптическую конструкцию крыла, использовавшуюся когда-то на английском истребителе Supermarine Spitfire. Эта конструкция без шуток снижает лобовое сопротивление и дает тем самым громадный выигрыш в маневренности, но в?собственный время от нее отказались из-за чрезвычайной дороговизны изготовления этого сложного профиля в металле. 3D-печать снимает данный вопрос.
Ей по силам любой профиль, заданный компьютерной моделью. Второе преимущество — это возможность стремительного перехода от компьютерного дизайна к летающему прототипу. распечатка и Разработка одного БПЛА занимает всего лишь семь дней.
Наряду с этим очередной беспилотник может различаться от собственного предшественника новыми элементами конструкции?- достаточно только внести соответствующие трансформации в CAD-модель.
И это свойство — пожалуй, самое полезное, что принесла трехмерная печать в проектирование. Проектируемый элемент возможно многократно изменять, масштабировать, дорабатывать и приобретать на выходе подробность, работоспособность которой тут же проверяется в деле. Наряду с этим применение современных материалов разрешает получать от распечатанных моделей фактически любой прочности, так что изготовление способом лазерного спекания лопастей авиатурбин — это никакая не фантастика, а?в полной мере сегодняшний сутки.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№108, октябрь 2011).
<
h4>