Перспективи 3D-друку в Україні та світі: від кераміки до житла

Здавалося б, що можна придумати нового при виготовленні найрізноманітніших предметів або деталей? Їх можна вирізати вручну, виточити на станку, наштампувати під пресом, відлити з розплавленого матеріалу в спеціальній формі ... Зрештою, видути, як це роблять склодуви або як виготовляються пластикові пляшки .

Але останнім часом все більше речей можна ... надрукувати. Приблизно так, як виникають текст або зображення на аркуші паперу. Більшість читачів газети хоча епізодично, але чули протехнологію 3D-друку. Використовуючи її можливості, інженери навчилися робити на 3D – принтерах деталі для літаків і вогнепальну зброю, кровоносні судини і протези, мікросхеми. Навіть новий дзьоб для покаліченого орла якось надрукували !

" Сегодня" пропонує коротку розповідь про перспективної технології. А також те, які в цій сфері досягнення у наших світлих голів .

Техніка: комп'ютери і тонка механіка

У найзагальнішому вигляді 3D – друк – це створення тривимірних об'єктів на базі набору даних, з яким працює спеціальне програмне забезпечення .

Для створення віртуальної моделі служить 3D-сканер – пристрій, що аналізує обриси предмета, а потім створює його математичну модель.

Активні 3D-сканери створюють спрямований на об'єкт пучок випромінювання і аналізують відбиті хвилі. Залежно від того, який матеріал буде використовуватися для подальшого друку та багатьох інших факторів, може застосовуватися світло видимого діапазону, лазерний промінь, ультразвук, рентгенівське і гамма-випромінювання. Пасивні сканери працюють з природним світлом, відбитим від досліджуваного предмета.

Отримані при скануванні 3D-моделі обробляються системами автоматизованого проектування (САПР).

Дизайн. Застосування 3D-принтера і гіпсу дозволяють швидко створити відчутну модель предмета

Припустимо, що потрібна нам шестерня відсканована, математична модель її створена і збережена в комп'ютері .

Далі в хід йде головний інструмент технології – 3D-принтер. Виконуючи команди особливої програми, він шар за шаром "нарощує" обсяг нашої шестерні. Хтось ще пам'ятає, як працює струйний принтер? Приблизно так діє і 3D-принтер. Рухома друкуюча головка, слідуючи інструкціям комп'ютера, викидає в потрібний момент в відповідну точку простору заздалегідь задану кількість речовини. Після створення першого шару головка або майданчик, на якому знаходиться створюваний предмет, на крок пересувається по вертикалі. І створюється другий шар. Процес повторюється до тих пір, поки наша шестерня не буде повністю "вирощена".

В наші дні застосовується багато технологій об'ємного друку. Вони цілком можна застосувати в багатьох галузях промисловості. Обожнюють 3D – друк дизайнери: він дозволяє їм створювати предмети, які неможливо створити інший спосіб .

Шанс. Можна створювати речі, невигідні для звичайного виробництва

Вогнем і променем

У сучасних 3D – принтерах використовується декілька технологій обробки сировини .

• SLA

Полягає у впливі на фотополімер лазерного променя, в результаті чого матеріал твердне. Відбувається приблизно те ж саме, як при створенні стоматологом пломби з фотополімеру .

• SLS

Іншими словами – спікання лазером. Єдина технологія 3D – друку, що застосовується для виготовлення металевих предметів з порошків .

• FDM

Пошаровий друк розплавленою полімерною ниткою. Зарекомендувала себе при виготовленні одиничних виробів .

• SGC

Опромінення ультрафіолетом. Виріб створюється з шарів фоточутливого пластика, що наноситься на робочу поверхню. Після цього він через особливу маску із зображенням чергового перетину опромінюється ультрафіолетом. Порожнини заповнюються розплавленим воском, який служить для підтримки наступних шарів .

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ

• В Україні розробили одноразовий еко-посуд з кукурудзи і зубні щітки з целюлози

Сировина: пластмаси, гіпс, метал і шоколад

У 3D – друку використовується цілий спектр матеріалів. Щось підійде для пластмасових гайок, які будуть тримати кришку на унітазі, або згодиться на дизайнерську кухоль. Але зовсім інші матеріали потрібні для деталей, які використовуються при великих навантаженнях, високій температурі тощо .

• Полімери

Найчастіше використовуються пластмаси. Одним з популярних матеріалів є так званий ABC-пластик: нетоксичний, ударостійкий, без запаху. У продаж він надходить у вигляді порошку або тонких ниток на бобінах. Поліамідні порошки розраховані на принтери, де предмети з цього матеріалу спекают лазером. Спектр полиамидного сировини досить широкий, а застосування добавок дозволяє отримувати матеріали з самими різними властивостями. Потреба в таких матеріалах так велика, що їх випуском займаються величезні компанії. Так, у одного з хімічних гігантів Німеччини є навіть спеціальний підрозділ – BASF 3D Printing Solutions. Її матеріали затребувані в автомобільній промисловості.

• Гіпс

З гіпсовими сумішами все просто. Так, моделі з гіпсу недовговічні і тендітні, але вони недорогі, до того ж, прекрасно передають форму і структуру вихідного предмета. Тому ідеально підходять для презентацій, коли потрібно показати зразки замовникам і клієнтам. Крім того, гіпсові моделі відрізняються термостійкістю: їх використовують для виготовлення форм для лиття .

• Метал

У багатьох випадках неможливо знайти заміну металу. Тоді в об'ємної друку йде в хід порошок з міді, алюмінію, дорогоцінних і благородних металів, сплавів .

• Екзотика

Іноді використовується що – небудь їстівне. Наприклад, шоколад: какао – маса швидко застигає і твердне. Тому процес друку якогось шоколадного шедевру проходить дуже швидко .

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ

• Україна різко піднялась в рейтингу інновацій

З'являються також повідомлення про 3D – принтерах, які працюють з бетоном. Ці гіганти здатні пошарово створити теоретично будь-які будівельні деталі і конструкції. Перший в світі надрукований бетонний міст з'явився в минулому році в містечку Гемерт в Голландії .

Цього року фахівці Національної лабораторії ім. Лоуренса ( США ) запропонували 3D – друк на основі рідин – води і силіконової олії . Нова технологія знайде застосування в хімічному синтезі і створенні компонентів рідинної електроніки .

З'явилося і дерев'яне волокно для 3D – друку. Насправді це все той же полімер з наповнювачем з дрібних частинок дерева. З такої сировини можна виготовляти довговічні і міцні речі, які зовні не відрізнити від дерев'яних. І навіть пахнуть, як сосновий брусок .

Зцілення. Білоголовому орлану надрукували протез дзьоба

Тонка праця. 3D-друк прижився в виробництві сувенірів

Міст. На стінці ясно видно шари бетону, якими він друкувався

1/3

Україна: ми теж дещо вміємо

Об'ємний друк давно перестав бути технічною екзотикою в Україні. У нас цілком успішно працюють десятки компаній, що надають послуги 3D – друку. Ми ж розповімо про тих, хто не просто заробляє гроші, а ще й рухає науково – технічний прогрес .

• Житло

Команда на чолі з Максимом Гербутом запропонувала технологію створення житлового будинку PassivDom. "Коробка" будівлі (стіни, балки) друкується на 3D-принтері однією деталлю, без жодного шва. Використовуються міцні та довговічні матеріали: склопластик, поліуретан, карбон. Стіни товщиною близько 20 см. Завдяки структурі, що нагадує вакуумний термос, будинок добре утримує тепло: теплоізоляційні властивості його стін можна порівняти з цегляною стіною товщиною 7,3 м. Корисна площа базової моделі відносно невелика – 30 кв. м, але при необхідності можна "роздрукувати" конструкцію в два рази просторіше. Друк самої будівлі і монтаж супутніх систем займають не більше трьох тижнів.

У 2017 році PassivDom потрапив в список " 100 кращих інноваційних проектів Центральної та Східної Європи ", в 2018 році почалося серійне виробництво в США. Там вже отримано близько 8 тис . замовлень. Крім того, Максим Гербут подав заявку на внесення свого дітища в Книгу рекордів Гіннесса – в номінації " Найтепліший будинок в світі " .

• Творці кераміки

Стартап Kwambio представив 3D – принтер Ceramo One власної розробки. Автори позиціонують його як " перший високоточний 3D – принтер для друку керамічних виробів ". Принтер вже застосовується на фабриці, де Kwambio випускає кераміку різного призначення. Також там розробили матеріали і технології виготовлення форм для відливання деталей і друку вузлів для аерокосмічної галузі .

Незабаром пристрій показали на CES – виставці споживчої електроніки, що проходить в Лас – Вегасі, де представляють " най-най " нововведення. Незабаром після CES стартап отримав пропозицію від General Electric на пару принтерів і матеріали до них. В одному з інтерв'ю співзасновник стартапу Володимир Усов обмовився, що американці мають намір використовувати обладнання для виробництва лопаток турбін .

• Ретельніше треба

Стартап Sprybuild об'єднав декількох наших інженерів і дизайнерів. Першим їх успіхом став Jollylook – іграшкова, але діюча камера, стилізована під вантажні фотоапарати. Тепер стартап запропонував нову технологію об'ємного друку. Її назва громіздко: "технологія високошвидкісної безперервної друку рідкими фотополімерами, заснована на трансформації хвильового фронту актинічного випромінювання, що формує проекцію вироби безпосередньо в області побудови, на кордоні між фотополімером і оптичним інтерфейсом" (CPWC). Якщо не вдаватися в теоретичні і інженерні тонкощі, то ця новинка дозволяє вже в найближчому майбутньому сконструювати найшвидший 3D-принтер в світі. Крім того, вдалося майже повністю позбутися від прилипання сировини-фотоплімера і звести до мінімуму застосування такої "хімії", як інгібітори і модифікатори. Плюси очевидні: екологічність і скорочення витратних матеріалів.

В першу чергу технологія CPWC знайде застосування при створенні вузлів складної форми і витончених елементів декору. Ще більш вражаюче виглядає місце технології CPWC в медицині: можна буде підібрати компоненти сировини для, наприклад, протезів судин. А застосування біорозкладаних матеріалів дозволяє друкувати капсули для перенесення ліків в потрібну точку організму .

Принтер для роботи з керамікою. Фото: Kwambio

Будинок. Може бути легко і швидко побудований в будь-якому ведмежому кутку. Фото: passivDom

Троянда. Технологія створює точну геометричну копію квітки. Фото: Sprybuild

Процес. Метод CPWC економить матеріали, екологічний і точний. Фото: Sprybuild

1/4