3 D-принтеры Осокин Александр Николаевич г

« 3 D-принтеры Осокин Александр Николаевич г. Томск, 2015 г.

Введение Ø 3 D-принтер — это устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3 D-модели для вывода трехмерных данных. В зарубежной литературе данный тип устройств также именуют фабберами, а процесс трехмерной печати — быстрым прототипированием (Rapid Prototyping). 2

Область применения 3 D-принтеров Основными сферами применения являются: Ø Протезирование в медицине Ø Моделирование в архитектуре при проектировании Ø Творчество (скульптура, ландшафты) Ø Промышленное производство (судо- космо- и кораблестроение, робототехника, высокоточные производства) 3

Технологии 3 D-печати Для создания физического макета нужен файл, созданный в любой программе для 3 D моделирования. Современные технологии 3 D принтера позволяют создать макеты практически любых объектов, будь то коттедж или игровой персонаж, с высокой степенью точности. Используется 2 технологии послойного выращивания. Послойное выращивание Лазерная Технологии 3 D-печати Струйная 4

Лазерная технология Лазерная стереолитография (SLA - Stereolithography) — ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в прочный пластик. Лазерное сплавление (SLS - Selective laser sintering) — при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали. Ламинирование (LOM - Laminated Object Manufacturing) — деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.

Работа: При лазерной стереолитографии используется фотополимер, который находится в жидком состоянии. При просвечивании этого полимера ультрафиолетовым лучом, испускаемом лазером, он застывает, образуя чрезвычайно плотную и твердую основу. В комплекте с лазерным 3 D-принтером поставляется специальное программное обеспечение, разрезающее необходимую компьютерную 3 D-модель на огромное количество слоев шириной приблизительно в доли миллиметра. Она переводит каждый слой в набросок, каждый из которых в дальнейшем будет "напечатан". С помощью лифта-подъемника платформа поднимается до уровня, когда над ней остается тонкий слой фотополимера. Далее фотополимер просвечивается с помощью луча ультрафиолетового лазера и застывает, сверху накладывается последующий слой, который вновь застывает под ультрафиолетовым лучом. После неоднократного повтора этих действий появляется готовая модель макета, которая после этого промывается и 6 очищается от излишних остатков полимера

Лазерная технология- лазерное спекание (сплавление)-SLS Работа: В роли заготовочного материала выступает порошок из легкоплавкого пластика. Лазер формирует сечение будущей детали на порошке, который разогревается до температуры плавления и потом спекается. Дальше процедура повторяется - насыпается последующий слой порошка и лазер вновь выжигает очередной слой. Так слой за слоем формируется будущая деталь. 7

Лазерная технология: ламинирование (LOM) Работа: В принтер заряжаются тонкие листы рабочего материала, из которого лазером вырезаются слои будущей модели. После резки, слои склеиваются друг с другом. Таким образом, деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются. 8

Струйная технология • Застывание материала при охлаждении (Fused Deposition Modeling - FDM); • Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы; • Склеивание или спекание порошкообразного материала.

Застывание материала при охлаждении (FDM) Работа: Раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика (в качестве материала может использоваться практически любой промышленный термопластик). Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта (печать здесь тоже ведется по слоям). Рабочий материал поступает на печатающую головку в виде гибкого жгута, где благодаря спиралям нагревателя 10 происходит его нагрев, за счет которого материал стекает с сопла экструдера на рабочую

Полимеризация фотополимерного пластика под действием УФ лампы 1 – конструкционный материал; 2 – поддерживающий материал; 3 – головка печати; 4 – лампа, излучающая УФ; 5 – изготавливаемое изделие; 6 – поддержка; 7 – разравниватель 11 слоя; 8 – подложка; 9 – рабочая платформа; 10 – поршень

Работа 3 D-принтера, использующего технологию Polyjet: • Здесь струйная головка используется для печати фотополимерным пластиком. Изделие, как обычно, печатается слой за слоем. Каждый отпечатанный слой полимеризируется в твердый пластик под действием ультрафиолетовой лампы.

Схема 3 D-принтера, использующего технологию от компании Z Corporation: Склеивание или спекание порошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа склеивается жидким веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. 13

Проектирование трехмерных моделей 3 D принтер требует для работы входные данные, представленные в формате STL (расшифровывается как STereo. Lithography), представляющем список треугольных граней, описывающих его поверхность. STL — это "мозаичный" формат, в котором для представления формы цифровой 3 D-модели используется последовательность треугольников (фасетов). 14

Проектирование трехмерных моделей Трехмерная геометрия в ведущих 3 D CADсистемах описывается поверхностями высокого порядка, а при триангуляции поверхность модели разбивается на маленькие треугольники. Каждый фасет описывается четырьмя наборами данных: координаты XYZ каждой из трех вершин и нормальный вектор, который описывает ориентацию фасета. CAD система, (Система автоматизированного проектирования - САПР) представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. 15

Программные ресурсы для проектирования моделей Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты: 3 DS Max, Maya, Newtek Lightwave, Soft. Image XSI, Rhinoceros 3 D, CINEMA 4 D, Zbrush, Blender, K-3 D, Wings 3 D.

Заключение Впереди эра мини и микропроизводств. В условиях роботизированного производства, 3 D-принтеров информация будет загружаться в оборудование прямо из компьютера. С 2014 года в США и Японии начато производство мини и микророботизированные заводы. Завод состоит из многофункциональных роботов, 3 D-принтеров, подключенных к Интернету, и снабжен всеми программами, чтобы наладить производство. Это даст возможность производить все что угодно и где угодно (там, где находится потребитель). Более половины американских корпораций планируют в ближайшие пять лет вернуть все производство из Китая обратно. Такие же планы и у европейцев. Старые заводы закроют и пустят оборудование на металлолом. Поддержка 3 D-принтеров появилась в операционной системе Windows 8. 1.

Список источников • • • http: //gym 075. edusite. ru/3 D-printeri. html http: //www. 3 dnews. ru/peripheral/3 d-print/print http: //www. proceedings. spiiras. nw. ru/data/src/2010/15/00/spypr oc-2010 -15 -00 -04. pdf