Що таке 3D-друк та як він влаштований

Oleksii_Lishchuk

3D-друк уявили ще до того, як його винайшли, але й досі для багатьох людей ця концепція здається екзотичною та магічною. Але насправді 3D-принтери перетворилися на життєздатний споживчий продукт, доступний як пересічним користувачам, так і великим виробникам. Список речей, які можна виготовити за допомогою 3D-принтера, нескінченний: настільні органайзери, ювелірні прикраси й навіть шоколад.

Загалом  3D-друк знаходить все більше застосувань, зокрема у виробництві медичного обладнання, меблів і навіть будинків, надрукованих на 3D-принтері. Він використовується не лише для створення моделей і прототипів, але й все частіше для виготовлення кінцевих продуктів. Він також набагато екологічніший, ніж традиційне виробництво, оскільки створює лише матеріал, необхідний для об'єкта. 

Але що таке 3D-друк і як він працює? 

Історія та еволюція 3D-друку

Коли 3D-друк був вперше задуманий, він був у царині наукової фантастики. Письменник Мюррей Лейнстер описав пристрій, дуже схожий на 3D-принтер, у своєму оповіданні «Речі проходять повз» 1945 року: в оповіданні письменник уявляв собі гаджет, який «робить малюнки в повітрі за контурами, які він сканує за допомогою фотоелементів», з якого на кінці важеля для малювання «виходить пластик, що застигає в міру появи».  

Але це не єдина візіонерська згадка про 3D-друк у науковій фантастиці, адже Реймонд Ф. Джонс також описав щось подібне у своєму оповіданні 1950 року «Знаряддя праці».

У своєму оповіданні він називав 3D-друк «молекулярним розпиленням», що є цікавою відмінністю в уяві обох письменників. Хоча уява Лейнстера згодом виявиться точнішою в деталях, обидва приклади демонструють надзвичайну взаємність між вигадкою та реальністю.

У світі науки перше використання 3D-друку зазвичай приписують Хідео Кодамі. На початку 1980-х років Кодама винайшов систему пошарового виробництва за допомогою світлочутливої смоли, намагаючись розробити швидшу та ефективнішу систему створення прототипів. Він не запатентував цю технологію, але його пам'ятають як першого піонера в цій галузі.

Через кілька років після зусиль Кодами команда французьких дослідників вирішила продовжити роботу, на якій зупинився Кодама. На жаль, їм довелося відмовитися від свого проєкту до того, як вони змогли запатентувати технологію.

Першим, хто запатентував 3D-принтер, був Чарльз В. Халл. Його принтер використовував дещо вдосконалену версію техніки стереолітографії, яку застосовував Кодама. У 1986 році Халл заснував компанію 3D Systems, яка випускала широкий асортимент 3D-принтерів й існує донині. 

Типи 3D-принтерів

3D-друк, навіть сьогодні, все ще несе в собі атмосферу таємничості: ви можете поставити собі питання, як взагалі працює 3D-друк? Назва містить слово «друк», але на практиці 3D-принтери працюють зовсім не так, як звичайні двовимірні принтери.

Щоб трохи ускладнити ситуацію, існує кілька різних типів методів 3D-друку, які використовують різні матеріали. Для початку зосередьмось на тому, що спільного між 3D-принтерами.

Це правда, що всі 3D-принтери аналізують інформацію з файлів, що містять тривимірні дані, а потім використовують цю інформацію для створення фізичних об'єктів. Усі 3D-принтери також використовують адитивний процес для створення 3D-об'єктів.

https://youtu.be/Vx0Z6LplaMU

Це означає, що, на відміну від заводських конвеєрів, які створюють об'єкти шляхом маніпуляцій, ліплення або розрізання наявного матеріалу, 3D-принтери використовують лише точну кількість матеріалу, необхідну для певного об'єкта. Це робить 3D-принтери набагато менш марнотратними, ніж інші методи, в деяких випадках до 95%.

Тепер, коли ми визначили, що таке 3D-принтери, ми можемо розглянути різні типи 3D-принтерів. Моделювання методом наплавлення - найпоширеніший тип, який часто можна побачити в 3D-принтерах, призначених для споживачів і ентузіастів. Подібно до пристрою, який Лейнстер передбачив у 1940-х роках, він проштовхує пластик, який іноді називають ниткою, через гаряче сопло.

Стереолітографія (також відома як SLA), технологія, яку запатентував Чарльз В. Халл, частіше використовується в промислових умовах, оскільки її підвищений рівень деталізації зумовлює вищу ціну.

Замість пластику використовується УФ-реактивна рідина, яка твердне під дією світла. Хоча цей метод дає змогу створювати більш деталізовані моделі, він також складніший у використанні, оскільки працювати з полімерною смолою, необхідною для роботи, може бути складно.

Моделювання методом наплавленням і SLA - це два найпоширеніші типи 3D-друку, але існують і інші. Наприклад, 3D-друк за допомогою цифрового світлового проєктора (DLP) є різновидом SLA. Різниця між DLP і SLA-друком полягає в тому, що 3D-друк на цифровому світловому проєкторі працює шляхом впливу світла на рідкий полімер.

Мультиструменеве моделювання, єдиний вид 3D-друку, який підтримує багатоколірний друк, використовує технологію, схожу на струменевий друк, для розпилення сполучних речовин на шари порошку.

Вартість 3D-принтерів

Коли 3D-принтери були вперше винайдені, вони були езотеричними пристроями, занадто дорогими для чогось іншого, окрім промислового застосування. Але за десятиліття, що минули відтоді, технологія значно розвинулася. Зараз на ринку є широкий вибір моделей, які підходять для будь-якого бюджету та цілей.

Якщо моделі початкового рівня або для любителів можуть коштувати від 100 до 1500 доларів, то 3D-принтери професійної якості можуть коштувати тисячі, а то й десятки тисяч доларів. Ці моделі відрізняються не лише ціною, але й якістю, надійністю та довговічністю.

Існує багато різних 3D-принтерів - як дізнатися, який з них найкраще відповідає вашим потребам?

Принтер ELEGOO Neptune 3 - чудовий варіант для початківців, які хочуть почати працювати з 3D-друком. Наразі він продається за $209,99 і має відмінну функціональність, покращене шумозаглушення, двосторонній вентилятор для запобігання перегріву та функцію «розумного» продовження друку, завдяки якій відсутність нитки не зупинить ваш проєкт на півдорозі.

Для тих, хто має трохи більше грошей, Bambu Lab P1P - це значне підвищення швидкості та якості. Він пропонує просте налаштування та широкий вибір апаратного забезпечення, що налаштовується, як для любителів, так і для професіоналів. Наразі він продається за $699.99 і комплектується необхідним обладнанням, таким як нитка, інструмент для прочищення штифтів тощо.

Підсумки 

3D-друк пропонує революційний і більш сталий підхід до виробництва в майбутньому. Його підвищена швидкість і ефективність порівняно з традиційними методами дозволяють скоротити час виконання замовлення і зменшити кількість відходів, а оскільки технологія продовжує вдосконалюватися, 3D-друк, безсумнівно, здійснить революцію в багатьох галузях промисловості.

А поки що 3D-друк може дати вам свободу створювати речі, які ви хочете або потребуєте вдома, відповідно до ваших особистих потреб. Якщо вам потрібно створити органайзер для робочого столу або косплей-гаджети, 3D-друк може стати вашим найкращим помічником.