3D-прынтар

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
3D-прынтар.
Дэманстрацыя працы 3D-прынтара

3D-прынтар — прылада, якая выкарыстоўвае метад папластовага стварэння фізічнага аб'екта на аснове віртуальнай 3D-мадэлі.

Тэхналогія[правіць | правіць зыходнік]

3D-друк можа ажыццяўляцца рознымі спосабамі і з выкарыстаннем розных матэрыялаў, але ў аснове любога з іх ляжыць прынцып папластовага стварэння (гадоўлі) цвёрдага аб'екта.

Ужываюцца дзве тэхналогіі фарміравання пластоў:

  • Лазерная
    1. Лазерны друк — ультрафіялетавы лазер паступова, піксель за пікселем, засвечвае вадкі фотапалімер, або фотапалімер засвечваецца ўльтрафіялетавай лямпаю праз фоташаблон, які змяняецца з новым пластом. Пры гэтым вадкі палімер дубянее і ператвараецца ў досыць трывалы пластык.
    2. Лазернае спяканне — пры гэтым лазер выпальвае ў парашку з лёгкасплаўнага пластыка, пласт за пластом, контур будучай дэталі. Пасля гэтага лішні парашок стрэсваецца з гатовай дэталі.
    3. Ламінаванне — дэталь ствараецца з вялікай колькасці пластоў працоўнага матэрыяла, якія паступова накладваюцца адзін на аднаго і склейваюцца, пры гэтым лазер выразае ў кожным контур перасячэння будучай дэталі.
  • Струменевая
    1. Застыванне матэрыялу пры астуджэнні — раздаткавая галоўка выціскае на платформу-аснову, якая ахалоджвае, кроплі разагрэтага тэрмапластыка. Кроплі хутка застываюць і зліпаюцца адзін з адным, фармуючы пласты будучага аб'екта.
    2. Полімерызацыя фотапалімернага пластыка пад дзеяннем ультрафіялетавай лямпы — спосаб падобны на папярэдні, але пластык цвярдзее пад дзеяннем ультрафіялета.
    3. Склейванне ці спяканне парашковага матэрыялу — падобна на лазернае спяканне, толькі парашковая аснова (часам на аснове здробненай паперы ці цэлюлозы) склейваецца вадкім (часам клейкім) рэчывам, якія паступаюць са струменевай галоўкі. Пры гэтым можна прайграць афарбоўку дэталі, выкарыстоўваючы рэчывы розных колераў. Існуюць узоры 3D-прынтараў, якія выкарыстоўваюць галоўкі струменевых прынтараў.
    4. Густыя керамічныя змясі таксама ўжываюцца ў якасці матэрыялу, які сам цвярдзее, для 3D-друку буйных архітэктурных мадэляў[1].
    5. Біяпрынтары — друк 3D-структуры будучага аб'екта (органа для перасадкі) вырабляецца ствалавымі клеткамі. Далей дзяленне, рост і мадыфікацыі клеткаў забяспечвае канчатковае фарміраванне аб'екта.

Таксама вядомыя дзве тэхналогіі пазіцыянавання друкавалай галоўкі:

  • Дэкартавая, калі ў канструкцыі выкарыстоўваюцца тры ўзаемна-перпендыкулярныя накіравальныя, уздоўж кожнай з якіх рухаецца або друкавалая галоўка, або аснова мадэлі.
  • Пры дапамозе трох паралелаграмаў, калі тры радыяльна-сіметрычна размешчаных рухавіка согласованно разам кранаюць асновы трох паралелаграмаў, прымацаваных да друкавалай галоўкі. (гл. артыкул Дэльта-робат і праект DeltaMaker)

Існыя тэхналогіі[правіць | правіць зыходнік]

  • Лазерная стэрэалітаграфія (Laser Stereolithography, SLA) — аб'ект фармуецца са спецыяльнага вадкага фотапалімера, які дубянее пад дзеяннем лазернага выпраменьвання (ці выпраменьвання ртутных лямпаў). Пры гэтым лазернае выпраменьванне фармуе на паверхні бягучы пласт распрацоўванага аб'екта, пасля чаго, аб'ект апускаецца ў фотапалімер на таўшчыню аднаго пласта, каб лазер мог прыступіць да фарміравання наступнага пласта.
  • Селектыўнае лазернае спяканне (Selective Laser Sintering, SLS) — аб'ект фармуецца з топкага парашковага матэрыялу (пластык, метал) шляхам яго плаўлення пад дзеяннем лазернага выпраменьвання. Матэрыял на аснове парашка наносіцца на платформу тонкім раўнамерным пластом (звычайна спецыяльным валікам, які выраўноўвае), пасля чаго лазернае выпраменьванне фармуе на паверхні бягучы пласт распрацоўванага аб'екта. Затым платформа апускаецца на таўшчыню аднаго пласта і на яе зноў наносіцца матэрыял на аснове парашка. Дадзеная тэхналогія не мае патрэбы ў падтрымных структурах «віслых у паветры» элементаў распрацоўванага аб'екта, за кошт запаўнення пустэчаў парашком. Для памяншэння неабходнай для спякання энергіі, тэмпература працоўнай камеры звычайна падтрымліваецца на ўзроўні ледзь ніжэй кропкі плаўлення працоўнага матэрыялу, а для прадухілення акіслення, працэс праходзіць у бескіслародным асяроддзі.
  • Электронна-прамянёвае плаўленне (Electron Beam Melting, EBM) — аналагічная тэхналогіі SLS, толькі тут аб'ект фармуецца шляхам плаўлення металічнага парашка электронным прамянём у вакууме.
  • Мадэляванне метадам наплаўлення (Fused Deposition Modeling, FDM) — аб'ект фармуецца шляхам папластовай кладкі расплаўленай ніткі з топкага працоўнага матэрыялу (пластык, метал, воск). Працоўны матэрыял падаецца ў экструзійную галоўку, якая выціскае на платформу, якая ахалоджвае, тонкую нітку расплаўленага матэрыялу, фармуючы такім чынам бягучы пласт распрацоўванага аб'екта. Далей платформа апускаецца на таўшчыню аднаго пласта, каб можна было вырабіць наступны пласт. Часта ў дадзенай тэхналогіі ўдзельнічаюць дзве працоўныя галоўкі — адна выціскае на платформу працоўны матэрыял, іншая — матэрыял падтрымкі.
  • Выраб аб'ектаў з выкарыстаннем ламінавання (Laminated Object Manufacturing, LOM) — аб'ект фармуецца папластовым склейваннем (нагрэвам, ціскам) тонкіх плёнкаў працоўнага матэрыялу, з выразаннем (з дапамогаю лазернага прамяня ці рэжучай прылады) адпаведных контураў на кожным пласце. За кошт адсутнасці пустэчаў, дадзеная тэхналогія не мае патрэбы ў падтрымных структурах «віслых у паветры» элементаў распрацоўванага аб'екта, аднак, выдаленне лішняга матэрыялу (звычайна яго падзяляюць на дробныя кавалачкі) у некаторых сітуацыях можа выклікаць цяжкасці.

Ужыванне тэхналогіі[правіць | правіць зыходнік]

  • Для хуткага прататыпавання, гэта значыць хуткага выраба прататыпаў мадэляў і аб'ектаў для далейшай даводкі. Ужо на этапе праектавання можна кардынальным вобразам змяніць канструкцыю вузла ці аб'екта ў цэлым. У інжынерыі такі падыход здольны істотна зменшыць выдаткі ў вытворчасці і засваенні новай прадукцыі.
  • Для хуткай вытворчасці — выраб гатовых дэталяў з матэрыялаў, падтрымоўваных 3D-прынтарамі. Гэта выдатнае рашэнне для маласерыйнай вытворчасці.
  • Выраб мадэляў і формаў для ліцейнай вытворчасці.
  • Канструкцыя з празрыстага матэрыялу дазваляе ўбачыць працу механізму «знутры», што ў прыватнасці было скарыстана інжынерамі Porsche пры вывучэнні току масла ў трансмісіі аўтамабіля яшчэ пры распрацоўцы.
  • Вытворчасць розных дробязяў у хатніх умовах.
  • Вытворчасць складаных, масіўных, трывалых і недарагіх сістэм. Напрыклад беспілотны самалёт Polecat кампаніі Lockheed, вялікая частка дэталяў якога была выраблена метадам трохмернага друку.
  • Распрацоўкі універсітэта Місуры, якія дазваляюць наносіць на спецыяльны бія-гель згусткі клеткаў зададзенага тыпу. Развіццё дадзенай тэхналогіі — гадоўля паўнавартасных органаў.
  • У медыцыне, пры пратэзаванні і вытворчасці імплантатаў (фрагменты шкілета, чэрапа[2], касцей, храстковыя тканіны). Вядуцца эксперыменты па друку донарскіх органаў[3].
  • Для стварэння будынкаў і збудаванняў[4][5][6].
  • Для стварэння зброі[7].
  • Вытворчасці карпусоў эксперыментальнай тэхнікі (аўтамабілі[8], тэлефоны, радыё-электроннае абсталяванне)
  • Харчовая вытворчасць [9]

Прыкладанні[правіць | правіць зыходнік]

Пасля стварэння 3D-мадэлі выкарыстоўваюцца САПР-сістэмы, якія падтрымліваюць кіраванне 3D-друкам. Часта мадэлі захоўваюць у фармаце STL.

Самастварэнне[правіць | правіць зыходнік]

Трохмерны прынтар RepRap версія 2.0 (Мендэль), які часткова здольны ўзнавіць самога сябе)

Да нядаўняга часу лічыліся навуковай фантастыкай 3D-прынтары, здольныя ўзнавіць дэталі ўласнай канструкцыі, гэта значыць рэпліцыраваць. Цяпер распрацоўка такой машыны вядзецца праектам RepRap, на дадзены момант прынтар ужо вырабляе больш за палову ўласных дэталяў. Праект уяўляе сабой распрацоўку з агульнадаступнымі напрацоўкамі і ўся інфармацыя пра канструкцыю распаўсюджваецца па ўмовах ліцэнзіі GNU General Public License.

Праект першага ў гісторыі недарагога рэпліцыраванага (гэта значыць здольнага ўзнавіць прынамсі часткова самога сябе) трохмернага прынтара — RepRap актыўна рэалізуецца ў нашы дні англійскімі канструктарамі ўніверсітэта Бата. «Самая галоўная асаблівасць RepRap складаецца ў тым, што з самага пачатку ён быў задуманы як рэпліцыраваная сістэма: прынтар, які сам сябе раздрукоўвае» (Адрыян Боўэр, адзін з супрацоўнікаў праекта RepRap).

Глядзіце таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]

Прылады
  • Праект RepRap — адкрыты праект па стварэнні 3D-прынтара сваімі рукамі
  • Fab@Home(англ.)  — іншы адкрыты праект па стварэнні 3D-прынтара сваімі рукамі
  • Tantillus The Portable Open Source 3D Printer(англ.)  — адкрыты праект па стварэнні партатыўнага 3D-прынтара сваімі рукамі
Артыкулы і агляды
Wiki letter w.svg На гэты артыкул не спасылаюцца іншыя артыкулы Вікіпедыі,
калі ласка, карыстайцеся падказкай і пастаўце спасылкі ў адпаведнасці з прынятымі рэкамендацыямі.