3D-печать стоит отнести к категории революционных технологических решений. Она позволяет получить на выходе продукт, максимально соответствующий запросам потребителя. Когда 3D-принтеры находят применение в самых различных областях, как никогда важно понимать, какие возможности дает нам такая технология и каких новых прорывов стоит ожидать от ее внедрения. Способна ли 3D-печать изменить мир к лучшему?
Чтобы понять, что такое 3D-печать, стоит обратить внимание на особенности технологического процесса. Сегодня существует множество различных технологий 3D-печати: стереолитография, выборочное лазерное спекание, селективное лазерное плавление, электронно-лучевое плавление, многоструйное моделирование, послойное склеивание пленок, послойное наплавление. Попытаемся разобраться, как все эти методы позволяют нам получить на выходе интересующий нас продукт.
Стереолитография
Особенности стереолитографии заключаются в использовании жидкого фотополимера с добавлением специального реагента-отвердителя. Под воздействием ультрафиолетового лазера эта жидкость полимеризуется и становится твердой. Для этого используется подвижная подложка лазера. Она погружается в фотополимер на толщину одного слоя, где происходит засвечивание областей, подлежащих отверждению, по такому же принципу происходит работа со следующими слоями, поскольку лазер не может создать всю модель в толще полимера.
Выборочное лазерное спекание
Другой сходный метод печати — выборочное лазерное спекание. Вместо жидкости применяется порошок с диаметром частиц 50–100 мкм. Он распределяется на горизонтальной поверхности, затем луч спекает подлежащие отверждению участки. Частицы плавят как полностью, так и частично, что возможно благодаря регулированию мощности лазера. В качестве исходных материалов могут использоваться пластик, керамика, стекло, металл, литейный воск. Полученные модели, как правило, требуют финишной обработки из-за шероховатой поверхности.
Селективное лазерное плавление
Разновидностями технологии являются селективное лазерное плавление (применяется для работы с металлами, не содержащими примесей) и электронно-лучевое плавление в вакуумной камере с использованием вместо лазера электронного луча.
Многоструйное моделирование
Также существует технология многоструйного моделирования, которая сходна с обычной струйной печатью. Материал подается через сопла на печатающей головке, количество которых может достигать нескольких сотен. Сам материал не является жидким, он нагревается до температуры плавления, подается в головку и после послойного нанесения застывает.
Послойное склеивание плёнок
Послойное склеивание пленок предполагает раскройку лазерным лучом или специальным лезвием тонких листов материала из пластика, бумаги, керамики и метала, которые далее различными способами соединяются между собой.
Послойное наплавление
Набольшую популярность сейчас приобретает послойное наплавление. Термопластичный материал нагревается до полужидкого состояния в печатающей головке и выдавливается в виде нити на поверхность рабочего стола, рисуя необходимые контуры. Так послойно создается модель нужной формы. Для работы обычно используются такие материалы, как олово, сплавы металлов с невысокой температурой плавления, а иногда даже шоколад.
Компании, использующие 3D-печать
Оценивая перспективы 3D-печати, некоторые эксперты считают, что ее возможности ограничены. В частности, домашняя 3D-печать, в основе которой лежит FDM-технология (плавление пластиковой нити), не обладает большим потенциалом, поскольку качество печати невысоко. Однако промышленные принтеры действительно позволят более гибко реагировать на запросы рынка.
Сегодня существуют компании, успешно работающие в области 3D-печати. Например, Shapeways, чья штаб-квартира находится в Нью-Йорке, успешно реализует продукцию, изготовленную при помощи 3D-печати. Компании удалось собрать команду дизайнеров, создающих тот широкий набор товаров, которые предлагаются для продажи. В совершенствовании качества работы им помогают менеджеры. Shapeways создала и развивает API (интерфейс программирования приложений), помогающий создавать 3D-модели и изготавливать их.
Затронула 3D-печать и строительную отрасль.
Собственную нишу нашла французская компания Sculpteo. Их приложения позволяют производить расчеты, вносить исправления и готовить 3D-модели. Даже такой гигант отрасли, как Shapeways, использует свой софт только наполовину. Sculpteo помогает тем, кто профессионально умеет работать с 3D-моделями и использует 3D-печать для прототипирования.
В качестве еще одного примера успешной работы в данном сегменте можно назвать компанию Materialise, специализирующуюся на прототипировании промышленных, инженерных, медицинских, авиационных изделий. Она имеет и потребительское направление, получившее название i.Materialise. Компания располагает опытным персоналом и предлагает широкий набор технологий, принтеров и постобработки.
На сегодняшний день 3D-печать применяется в различных сферах. Затронула она и строительную отрасль. Компаниям — производителям 3D-принтеров удалось создать устройства для печати домов. Возможности 3D-печати одной из первых использовала китайская компания WinSun, еще в апреле 2014 г. сделавшая заявление об успешном завершении строительства 10 домов в течение суток, площадь каждого дома составила 200 кв. м при стоимости каждой постройки в $4800.
3D-печать может использоваться для печати секций бамперов, решеток радиаторов, дверных панелей, частей руля и различных деталей сидений.
Через полгода было объявлено о создании более сложного архитектурного сооружения: особняка, который занял площадь в 1100 кв. м, и пятиэтажного жилого здания на территории промышленного парка в Сучжоу. Для строительной отрасли перспективными представляются итальянские принтеры Wasp серии «Дельта», где в качестве материала используются песок и глина.
Профессиональные 3D-принтеры могут стать подспорьем и для медицины. Шанхайские ученые из Инженерного центра сумели наладить производство печати кровеносных сосудов, которые способны выполнять свои прямые функции. Обрастая собственными клетками пациентов, они служат базой для образования новых сосудов. В США была успешно проведена операция на сердце четырехлетней девочки, ставшая возможной благодаря печати 3D-принтером Stratasys. А ученые из Института медицинских исследований Файнштейна распечатали трахею, применив при этом машину MakerBot PLA.
Со временем крайне востребованной 3D-печать будет в автомобильной промышленности. Она может использоваться для печати секций бамперов, решеток радиаторов, а также дверных панелей, частей руля и различных деталей сидений. Многим крупнейшим автопроизводителям подобные технологии позволяют ускорить производство при одновременном снижении его себестоимости. За успехом компании Lamborghini, которая в последние годы быстро обновляла свой модельный ряд, как раз кроется использование технологии 3D-печати.
Различные технологии 3D-печати не просто представляют собой перспективный рынок. Их применение позволяет учесть вкусы и запросы любого потребителя, так как 3D-печать может производиться в соответствии с индивидуальными характеристиками. Более того, благодаря широкому использованию 3D-принтеров в медицине и строительстве может улучшиться жизнь населения за счет повышения качества здравоохранения и обеспечения жилым фондом.
