Как устроены 3D-принтеры? Краткий исторический экскурс

13-14 февраля в Москве прошла выставка 3D Print Expo, посвященная технологиям 3D-печати и 3D-сканирования. На этой выставке все желающие могли посмотреть, как такие принтеры печатают привычные всем объекты — например, вазы или модели зданий. В этой статье предлагается познакомиться с лучшими экспонатами.

История 3D-печати берет свое начало в 1986 году, когда американец Чарльз Халл запатентовал «аппарат для производства трехмерных объектов методом стереолитографии». Халл организовал компанию 3D Systems, которая должна была заниматься производством этих самых аппаратов. Спустя 2 года на рынок поступил первый коммерчески доступный 3D-принтер (тогда, правда, название для устройства еще не было придумано) SLA-250.

Распечатанная на 3D-принтере туфля

Суть метода была такова: в емкость наливался тонкий слой фотополимера — полимера, застывающего под воздействием, например, лазерного излучения. После этого на дне емкости лазером формировался первый слой печатаемого объекта. Затем в ванночку доливался фотополимер так, чтобы он тонким слоем покрывал уже напечатанный кусок. С помощью лазера на нем формировался второй слой.

Процесс повторялся до тех пор, пока объект не был готов. Главный недостаток метода заключался (и заключается) в том, что каждый следующий слой возводится на предыдущем. Это ограничивает спектр фигур, которые таким образом можно получать.

Уважаемые читатели! Каждый бокс ниже интерактивен. Если навести на него курсор и зажать левую кнопку мыши, то движениями вправо-влево ролик можно проматывать до любого интересующего вас места. Чем сильнее отклоняется курсор от того места, где была зажата кнопка мыши, тем быстрее прокручивается ролик.

В 1988 году Скотт Крамп создал технологию моделирования методом наплавления (FDM). Он организовал компанию Stratasys, которая уже в 1989 году занялась производством машин на этой технологии. Теперь объект формировался тонкой нитью расплавленного пластика, выходящей из рабочей головки принтера. Некоторое время назад стартап 3Doodler предложил и первую в мире 3D-ручку, построенную по тому же принципу.

В 1993 году в Массачусетском технологическом институте создали технологию 3DP, которая чем-то напоминает принцип работы струйных принтеров. Здесь вместо жидкого фотополимера используется порошок, а вместо лазера - капли специальной связующей жидкости. Печать также происходит слой за слоем - уже готовая структура засыпается новой порцией порошка. Такая технология позволяет печатать достаточно быстро (современные модели достигают скорости в вертикальном направлении 25-50 миллиметров в час).

В 1995 году технология была куплена у университета компанией Z Corporation, которая начала производство собственных принтеров. К 1996 году на рынке 3D-принтеров возникла существенная конкуренция: за покупателя боролись Genisys от Stratasys, Actua 2100 от 3D Systems и Z402 от Z Corporation. Именно в это время впервые возник термин 3D-принтер.

В 2001 году 3D Systems приобрела технологию селективного лазерного спекания. Она напоминает 3DP — с той лишь разницей, что порошок в работе используется легкоплавкий, который плавится лазером. Как и в случае с 3DP, печать сложных объектов не требует наличия поддерживающих структур — висящие в воздухе элементы удерживаются слоем порошка.

Сама технология спекания была создана Карлом Дэкардом и Джо Биманом из Техасского университета в середине 80-х для Управления перспективных исследовательских проектов (DARPA) США. Именно поэтому коммерчески доступной она стала только в начале XXI века.

Достоинством новой технологии являлось то, что она (точнее, ее модификация под названием электронно-лучевая плавка) позволяла печатать не только из пластика, но и, например, из металла. Например, недавно ВВС Великобритании испытали первый истребитель Tornado GR.4 ВВС Великобритании с несколькими распечатанными металлическими деталями. Они были признаны успешными.

Помимо перечисленных технологий сейчас на рынке существуют еще несколько — правда, не столь популярных — способов 3D-печати. Пока 3D-принтеры не стали привычным устройством для домашнего пользования, но дело к тому уверенно идет. Например, недавно, компания Formlabs разработала 3D-принтер, стоимость которого составляет всего 2299 долларов США. Для сравнения стоимость принтеров, доступных на рынке, составляет десятки тысяч долларов. Деньги для начала производства Formlabs собрала с помощью сайта Kickstarter. Помимо принтера в комплект включается программное обеспечение для обычного ПК, некоторое количество расходных материалов и набор для пост-обработки деталей (после печати поверхность пластиковых деталей обычно обрабатывают, чтобы добиться гладкости).

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab^® по материалам сайта Lenta.ru.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

01.02.2014 ТОП-10 инноваций и трендов автомобильной индустрии по мнению журнала Фокус: гибриды, дизельные двигатели, интеллектуализация, композиты и композитные структуры, глобализация и гиперконкуренция, 3D-принтеры и др.
09.01.2014 BAE Systems впервые провела летные испытания истребителя Tornado GR.4 ВВС Великобритании с несколькими «распечатанными на 3-D принтере» металлическими деталями
20.12.2013 General Electric будет изготавливать форсунки для реактивных двигателей с помощью аддитивных технологий на 3D принтере
12.09.2013 3D-печать обещает третью промышленную революцию
03.08.2013 Революция в проектировании и производстве оптимальных элементов конструкций на основе объединения технологий производства добавлением слоев (Additive Layer Manufacturing, ALM) и HyperWorks Optistruct топологической оптимизации
19.07.2013 NASA и компания Aerojet Rocketdyne провели испытания инжектора жидкостного ракетного двигателя, изготовленного с применением 3D-печати
17.07.2013 В США разработан способ 3D-печати жидким металлом при комнатной температуре
07.07.2013 На VI Eвропейской конференции Altair, которую посетило 600 инженеров, менеджеров и экспертов из 26 стран, были обсуждены направления развития и совместного использования технологий топологической оптимизации и трехмерной печати
ной ударной вязкостью
16.05.2013 Инженеры научили робота-ящерицу ходить по песку. Представлено видео
15.05.2013 Pratt & Whitney готовится к летным испытаниям двигателей PW1100G
05.04.2013 Компания Pratt & Whitney Rocketdyne на основе интенсивных огневых тестов двигателя J-2X подтвердила применимость SLM-технологии селективной лазерной плавки (3-D лазерной печати) для выполнения деталей ракетных двигателей
03.04.2013 FabLab - 3D печать становится всё более популярной. Возможно, скоро мы будем печатать целые города
13.03.2013 Канадский изобретатель распечатал на 3D-принтере автомобиль, лобовое сопротивление которого почти в два раза меньше, чем у современных спорткаров