Історія створення 3D принтерів та їх принцип роботи

Тепер уже всім знайоме слово «принтер» перекладається з англійської, як принтер. Зараз рідко можна знайти людину, яка б жодного разу не бачила звичайного принтера, за допомогою якого можна отримати будь-який текстовий або графічний паперовий документ.

Історія появи принтера в нинішньому розумінні почалася в минулому столітті – перший чорно-білий принтер з’явився ще в далекому 1953, а в 1976 з’явився перший кольоровий струменевий принтер від компанії IBM. Сьогодні різноманітні принтери можна знайти не тільки в офісах та організаціях, але також у школах та майже у кожному житлі. Адже сучасний процес роботи та навчання став немислимим без цього приладу.

Однак останніми роками з’явився зовсім новий пристрій, який здатний не просто роздрукувати на аркуші якесь зображення. Йдеться про винахід 3d принтера, за допомогою якого можна вже створювати об’ємні деталі, вироби чи моделі.

Історія тривимірного принтера

Історія 3d принтерів, як не дивно, досить довга, а над створенням цього пристрою працювали вчені з багатьох країн світу, поступово вносячи свій внесок у розвиток тривимірних технологій.

• 1986 року американець Чак Халл винайшов принцип тривимірного друку, який використовувався в установці для стереолітографії.
• У 1988 році інший американець, Скотт Крамп знайшов абсолютно інший підхід для здійснення тривимірного друку – формування через декомпозицію матеріалу, що плавиться (FDM). На цьому принципі сьогодні працюють усі тривимірні принтери, здатні виготовляти вироби в обмежених масштабах.
• Хоча робота над створенням тривимірних принтерів почалася у вісімдесяті роки минулого століття, сам термін «тривимірний друк» з’явився лише 1995 року у надрах Массачусетського технологічного інституту. І вже наступного року компанія «3D Systems» назвала свою першу модель «Actua 2100» тривимірним принтером. Таку історію створення має 3д принтер, якщо говорити коротко.

Перші моделі об’ємного друку працювали дуже повільно, а спроба збільшити швидкість їхньої роботи незмінно призводила до похибки у виробах. Тривимірні принтери з досить високою якістю виробів з’явилися лише у 2005 році. У 2008 році з’явилася модель «Reprap», яка наполовину здатна відтворити саму себе, оскільки могла робити половину своїх деталей.

Технології 3d друку

Тривимірний друк може використовувати різні технології та витратні матеріали, але в будь-якому випадку вона працює через послідовне нарощування шарами об’ємного предмета. Для створення шарів можуть застосовуватись різні технології.

Лазерна стереолітографія, де ультрафіолетовий лазер точку за точкою засвічує поверхню рідкого фотополімеру. В іншому варіанті засвічування проводиться ультрафіолетовою лампою крізь фотошаблон, що змінюється з новим шаром. Рідкий полімер при цьому твердне, стаючи досить міцним пластиком.

• Лазерне сплавлення застосовується для шарів порошків із пластику або металу.
• Ламінування – тут все також проводиться нашарування матеріалу, всі шари склеюються між собою, а лазером у кожному шарі вирізуються ділянки, що формують переріз майбутнього предмета.
• Струменева технологія передбачає застигання матеріалу, що охолоджується: роздавальна форсунка викидає на охолоджувану платформу-основу розігріті краплі термопластика. Там вони миттєво застигають, склеюючись із сусідніми, і формують шар деталі, що виготовляється.

• Склеювання порошкоподібного матеріалу нагадує спікання порошку лазерним променем, але порошок тут може бути з подрібненої целюлози, яка не плавиться, тому для його склеювання використовується рідкий адгезив або розчинник, який подається з мініатюрної форсунки. Таким методом можна надати деталі бажаного кольору, якщо використовувати різнокольорові барвники. Є навіть моделі тривимірних принтерів, у яких працюють головки від звичайних струменевих принтерів.
• Як самоотверждающиеся матеріали можуть застосовуватися також густі керамічні суміші. Подібні матеріали потрібні для тривимірного друку великих архітектурних моделей.
• Останнє досягнення – біопринтери. Поки що це лише експериментальні установки, які формують тривимірну структуру органу для трансплантації. Вони використовують розчини, які містять живі клітини. Потім відбувається зростання, поділ та спеціалізація клітин, які формують остаточну форму органу.

Сировина для тривимірних принтерів

Всі об’ємні принтери до 2008 року могли використовувати лише один вид пластику – АВС, який був найкращим «витратником» для тривимірного друку. Компанія Object Geometries Ltd випустила першу модель Connex500, яка могла одночасно використовувати кілька видів матеріалів. Наразі список таких матеріалів перевалив за сотню. Серед них можна відзначити такі:

• целюлоза;
• гідрогель;
• бетон;
• акрил;
• вода;
• гіпс;
• нейлон;
• металевий порошок;
• полілактид;
• полікапролактон;
• поліетилен низького тиску;
• поліпропілен;
• шоколад.

Особливість роботи тривимірних принтерів така, що всі одержувані об’єкти можуть бути тільки твердотільними, оскільки наносяться шар за шаром. На звичайному принтері можна зробити лише паперовий документ, а на тривимірному надрукувати дитячу іграшку, тканину, придатну для пошиття, пластиковий посуд, навіть імплантати для медичних цілей або автомобіль. Об’ємні принтери нового покоління мають дуже великі можливості.

Відео про історію 3d принтерів

Дивовижні можливості тривимірних принтерів

Тривимірні принтери поступово стають корисними та потрібними приладами в нашому житті, а сфери їх застосування дедалі більше розширюються. Так, невеликі тривимірні принтери здатні робити побутові дрібниці, на зразок посуду, іграшок, прикрас та навіть меблів.

• У 2010 році канадець Джим Кор продемонстрував легковий автомобіль, корпус якого був повністю виготовлений на тривимірному принтері, для якого знадобилося 2500 годин роботи. Творці унікального автомобіля навіть зібралися за пару днів дістатися Нью-Йорка до Сан-Франциско, використовуючи при цьому всього 38 л біопалива.
• У 2010 році компанія "Organovo Inc." оголосила, що створила тривимірну технологію виготовлення штучних кровоносних судин. Раніше про використання цієї технології з медичною метою не йшлося й мови. Нині у світі вже зроблено безліч операцій із протезування, де пацієнтам вживлялися імплантати, виконані з цієї технології – кісток черепа і носа, стоматологічні, кістки кистей тощо.
• Набагато скромніше виглядає демонстрація у 2011 році британцями принтера, який із шоколаду міг зробити будь-яку фігурку. Оскільки шоколад здатний досить швидко тверднути при охолодженні, то принтер друкує на такій сировині досить спритно. Такі принтери – справжня знахідка для ресторанів та кондитерських.

У тому ж році на тривимірному принтері було виготовлено перший літак зусиллями британських інженерів з Університету Саутгемптона. Вони зізналися, що найбільші труднощі були у процесі друку, а під час проектування. Виготовлена ​​модель виявилася здатною літати на пристойній швидкості.

Вчені з Оксфорда запропонували принтер, який може відтворювати матеріал, який частково має властивості живої тканини. Робототехнік з Італії Енріко Діні навчив тривимірний принтер робити макети двоповерхових будівель, в яких є кімнати з перегородками, труби та сходи. Все це робиться з неорганічного компаунду та піску. Отриманий матеріал має міцність, близьку до залізобетону.

Інженерна думка на цьому не зупинилася, оскільки надійшла пропозиція використовувати цю технологію під час зведення місячних дослідницьких баз. Вирішили доставити тривимірний принтер на МКС, де космонавти зможуть швидше виготовити необхідні їм деталі, не чекаючи доставки їх із Землі.

Зараз з принтери, історія яких починалася з громіздких і дуже дорогих екземплярів, стають все менше і дешевше. У 2011 році австрійці продемонстрували найлегший, найменший і найдешевший у роботі об’ємний принтер. Тут була використана технологія адитивної фотополімеризації, що працює зі світлочутливою смолою.

Відео про можливості зd принтера

Раніше думали, що 3D монітори – недосяжна розкіш для простого обивателя, а сьогодні їх можуть купити навіть незаможні громадяни. Так само і з тривимірними принтерами – вони вже перестали бути машинами з фантастичних книг, а все впевненіше входять у реальність, приносячи все більше користі. Перспективи у них дуже добрі.