Области применения 3D принтеров

Содержание

• Преимущество и недостатки 3D технологий.
• Домашнее применение.
• Прототипирование.
• Мелкосерийное производство.
• Образование.
• Исследования и наука.
• Литейное производство.
• Машиностроение.
• Моделирование.
• Авиация и космос.
• Робототехника.
• Дизайн и мода.
• Архитектура.
• Искусство и музеи.
• Стоматология.
• Ювелирка.
• Электроника.
• Медицина.
• Кулинария.
• Вывод.
• FAQ.

Преимущества и недостатки 3D технологий

3D принтеры сейчас являются, пожалуй, самым новым средством производства материальных ценностей. Литье, ковка, лепка, точение и сверление, штамповка, прочая механическая обработка и даже сварка известны человечеству давным-давно и успешно им применяются. Принтеры же, в силу своей технической сложности, возникли сравнительно недавно и продолжают бурно эволюционировать. Чем же они так хороши и способны ли полностью заменить классические инструменты, станки и технологии?

Главным преимуществом 3D принтеров является их универсальность и относительная простота в использовании. Скачать готовую модель из Интернета или даже “нарисовать” самостоятельно в 3D редакторе на компьютере не так уж сложно. Выбрать материал, подготовить принтер и, наконец, напечатать модель (разной степени качества, но вполне узнаваемую и функциональную) сможет даже ученик начальной школы у себя дома. Представить токарный или фрезерный станок, не говоря уж про плавильную печь с литьевыми формами в спальне гораздо сложнее, да и работать с ними не очень просто и очень не безопасно.

Аддитивное производство, ярким представителем коего является 3D печать, чрезвычайно экономично использует сырье, бо́льшая часть которого идет в дело, а не в стружку, иногда даже на все 100%.

3D принтеры работают гораздо тише своих точильно-сверлильных конкурентов, потребляют меньше энергии, не пылят, почти не заваливают окружающее пространство опилками и прочими отходами.

Один 3D принтер способен, по своим возможностям, заменить несколько классических станков, так как производит готовую модель заданной формы сразу, со всеми поверхностями и отверстиями. Как правило, геометрическая точность достаточно высока, при этом не требует от оператора высокой квалификации и многолетнего опыта работы.

Где можно купить 3D принтеры с гарантией?
Большой ассортимент по низким ценам можно посмотреть в нашем каталоге на сайте https://3d-diy.ru/catalog/3d-printery/

В большинстве случаев прочности напечатанных деталей хватает для поставленных задач. При использовании инженерных и конструкционных пластиков механические свойства готовых изделий сравнимы с металлическими, при этом превосходят их по массе и ряде других свойств. Кстати, печатать настоящими металлами некоторые принтеры тоже уже могут.

Почему же 3D принтеры до сих пор не заняли все цеха и заводы мира?

По производительности - при массовом производстве - 3D принтеры сравниться с “обычными” станками, конечно же, не могут. Принтер будет печатать десять деталей в десять раз дольше, чем одну. Налаженные же производственные линии “выплевывают” одинаковые заготовки в сотни и тысячи раз быстрее без потери качества. Да, их долго запрягать, но потом они гораздо быстрее едут.

Довольно часто сделать что-то из металла не только проще и быстрее, но и дешевле, чем из равного по механическим свойствам пластика. Особенно если речь идёт о крупногабаритной детали. Задача выточить многометровый вал для винта корабля, отлить уличный фонарь или “горгулью” в натуральный размер для уличного фасада, сварить железнодорожный вагон из предварительно штампованного металлического листа, да хоть мебель для квартиры, практически неподъемна для 3D печати.

3D принтеры ограничены в выборе материалов. Чаще всего они работают с полимерами различной степени тугоплавкости, реже с некоторыми металлами, воском, бетоном и еще реже со съедобными продуктами типа шоколада. Дерево, стекло и всё, что безвозвратно теряет структуру после 100 ℃ для современных принтеров пока недоступно.

Если подвести предварительный итог развития на данный момент, то работы хватит всем технологиям - и старым, и новым. Выбор пути, по которому пойти изготовителю, зависит от многих параметров: от материала, количества, требований к внутреннему строению и к поверхности, к химическим и физическим свойствам изделия и так далее. Но спорить, что 3D принтеры представляют собой серьезную конкуренцию традиционным станкам и инструментам уже никто не станет. Слишком они удобны и универсальны.

Давайте коротко перечислим некоторые области применения, пока что для всего двух видов 3D принтеров, самых распространенных и доступных на сегодняшний день: FFF и фотополимерных. Где-то их сферы влияния пересекаются, а где-то безоговорочно доминирует кто-то один.

Домашнее применение

Наверное, это самый многочисленный отряд, как по общему количеству, так и по разнообразию видов. Домашний 3D принтер - не только компактное и доступное устройство для быстрого изготовления полезных в хозяйстве вещей, но и замечательная развивающая игрушка, инструмент для безграничного творчества и обучения.

Быстро создать деталь для ремонта бытовой техники или мебели, напечатать подставку под свой смартфон или планшет, изготовить кухонную принадлежность или аксессуар для работы и отдыха? Нет ничего проще. Украсить свой дом необычными светильниками, а сад уникальными формами и скульптурами? Да пожалуйста. Игрушку для ребенка или для себя? Обязательно, причем еще вместе понаблюдать за процессом пару-тройку часов, что тоже интересно.

Сейчас, домашний 3D принтер уже можно считать обычной бытовой техникой, а не атрибутом редкого надомного мастера или скучающего богача.

Прототипирование

Наладка серийного производства чего бы то ни было - крайне долгий и дорогостоящий процесс. Будет очень обидно, если деталь или устройство на выходе будет иметь явные недостатки, которые инженеры не предусмотрели на этапе проектирования, или вовсе окажется браком, причем вся партия. Во избежание подобных неприятных ситуаций придумали прототипирование, то есть изготовление одного или нескольких экземпляров испытуемой детали для ее изучения и оценки в реальных условиях.

Прототип может отличаться от готового изделия материалом, цветом, даже размером и внешним видом, он может лишь частично повторять часть детали, например сопрягаемую с другими деталями. Главное его назначение - понять, такой ли получается изделие на самом деле, каким выглядит на чертежах и в воображении. Встанет ли оно на то место, которое ему предназначено и будет ли там выполнять свои функции? Сможет ли смотреться в реальности так же красиво, как на эскизах? Ляжет ли в руку как задумано? И ответить на тому подобные вопросы.

Прототипирование позволяет сэкономить очень много денег и времени, когда речь идет о подготовке массового или технически сложного производства. 3D печать идеально подходит на эту роль.

Мелкосерийное производство

Если речь идет о сравнительно небольшой партии готовой продукции, то 3D печать может стать оптимальным вариантом ее производства. Особенно для случаев, когда деталь имеет довольно сложную форму, трудную для многократного повторения, например, на токарном станке, или, хуже того, требующую многочисленных последовательных операций на разных станках.

Для таких заказов существуют так называемые “3D фермы” - производства, в которых основным оборудованием является 3D принтер. Много 3D принтеров. Задача обслуживающего персонала вовремя запускать печать, заменять катушки с филаментом, извлекать готовые изделия и следить, чтобы все работало правильно. Существуют почти полностью автоматизированные фермы, где люди, по большей части, занимаются лишь техническим обслуживанием и ремонтом оборудования. По сути, такие 3D фермы - самые настоящие заводы будущего, где человек лишь помогает роботам.

Образование

Умение работать со станками ЧПУ, яркими представителями которых являются 3D принтеры, важный, но не единственный навык, приобретаемый учащимися. Развитие образного и пространственного мышления, элементы конструирования, программирования, понятие о свойствах материалов и технологиях работы с ними - далеко не полный список знаний и умений, основы которых постигают ученики в процессе освоения 3D печати.

3D технологии могут выступать как в качестве основной, так и вспомогательной цели учебного процесса. Способность быстрого и самостоятельного изготовления нужной запчасти, детали, элемента дизайна и прочих материальных предметов заданной формы и размеров будет весьма полезна в будущем для любой сферы деятельности и творчества.

Исследования и наука

Уникальное лабораторное оборудование стоит очень дорого, доступно не всем и не всегда. Установки, созданные с помощью 3D принтеров, могут частично решить эту проблему, они гораздо дешевле, да еще и с возможностью кастомизации под собственные особенности.

Макеты живых и неживых структур, строения веществ, молекул и атомов наглядно демонстрируют изучаемое на физическом и химическом уровне. В объемном виде наглядные пособия более информативны, чем на рисунках.

3D печать способна воссоздать копии объектов, оригиналы которых трудно исследовать ввиду их возраста, стоимости, состояния или недоступности. Например, сканированная, а затем напечатанная кость мамонта, челюсть вымершего вида рыбы или черепа неандертальца будет полностью соответствовать настоящим артефактам по форме и размеру, отличаясь лишь материалом. Исследователи смогут без труда и опасений брать их в руки для подробного осмотра и изучения.

Прототипирование научных установок значительно сокращает время и стоимость их разработки. Прежде чем делать что-то из металла и стекла, ученые экспериментируют на пластиковых моделях, выявляя их сильные и слабые стороны, на ходу внося изменения.

Литейное производство

Технология литейного производства относительно проста, а потому известна с древних времен. При помощи литья человечество тысячи лет получает разнообразные предметы - от украшения до оружия из различных материалов, от металла до стекла. Одним из самых сложных звеньев технологии является изготовления фасонной заготовки (мастер-модели), по которой будет сделана литейная форма. Здесь 3D печать приходится как нельзя кстати.

Будучи “нарисована” в 3D редакторе, мастер-модель любого назначения и сложности печатается из промежуточного материала. Часто в роли такого материала выступает воск, который после застывания формы нагревается до 60 ℃ и полностью вытекает из нее, оставляя гладкую поверхность с прекрасной детализацией.

Твердые заготовки годятся для изготовления разборных форм из силикона, гипса и прочих стандартных для этой задачи материалов.

Машиностроение

В машиностроении 3D принтеры применяются для: изготовления прототипов в разработке новых деталей, узлов и компонентов, доработки и совершенствования существующих механизмов (или переоборудования их под другие задачи), производства запасных деталей ремкомплектов и расходных материалов.

3D печать позволяет создавать компоненты с очень сложной геометрией, тем самым развязывая руки инженерам. Теперь они не ограничены в возможностях проектирования детали любых форм с максимальной прочностью и минимальным весом, что сугубо положительно сказывается на любом готовом изделии, будь то газонокосилка или самолет.

Моделирование

Моделирование - одна из тех сфер деятельности, куда 3D печать вписывается просто идеально. Создание уменьшенных или увеличенных моделей реальных предметов возможно как при помощи 3D сканирования, так и отрисовки чертежей, схем и набросков в ручном или автоматическом режиме в специальных редакторах.

Модели могу быть не только игрушками и приятными для глаз аксессуарами, но и вполне функциональными изделиями. Например, уменьшенная модель автомобиля или самолета годится для “продувки” в небольшой аэродинамической трубе. Возможно, не все характеристики удастся получить в полном объеме, но сократить количество ошибок перед созданием полномасштабного образца получится многократно, что сэкономит инженерам уйму времени и средств.

Авиация и космос

Всё, что летает, должно весить как можно меньше, при этом быть как можно прочнее. В этом помогают не только легкие полимеры, но и “сетчатые” модели, которые тяжело воспроизвести стандартными средствами производства.

Печатные элементы позволяют экономить дорогостоящие металлы и композиты, при этом не уступая им в прочности. А на принтерах, способных печатать металлами, успешно печатают даже “горячие” элементы двигателей, в том числе реактивных, например топливные форсунки.

Элементы современных космических скафандров во многом изготовлены методом печати. Инструменты для космонавтов тоже, как и оборудование космического аппарата внутри и снаружи. Все это благодаря сложным формам, лёгкости и прочности печатных изделий.

Робототехника

Робототехника бурно развивается в последние годы во всех направлениях и масштабах, от игрушек до сборочных линий на реальных заводах. Всё, что находится на этапе развития и конструирования, неизбежно пользуется прототипированием в огромных количествах. Корпуса, манипуляторы, шарниры, даже колеса у каждого робота свои собственные и на чем, как не на 3D принтере, их печатать?

В робототехнике сходятся в одну точку множество наук, умений и навыков. Конструирование, 3D моделирование, программирование, 3D печать, зачастую обычные слесарные работы по сборке, обработке напильником и много чего ещё. 3D в данной деятельности лишь один из инструментов, но не исключено, что самый востребованный.

Дизайн и мода

Безграничные возможности по сотворению трехмерных произведений искусства предоставляют 3D технологии. Даже если вы не прирожденный скульптор и вообще не знаете, с какого конца брать в руки стамеску, то при некоторых творческих задатках, умении ловко катать мышку по коврику и настойчивости рано или поздно обязательно добьетесь успеха в этой области.

Создание уникальной авторской обуви, головных уборов (включая шлемы), одежды, пуговиц, браслетов и прочих причудливых аксессуаров - далеко не полный список возможностей. Дизайнерские украшения интерьера и экстерьера, такие как осветительные приборы, элементы декора любого размера и назначения, фрагменты мебели или даже мебель целиком, кастомные детали автомобилей и мотоциклов. Продолжать перечисление можно бесконечно. 3D принтеры открыли возможности творить для тех, кто раньше мог об этом только мечтать.

Архитектура

Многие в курсе, что специализированные строительные 3D принтеры способны печатать самые настоящие дома и прочие архитектурные сооружения в натуральный размер, например мосты и башни. Но здесь мы говорим о небольших и “обычных” 3D принтерах, работающих с термопластиком. Изготовить модели зданий по чертежам в уменьшенном масштабе стало теперь гораздо быстрее, чем когда-то при помощи фанеры, оргстекла и клея. Да и выглядеть они стали куда более презентабельно.

Прежде чем отправлять проектную документацию подрядчикам, архитекторы “строят” здания, улицы и целые кварталы в “игрушечном” виде, чтобы убедиться, что все будет выглядеть и сочетаться как надо. Кроме того, точные модели, включающие внутренний каркас и пропорциональные стены, могут быть испытаны на прочность, сейсмоустойчивость и сопротивление ветровым нагрузкам. Всегда лучше один раз увидеть, чем сто раз просчитать на бумаге.

Искусство и музеи

Натуральные декорации для кино и театра, из тех, что не делаются видеографикой, давно и почти полностью изготавливаются 3D принтерами. Это и доспехи рыцарей, и древняя посуда, и гаджеты из будущего, включая полномасштабных андроидов. Бутафорское оружие, сказочные деревья, животные, их останки, черепа и кости, в том числе человеческие. Косплееров с ограниченным бюджетом 3D принтеры так и вовсе вывели на новый уровень реалистичности и безумства идей.

Далеко не все музейные экспонаты можно безнаказанно трогать руками. А вот их точные копии - сколько угодно, причем одновременно по всему миру. Некоторые навеки утерянные артефакты 3D технологии способны воссоздать по фотографиям и воспоминаниям. Часть экспонатов невозможно извлечь из земли, глины, камня, не разрушив их, но можно напечатать натуральную модель, дать изучать ее специалистам и показывать всем интересующимся.

Стоматология

Протезирование, благодаря 3D технологиям, стало намного точнее, безопаснее, безболезненнее, быстрее, но, увы, не дешевле. По причине малого размера печатных форм, то есть зубов, для изготовления мастер-моделей используются исключительно фотополимерные принтеры высокого разрешения. Будучи сформированными на специальных программах и стендах модели зубов, челюстей, мостов и коронок печатаются с максимальной точностью, после чего отливаются или вытачиваются из прочных медицинских материалов.

Благодаря наработкам и собранному опыту чаще всего получается угадать с формой и размером с первого раза, что облегчает жизнь как врачу, так и пациенту. Будем надеяться, что когда-нибудь это станет еще намного проще и, как следствие, доступнее.

Ювелирка

Ювелирные изделия имеют небольшой размер, высокую детализацию и требуют от создателя таланта и творческой энергии. Таким образом, с точки зрения технологий, ювелирное искусство можно считать гибридом дизайна и стоматологии. Разумеется, в бой тоже идут фотополимерные принтеры в качестве создателей мастер-моделей.

Ювелиры получили очень мощный инструмент для воплощения своих задумок и фантазий практически без ограничений. Теперь форма колец, брошей и браслетов не ограничивается возможностями традиционных пилок и лобзиков. Твори все, что хотел и видел на фотографиях, в фильмах или во снах.

Электроника

Сами электронные компоненты, разумеется, на принтере не напечатать, зато корпуса, кронштейны и прочий крепеж получается на “ура”, благо что пластик отличный изолятор. Отличная возможность создать собственный неповторимый дизайн для собственноручно сделанного прибора, вместо подбора более-менее подходящего по размеру готового скучного корпуса.

Собственный корпус идеально впишется в поставленную задачу. Где надо расположены крепежные отверстия и разъемы, на своих местах окно для дисплея и вентиляционные прорези, можно даже рельефный логотип на боку. Сборка такого прибора становится удовольствием, а не страданием. К тому же под разные потребности и условия эксплуатации подбирается оптимальный пластик - атмосферостойкий, жароустойчивый, эластичный или наоборот предельно жесткий, да и цвет под окружающую обстановку выбрать не проблема.

Медицина

О стоматологии, как части медицины, мы уже рассказывали. В других отраслях этой жизненно важной науки 3D технологии тоже используются весьма активно. Самый яркий пример - изготовление индивидуальных протезов. Ручная подгонка под форму и размер уходит в прошлое, уступая новым технологиям.

Эндопротезы, то есть элементы костной структуры, тоже успешно печатаются на 3D принтерах уже много лет. А эластичные материалы, похожие на живую кожу, способны заменить утраченные мягкие ткани, такие как уши, носы и так далее.

Бывает так, что при подготовке редкой операции не оказывается под рукой нужного инструмента. В таком случае напечатать его на 3D принтере, когда фактор времени очень важен, станет лучшей идеей, которая, возможно, спасет чью-то жизнь.

Современные 3D технологии ушли так далеко, что уже позволяют печатать готовые органы из живых клеток, но это уже совсем другая история.

Кулинария

Так называемые “пищевые” 3D принтеры отличаются от всех остальных тем, что используют в качестве расходного материала съедобные продукты. Такие, что могут плавиться и застывать, например шоколад, мастика, сахар, творог, пасты и паштеты, сыры и так далее. Наиболее востребованы пищевые 3D принтеры в кулинарии, так как тортики, пирожное и печенье особенно вкусны, когда красиво выглядят.

Пищевой принтер поможет создать кулинарное изделие необычной, сложной формы, нанести любой рисунок или надпись на его поверхности, причем очень быстро и аккуратно, не испортив дорогой и вкусный продукт.

Вывод

3D принтеры прочно и заслуженно стали неотъемлемой частью жизни современного человека. Они заполнили все сферы нашей жизни, от развлечений и обучения, до медицины и военной техники. Удобство, простота, экономичность, универсальность и точность - вот их основные преимущества, позволившие занять подобное прочное положение.

Однако до полного вытеснения традиционных способов изготовления еще очень далеко. Возможно, что такого не произойдет вовсе. Привычные еще нашим дедам станки до сих пор востребованы и занимают большую часть массового производства. Работа найдется для всех и для всего. Но спорить с тем, что 3D принтеры облегчили нашу жизнь и сделали ее интереснее, уже никто не будет точно.

FAQ