
- Главная
- Список секций
- Информатика
- 3D печать – технология будущего?



Содержание
3D печать – технология будущего?

Автор работы награжден дипломом победителя II степени
До чего же сильно продвинулась наука! Мы привыкли к компьютерам, планшетам, принтерам, сканам, сотовым телефонам, интернету, общению по skype, 3d фильмам и другим современным вещам, которые в прошлом встречалось только в книгах фантастики. Одним таким чудом, пришедшим в нашу жизнь, стали 3D- принтеры.
Перед тем, как написать научный проект о 3D
я участвовала в конкурсе видеороликов «Сам себе ученый» в рамках недели науки в школе и получила грамоту. (См.Приложение 1) Сняв ролик о 3D принтере, мне захотелось больше узнать информации, поэтому я продолжила собирать информацию о 3D печати.
Мне стало интересно узнать, как они работают и где их используют, какую пользу приносят людям, это и стало целью моей работы.
Гипотеза: Будут ли возможности 3D-принтера в будущем востребованы.
Задачи:
История создания 3D-принтера.
Изучить принцип работы этого устройства.
Изучить различные технологии печати 3D-принтера.
Выяснить область применения 3D-принтера.
Провести анкетирование среди учащихся с целью проверить знания о 3D-принтере.
Создать объемную модель на 3D-принтере.
Объект моего исследования – 3D- печать.
Предмет исследования– возможности 3D- печати.
Практическая значимость — 3D-печать – это инновационное технология для создания физических копий любых цифровых 3D-моделей. Изученный и проанализированный материал может быть полезен в качестве просветительского материала, на уроках информатики и математики.
Актуальность работы: исследования в том, что новые информационные технологии всегда очень быстро развиваются и без них немыслимо современное общество.
Основные методы выполнения работы:
Сбор информации из книг, журналов и интернета;
Опрос и анкетирование;
Краткий обзор изученной литературы;
Степень изученности данной темы.
Мне стало интересно, знают ли школьники что такое 3D-принтер и для чего он нужен. Я провела анкетирование. Всего в анкетировании приняли участие 66 человек: 3 класс-23 человека, 7 класс-25 человек и 9 класс –18 человек. Им были предложены следующие вопросы.
Анализ анкет показал следующие результаты:
1. Знаете ли Вы, что такое 3D печать?
Класс
Знают, что такое 3D печать
Не знают
В какой сфере можно использовать 3D принтер? Для чего он нужен?
Класс
Правильно
Не правильно
3. Интересно ли Вам узнать больше о 3D принтере?
Класс
Да
Нет
Анализируя ответы на эти вопросы, я поняла, что учащиеся 9-х классов лучше других знают о 3D принтере (что это такое и где может использоваться). Почти все учащиеся 3-го класса хотели бы как можно больше узнать о 3D принтере.
II. 3D- ПРИНТЕР 2.1. История создания 3D-принтера
3D-принтер — это устройство для трехмерной печати, посредством которого можно генерировать объемные предметы, дублирующие заранее подготовленную виртуальную модель объекта.
Знакомое всем слово «принтер» пришло к нам из английского языка и переводится как «печать». Вы, конечно же, видели простые принтеры, на которых можно вывести любой материал — текстовой или графический — в бумажном виде.
История создания этого прибора длилась много лет и над разработкой работали ученые всего мира. Каждый внес свой вклад в развитие 3D-технологий.
Многие думают, что 3D-принтеры появились совсем недавно. На самом деле недавно только появился термин «3D-принтер», а сама технология объемного печатания появилась в 1984 году. В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3D печати постоянно растёт. Этим технологиям оказалось подвластно всё — от кровеносных сосудов до коралловых рифов и мебели.
Технологию стали развивать по всему миру. Появилось множество компаний, которые привносили новые возможности и улучшения. А с 2012 года в свободной продаже появились трехмерные принтеры для домашнего использования.
До 2008 года любой 3D-принтер мог работать только с использование одного вида расходного материала — пластика АВС. Это один из лучших расходных материалов для 3D печати. Но компания Objet Geometries Ltd. разработала принтер Connex500, который мог работать с различными видами материалов одновременно. Сейчас количество материалов перевалило за сто. Сегодня можно использовать такие материалы, как: акрил; бетон; гидрогель; бумага; гипс; деревянное волокно; лёд; металлический порошок; нейлон; поликапролактон (PCL); полилактид (PLA); полипропилен (PP); полиэтилен низкого давления (HDPE); шоколад.
2.2. Принцип работы 3D-принтера
3D-принтер состоит из корпуса (1), закрепленных на нем направляющих (2), по которым перемещается печатающая головка (3) с помощью шаговых двигателей(4), рабочего стола (5), на котором выращивается изделие; и всё это управляется электроникой (6).
Как работает 3D-принтер: Нить (филамент) (1) поступает в печатающую головку (Экструдер) (2), в которой разогревается до жидкого состояния и выдавливается через сопло экструдера. Шаговые двигатели с помощью зубчатых ремней приводят в движение Экструдер(2), который перемещается по направляющим (3) и наносит пластик на платформу (4) слой за слоем. Снизу в вверх. В итоге ваше изделие (5) растёт слой за слоем.
Для начала работы (печати) на 3D-принтере, будущий предмет необходимо нарисовать, причем во всех трех измерениях. Делается это с помощью специальных программ, называемых CAD-редакторами или САПР («Системами автоматизированного проектирования»). Когда дело доходит до 3D-печати, такие модели подвергаются «слайсингу», то есть разбиваются на отдельные слои с помощью специальных программ, так и называемых – слайсеры. Принтеры «рисуют» по-разному.
Слайсер составляет специальную программу для 3D-принтера. В этой программе принтеру рассказывается, как нужно печатать модель — куда двигаться экструдеру, с какой скоростью выдавливать пластик, какая толщина слоев будет у модели и др. параметры. Вся программа для принтера сохраняется в файл под названием g-code. Дальше через флеш карту или USB провод программа загружается в 3D-принтер и запускается печать.
Поток подается в печатающую головку, где плавится и выдавливается через тонкое сопло. Головка передвигается в двух плоскостях, вырисовывая нитью целый слой – один из срезов предмета. Закончив один слой, принтер приподнимает головку или опускает платформу, а затем начинает печатать новый слой поверх только что нанесенного. Так, слой за слоем, срез за срезом, выращивается копия оригинального предмета.
В основу принципа работы 3D принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определённого материала. Плюс 3D печати перед привычными способами построения моделей — высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость.
Например, для создания 3D модели или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени — от нескольких дней до месяцев. В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства. 3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге — ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов. При этом возможность ошибок, присущих ручной работе исключается.
2.3 Технологии трёхмерной печати
Существуют различные технологии трёхмерной печати. Разница между ними заключается в способе наложения слоёв изделия.
Наиболее распространенными являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев расплавленных материалов) и SLA (стереолитиография). Наиболее широкое распространение благодаря высокой скорости построения объектов получила технология стереолитографии или SLA.
Технология SLA: Технология работает так: лазерный луч направляется на фотополимер, после чего материал затвердевает. В качестве фотополимера используется полупрозрачный материал, который деформируется под действием атмосферной влаги. После отвердевания он легко поддаётся склеиванию, механической обработке и окрашиванию. Рабочий стол (элеватор) находится в ёмкости с фотополимером. После прохождения через полимер лазерного луча и отвердения слоя рабочая поверхность стола смещается вниз.
Технология SLS: Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча – оно же SLS — единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья. Пластмассовые модели обладают отличными механическими качествами, благодаря которым они могут использоваться для изготовления полнофункциональных изделий. Устройство 3d принтера выглядит следующим образом: порошковые вещества наносятся на поверхность элеватора и спекаются под действием лазерного луча в твёрдый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий её форму.
Технология НРМ: Печать по технологии НРМ выгодно отличается чистотой, простотой использования и пригодностью для применения в офисе.
Детали из термопластика устойчивы к высоким температурам, механическим нагрузкам, различным химическим реагентам, влажной или сухой среде. Растворимые вспомогательные материалы позволяют создавать сложные многоуровневые формы, полости и отверстия, которые было бы проблематично получить обычными методами. 3D-принтеры, действующие по технологии НРМ, создают детали слой за слоем, разогревая материал до полужидкого состояния и выдавливая его в соответствии созданными на компьютере путями. Нити обоих материалов подаются из отсеков 3D-принтера в печатающую головку, которая передвигается зависимости от изменения координат X и Y, и наплавляет материал, создавая текущий слой, пока основание не переместится вниз и не начнется следующий слой.
III. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ 3D ПЕЧАТИ
Программ для проектирования моделей 3D печати много. Я выбрала самую удобную и понятную программу для начинающих проектировщиков – Tinkercad — это простое веб – приложение для 3D проектирования и 3D печати, доступное каждому. Tinkercad поддерживает все существующие 3D-принтеры, для которых используются стандартные файлы STL. Для цветной печати – файлы VRML.
1. Вставка. Формы – это базовые элементы в Tinkercad, которые позволяют добавлять или удалять материал. Импортируя собственные формы или пользуясь существующими;
2. Регулирование. Модели свободно перемещаются, вращаются и корректируются формы в рабочем пространстве. Можно задать точные размеры с помощью таких инструментов, как линейка;
3. Объединение. Группируются формы для создания сложных моделей.
Я попыталась создать некоторые 3D модели в этой программе и расскажу основные этапы проектирования кружки. Для начала на рабочую плоскость надо импортировать цилиндр, подобрать необходимый размер изделия.
Для создания отверстия надо импортировать цилиндр, подходящий для выреза. Далее, изменяя рабочую плоскость, два цилиндра необходимо совместить для создания корпуса кружки.
После этого, из цилиндра наименьшей формы превратить его в отверстие и сгруппировать два цилиндра клавишей Shift, так что бы в корпусе кружки получилось общее отверстие. Корпус кружки готов.
Для создания ручки кружки, надо импортировать геометрическую фигуру – тор и вставить в корпус кружки.
Далее надо сгруппировать ручку и кружку клавишей Shift. Так же можно изменить цвет изделия.
Кроме кружки я так же сделала карандашницу и вазочку для варенья.
IV. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ 3D ПЕЧАТИ
3D печать открыла большие возможности для экспериментов в таких сферах как архитектура, строительство, медицина, образование, моделирование одежды, мелкосерийное производство, ювелирное дело, и даже в пищевой промышленности.
В архитектуре, например, 3D печать позволяет создавать объёмные макеты зданий, или даже целых микрорайонов со всей инфраструктурой — скверами, парками, дорогами и уличным освещением. В недалёком будущем может намного ускорится и упростится процесс возведения зданий. Калифорнийскими инженерами создана система 3D печати для крупногабаритных объектов. Она работает по принципу строительного крана, возводящего стены из слоёв бетона. (См.Приложение 2)
В медицине благодаря технологиям трёхмерной печати врачи получили возможность воссоздавать копии человеческого скелета, что позволяет более точно отработать приёмы, повышающих гарантии успешного проведения операций. (См.Приложение 3)
Всё большее применение находят 3D принтеры в области протезирования в стоматологии, так как эти технологии позволяют намного быстрее получить протезы, чем при традиционном изготовлении
Принтеры с технологией 3D печати постепенно осваивают сферу производства одежды, и в первую очередь – производство моделей для высокой моды. Не так давно голландский модельер Айрис Ван Херпен представила коллекцию «Напряжение», все модели которой были созданы при помощи 3D печати. Коллекция была представлена на Неделе высокой моды в Париже. Первая пара обуви, напечатанная на 3D принтере, появилась в 2011 году благодаря стараниям шведских студентов. Сегодня трёхмерная обувь, напечатанная на принтерах, красуется на ведущих подиумах всего мира. Существенным преимуществом такой обуви является точный учёт индивидуальных особенностей её владельца, включая размер и форму стопы. (См.Приложение 4)
В 2011 году учёные из Великобритании первыми показали 3D-принтер, на котором можно было напечатать любую фигурку из шоколада или простую шоколадную плитку. Принтер накладывает слои друг на друга. Благодаря способности шоколада быстро застывать и твердеть при охлаждении, процесс печати протекает довольно быстро. В ближайшем будущем такие принтеры будут востребованы в кондитерских и ресторанах. (См. Приложение 5)
2011 год — год создания первого самолета, напечатанного на 3D-принтере. Эта идея принадлежала инженерам из Университета Саутгемптона (Великобритания). Модель 3D-самолета прекрасно летала на сравнительно большой скорости. (См.Приложение 6)
3D-принтеры можно смело назвать самыми нужными и полезными приборами нашего настоящего и будущего. Сегодня 3D-принтеры больше не кажутся машинами из фантастических фильмов. Они стали реальностью и приносят человечеству большую пользу. За 3D-принтерами будущее техники и науки.
Задачи, поставленные мною — выполнены, гипотеза подтверждена. Я спроектировала в программе Tinkercad кружку и распечатала на 3D принтере. В дальнейшем я буду ее использовать.
Я думаю, что все-таки будущее гораздо ближе, чем мы думаем. Возможности 3D-принтера очень велики на данный момент. Объемная печать скоро плотно войдет в нашу жизнь, а значит у этой технологии большое будущее. Сейчас иметь у себя дома 3D — принтер из-за цены считается дорогим удовольствием. Но не так давно и обычные печатающие принтеры имели гигантские размеры и стоили целое состояние. А сейчас трудно представить нашу жизнь без офисной техники.
То же самое ждёт и объёмные 3D- принтеры. Придёт время, и эти принтеры станут дешевле и совершеннее, скорость печати многократно возрастет.
Я думаю, что, когда будет возможным печать на 3D — принтере, человечество, возможно, полностью решит проблему утилизации бытовых отходов и улучшит экологию. Уже сейчас принтеры для строительства домов в Китае используют в качестве расходных материалов строительные отходы.
Возможности применения трехмерной печати помогут в строительстве и медицине. Станет возможной печать любого человеческого органа. А значит, это спасет миллионы человеческих жизней.
3D печать – технология будущего? Я думаю – да.
1. ВикипедиЯ, https://ru.wikipedia.org/wiki/3D-принтер
2.Автор — Андрей Райтер, FB.ru, http://fb.ru/article/220764/kak-rabotaet-d-printer-izdeliya-na-d-printere
3. 3D Rep, http://www.printfuture.ru/primenenie-3d-texnologij/
4. Make 3D, https://make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/
5. 3dbot.ru, Технологии 3D печати, http://blog.3dbot.ru
6.Автор – RomaBoy, 3D today, http://3dtoday.ru/blogs/romaboy/free-book-about-3d-printing1/
ПРИЛОЖЕНИЕ Приложение 1 Приложение 2
3D технологии в строительстве
3D технологии в медицине
3D технологии и мода
3D технологии в пищевой промышленности
3D технологии в самолетостроение
Моя первая модель для 3D печати

- Главная
- Список секций
- Информатика
- 3D печать – технология будущего?



3D печать – технология будущего?

Автор работы награжден дипломом победителя II степени
До чего же сильно продвинулась наука! Мы привыкли к компьютерам, планшетам, принтерам, сканам, сотовым телефонам, интернету, общению по skype, 3d фильмам и другим современным вещам, которые в прошлом встречалось только в книгах фантастики. Одним таким чудом, пришедшим в нашу жизнь, стали 3D- принтеры.
Перед тем, как написать научный проект о 3D
я участвовала в конкурсе видеороликов «Сам себе ученый» в рамках недели науки в школе и получила грамоту. (См.Приложение 1) Сняв ролик о 3D принтере, мне захотелось больше узнать информации, поэтому я продолжила собирать информацию о 3D печати.
Мне стало интересно узнать, как они работают и где их используют, какую пользу приносят людям, это и стало целью моей работы.
Гипотеза: Будут ли возможности 3D-принтера в будущем востребованы.
Задачи:
История создания 3D-принтера.
Изучить принцип работы этого устройства.
Изучить различные технологии печати 3D-принтера.
Выяснить область применения 3D-принтера.
Провести анкетирование среди учащихся с целью проверить знания о 3D-принтере.
Создать объемную модель на 3D-принтере.
Объект моего исследования – 3D- печать.
Предмет исследования– возможности 3D- печати.
Практическая значимость — 3D-печать – это инновационное технология для создания физических копий любых цифровых 3D-моделей. Изученный и проанализированный материал может быть полезен в качестве просветительского материала, на уроках информатики и математики.
Актуальность работы: исследования в том, что новые информационные технологии всегда очень быстро развиваются и без них немыслимо современное общество.
Основные методы выполнения работы:
Сбор информации из книг, журналов и интернета;
Опрос и анкетирование;
Краткий обзор изученной литературы;
Степень изученности данной темы.
Мне стало интересно, знают ли школьники что такое 3D-принтер и для чего он нужен. Я провела анкетирование. Всего в анкетировании приняли участие 66 человек: 3 класс-23 человека, 7 класс-25 человек и 9 класс –18 человек. Им были предложены следующие вопросы.
Анализ анкет показал следующие результаты:
1. Знаете ли Вы, что такое 3D печать?
Класс
Знают, что такое 3D печать
Не знают
В какой сфере можно использовать 3D принтер? Для чего он нужен?
Класс
Правильно
Не правильно
3. Интересно ли Вам узнать больше о 3D принтере?
Класс
Да
Нет
Анализируя ответы на эти вопросы, я поняла, что учащиеся 9-х классов лучше других знают о 3D принтере (что это такое и где может использоваться). Почти все учащиеся 3-го класса хотели бы как можно больше узнать о 3D принтере.
II. 3D- ПРИНТЕР 2.1. История создания 3D-принтера
3D-принтер — это устройство для трехмерной печати, посредством которого можно генерировать объемные предметы, дублирующие заранее подготовленную виртуальную модель объекта.
Знакомое всем слово «принтер» пришло к нам из английского языка и переводится как «печать». Вы, конечно же, видели простые принтеры, на которых можно вывести любой материал — текстовой или графический — в бумажном виде.
История создания этого прибора длилась много лет и над разработкой работали ученые всего мира. Каждый внес свой вклад в развитие 3D-технологий.
Многие думают, что 3D-принтеры появились совсем недавно. На самом деле недавно только появился термин «3D-принтер», а сама технология объемного печатания появилась в 1984 году. В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3D печати постоянно растёт. Этим технологиям оказалось подвластно всё — от кровеносных сосудов до коралловых рифов и мебели.
Технологию стали развивать по всему миру. Появилось множество компаний, которые привносили новые возможности и улучшения. А с 2012 года в свободной продаже появились трехмерные принтеры для домашнего использования.
До 2008 года любой 3D-принтер мог работать только с использование одного вида расходного материала — пластика АВС. Это один из лучших расходных материалов для 3D печати. Но компания Objet Geometries Ltd. разработала принтер Connex500, который мог работать с различными видами материалов одновременно. Сейчас количество материалов перевалило за сто. Сегодня можно использовать такие материалы, как: акрил; бетон; гидрогель; бумага; гипс; деревянное волокно; лёд; металлический порошок; нейлон; поликапролактон (PCL); полилактид (PLA); полипропилен (PP); полиэтилен низкого давления (HDPE); шоколад.
2.2. Принцип работы 3D-принтера
3D-принтер состоит из корпуса (1), закрепленных на нем направляющих (2), по которым перемещается печатающая головка (3) с помощью шаговых двигателей(4), рабочего стола (5), на котором выращивается изделие; и всё это управляется электроникой (6).
Как работает 3D-принтер: Нить (филамент) (1) поступает в печатающую головку (Экструдер) (2), в которой разогревается до жидкого состояния и выдавливается через сопло экструдера. Шаговые двигатели с помощью зубчатых ремней приводят в движение Экструдер(2), который перемещается по направляющим (3) и наносит пластик на платформу (4) слой за слоем. Снизу в вверх. В итоге ваше изделие (5) растёт слой за слоем.
Для начала работы (печати) на 3D-принтере, будущий предмет необходимо нарисовать, причем во всех трех измерениях. Делается это с помощью специальных программ, называемых CAD-редакторами или САПР («Системами автоматизированного проектирования»). Когда дело доходит до 3D-печати, такие модели подвергаются «слайсингу», то есть разбиваются на отдельные слои с помощью специальных программ, так и называемых – слайсеры. Принтеры «рисуют» по-разному.
Слайсер составляет специальную программу для 3D-принтера. В этой программе принтеру рассказывается, как нужно печатать модель — куда двигаться экструдеру, с какой скоростью выдавливать пластик, какая толщина слоев будет у модели и др. параметры. Вся программа для принтера сохраняется в файл под названием g-code. Дальше через флеш карту или USB провод программа загружается в 3D-принтер и запускается печать.
Поток подается в печатающую головку, где плавится и выдавливается через тонкое сопло. Головка передвигается в двух плоскостях, вырисовывая нитью целый слой – один из срезов предмета. Закончив один слой, принтер приподнимает головку или опускает платформу, а затем начинает печатать новый слой поверх только что нанесенного. Так, слой за слоем, срез за срезом, выращивается копия оригинального предмета.
В основу принципа работы 3D принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определённого материала. Плюс 3D печати перед привычными способами построения моделей — высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость.
Например, для создания 3D модели или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени — от нескольких дней до месяцев. В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства. 3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге — ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов. При этом возможность ошибок, присущих ручной работе исключается.
2.3 Технологии трёхмерной печати
Существуют различные технологии трёхмерной печати. Разница между ними заключается в способе наложения слоёв изделия.
Наиболее распространенными являются SLS (селективное лазерное сплетение), НРМ (наложение слоев расплавленных материалов) и SLA (стереолитиография). Наиболее широкое распространение благодаря высокой скорости построения объектов получила технология стереолитографии или SLA.
Технология SLA: Технология работает так: лазерный луч направляется на фотополимер, после чего материал затвердевает. В качестве фотополимера используется полупрозрачный материал, который деформируется под действием атмосферной влаги. После отвердевания он легко поддаётся склеиванию, механической обработке и окрашиванию. Рабочий стол (элеватор) находится в ёмкости с фотополимером. После прохождения через полимер лазерного луча и отвердения слоя рабочая поверхность стола смещается вниз.
Технология SLS: Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча – оно же SLS — единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья. Пластмассовые модели обладают отличными механическими качествами, благодаря которым они могут использоваться для изготовления полнофункциональных изделий. Устройство 3d принтера выглядит следующим образом: порошковые вещества наносятся на поверхность элеватора и спекаются под действием лазерного луча в твёрдый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий её форму.
Технология НРМ: Печать по технологии НРМ выгодно отличается чистотой, простотой использования и пригодностью для применения в офисе.
Детали из термопластика устойчивы к высоким температурам, механическим нагрузкам, различным химическим реагентам, влажной или сухой среде. Растворимые вспомогательные материалы позволяют создавать сложные многоуровневые формы, полости и отверстия, которые было бы проблематично получить обычными методами. 3D-принтеры, действующие по технологии НРМ, создают детали слой за слоем, разогревая материал до полужидкого состояния и выдавливая его в соответствии созданными на компьютере путями. Нити обоих материалов подаются из отсеков 3D-принтера в печатающую головку, которая передвигается зависимости от изменения координат X и Y, и наплавляет материал, создавая текущий слой, пока основание не переместится вниз и не начнется следующий слой.
III. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ 3D ПЕЧАТИ
Программ для проектирования моделей 3D печати много. Я выбрала самую удобную и понятную программу для начинающих проектировщиков – Tinkercad — это простое веб – приложение для 3D проектирования и 3D печати, доступное каждому. Tinkercad поддерживает все существующие 3D-принтеры, для которых используются стандартные файлы STL. Для цветной печати – файлы VRML.
1. Вставка. Формы – это базовые элементы в Tinkercad, которые позволяют добавлять или удалять материал. Импортируя собственные формы или пользуясь существующими;
2. Регулирование. Модели свободно перемещаются, вращаются и корректируются формы в рабочем пространстве. Можно задать точные размеры с помощью таких инструментов, как линейка;
3. Объединение. Группируются формы для создания сложных моделей.
Я попыталась создать некоторые 3D модели в этой программе и расскажу основные этапы проектирования кружки. Для начала на рабочую плоскость надо импортировать цилиндр, подобрать необходимый размер изделия.
Для создания отверстия надо импортировать цилиндр, подходящий для выреза. Далее, изменяя рабочую плоскость, два цилиндра необходимо совместить для создания корпуса кружки.
После этого, из цилиндра наименьшей формы превратить его в отверстие и сгруппировать два цилиндра клавишей Shift, так что бы в корпусе кружки получилось общее отверстие. Корпус кружки готов.
Для создания ручки кружки, надо импортировать геометрическую фигуру – тор и вставить в корпус кружки.
Далее надо сгруппировать ручку и кружку клавишей Shift. Так же можно изменить цвет изделия.
Кроме кружки я так же сделала карандашницу и вазочку для варенья.
IV. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ 3D ПЕЧАТИ
3D печать открыла большие возможности для экспериментов в таких сферах как архитектура, строительство, медицина, образование, моделирование одежды, мелкосерийное производство, ювелирное дело, и даже в пищевой промышленности.
В архитектуре, например, 3D печать позволяет создавать объёмные макеты зданий, или даже целых микрорайонов со всей инфраструктурой — скверами, парками, дорогами и уличным освещением. В недалёком будущем может намного ускорится и упростится процесс возведения зданий. Калифорнийскими инженерами создана система 3D печати для крупногабаритных объектов. Она работает по принципу строительного крана, возводящего стены из слоёв бетона. (См.Приложение 2)
В медицине благодаря технологиям трёхмерной печати врачи получили возможность воссоздавать копии человеческого скелета, что позволяет более точно отработать приёмы, повышающих гарантии успешного проведения операций. (См.Приложение 3)
Всё большее применение находят 3D принтеры в области протезирования в стоматологии, так как эти технологии позволяют намного быстрее получить протезы, чем при традиционном изготовлении
Принтеры с технологией 3D печати постепенно осваивают сферу производства одежды, и в первую очередь – производство моделей для высокой моды. Не так давно голландский модельер Айрис Ван Херпен представила коллекцию «Напряжение», все модели которой были созданы при помощи 3D печати. Коллекция была представлена на Неделе высокой моды в Париже. Первая пара обуви, напечатанная на 3D принтере, появилась в 2011 году благодаря стараниям шведских студентов. Сегодня трёхмерная обувь, напечатанная на принтерах, красуется на ведущих подиумах всего мира. Существенным преимуществом такой обуви является точный учёт индивидуальных особенностей её владельца, включая размер и форму стопы. (См.Приложение 4)
В 2011 году учёные из Великобритании первыми показали 3D-принтер, на котором можно было напечатать любую фигурку из шоколада или простую шоколадную плитку. Принтер накладывает слои друг на друга. Благодаря способности шоколада быстро застывать и твердеть при охлаждении, процесс печати протекает довольно быстро. В ближайшем будущем такие принтеры будут востребованы в кондитерских и ресторанах. (См. Приложение 5)
2011 год — год создания первого самолета, напечатанного на 3D-принтере. Эта идея принадлежала инженерам из Университета Саутгемптона (Великобритания). Модель 3D-самолета прекрасно летала на сравнительно большой скорости. (См.Приложение 6)
3D-принтеры можно смело назвать самыми нужными и полезными приборами нашего настоящего и будущего. Сегодня 3D-принтеры больше не кажутся машинами из фантастических фильмов. Они стали реальностью и приносят человечеству большую пользу. За 3D-принтерами будущее техники и науки.
Задачи, поставленные мною — выполнены, гипотеза подтверждена. Я спроектировала в программе Tinkercad кружку и распечатала на 3D принтере. В дальнейшем я буду ее использовать.
Я думаю, что все-таки будущее гораздо ближе, чем мы думаем. Возможности 3D-принтера очень велики на данный момент. Объемная печать скоро плотно войдет в нашу жизнь, а значит у этой технологии большое будущее. Сейчас иметь у себя дома 3D — принтер из-за цены считается дорогим удовольствием. Но не так давно и обычные печатающие принтеры имели гигантские размеры и стоили целое состояние. А сейчас трудно представить нашу жизнь без офисной техники.
То же самое ждёт и объёмные 3D- принтеры. Придёт время, и эти принтеры станут дешевле и совершеннее, скорость печати многократно возрастет.
Я думаю, что, когда будет возможным печать на 3D — принтере, человечество, возможно, полностью решит проблему утилизации бытовых отходов и улучшит экологию. Уже сейчас принтеры для строительства домов в Китае используют в качестве расходных материалов строительные отходы.
Возможности применения трехмерной печати помогут в строительстве и медицине. Станет возможной печать любого человеческого органа. А значит, это спасет миллионы человеческих жизней.
3D печать – технология будущего? Я думаю – да.
1. ВикипедиЯ, https://ru.wikipedia.org/wiki/3D-принтер
2.Автор — Андрей Райтер, FB.ru, http://fb.ru/article/220764/kak-rabotaet-d-printer-izdeliya-na-d-printere
3. 3D Rep, http://www.printfuture.ru/primenenie-3d-texnologij/
4. Make 3D, https://make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/
5. 3dbot.ru, Технологии 3D печати, http://blog.3dbot.ru
6.Автор – RomaBoy, 3D today, http://3dtoday.ru/blogs/romaboy/free-book-about-3d-printing1/
ПРИЛОЖЕНИЕ Приложение 1 Приложение 2
3D технологии в строительстве
3D технологии в медицине
3D технологии и мода
3D технологии в пищевой промышленности
3D технологии в самолетостроение
Моя первая модель для 3D печати

Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 11.10.2015 2015-10-11
Статья просмотрена: 5459 раз
Библиографическое описание:
Михайлова А. Е., Дошина А. Д. 3D принтер — технология будущего // Молодой ученый. 2015. №20. С. 40-44. URL https://moluch.ru/archive/100/22467/ (дата обращения: 18.11.2019).
В данной статье речь пойдет о новой технологии создания объектов и предметов — 3D принтере. Описывается история возникновения, указываются основные принципы и технологии работы устройства. Проводится исследование применения 3D принтера в Ростове-на-Дону, и освещаются проблемы и перспективы использования данной технологии в разных сферах жизни.
Ключевые слова: 3D принтер, 3D печать, стереолитография, технология SLA, технология SLS, технология DLP, технология EBM.
В повседневную жизнь 3D пришло к нам в начале нового тысячелетия. Мы, естественно, связываем это определение с киноискусством или мультипликацией. Но данная технология охватывает гораздо больше спектров нашей жизни. Итак, что же такое 3D принтер, и, что представляет собой печать на таком устройстве?
3D принтер — это устройство, которое создает изображение в трехмерном измерении. Но для начала разберемся в истории.
История возникновения
Технология 3D печати существует с 1984 года. Компания CharlesHull разработала технологию трехмерной печати для создания объектов с помощью цифровых данных. В 1986 года данную технику запатентовали и дали название стереолитографии.
Эта же компания, CharlesHull разработала первый промышленный 3D принтер. И в 1988 году компания 3DSystem разработала 3D принтер для печати в домашних условиях — SLA-250.
В 1993 году начинает свою жизнь компания Solidscape. Она начинает серийное производство 3D принтеров на струйной основе, при небольших затратах.
И, наконец, в 2005 году появляется первый цветной 3D принтер — Spectrum Z510. Заслуга данного продвижения в развитии 3D принтеров принадлежит компании ZCorporation (ZCorp).
Принцип работы 3D печати
Принцип формирования фигуры с трехмерной печати называют аддитивным (от слова Add (англ.) — добавлять). Для начала создается компьютерная модель будущего объекта. Это можно сделать либо с помощью трехмерного графического редактора CAD-системы (3D StudioMax, SolidWorks, AutoCAD), либо просканировав полностью объект в 3D. Затем, с помощью специального программного продукта разбивает просканированный объект на слои и происходит генерация набора команд, которая определит последовательность, в которой будут наноситься слои материала при печати.
Далее, 3D принтер послойно формирует объект, нанося постепенно порции материала (Рис.1). Располагая печатающую головку в системе двух координат X и Y, принтер наносит материал слой за слоем по смоделированной электронной схеме. При перемещении платформы на шаг вдоль оси Z начинается построение нового уровня объекта.

Рис. 1. Печать 3D принтером
Для печати в качестве материала в аддитивном производстве могут быть использованы металлические сплавы, пластик, бумага, фотополимеры, минеральные смеси. Некоторые виды 3D принтеров способны работать одновременно с разными материалами, как по свойствам, так и по цвету.
Технологий трехмерной печати довольно много. Различаются они по принципу формирования слоев и их соединениям. Рассмотрим основные технологии производства.
Основные технологии (SLA, SLS, DLP, EBM, HPM)
Печать на 3D принтерах может осуществляться разными способами, в зависимости от используемого материала.
Технология SLA. Эта технология позволяет наиболее быстрое построение объектов. Технология использует фотополимер, на который направляется лазерный луч, после чего материал затвердевает. После отвердевания изделие можно легко обработать (склеить, окрасить и т. д.). Технология SLS. Представляет собой спекание порошковых реагентов под воздействием лазерного луча. Это одна из технологий, которая позволяет изготовление форм для металлического и для пластмассового литья.
Технология DLP. Это относительно новая технологий, для реализации которой используются стереолитографические печатные аппараты. Принтеры данного типа используют цифровую обработку светом. Для создания трехмерных фигур в этой технологии используются фотополимерные смолы и DLP-проектор.
Технология EBM. Эта технология использует электронно-лучевую плавку для создания трехмерных объектов. Для послойного наплавления высокоточных деталей был разработан специальный материал — металлоглина. Данный материал изготавливается из смеси органического клея, металлической стружки и воды.
Технологий HPM. Дает возможность получать конечные модели из конструкционных и высокоэффективных термопластиков. Это единственная технология, которая обеспечивает механическую, термическую и химическую прочность деталей.
В наши дни появилось еще одно интересное устройство, использующееся для ручной печати — ручки для рисования 3D объектов. Ручки сделаны по той же схеме, что и принтеры. Пластиковая нить подается в ручку, где плавится до нужной температуры и выдавливается через маленькое сопло.
Области применения 3D печати
- Строительство. Есть предположение, что в будущем намного ускорится процесс возведения зданий благодаря 3D печати.
- Медицина. Благодаря трехмерной печати врачи получили возможность создавать копии человеческого скелета. Большое применение 3D принтеры нашли в стоматологическом протезировании.
- Архитектура и дизайн. Создание макетов элементов интерьера, зданий и районов позволяют оценить эргономику, функциональность и внешний вид прототипа.
- Маркетинг и реклама позволяют продемонстрировать преимущества нового товара.
- Образование. 3D модели являются отличными наглядными материалами для обучения на всех уровнях образования.
- Автомобилестроение. Такой способ, как 3D моделирование, позволяет протестировать автомобиль на этапе разработки.
- Моделирование. Изготовление упаковочных материалов, игрушек и сувенирной продукции.
- Легкая промышленность. Изготовление самых разных элементов потребительских товаров.
- Изготовление одежды и обуви. Подобная одежда и обувь используется только на показах. Материалом здесь служит полиуретан, резина и пластик.
- Ювелирное дело. Технологии 3D моделирования позволяют создать полноценные изделия из металлического порошка.
- История и антропология. Модели создаются на базе археологических находок и позволяют оценить достоверность догадок ученых.
Во всех других областях, не указанных выше, 3D моделирование постепенно находит свое применение. Медленно, но верно оно вытесняет другие способы представления объекта.
Исследование использования 3D принтера в городе Ростов-на-Дону
Мы провели исследование рынка на предмет услуг по 3D печати в городе Ростов-на-Дону.
Вот какие результаты были получены: В данном городе имеется около 10 точек по предоставлению услуг 3D печати, а также несколько точек 3D сканирования. Около 80 % процентов заказчиков обращаются с задачами изготовления аксессуарных изделий, деталей для личных проектов. 8 % пробуют «на зубок» данную технологию, остальные 7 % используют 3D печать непосредственно для работы. Также, имеется еще одна группа, которая использует 3D печать для создания глобальных личных проектов. Данная группа составляет всего лишь 5 %. В этот процент входит такой проект как «трогательный музей». Группа студентов из Ростова-на-Дону планирует создать сеть музеев в России при помощи 3D-печати и краудфандинга (народное финансирование). Идея состоит в том, чтобы распечатать на 3D принтере мировые произведения искусства, которые можно будет потрогать своими руками не только простым людям, но и тем, у кого имеются отклонения в зрении.
Для выяснения осведомленности людей о 3D печати, был проведен опрос жителей Ростова-на-Дону.
Был опрошен разный возрастной контингент и разные социальные группы. В итоге по опросу 348 человек, были получены данные: многие жители (92 %) знают о существовании 3D печати. Больше осведомлены в этой области молодые люди в возрасте до 30–35 лет. Жители города в более старшем возрасте если и знают о таковой технологий, то не решаются её попробовать. Только 19 % населения знают, что 3D печать существует не только из пластика, а еще и из металла. 45 % опрошенных знают о возможностях 3D принтера и материалах печати. Но при этом всего 15 % опрошенных пользовались этой услугой хотя бы один раз в жизни, из них 3 % пользовались ей часто. Что говорит о том, что 3D печать пока еще не пользуется большим спросом. Но 80 % из тех респондентов, которые не слышали о 3D печати, заинтересовались этой технологией, и выразили свое желание узнать о данной технологии больше. Около 51 % опрошенных слышали о 3D ручке, но в своем большинстве ей не пользовались. А вот свою жизнь доверить новым технологиям готовы достаточно многие. 50 % опрошенных доверили бы свою жизнь подобной технологии.
Подробные данные приведены ниже.



Проблемы и перспективы использования данной технологии в разных сферах жизни
Технология 3D печати еще не совсем идеальна. Есть несколько проблем, которые могут привести к довольно неожиданным результатам. Например, принтер, печатая несколько деталей одновременно, может напечатать их сцепленными между собой. Еще одной проблемой является то, что из-за послойного построения детали, нижний слой может не выдержать тяжести верхних слоев, и тогда происходит разрушение детали. Перед печатью необходимо тщательно проработать компьютерную модель, чтобы результат получился таким, каким его ожидают увидеть.
3D печать — это технология будущего. С каждым днем данная технология печати находит себя в новых областях. Интересной в области развлечений является такая услуга: любой желающий может сделать скан своего тела и получить свою миниатюрную копию. В области медицины постепенно входят в использование изготовление обуви, стелек, наушников, идеально повторяющих форму некоторых частей тела или же детальных частей для функционирования организма, например участок черепной коры человека. Постепенно увеличивается размер деталей, а также расширяется выбор материалов для печати.
Заключение
Подводя итоги, стоит отметить, что использование 3D принтеров позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, а непосредственно при разработке. В создании моделей с помощью 3D принтера полностью отсутствует ограничение на дизайн и сложность формы, что позволяет полностью задействовать свою фантазию и сделать индивидуальное и оригинальное изделие. Изделия получаются очень легкими, и при этом время их изготовления минимально.
Данная технология только набирает обороты в своем развитии и распространении. Это можно увидеть на городе, который был выбран для исследования — Ростове-на-Дону. Большинство заказов относятся к группе личного интереса к новой технологии и не более. Но также нельзя не заметить, что уже идет процесс использования технологии 3D печати в крупных и полезных для общества проектах.
Несомненно, эта технология — технология будущего.






