С каждым годом 3D печать становится все более массовой. 3D принтер, как инструмент превращения цифровой модели в физический объект, набирает популярность, во многом выигрывая у других методов производства из-за своей доступности.
Но не стоит забывать, что 3D принтер это всего лишь инструмент. Очень многое зависит от того, как этот инструмент будет использоваться.
Доступные технологии 3д печати
Все 3D технологии можно условно разделить на 4 вида.
Послойное наплавление расплавленным материалом.
Принцип работы похож на всеми знакомый клеевой пистолет. Материал для печати плавится до полужидкого состояния в печатающей голове и соплом наносится на печатную поверхность, где затвердевает. Так слой за слоем на печатном столе “вырастает” готовая 3D модель. В качестве расходного материала может использоваться не только термопластик, а, например, шоколад, глазурь, бетон и т.д.
Это самый распространенный тип принтеров. Недорогие FDM принтеры часто используются в качестве домашних помощников. Этому способствует недорогая цена и разнообразие расходных материалов.
Выборочное затвердевание смолы (фотополимерные принтеры).
В качестве материала используется фотополимерная смола, затвердевающая под воздействием УФ излучения. В качестве источника УФ излучения может использоваться тонкий лазерный луч, DLP проектор или LCD экран с УФ матрицей или любая другая конструкция. Например, некоторые промышленные 3D принтеры при помощи тонких сопел наносят фотополимер и тут же засвечивают его с помощью УФ лампы.
Раньше такие принтеры были достаточно дорогими. Сегодня, благодаря развитию технологии, фотополимерная 3D печать стала доступной, и фотополимерные принтеры стали популярны в качестве домашних принтеров для хобби.
Выборочное склеивание порошкообразного материала.
На печатной голове принтера находится несколько сопел, через которые подается связующее вещество, которое выборочно наносится на порошкообразный материал. В качестве материала могут использоваться различные материалы: например, гипс или металлические порошки. Но чаще всего используется гипс.
Поскольку в “клей” можно добавлять во время печати краситель, такие принтеры используются обычно для производства цветных демонстрационных моделей или сувениров.
Спекание порошкообразных материалов лазером.
Самая молодая технология, но с большим потенциалом для использования на крупных производствах. При помощи лазера или нагретой печатной головки, в среде наполненной инертным газом происходит выборочное спекание металлического порошка.
Это уже серьезные промышленные принтеры которые используются для производства функциональных металлических узлов и деталей. В настоящее время такие 3D принтеры активно используются в аэрокосмической промышленности.
Неэтичное применение
3D пиратство
Там, где происходит дублирование объектов, всегда возникают споры об авторских правах и пиратстве.
Производство любого изделия - это долгий и кропотливый труд, причем часто не одного человека. Прежде чем получить готовое декоративное изделие, например, фигурку, нужно продумать все до мелочей. Обычно перед моделированием художник рисует множество эскизов, продумываются детали одежды, аксессуары. Только после этого 3D моделлер приступает к работе и начинает кропотливо воссоздавать 3D модель.
Функциональные модели часто переделываются инженерами после изготовления прототипа. Между начальной идеей и стабильно работающим механизмом может оказаться очень длинный путь. И очень обидно бывает, когда такую работу просто копируют и выкладывают в открытый доступ.
LEGO
Это было одно из первых массовых проявлений “3D пиратства”. Тогда 3D печать только набирала популярность, и многие пользователи, напечатав десяток статуэток, искали полезное применение 3D принтеру. Учитывая небольшой расход пластика, напечатанные LEGO блоки получались очень недорогими.
Кубики LEGO напечатанные на 3D принтере
Несмотря на далеко не идеальную поверхность, многих устраивала такая копия. Некоторые утверждали, что точности домашнего FDM принтера недостаточно для того чтобы кубики хорошо стыковались с оригинальным LEGO, но у большинства пользователей все отлично совмещалось.
В настоящий момент LEGO активно убирает из сети модели, копирующие оригинальные размеры знаменитых кубиков и человечков. На популярных сайтах остались только кастомные элементы LEGO- человечков и LECO не оригинального размера.
Кастомные головы для LEGO человечков
Games Workshop
Games Workshop, производящие самых дорогих в мире настольных солдатиков, еще в 2012 году судились с Томасом Валенти (США). Томас смоделировал, распечатал и выложил в открытый доступ несколько миниатюр по мотивам вселенной Warhammer. Суд встал на сторону Games Workshop, и модели пришлось удалить.
Капеллан, напечатанный на 3D принтере
3D модель капеллана из Warhammer 40k
Games Workshop пошли еще дальше, запретив фанатам создавать арты и другие работы на основе оригинальных сеттингов и персонажей. В качестве бойкота пользователи раздела Warhammer 40,000 на Reddit предлагают максимально отказаться от продукции компании - печатать игровые фигурки на 3D принтерах, использовать краски других фирм или переключится на другие вселенные.
Голливуд
Производство современных фильмов - не дешевое удовольствие, и кинокомпании стараются окупить свои затраты не только показами в кинотеатрах, а, например, производством сувенирной продукции.
У компании DreamWorks есть целое подразделение, занимающееся потребительскими товарами, которые помогают отбить затраты на фильм, если он провалился в прокате. Кинокомпании признают что продукция, сделанная фанатами, часто превосходит по точности и детализации официальную “сувенирку”.
Фанатская модель Бэтмена из вселенной DC
Многие кинокомпании пристально следят за развитием 3D печати сувенирной продукции, но пока не знают как реагировать. Например, Paramount Pictures, Marvel Studios и Warner Bros. стали сами выкладывать в сеть модели для 3D печати, перед выпуском новых фильмов.
Печать оружия
Печать оружия
Первым изготовил пистолет на 3D принтере 24-летний студент-юрист Коди Уилсон. Коди самостоятельно разработал и напечатал боевой пистолет на 3D принтере. Спустя 8 лет идея изготовления огнестрельного оружия при помощи 3D печати не только не затухла, а разгорелась ярким пожаром.
Начало было положено в штате Техас, в 2012 году. Именно там была зарегистрирована компания Defense Distributed, идеологией которой стала разработка моделей огнестрельного оружия, которые любой желающий мог бы изготовить на домашнем 3D принтере.
Пистолеты
Liberator
Первой “ласточкой” стал Liberator - компактный пластиковый пистолет напечатанный на 3D принтере из ABS пластика. Первый печатный пистолет был изготовлен на 3D принтере Stratasys Dimension SST.
Liberator - название позаимствовано у дешевого пистолета, который разработали в 1942 году в США.
Liberator выдерживал максимум десяток выстрелов.
Вышедший из строя Liberator
Zig Zag
Весной 2014 года в интернете появилось видео с человеком, стрелявшим из пластикового револьвера с огромным барабаном. Видео сильно взбудоражило всю Японию.
Zig Zag
Неизвестным оказался Йошитомо Имуру (Yoshitomo Imura) - 28-летний сотрудник Шонанского технологического института. Несмотря на утверждение Имуру, что на записи он стрелял холостыми, его арестовали и осудили на 2 года тюрьмы (!).
Конструкция Zig Zag стала переосмыслением популярных в 19 веке револьверов, в которых использовался вращающийся блок стволов .38 калибра, закрепленный на пистолетной рукояти.
Washbear
В 2015 году студент-механик Джеймс Патрик выложил в сети видео с демонстрацией работы 3D-печатного PM522 Washbear.
PM522 Washbear
PM522 визуально напоминал детский пистолет из фантастического фильма, но при этом у пистолета была прочная и жесткая рама. Washbear оказался еще и безопаснее своих предшественников. В состоянии покоя ударный механизм располагался не на одной линии с капсюлем, поэтому PM522 был защищен от случайного выстрела, например, при падении.
Винтовка
Grizzly
Канадец с ником CanadianGunNut, ThreeD Ukulele или просто Matthew, вдохновленный проектом Liberator, спроектировал и выложил в сети свой проект - Grizzly. Grizzly - это винтовка из ABS+ пластика. На проектирование винтовки у канадца ушло 3 дня и еще 27 часов на изготовление при помощи промышленного 3D-принтере Stratasys Dimension 1200es.
Винтовка Grizzly
В первой версии Grizzly имела гладкий и прямой ствол 22 калибра. Но это оказалось не очень удачным решением, и ствол треснул после первого выстрела. Впоследствии Matthew заменил ствол на конический с нарезами внутри.
Пластиковая “нарезка” никак не могла повлиять на баллистику пули, но добавила стволу прочности.
Дробовик
Liberator 12k
Liberator 12k - это 12 зарядный дробовик изготовленный известным, в узких кругах, энтузиастом в мире 3D печати - Джеффом Родригесом.
Liberator 12k
Родригесу удалось создать простую и в то же время надежную конструкцию, “смешав” в конструкции Liberator 12k пистолет и помповое ружье. Огромным плюсом для изготовления и надежности стало отсутствие мелких деталей в механизме дробовика.
Поскольку прочности пластика оказалось недостаточно, Родригес усилил конструкцию Liberator 12k металлическими штифтами и добавил внутрь ствола и барабана металлические трубки. Металлические детали были приобретены в обычном строительном магазине, поэтому любой желающий мог без проблем изготовить Liberator 12k на своем домашнем 3D принтере.
Полуавтоматическое оружие
Shuty-MP1
Первой ласточкой стал Shuty-MP1 - полуавтоматический пистолет, изготовленный любителем-оружейником с ником Derwood, в апреле 2017 года.
Shuty-MP1
Shuty AP-9
Этичное применение
Несмотря на негативные примеры применения, 3D печать активно используется во многих сферах, помогая экономить время и создавать изделия, которые невозможно произвести другими методами.
Медицина
Импланты
3D принтеры, печатающие металлом, активно используются в медицине для изготовления титановых имплантов. Например, пациенту необходимо изготовить имплант тазобедренного сустава. По результатам КТ с врачами согласуется необходимая область замещения костной ткани и создается модель протеза, которая идеально подойдет данному пациенту. После всех согласований готовая модель отправляется на печать.
3D модель импланта
Основные направления 3D печати имплантов в медицине - это челюстно-лицевая хирургия, травматология, ортопедия, онкология и ветеринария. Большим преимуществом перед классическими методами изготовления имплантов является возможность создания ячеистой или пористой структуры. Это позволяет добиться лучшей интеграции протеза в костную ткань.
Образцы напечатанных имплантов и штифтов
Протезы
Изготовление даже относительно простого тягового протеза - достаточно трудоемкий и долгий процесс. 3D печать позволила сократить расходы и ускорить изготовление протезов. Помимо этого, появилась возможность кастомизировать протез.
Кастомизированные детские протезы
Некоторые энтузиасты моделируют и выкладывают в открытый доступ модели и подробные инструкции по сборке тяговых протезов рук и пальцев, чтобы любой пользователь мог в домашних условиях напечатать и изготовить протез.
Модель простого тягового протеза кисти
Производство
Создание кастомных дронов
Aerialtronics - это небольшая Голландская компания, которая специализируется на создании уникальных, кастомизированных дронов. Aerialtronics производит и разрабатывает уникальных дронов, характеристики которых могут изменяться в зависимости от потребностей заказчика.
Изначально была спроектирована базовая концепт модель, которая состоит из платформы и набора элементов, которые можно изменять по желанию заказчика. Изменения могут касаться практически любой части дрона. Заказчик может выбрать количество моторов и их мощность, грузоподъемность, время полета, поддерживаемое программное обеспечение и многое другое.
Базовая модель Aerialtronics
Но любые, даже незначительные изменения в характеристиках и дизайне дрона, требовали изготовления новых элементов и изменения дизайна. Классические методы изготовления оказались достаточно трудоемкими и долгими. Для экономии времени и денег был приобретен 3D принтер Stratasys uPrint SE Plus.
Сборка дрона
Благодаря 3D печати удалось не только ускорить производство, но и больше времени уделять улучшению отдельных компонентов, ведь готовая модель готова уже на следующее утро. Быстрое изготовление позволяет напечатать деталь, протестировать, внести необходимые изменения в 3D модель и изготовить новый образец. Инженеры Aerialtronics за несколько дней успевают изготовить и протестировать 8-10 вариантов детали, чтобы добится максимального качества.
Прототипирование
Создание прототипов газовых турбин.
Создание прототипов традиционными методами часто бывает трудоемким и дорогим процессом. Из-за этого цена ошибки в расчетах и 3D моделировании может стоить очень дорого.
Например, производство деталей турбинного двигателя обычно базируется на тщательных подготовительных расчетах, но даже это не всегда позволяет избежать ошибки при изготовлении тестового прототипа. Ведь даже самые современные программные методы не могут заменить физические испытания. Но из-за высокой стоимости (более 20 000$) становится невозможно изготовить несколько прототипов для испытаний.
Turbine Technologies (штат Висконсин, США) и ее дочерняя компания Kutrieb Research нашли выход - это 3D печать. Благодаря 3D принтеру 3D Systems ProJet удалось снизить затраты на изготовление прототипов примерно в 10 раз до 2 000$.
3D модель и напечатанная деталь турбины
На 3D принтере из воска печатают модель турбины, тестируют ее и после этого отливают из металла. Помимо стоимости удалось существенно ускорить производство. Ведь изготовление традиционных восковок с заливкой в формы занимало до 5 недель, а 3D печатная модель готова уже к утру.
Итоги
Несмотря на неэтичную сторону применения 3D печати, положительных примеров использования все-таки больше. 3D принтеры стали незаменимыми помощниками в различных отраслях - от домашнего хобби до серьезных производств. При помощи 3D принтеров изготавливаются уникальные изделия, которые невозможно было получить, используя другие станки.
Популяризация 3D принтеров - вопрос времени. Но не стоит забывать что, 3D печать - это всего лишь инструмент, такой же как дрель или молоток. Только от пользователя зависит, как он будет использоваться.
