Технологии 3D печати

Автоматизированное изготовление объёмных фигур на основе их компьютерной модели было реализовано достаточно давно, ещё в прошлом веке. Ведь фрезерные или токарные станки с программным управлением в какой-то мере эту задачу решали. Но прорывом в технологии создания объектов на основе виртуального трёхмерного образа считается 3D-печать. Основана она на совершенно ином принципе, когда предмет формируется не с помощью обработки исходной заготовки, а путём его послойного воссоздания различными способами.

Появилась такая технология достаточно давно, в 80-е годы, и сейчас используется практически повсеместно. Связано это с существенным её удешевлением. Если первые 3D-принтеры строили десятки и сотни тысяч долларов, то сейчас они вышли на уровень чуть ли не бытовых устройств, доступных любому потребителю.

Предыстория 3D-печати. Стереолитография

Проработка этого направления в технике началась с исследований американца Чарльза Халла, который загорелся идеей создания объёмных фигур ещё в конце 40-х годов. Способ, который он смог запатентовать только в 1986 году, назывался стереолитографией, а в основе его лежал процесс создания объектов с помощью фотополимеризации жидкого вещества. Первый промышленный 3D-принтер так и назывался – стереолитографическая установка. Эта технология предполагала «выращивание» предмета путём наложения слоёв в доли миллиметра на непрерывно движущейся платформе. Установки, производимые основанной Халлом фирмой 3D System, имели коммерческий успех, но ограниченный спрос из-за немалой стоимости и громоздкости.

Современные технологии 3D-печати

И только в нынешнем веке, примерно в 2012 году, на рынке 3D-принтеров произошёл прорыв, когда появились компактные и дешёвые модели потребительского класса. Приобрести их сейчас не составляет никаких проблем, можно даже заказать в интернет-магазине. Начала их выпуск и упомянутая фирма 3D System, но её технология печати является далеко не единственной.

LOM – листовая печать

Ещё в 1985 году был предложен другой способ – путём формирования предметов из тонких листов, соединяемых с помощью прижима с нагревом. Придумал его Михаило Фейген, а в качестве материала использовался не только пластик, но и бумага. Создаваемые с его помощью объёмные модели земной поверхности выглядят весьма эффектно. Однако, этот способ, обозначаемый как LOM, имеет некоторые недостатки, связанные с недостаточной прочностью получаемого образца.

SLS – порошок плюс лазер

Примерно в это же время, в 1986 году, появилась и более совершенная технология, в которой используется лазер, а в качестве исходного материала – порошок. Принцип работы заключается в его послойном спекании лазерным лучом по заданному контуру в специальной камере. Соответственно, обозначается эта технология SLS, то есть избирательное лазерное спекание. Используемый порошок может изготовляться из полимеров, керамики, металла или литейного воска.

Достоинством этого способа, предложенного Карлом Декартом, можно считать не только использование различных материалов, но возможность одновременного изготовления нескольких предметов. К числу недостатков относят пористую структуру получаемых образцов, а также необходимость регулярной очистки камеры.

SGS – полимеризация ультрафиолетом

Этот метод был разработан компанией Gubital из Израиля годом позже. В нём, как и в стереолитографии, используется фотополимеризация, однако, сам технологический процесс предполагает предварительное формирование шаблона, который накрывает тонкий слой фотополимера. После его экспозиции с помощью ультрафиолетового облучения происходит выборочное затвердевание материала (только под шаблоном), процесс повторяется циклически.

Достоинством этой технологии считают возможность его остановки, например, для проверки качества изготовления. Недостаток – использование уникальных полимеров с высокой стоимостью. Сама установка также стоит немало – сотни тысяч долларов. По этой причине в нашей стране 3D-принтеры этого класса распространения не получили.

FDM – печать расплавленной нитью

В начале 90-х годов эта технология произвела настоящий фурор на рынке, когда компания Stratasys предложила потребителям 3D-принтеры за 50 тысяч долларов. Патент на неё изобретатель Скотт Крамп получил в 1988 году, а сама установка в какой-то мере похожа на обычный струйный принтер. Ведь в ней используется настоящая печатающая головка, через которую расплав пластика, металла или воска (в исходном состоянии - в виде нити) поступает вниз и ровным слоями формирует объект. Переход к следующему слою осуществляется после опускания площадки, на которой располагается образец.

В настоящее время для 3D-печати используются все вышеописанные способы, однако, изобретение Чарльза Хала считается наиболее перспективным. Связано это с тем, что стереолитография имеет существенно меньшие ограничения по используемым материалам. Независимо от используемого способа, важнейшим фактором развития этой технологии является её проникновение в самые различные сферы человеческой деятельности. Сегодня они не ограничены только промышленностью, и объёмная печать уверенно занимает своё место в строительстве, медицине и даже в кулинарии.

Можно смело утверждать, что это технология XXI века.