3д принтер. 3д принтер болашақ технологиясы. Таырыбы 3D принтер болаша технологиясы
 Скачать 1.16 Mb.
|
|
3D принтер-құрылу тарихы Үш өлшемді принтер-бұл компьютерлік сандық модельге негізделген көлемді заттың көшірмесін қабатты түрде жасай алатын құрылғы. Принтер физикалық нысандарды құру арқылы үш өлшемді ақпаратты шығарады. Оның көмегімен болашақ өнімнің моделін жасауға бірнеше сағат кетеді. Ұқсас модельді қолмен жасау үшін өткен аптада немесе тіпті бірнеше ай қажет болды. Технология бүгінде 3D принтерінің қалай жұмыс істейтініне сәйкес келмейді. Сонымен қатар, адамның жұмыста қателесуге бейімділігі толығымен алынып тасталады. Іс жүзінде әрбір сандық көлемді болса, басып шығарған арналған трехмерном шығарылады. 3D принтерлерді медициналық қолдану олардың пайда болуының негізі болған жоқ. Инновациялық технологияның бастапқы идеялық негізі Өндірістің арзандауы болды. 90-шы жылдары үлкен қарқын алған шағын көлемді өндіріс әр өнімнің сыртқы түрін және толтырылуын дамытуға лайықты шығындарды талап етті. Эскиздерге, үлгілерге, прототиптерге, макеттерге шығындар лайықты мөлшерде құйыла бастады. Содан кейін кәсіпорындарда қажетті модельдерді тез және дәл жасайтын құрылғылар пайда бола бастады. Бұл машиналардың құрылымдық негізі сандық бағдарламалық жасақтама болды. Олар қазір әртүрлі кәсіпорындарда сәтті қолданылады. 3D принтері-бұл қондырғылардың эволюциялық мұрагері. 1986 жылы Чарльз Халл стереолитография әдісін қолдана отырып, 3D прототиптерін жасай алатын қондырғы жасады. 1990 жылы крамп ғалымдарының отбасы алғаш рет 3D қайта құру әдісін қолданды. 1995 жылы Solidscape компаниясы үш өлшемді кескін жасаған арнайы сиялы принтерді жасаған кезде көлемді басып шығарудағы бетбұрыс деп санауға болады. Осы бастапқы нүктеден "3D басып шығару" және "3D принтер"ұғымдары басталады. Технология бүкіл әлемде дами бастады. Жаңа мүмкіндіктер мен жақсартулар әкелген көптеген компаниялар пайда болды. Көлемді модель үшін фотополимерлі сұйық пластикті пайдаланатын PolyJet басып шығару әдісінің пайда болуы жас технологияның серпілісі болды. Мұндай 3D басып шығарудың нұсқасы арзан әрі дәл болды. Бұл тек макеттер мен прототиптерді ғана емес, пайдалануға дайын нысандарды да жасауға мүмкіндік берді. Салыстырмалы түрде қысқа уақыт ішінде компьютерлік технологиялар біздің әлемді сенімді түрде жаулап алды. Бүгінгі таңда көптеген адамдар үшін адамзат үшін қажеттілікке айналған жаңа технологиялық инновациялардан бас тарту мүмкін емес. Үш өлшемді принтердің қалай жұмыс істейтіні жақында көптеген пайдаланушылар үшін қол жетімді болмады, бүгінде технология барлығына қол жетімді. Осы құрылғының арқасында фантастика шындыққа айналады. 3D принтер не істей алады? Ол адамға қажет пе?  Басып шығару технологиясы. Әрекет принципі Үш өлшемді баспа туралы алғаш рет өткен ғасырдың 80-ші жылдары айтылды. Дәл сол кезде объектілерді жасау үшін арнайы фотополимерлік пластикті қолданатын стереолитография технологиясы пайда болды. Оның мәні келесідей: лазердің әсерінен фотополимер қатып, қатты пластикке айналады. Осылайша, лазер сәулесі болашақ затты сұйық заттан жасай отырып, пиксельмен тартады. Лазерді қолданатын тағы бір технология "лазерлік синтездеу" деп аталады. Мұндай технологияда жұмыс материалы ретінде лазермен балқу температурасына дейін қыздырылатын және осылайша жалпы массаға сіңірілетін жеңіл балқитын пластик ұнтағы қолданылады. Материал жанбауы және тотықпауы үшін жұмыс камерасына инертті азот газы қосылады. Екі технология да әдетте өнеркәсіптік өлшемді қондырғыларда қолданылады, ал сиялы басып шығару кішкентай үй модельдері үшін өте жақсы. Сиялы 3D принтер-бұл жұмыс элементі ретінде пластикалық жіпті балқу температурасына дейін қыздыратын арнайы экструдер басын қолданатын құрылғы. Балқытылған пластик саптама арқылы біртіндеп сығылады, содан кейін ол бөлме температурасында қатып қалады. Бұл технология мүлдем қауіпсіз және салыстырмалы түрде арзан (пластиктің килограмы 50-60 доллар тұрады), бұл оның кәсіби емес ортада танымал болуын қамтамасыз етеді. 3D принтерінің негізі-модельді бағдарламаланған қабатты қайта құру. Іске асыру технологиялары әртүрлі болуы мүмкін. Басып шығарудың екі негізгі тәсілі бар: лазер және сия. Бұл опциялар өз кезегінде тар бөлімдерге бөлінеді. Сиялы 3 Д принтер Лазерлік техникада бұл: стереолитография, балқыту, ламинация. Лазерлік стереолитография лазерлік сәулеленудің фотополимерге әсеріне негізделген. Фотополимер-бұл жарық ағынының әсерінен оның қасиеттерін өзгертетін зат. Бұл әдіс басып шығару қабатының биіктігіне (0.1-0.2 мм) фотополимерге батырылған платформаны пайдаланады. Затқа бағдарламаланған сәуле әсер етеді, бұл қабаттың қатаюына әкеледі. Содан кейін платформа біртіндеп төмендетіліп, бүкіл нысанды қабаттарға айналдырады. Алынған 3D объектісінің сапасына қолданылатын фотополимердің сипаттамалары және сәулелену деңгейі әсер етеді. Лазерлік балқыту сәулеленудің металл немесе пластиктің ұнтақ күйіне әсерін қамтамасыз етеді. Қабат-қабат материал бөліктің қажетті контурына ериді. Ламинаттау әдісі жұмыс материалының қабаттарының жиынтығын қолданады. Берілген бөлім әр қабаттан кесіліп, бүктеу кезінде барлық 3D моделін құрайды. Қабаттар желімделеді. 3D басып шығаруға сиялы тәсілде көптеген бұтақтар бар. Принтердің басы қыздырылған термопластиктің бөлшектерін салқындатылған платформаға сығып алады. Бұл жағдайда қалпына келтірілген объектінің қабаты тез салқындатылып, қатаяды. Тағы бір ұқсас әдіспен ультрафиолет материалды қатайту үшін қолданылады. Лазерлік қорытпаның аналогы бар. Ұнтақты заттың моделін қалыптастыру үшін сия басынан келетін сұйықтық қолданылады. Реактивті негізде органдардың үлгілерін жасайтын био принтерлер де жұмыс істейді. Материалмен мұндай аспаптарды болып табылады діңгек жасушалары, іс қимыл жасайды және дами отырып, құрайды искомый данасы. 3D басып шығарудың ең көп таралған технологиясы-1980 жылдары ойлап табылған FDM, яғни балқытылған материалмен (көбінесе пластикпен) қабатты басып шығару. 3D принтер картридждері-ABS, PLA, HIPS пластиктен жасалған жіптер, Нейлон жіптері және силикон, металл, фотополимер шайыры, ұнтақ, балауыз сияқты бірқатар материалдар. Сұйық пластиктің ең жұқа жіптері экструдердің басы арқылы арнайы жұмыс платформасына жіберіледі, онда ол салқындатылып, қатаяды. Қабат дайын. Платформа бір қабаттың қалыңдығына түседі-әдетте 50-100 МКМ (яғни 0,05–0,1 мм!)- және үш өлшемді модель соңына дейін қайта-қайта қайталанады. Басып шығару процесін тезірек жүргізу үшін принтер суретте көрсетілгендей модельді үрлеу үшін желдеткіштермен жабдықталған. 5. Сур. 5. 3D басып шығару технологиясы  Күрделі геометриясы бар нысандарды басып шығару үшін 3D принтерлер арнайы тіректерді автоматты түрде жасайды. Олардың көпшілігі, мысалы, екі экструдерлі Leapfrog Creatr, екі түрлі пластикті қолдана отырып, екі түрлі пластикпен басып шығара алады. 6, Ол суда ериді. Бұл қолдауды дайын өнімнен қолмен бөлу қажеттілігін жояды. Пластик суға малынған және ол кетеді. Қазіргі заманғы үй және кеңсе 3d принтерлерінің көпшілігі осы принцип бойынша жұмыс істейді. FDM технологиясы көптеген жылдар бойы өзекті болып келеді. Оның жетістігінің құпиясы қарапайым-ол кез-келген пішіндегі берік көлемді заттарды тез және жоғары ажыратымдылықпен басып шығаруға мүмкіндік береді. Арнайы бағдарламада 3D моделін жасау жеткілікті (көбінесе орыс тіліндегі интерфейсі бар бағдарламалық жасақтама принтерге тегін қосылады, әйтпесе интернеттен тегін жүктеу оңай) және тапсырманы басып шығаруға жіберіңіз. 3D модельдеуге арналған бағдарламалар қазірдің өзінде кең аудиторияға арналған, ал әзірлеушілер ыңғайлы жеңілдетілген нұсқаларды жасауды жалғастыруда. Сіз өзіңіз үшін ештеңе жасай алмайсыз, бірақ интернетте ашық немесе ақылы мәліметтер базасында орналастырылған көптеген тегін модельдердің бірін қолдана аласыз, мысалы www.thingiverse.com. мұндай модельдердің саны қазірдің өзінде ондаған, жүздеген емес, мыңдаған болып саналады және күн сайын емес, сағат сайын өседі. Өйткені, олар интернетте және барлық гаджеттердің, декор элементтерінің қарапайым пайдаланушылары мен өндірушілерінде орналастырылған… Мысалы, Teague Labs дизайнерлері 2012 жылы өздерінің веб-сайтында 13:30 деп аталатын 3D құлаққап моделін ойлап тауып, орналастырды (сурет. 7). Көшіріп алуға болады, басып шығару және ләззат сүйікті музыка. Сур. 7. 3D құлаққап моделі 13:30 деп аталады  Мысалы, 3dprint54-де басып шығаруға болады: тұрмыстық аспаптарға арналған пластикалық қосалқы бөлшектер, соның ішінде жылжымалы, бірнеше бөліктен тұрады; заманауи гаджеттерге арналған аксессуарлар мен бөлшектер (мобильді қақпақтар, пернетақта түймелері, гаджеттерге арналған түпнұсқа бекітпелер мен қысқыштар); авто бөлшектер (адаптерлер, фитингтер, редукторлар, сәндік төсемдер, кронштейндер, автомобиль дискілеріне арналған қақпақтар, тақталар...); тұрмыстық заттар (сөрелерге арналған бекіткіштер, ілгектер...); аксессуарлар мен сыйлықтар (көзілдірік рамалары, кілттер, зергерлік бұйымдар...); дербестендірілген бизнес-кәдесыйлар (флешкалар, қаламдар, бейдждер, фирмалық эмблемалар...). Жетістіктер мен перспективалар Көптеген техникалық жаңалықтар сияқты, бастапқыда 3D принтерлер ірі және орта өндірістерге арналған: зауыттар, зауыттар, ғылыми орталықтар. Демек, үлкен өлшемдер мен үлкен баға. Бірақ бүгінде 3D-технологиялар жеке сатып алушылар мен шағын бизнеске көбірек сұранысқа ие және оларға қайта бағдарланған. 3D принтерлердің негізгі мақсаты ойын-сауық емес, жұмыс және оқу. Бұл құрылғы көптеген мәселелерді шеше алады: прототиптер, модельдер, қалыптар жасау, сериялық өнімдер мен бөлшектерді басып шығару. Егер сіз сәулетші немесе дизайнер болсаңыз (немесе сәулетші немесе дизайнер ретінде оқитын болсаңыз), 3D принтері көрнекі модельдер мен макеттер жасауға мүмкіндік береді (сурет. 8) дәл сіз орнатқан параметрлерге сәйкес келеді. Бұл мамандарға жобаны іске асыру басталғанға дейін алдын-ала талдауға және оны тұтынушыға ең қолайлы жарықпен таныстыруға мүмкіндік береді.  Сур. 8. Болашақ интерьердің орналасуы. Суретшілер инсталляцияларға арналған бірегей объектілерді жасаудың ыңғайлылығын, қуыршақ-шеберлер – қуыршақтар мен оларға керек – жарақтарды, сән дизайнерлерін-киім мен аяқ киімнің жекелеген бөліктерін жасаудың қарапайымдылығын бағалайды (сурет. 9), аксессуарлар немесе тіпті костюмдер.  Сур. 9 аяқ киім үлгісі. Аниматорлар тоқтату жуу технологиясымен жұмыс істеудің жаңа мүмкіндіктерін ашады. Осы мақсаттар үшін 3D принтерлерді кәсіби емес адамдар – шығармашылық хоббиі бар адамдар сәтті қолдана алады. Хобби әлемінде 3D басып шығаруды қолдану аясы өте үлкен: кино, анимация, компьютерлік ойындар жанкүйерлері, коллекционерлер мен модельдеу әуесқойлары сүйікті кейіпкерлерінің фигураларын, құрастыруға арналған әуе модельдерінің бөлшектерін және басқаларын басып шығара алады. Қазіргі заманғы 3D принтерлер нысандарды екі, тіпті үш түсте басып шығаруға мүмкіндік береді. Әрине, басып шығарылған модельдерді, егер қаласаңыз, қолмен бояуға болады. 3D принтерінің қызметтері зергерлік өнеркәсіпте белсенді қолданылады. Үш өлшемді модель үлгісінде дайын зергерлік бұйымдар құйылады (сурет. 11).  Сур. 11. Зергерлік өнеркәсіпте 3D принтерінің жұмысы. Үш өлшемді принтер ғылыми-зерттеу саласында қажет. Құрылғының көмегімен болашақ өнімнің прототиптері жасалады. 3D принтерінің қалай жұмыс істейтіні модельдің сызбаларға сәйкестігін сақтауға мүмкіндік береді (сурет. 12)  Сур. 12. Үлгілерді кесу. 3D принтерлердің дамуы өндірісте төңкеріс жасай алады. Қазірдің өзінде әртүрлі дайын өнімді үш өлшемді басып шығарудың мысалдары кең таралған. Тіпті жұмыс істейтін атыс қаруы да жасалды (сурет. 13) және Филадельфияда олар осындай қауіпті 3D басып шығаруға тыйым салатын заң қабылдады.  Сур. 13. Қару моделі. Орналасуды қолдану көптеген әзірлеушілерде бұрыннан бері қолданылып келеді. Мөлдір материалдан жасалған модельдер күрделі механизмдердің ішкі жұмысын зерттеуді айтарлықтай жеңілдетеді. Қазірдің өзінде өздігінен жасалған 3D принтерлер бар. RepRap моделі (сурет. 14) өз бөлшектерінің жартысынан көбін шығара алады.  Сур. 14. RepRap Моделі. 3D басып шығару тек өнерде ғана емес қолданылады. Медициналық жазықтықтағы жетістіктер әсерлі болып көрінеді. Қазірдің өзінде хирургтар дәл диагноз қою және араласу үшін 3D модельдерін қолданады. Үш өлшемді принтермен адамның ішкі органының үлгісін өсіру нақты. Дәрігер тістерді протездеу кезінде операцияға дайындық кезінде модельді қолдана алады (сурет. 15) немесе сүйектер мен буындарды толық ауыстыру. Бұл тәсіл операциялық және алдын-алу шараларының сапасын керемет арттырды.  Сур. 15. Тіс протезі. Бүкіл әлем бойынша 3D принтерлердің көмегімен ересектер мен балаларға арналған қол-аяқ протездері басып шығарылуда. Протезді басып шығару көбінесе "дәстүрлі" нұсқаны сатып алудан гөрі арзанырақ, пациент оны қажеттіліктері мен талғамына сай бейімдей алады, сыртқы келбеті туралы ойлана алады... протездің әдемі болуы мүмкін емес деп кім айтты?  Сур. 16. 3 Д протездеу. Ұлыбритания ғалымдары көз торының үлгісін жасай алды, бұл болашақта "нашар көру"ұғымын жоя алады. Жасанды донорлық органдар (сурет. 17) емделмейтін аурулармен күресуге көмектеседі және трансплантация операцияларын жеңілдетеді. 3D басып шығару мүмкін емес мақсаттар мен тапсырмаларды орындайды, олар мүмкін емес болып көрінеді.  Сур. 17. Жүрек моделі. 3Д принтердің қалай жұмыс істейтіндігінің арқасында білім беруде жаңа көкжиектер ашылады. 3D басып шығару мүмкіндіктерін оқушылардың ата-аналары да бағалайды: үйде немесе сыныпта мұндай әдіс оқу процесін әртараптандыруға көмектеседі, мысалы, ауызша есептеуді игеру процесі, және, әрине, ерте жастан бастап балаларға жаңа технологиялар мен компьютермен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Жағымды бонус-баламен бірге сынған ойыншықтарды жөндеу және жаңа ойыншықтар жасау мүмкіндігі Оның көмегімен сіз ойыншықтардың модельдерін, кейіпкерлерді, өзін-өзі құрастыруға арналған әртүрлі конструкциялардың бөлшектерін басып шығара аласыз (сурет. 19). Сур. 19. Лазерлік кескіш моделі.  3D-принтер-әр түрлі мамандықтағы студенттерге, сондай-ақ жоғары оқу орындарының ғалымдары мен оқытушыларына тамаша көмек. Өйткені, бұл сізге ДНҚ молекуласынан көп қабатты ғимараттарға дейін кез – келген нәрсенің визуалды модельдерін жасауға мүмкіндік береді. ИЯ, және 3D басып шығару технологиялары-бұл зерттеу және жаңа әзірлемелер үшін қызықты өріс. Күнделікті өмірде 3D принтерлерді қолданудың шексіз мүмкіндіктері оларды жиһаз, тұрмыстық техника немесе автомобиль жөндеумен айналысатын, өздері суретте көрсетілген металл немесе пластикалық бөлшектерді құюға арналған қалыптарды жасайтын шеберлер үшін тамаша көмекші етеді. 20.  Сур. 20. 3 D ұстаушы Қазір негізгі ингредиенттерден: ақуыздардан, көмірсулардан және т. б. нақты тағамдарды басып шығара алатын "тамақ принтерлерін" жасауға талпыныс жасалуда. Антропология және тарих саласында үш өлшемді принтерлерді пайдалану табылған археологиялық олжалардың фрагменттері бойынша заттың бастапқы түрін қалпына келтіруге мүмкіндік береді. 3D суреттерін басып шығару қарқын алуда, бұл технология 3D жарнамасында кеңінен қолданылады. Құрылғы спорттық аяқ киім жасау үшін қолданылады. Аяқ лазермен алдын-ала сканерленеді. Содан кейін модель жасалады. Лазерлік қабатты күйдіру әдісі жеке аяқ киім жұбын жасайды. 3D принтерінің артықшылықтары Үш өлшемді құрылғы жұмыста 3D технологиясын қолданатындарға көптеген артықшылықтар береді. 3D принтерінің артықшылықтары: -3D басып шығару$ - дизайнерлер мен инженерлерге қымбат уақыт пен күшті үнемдеуге мүмкіндік беретін Прогрессивті технология; - Құрылғы өндірістің икемділігін айтарлықтай арттырады; - Өнімнің өзіндік құны, әсіресе шағын көлемді өндірісте айтарлықтай төмендейді; - Өнімді жасау, оның нарыққа шығуы қысқа мерзімде жүзеге асырылады. Үш өлшемді басып шығару-адам әртүрлі іс-әрекетте қолданатын ең перспективті компьютерлік технологиялардың бірі. |