Як працює 3D-принтер та кому він потрібен

xiaole-tao-Fo-HQUlRGkU-unsplash

За допомогою 3D-принтера друкують чохли для телефонів, одяг, будинки та навіть їжу.
Такі принтери виходять на масовий ринок, і сьогодні більшість людей уже можуть купити їх.
Ми розібралися, як працює 3D принтер, як його запрограмувати і яка від нього користь.

Як працює 3D-принтер

3D-принтер працює майже так само, як лазерний принтер, який друкує документи чи фотографії, наносячи чорнила на папір.

Тільки замість чорнил 3D-принтер створює об’єкти у тривимірному просторі, послідовно наносячи на поверхню шари «будівельного матеріалу».

Цим будівельним матеріалом є фотополімери, синтетичні нитки, металізована біомаса, керамічний порошок, тонкий дріт.

Увесь цей процес контролює робот, тому ймовірність похибок під час побудови креслень мінімальна.

Реклама

Як надрукувати об’єкт на 3D-принтері

Спочатку потрібно створити цифрову модель на комп’ютері. Малювати креслння самостійно необов’язково — готові варіанти гачків, чохлів чи навіть квадрокоптера можна завантажити з інтернету.

За допомогою спеціального програмного забезпечення — CAD-редакторів чи САПР (системи автоматизованого проектування) — на етапі побудови моделі можна оцінити реальні пропорції і за необхідності внести зміни і доопрацювання.

Потім модель потрібно пропустити через програму, яка розділить цифровий об’єкт на багато шарів поперечного перерізу — зазвичай товщиною близько 0,1 мм.

Програма відправляє ці цифрові стрічки на 3D-принтер, який накладає їх одну поверх іншої, поки не сформується реальний предмет.

Які бувають 3D принтери і скільки вони коштують

Персональні моделі користуються попитом в малого бізнесу і коштують від 5000 до 45000 доларів.

3D принтери споживчого класу користуються широким попитом серед художників і дизайнерів. Пристрій відрізняється простим функціоналом, а «друк» проводиться пластиком ABS і PLA. Вартість такого апарату становить від 400 до 4000 доларів.

Професійні 3D принтери здатні задовольнити потреби великих компаній, їхня ціна коливається від 30 000 до 800 000 доларів.

3D принтери виробничого класу застосовують для відтворення високоточних деталей у великому обсязі. Вартість їх стартує від 20 000 доларів і залежить від друкованого матеріалу і швидкості випуску деталей.

Де використовують 3D принтери

Будівництво

Надрукованих будинків за останні роки побільшало в різних країнах світу – у США, Саудівській Аравії, Мексиці, Франції та ОАЕ. Торік уряд емірата Дубаї заявив, що до 2025 року 25% нових будинків міста будуть побудовані за допомогою 3D-принтера.

Принцип друку будівель такий: принтер видавлює бетонну суміш з різними домішками, що швидко твердішає. Кожен наступний шар наноситься поверх попереднього, завдяки чому утворюється вертикальна конструкція. Нижні бетонні шари ущільнюються, що збільшує їхню здатність витримувати верхні шари, і вся конструкція важчає.

Переваг у 3D друку перед іншими методами будівництва безліч. По-перше, він знімає обмеження з фантазії дизайнерів і архітекторів, оскільки дає можливості, недоступні при будівництві звичними методами.

По-друге, це надточний, швидкий, ощадний і повністю автоматизований процес, який до того ж виключає утворення відходів будматеріалів: сьогодні більшість фабрик починають виробництво з блоку металу або іншої сировини, а потім ріжуть і обробляють, щоб сформувати остаточний продукт. Натомість 3D-друк бере таку кількість матеріалу, з якого складається готовий виріб і економить значну кількість сировини.

Медицина

Ще в 2013 році вчені Прінстонського університету створили протез людського вуха, з’єднавши біомасу зі стовбурових клітин людини і полімерні речовини. 3D принтер зумів відтворити орган в деталях, а використання полімерних речовин дозволило створити «антену» для вловлювання радіохвиль.

Нині ж 3D-друк в медицині охоплює багато напрямків. Серед них створення імплантатів, друк кісток, моделювання внутрішніх органів людини і створення медичних інструментів для лікарів. 3D-друк дозволяє з високою точністю моделювати і створювати стоматологічні імплантати, протези, прототипи органів.

Найбільш активно медичний 3D-друк застосовується в США. Так у 2019 році пацієнту з Флориди вперше пересадили надруковану на 3D-пристрої кістку пальця. А професор радіології і кардіології Університету Кентуккі Майкл Вінклер створив 3D-друковану модель серця, з якою можуть працювати лікарі. Подібні прототипи органів допомагають хірургам більш точно планувати операції і підвищують шанси на швидке одужання пацієнта.

Україна теж слідує трендам. Прийти в лікарню, роздрукувати орган зі свого цифрового атласу на 3D-принтері, замінити у своєму тілі зношену деталь і піти додому здоровим — таке рішення пропонує одеський стартап ADAM, створений у 2019 році. Проект розробляє технологію 3D-друку кісткових трансплантатів і судин, виготовлених з керамічного біоскла і модифікованого біополімера.

Завдання — створити платформу для виготовлення кісток і органів, де будуть зберігатися дані про організм людини. У клініках буде встановлений спеціальний 3D-принтер, де за необхідності можна буде роздрукувати кістку або орган. Стартап уже має свою лабораторію в Коннектикуті, де проводиться частина досліджень.

Кулінарія

Донедавна здавалося, що синтетичне м’ясо – це вершина інновацій. Однак вже скоро 3D-друк їжі може потіснити сучасний фастфуд, напівфабрикати і магазинну продукцію.

Філософія винаходу проста – створення «швидкої їжі», в якій не буде ніяких зайвих інгредієнтів, крім тих, що закладені туди власником пристрою. Це звільнить людину від монотонного процесу готування.

Працює харчовий 3D-принтер за принципом звичайного струменевого принтера. Найпростіший приклад — це приготована в 3D-принтері піца, що складається з тіста, сиру, ковбасної начинки, томатної пасти і майонезу. Інгредієнти попередньо подрібнюють (наприклад, в кухонному комбайні), переносять в капсули і можна починати друкувати.

А в 2019 році з’явився стартап, який працює над 3D-друком м’ясних стейків, – Redefine Meat (також відомий як Jet-Eat), що базується в Ізраїлі.

Проект пропонує «м’ясну альтернативу» на рослинній основі, а точніше, цілі страви — біфштекси, печеню і тушковане м’ясо з натуральних інгредієнтів. Такий підхід поєднує в собі запатентовану технологію 3D-друку, цифрове моделювання та рецептуру харчових продуктів на рослинній основі, що допомагає засновникам створювати нові категорії м’ясних продуктів.

Енергетика

Минулого року Окріджська національна лабораторія в США представила надрукований на 3D-принтері макет активної зони ядерного реактора. Він був створений у рамках програми Transformational Challenge Reactor (TCR), яка передбачає будівництво реактора з вбудованими датчиками і системою управління за новою технологією до 2023 року.

Американські вчені стверджують, що, на відміну від інших індустрій, атомна галузь — це динозавр, який не зумів прийняти жодних нових технологій. Крім того, керівники програми хочуть досягти автономності в роботі реактора з метою скоротити кількість персоналу, щоб конкурувати з газотурбінною електростанцією, за якою стежить лише семеро осіб, проти чотирьох сотень на сучасних АЕС.

Космос

З можливостями космічного 3D-друку людина зможе швидше повернутися на Місяць і підкорити Марс.

У 2019 році NASA вирішило вкласти $73,7 млн у виготовлення прототипу першого 3D-принтера для друку деталей космічних супутників прямо на орбіті Землі. Прототип під назвою Arhinaut One будує каліфорнійська компанія Made In Space. Вже в 2022 році він може відправитися в космос з Нової Зеландії на борту ракети-носія Rocket Lab Electron.

Влаштувавшись на низькій навколоземній орбіті, апарат спробує надрукувати дві сонячні панелі довжиною 10 метрів. У 2017 році Made In Space вже надрукувала на 3D принтері такі панелі для NASA в лабораторії, де імітувалися космічні умови.

Тепер NASA зможуть розвивати проект місячної бази Gateway, яка повинна стати перевалочним пунктом для кораблів, що відправляються в космос. NASA не доведеться придумувати, як доставити на Місяць величезні модулі, оскільки завдяки 3D друку вони можуть бути зібрані просто місці з надрукованих деталей.

У майбутньому 3D принтери будуть тільки дешевшати, а високоякісні моделі стануть доступні широкому колу споживачів. Учені стверджують, що винахід 3D принтера є третьою промисловою революцією. Якщо більшість людей почне виготовляти необхідні їм продукти самостійно, це серйозно вплине на більшість галузей і повсякденне життя.

Помилка в тексті? Виділи її, натисни Shift + Enter або клікни тут.

comments powered by Disqus