ITCS - 3D-принтеры 2011 - КОМПЬЮТЕРНОЕ ПО И ЖЕЛЕЗО
Сегодня: Понедельник, 05.12.2016, 23:38 (МСК)| Здравствуйте, Гость| Мой профиль | Регистрация | Вход | RSS

Домашние системы
3D-видения

Визуальная среда Flowstone

Blu-ray приводы для ПК

ТВ-тюнеры. Как выбирать?

Плагины Sonnox Oxford
Главная » КОМПЬЮТЕРНОЕ ПО И ЖЕЛЕЗО

3D-принтеры 2011

29.01.2011




К аббревиатуре «3D» современный обыватель постепенно начинает привыкать: на пользовательском уровне это кино, игры, телевидение. Что касается профессионального сегмента, то потребность в устройствах трехмерного сканирования и печати появилась очень давно и только в последнее время мы можем видеть качественные подвижки в области реализаций конкретных устройств. При этом пока 3D-сканеры и 3D-принтеры подразумевают два отдельных рынка, хотя в будущем, вполне вероятно, что мы будем говорить о появлении МФУ, как это произошло в обычной 2D-печати. Захотел, например, человек создать копию своей чашки — пожалуйста, загрузил в контейнер, отсканировал, отправил на печать, указав нужное количество копий. При этом мы говорим не о фантастике. 

Конечно, сейчас можно нередко столкнуться с тем мнением, что появление 3D-принтеров вскоре убьет промышленность, связанную с крупносерийным производством. В принципе, это вполне возможно, но в далеком будущем, сейчас же мы можем говорить о создании прототипов моделей (прототипировании) без использования стандартных инструментальных технологий, то есть достаточно иметь 3D-модель того или иного объекта, созданную в CAD-приложениях или пакетах трехмерного моделирования и 3D-принтер для ее «печати». 

Данную технологию в профессиональной сфере также называют «быстрым прототипированием», поскольку время перехода от программного представления до физически реализованной модели исчисляется часами, а более сложных случаях — днями. Но это все равно на порядок уменьшает временные затраты.  По существу, появление подобного рода устройств сделало серьезную революцию в промышленности, потому как раньше на создание так называемых мастер-моделей затрачивались довольно большие ресурсы, изготовление требовало уникальных специалистов (например, на некоторых производствах модели-прототипы делались из дерева, для чего имелись специальные макетные мастерские), особую трудность представляло изготовление сложных по форме деталей. Теперь ситуация улучшилась. Причем, стоит отметить и огромные плюсы новых технологий, состоящие в том, что некоторые модели являются работоспособными прототипами, то есть используются не только для оценки дизайна. Достаточно привести очень известный пример с фирмой  Porsche, которые сделали прозрачный вариант трансмиссии автомобиля для того, чтобы проследить ток масла еще на этапе разработки. 

С другой стороны можно сказать и о реализациях в рамках небольших производств. Например, уже не редкость, что такие принтеры используются для создания корпусов для штучного оборудования. Кстати, известен тот факт, что знаменитая фирма Lockheed Martin, занимающаяся авиационной техникой и оборонными технологиями, при изготовлении первых действующих моделей беспилотного самолета Polecat большинство деталей напечатала на 3D-принтерах. 
Вообще, мы говорим о более чем реальных технологиях будущего и настоящего, которые сейчас развиваются в различных сферах деятельности человека.  


О технологиях


Самих технологий изначально предусматривалось и разрабатывалось довольно много, для того, чтобы убедиться в этом, достаточно просмотреть научные и промышленные новости в области быстрого прототипирования периода конца 80-х — первой половины 00-х. Но, в принципе, остановились на нескольких ключевых. Создание моделей в рамках 3D-принтеров сегодня часто называют выращиванием, что показывает суть самого процесса. Дело в том, что модели формируются слоями.

Наиболее известно восемь технологий быстрого прототипирования, среди которых мы выделим шесть наиболее распространенных основных методов. При этом с определенной долей условности используется их разбиение на «лазерные» и «струйные», что, конечно, сближает 3D-принтеры с обычными в терминологии, но по существу, мы говорим не только о различных технологиях, но и походах. Итак, список основных технологий
  1. Лазерная печать с использованием фотополимера (лазерная стереолитография). В этом случае используется жидкий фотополимер, который засвечивается (полимеризируется) ультрафиолетовым лазером либо же ультрафиолетовой лампой (или системой ламп) через фотошаблон, после чего затвердевает и превращается в прочный пластик. И так слой за слоем. 
  2. Лазерное спекание. В качестве рабочего материала используется порошок из легкосплавного пластика. Лазерный луч пиксель за пикселем и слой за слоем выжигает в нем необходимую форму, после чего оставшийся порошок просто стряхивается. 
  3. Лазерное ламинирование. Контур каждого тонкого слоя рабочего материала выжигается лазером, после чего слои склеиваются между собой. 
  4. Струйная печать с использованием застывающего материала. Суть технологии довольно проста: слой за слоем печатающая, хотя в данном случае лучше сказать раздаточная головка наносит в нужных местах капли разогретого термопластика, которые при охлаждении быстро затвердевают и хорошо слипаются между собой. 
  5. Струйная печать с использованием фотополимера. В качестве рабочего материала используется фотополимер, который распыляется на плоскости проектирования тонким слоем и полимеризируется ультрафиолетовой лампой. Толщина каждого слоя очень мала, например, в варианте технологии PolyJet от компании Objet Geometries, она составляет минимум 16 микрон. 
  6. Струйная печать склеиванием. В качестве основного рабочего материала используется порошок обычно на гипсовой основе с различными добавками и присадками. Соединение всего между собой производится за счет специального клея, который наносится печатающей головкой. При этом следует отметить, что в рамках современных технологий распространено явление, когда само клеящее вещество может быть разных цветов, а головок несколько, соответственно, можно создавать разноцветные модели. Если говорить о наиболее ярком представителе этого направления, то это компании ZCorporation, в рамках технологий которой толщина слоев составляет минимум 80 микрон, а для придания прочности моделям выпускаются специальные пропитки.

При струйной печати склеиванием можно оперировать цветами

Как можно увидеть, технологии довольно просты для понимания: используется полимеризация под ультрафиолетом специальных материалов (фотополимеров), спекание порошка и склеивание порошка или слоев. Все описанные варианты подразумевают послойный режим формирования модели. Наиболее популярными на рынке сегодня являются технологии, описанные в пп. 4-6.  

Стоит отметить и один важный момент: дело в том, что направление 3D-печати довольно молодо, поэтому мы можем наблюдать весь сопутствующий набор проблем — высокие цены на оборудование и расходные материалы, недостаточное разнообразие продукции, сосредоточение основных технологий в руках единичных фирм. С другой стороны очевидно развитие. Например, в последние годы довольно большое внимание было уделено улучшению характеристик качества и разнообразия материалов. 


Objet Geometries Connex500


В данном случае мы говорим об одной из самых популярных и современных моделей в сегменте 3D-принтеров. Технология быстрого прототипирования — струйная печать с использованием фотополимера (см. пункт 5 списка основных технологий). 



Нужно сказать, что Connex500 является революционной на рынке по той причине, что в ней реализована новая технология, позволяющая использовать несколько разных типов модельных материалов одновременно. У производителей она называется PolyJet Matrix.
Основной комплект поставки подразумевает на сегодня десять исходных материалов: 
  • FullCure 720 Model transparent (полупрозрачный материал), 
  • FullCure VeroWhite Opaque (белый фотополимер), 
  • FullCure VeroBlue Opaque (синий фотополимер), 
  • FullCure VeroBlack Opaque(черный фотополимер), 
  • FullCure DurusWhite (белый полипропилено-подобный материал),
  • FullCure TangoBlack (чёрный резиноподобный фотополимер), 
  • FullCure TangoGray (синий резиноподобный фотополимер), 
  • FullCure TangoPlus (резиноподобный фотополимер для режимов печати HS и DM),
  • FullCure TangoBlackPlus (чёрный резиноподобный фотополимер для режимов печати HS и DM),
  • FullCure 705 (материал поддержки).
При этом время от времени их количество растет. Например, в момент появления Connex500 на рынке все обратили внимание на новинку, а именно реализацию резиноподобных композитов. Это было востребовано, но ни у кого из конкурентов нет ничего подобного. В последнее время был добавлен полипропилено-подобный материал DurusWhite, а также специальные версии Tango для двух режимов печати. Гелеобразный материал поддержек является вспомогательным, он специально наносится для поддержки элементов сложной геометрии и при этом легко удаляется с помощью воды или вручную. Кстати, не является токсичным.  


Objet Connex500

В рамках устройства предусмотрена специальная технология Digital Materials, подразумевающая получение дополнительных композиционных вариантов материалов, которые производятся путем смешивания двух FullCore в различных пропорциях. Например, при смешивании того же белого и черного вы можете получить любые оттенки серого и так далее. Это же касается и механических свойств при совмещении. 

Стоит отметить, что в Connex500 предусмотрены два режима смешанной печати, в рамках которой можно одновременно использовать несколько материалов — Mixed Parts и Mixed Tray. Mixed Parts — это возможность создания целостной модели, состоящей из деталей с различными материалами. Другими словами, вам не нужно все потом склеивать по отдельности. Второй вариант, Mixed Tray позволяет одновременно печатать детали из разных материалов с различными механическими или физическими свойствами. 

Объем рабочего пространства печати Connex500 составляет 500x400x200 мм, скорость создания моделей до 20 мм в час. При этом стоит сказать, что предусмотрено три основных режима 3D-печати:
  • HQ (высокого качества), толщина слоя — 16 мкм, скорость — 12 мм/час. 
  • HS (высокой скорости), толщина слоя — 30 мкм, скорость — 20 мм/час. 
  • DM (режим цифровых материалов), толщина слоя — 30 мкм, скорость — 12 мм/час.  
Разрешение по оси X — 600 dpi (42 мкм), оси Y — 600 dpi (42 мкм), точность — 0,1-0,2 мм, количество печатающих головок — 8 (по две на каждый материал, включая материал поддержек), запас расходных материалов — 4 картриджа по 3,6 кг. Вес же самого устройства равняется 500 кг, габариты — 1320 x 990 x 1200 мм. 


Одна из интересных новинок к теме. Амит Цоран (Amit Zoran) из MIT напечатал на Objet Connex500 музыкальный инструмент — специально спроектированную флейту. Что интересно, она зазвучала:).

Для работы с принтером предусмотрено специальное программное обеспечение — Objet Studio for Connex, которое отличается от других пакетов проектирования и моделирования своей специализированной направленностью, поскольку позволяет работать с материалами устройства.  Внутренний формат файлов — STL, SLC и objDF Fil. Интерфейс подключения Sonnex500 — Ethernet TCP/TP.

Цена на Connex500 зависит от поставщиков, но в целом можно озвучить сумму 325 тыс. евро. 


Десктопные модели — Objet Alaris 24 и Objet Alaris 30


Среди продукции фирмы Objet можно найти и, как бы это сказать… офисные модели, отличающиеся сравнительно более низкой ценой и малыми размерами. Эта линейка называется Alaris. В качестве примера мы рассмотрим старшую модель Alaris 30, которая является на данный момент наиболее актуальной при цене около 46 тыс. евро. 


Objet Alaris30

Максимальные габариты печатаемых изделий составляют 300 x 200 x 150 мм, толщина слоя — 28 мкм, разрешение печати — 600 х 600 х 900 dpi, погрешность не превышает 0,1 - 0,2 мм, количество печатающих головок — 2. Используемые материалы — VeroWhite Plus, VeroBlue, VeroBlack, DurusWhite, FullCure705 (материал поддержки). Габариты оборудования — 825 x 620 x 590 мм, вес оборудования — 83 кг. 


ZCorporation ZPrinter 650



ZCorporation ZPrinter 650

Технологии печати ZCorporation (см. пункт 6 списка основных технологий) базируется на принципе послойной 3D печати, при которой струйная печатающая головка распределяет жидкий клеевой состав на водной основе. Он склеивает порошок, формируя при этом слои будущей детали. Клей, поочередно поступающий в каждую печатающую головку, распределяется в соответствии с заданной программой и застывает сразу же после нанесения. После завершения формирования одного уровня вращающаяся головка проверяет его толщину и приступает к работе над следующим. Толщина одного слоя варьируется в диапазоне 0,089 – 0,102 мм по выбору пользователя. Разрешение по X и Y составляет 600 x 540 dpi.
По окончании процесса печати прототип извлекается из массы порошка. Порошок, не использованный в процессе построения модели, применяется для печати следующих моделей. 


«Напечатанный» корпус видекамеры в ZPrinter 650

Модель ZPrinter 650 (около $85 тыс.) является передовой в линейке продукции фирмы, при этом стоит выделить две ее ключевые особенности: печать больших по размерам объектов (254 х 381 х 203 мм) и высокая скорость построения — 2-4 слоя в минуту. В рамках устройства используется пять печатающих головок (прозрачная, желтая, малиновая, голубая и черная — фактически цветовая модель CMYK с альфа-каналом), что позволяет качественно передавать 24-битный цвет. 

Отдельно стоит сказать, что мы говорим не только о создании вариантов, включающих разноцветные детали, но и, например, о нанесении надписей на объекты.

В качестве ключевого программного обеспечения фирмой предоставляется софт собственной разработки, который позволяет редактировать модели в форматах STL, VRML и PLY.  
Габариты оборудования - 188 х 74 х 145 см, вес — 340 кг. 


Проект саморепликации RepRap и появившиеся течения


Говоря о трехмерных технологиях печати нельзя обойти стороной некогда нашумевший проект RepRap, который и ныне продолжает процветать и здравствовать, правда, уже несколько спустившись с небес на землю. Изначально подразумевалась возможность воспроизведения устройством самого себя (самокопирование). Другими словами 3D-принтер может напечатать другой 3D-принтер. А, вообще, сама идея была довольно интересной, поскольку заглядывала в будущее, например, почему бы последние модели тех же мобильных телефонов пользователям не печатать у себя дома?:) Появилась новинка? Скачиваем файл, воспроизводим, вернее, производим.  

Проект стартовал в середине 00-х, и уже в 2006-м RepRap 0.2 напечатал одну из своих пластиковых деталей, в феврале 2008-го RepRap 1.0 «Darwin» — уже больше половины таковых, а весной 2009-го система напечатала первую работающую электрическую цепь. В принципе, в данном случае мы говорим о термической печати с использованием специальных материалов. Не смотря на обширную статью в WiKiPedia по этому вопросу, где рассказывается о работе с проводниками, драгоценными металлами и… даже пищей (например, шоколад), на самом сайте проекта (http://reprap.org) все гораздо тривиальнее, а именно, используются обычные термопластики (PCL, HDPE, PLA, ABS, PP), что соответствует 4 пункту в нашем перечислении основных технологий. 


RepRap 2.0 «Mendel»

При этом сейчас актуальна версия 2.0 «Mendel», стоимость всех комплектующих которой составляет $520, она позволяет печатать модели размером до 200 x 200 x 140 мм, толщина слоя составляет 0,3 мм, скорость печати — 15 кубических сантиметров в час. В принципе, сам проект больше научный и открытый к тому же. Например, по вопросам покупки Mendel они отправляют на форум, где некоторые из энтузиастов уже собрали по их рекомендациям действующие 3D-принтеры.


Botmill Glider 3.0

В качестве примера приведем, пожалуй, одного из самого активного из них — Botmill. Модель Glider 3.0, базирующаяся на разработке RepRap стоит $1395.


В завершение


Сегодня, говоря о 3D-принтерах, мы подразумеваем только устройства быстрого прототипирования. Использование их в бытовых целях пока не целесообразно. И тем более не стоит говорить о наполеоновских планах переноса мощностей серийного производства на домашние устройства 3D-печати.

А, в целом, ситуация выглядит достаточно интересно. Говоря о продукции Objet и ZCorporation, я невольно вспомнил ситуацию десятилетней давности, когда подрабатывал сисадмином в одной фирме. Там посреди одной комнаты стоял огромаднейший ящик, из которого постоянно высыпался графитовый порошок. Это был ксерокс, некогда кем-то приобретенный за очень большие деньги, а в ситуации, которой я был свидетелем, он стал всем мешающим предметом интерьера. Так и тут, сегодня мы говорим о чем-то новом и сверхдорогом, доступном не каждому, но пройдет десять лет… хотя, сами и посмотрим.

Что интересно, в России уже начал формироваться сервис — несколько компаний предлагают печать на 3D-принтерах по цене от 40 до 60 руб. за кубический сантиметр.



Перепечатка материалов или их фрагментов возможна только с согласия автора








Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Ассоциация боевых роботов
Рекомендуем...
Новости

Разделы

Опросы

Какой язык программирования вы считаете наиболее актуальным сегодня?
Всего ответов: 308

Друзья

3D-кино






Найти на сайте:








Об авторе       Контакты      Вопрос-ответ        Хостинг от uCoz