3D принтеры вблизи
Итак, мне довелось побывать на презентации компании SIU System, представляющей в России принтеры 3DSystems. На мероприятии можно было увидеть машины в действии, взять в руки и как следует рассмотреть напечатанные модели, а также выспросить у консультантов довольно интересные вещи.
3D-принтеры прочно ассоциируются у многих с послойной печатью пластиком. Да, таких устройств большинство и, наверное, именно им суждено первыми прорваться на потребительский сегмент рынка. Однако технология не ограничивается этим материалом и этим методом. На презентации были устройства, послойно создающие зубные слепки из фотополимера и воска, а также фантастические аппараты, особым-секретным-композитным-порошком™ печатающие сложные многоцветные модели с движущимися элементами. Промышленные принтеры, которые не смогли приехать на презентацию ввиду своих размеров, могут создавать модели из металла и многих других веществ веществ. У художников, конечно же, незамедлительно появилась идея напечатать дом...
Если мы посмотрим на график зрелости технологий, изданный Gartner на 2013 год, то увидим, что 3D принтеры сейчас находятся на самой вершине “пика завышенных ожиданий”, а значит - в эпицентре медийной шумихи. Отсюда так много интересных, правильных, а также безумных и странных идей их применения. И это хорошо, ведь у нас давно не было технологии, которая бы вызывала столько же интереса и технологического восторга.
Хорошо запомнились следующие модели:
- маленький одноцветный принтер Cube, позиционируемый как игрушка для создания игрушек;
- его старший брат CubeX в модификациях с одной, двумя и тремя печатающими головками;
- мой фаворит, принтер 3DTouch с тремя экструдерами, отличающийся от CubeX Trio тем, что работает не от картриджа, а от обычных катушек пластика, подсоединённых к нему в том виде, в котором они и продаются;
- несколько представителей семейства профессиональных принтеров ProJet 3510 с закрытой рабочей камерой, печатающих с высокой точностью фотополимером и воском;
- порошковые устройства ZPrinter.
3DTouch полон великолепия, но стоит как самолёт
На самом деле, о существующих технологиях 3D печати хорошо, подробно и понятно написано вот здесь. Я старалась избегать пересечений, но они всё равно будут.
На принтеры с закрытыми рабочими камерами было невозможно смотреть без мыслей о матсборщиках (matter compilers) из Алмазного века Нила Стивенсона.
Это, кажется, представитель младшего поколения ProJet. Печатает пластиком, но в более высоком разрешении, нежели CubeX и 3DTouch. Можно также обратить внимание на обувку на заднем плане.
Печать расплавленным пластиком.
Этому методу близки все технологии печати расплавленным чем-либо: шоколадом, сыром, металлом и т. д. Если кого-то удивило существование принтеров, печатающих воском в умопомрачительном разрешении, моё предположение - они для ювелирных изделий. Прочитав вот эту статью о производстве украшений, можно представить, с каким любопытством ювелиры сейчас посматривают на возможность опустить несколько мешкотных шагов производства, не потеряв при этом в качестве получаемых прототипов.
Но вернёмся к пластику, как наиболее близкому и доступному варианту. Для печати используют разные его виды. Самые популярные - это ABS и PLA. Принтеры с несколькими печатающими головками позволяют комбинировать пластик разных цветов и использовать разные его виды в одной модели.
АБС пласик, непрозначная ударопрочная термопластическая смола, используется для печати самых обычных пластиковых прототипов. В системах трехмерной печати стал популярен благодаря своей температуре стеклования - достаточно низкой для безопасной экструзии с помощью стандартных инструментов, но достаточно высокой, чтобы напечатанная модель не боялась небольшого нагрева, которому может подвергнуться в бытовых условиях. Производят из нефти. Можно повторно переработать.
Свойства:
Непрозрачный (есть прозрачная модификация) материал желтоватого оттенка. Окрашивается в различные цвета.
Ударопрочный
Нетоксичный
Долговечный
Стойкий к щелочам и моющим средствам
Влагостойкий
Маслостойкий
Кислотостойкий
Температура плавления 265 °C
ПЛА-пластик - биоразлагаемый полимер. Красивый, полупрозрачный, осязаемо не такой прочный, как АБС. Не годится для рабочих деталей, которые ожидает хоть какая-нибудь нагрузка. К тому же, созданная из него вещица прослужит вам от нескольких месяцев до пары лет. Поэтому в 3D-прототипировании его используют иначе: из ПЛА отлично получаются вспомогательные структуры, которые нужны только в процессе создания модели и потом их можно отломить или растворить, не повредив саму фигурку из АБС.
Производят из возобновляемых ресурсов, таких как кукуруза и сахарный тростник. Также используется для производства пищевой упаковки, одноразовой посуды, пакетов, а также в медицине, для хирургических нитей и штифтов.
Свойства:
Полупрозрачный
Биоразлагаемый
Биосовместимый
Твердый
Нетоксичный
Термопластичный (сейчас разрабатываются термостойкие ПЛА)
Температура плавления 195 °C
АБС растворяется в ацетоне. Умельцы приспособились сглаживать ребристую поверхность напечатанных фигурок, нагревая ацетон и выдерживая модель над его парами. Так можно делать только под хорошей вытяжкой, в обычном помещении можно задохнуться. Не делайте этого.
ПЛА растворяют ультразвуком в воде с каустической содой. ПВА пластик растворяется в воде.
Килограммовая катушка АБС/ПЛА в среднем обойдётся в 2000 р. Можно найти дешевле, можно дороже. Цена водорастворимого ПВА пластика обычно выше.
Печать фотополимерами:
Я возлагаю большие надежды на фотополимерную печать. Её идея проста и гениальна, как черно-белая фотография. На фотополимер проецируются изображения срезов печатаемой модели и тот затвердевает в местах засветки.
Два видео. На первом самодельный фотополимерный принтер, построенный в домашних условиях:
Click to viewНа втором профессиональный принтер печатает одиннадцатью разными материалами в один заход:
Высокая точность, прочные модели, можно делать функциональные прототипы. Застёжек, к примеру. Недостаток - фотополимеры стоят как-то совсем уж дорого.
Печать порошком.
Происходит примерно так: машина насыпает тонкий слой порошка, над ним проезжает каретка с картриджем и распыляет отвердитель на нужные участки. После чего насыпается новый слой порошка, снова проезжает каретка с отвердителем и т. д. Каждый из слоёв настолько тонкий, что под ним виден предыдущий. Отвердитель может быть окрашен в различные цвета, поэтому нет никаких проблем с созданием многоцветных фигурок. Оттенки получают так же, как в струйных принтерах. Да и в целом процесс напоминает печать на стопки страниц со срезами модели, не говоря уже о том, что для отвердителя используются картриджи струйников Hewlett-Packard, из которых слили чернила. Не могу ответить, почему так. Видимо, покамест рентабельнее. Пустых картриджей HP не продаёт.
ZPrinter может движущиеся элементы
По окончании печати, неиспользованный порошок можно собрать встроенным пылесосом, либо предоставить принтеру втянуть его в автоматическом режиме. Порошок возвращается в систему и будет готов к повторному использованию. Мелкие его остатки вычищают из модели потоком сжатого воздуха.
Вот два видео про ZPrinter. На первом хорошо показан процесс работы:
На втором - то, что можно получить в результате:
Как видим, у порошковых принтеров нет проблем с “висящими” деталями, которые в экструзионных нужно подпирать вспомогательными элементами. Здесь их поддерживает сам порошок.
Тогда вопрос не возник, но сейчас интересно, что делать, если нам понадобится от такого принтера полая закрытая со всех сторон фигура. Хотя, впрочем, на что она нам...
По похожему принципу работают принтеры с технологией лазерного спекания. На презентации таких не было, но внимания заслуживают. Вместо распыления отвердителя, крупинки порошка в таких устройствах нагревают лазером, отчего те спекаются вместе. Буйства красок таким образом вряд ли можно добиться, но надёжность полученных прототипов заставляет ZPrinter-ы завидовать.
Солнечный проект из 2011 года: принтер, спекающий обычный песок солнечным светом, концентрируемым большой линзой Френеля. Вся электроника работает от солнечных батарей. Автор - Маркус Кайсер.
Все принтери используют свой особый формат файлов, но идут с софтиной, которой можно скормить CAD-файл для преобразования в него. А также есть упрощённый 3D редактор. Как говорят, для детей.
Если я всё поняла правильно, промышленные принтеры не работают без подключения к интернету. Это нужно, чтобы оставить возможность остановить печать армии человекоубийственных роботов, оружия или чего-нибодь подобного. Да, за ними следят. Большие возможности, большая ответственность.
Мелочи
После презентации людям прессы подарили небольшие фигурки, напечатанные принтером Cube.
У меня оказалась шахматная ладья:
Если любопытно - можно рассмотреть в подробностях. [Здесь]
Внутри видна винтовая лестница. Иногда за экструдером тянутся тонкие нити лишнего пластика. Там внутри их ещё больше.
На боку фигурки образуется шов.
Ниточки
Двойная спираль внутри - вспомогательный элемент. Он был нужен, чтобы сделать винтовую лестницу. В приступе перфекционизма можно исхитриться и удалить.
Фигурка заботливо отфотографирована the_wr.
Игрушечный Cube сейчас можно приобрести по цене примерно 80 тысяч российских денег. Что ж, технологии имеют тенденцию улучшаться и дешеветь, так что, ждём.
И ещё о забавах. Где-то в обозримом, но не слишком близком будущем ко мне должна приехать вот такая игрушка:
Я уже рассказывала про неё здесь. Это ручка для 3D рисунков.
Было бы вам интересно почитать/посмотреть её consumer review?
Poll