Просмотр исходного текста страницы 3D-принтер

'''3D-принтер''' — это [[периферийное устройство]], использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. В зарубежной литературе данный тип устройств также именуют '''фабберами''', а процесс трехмерной печати — [[Быстрое прототипирование|быстрым прототипированием]] (Rapid Prototyping).<ref name=slyusarfabber1>
{{cite web
 | last        = Слюсар
 | first       = В.И. 
 | authorlink  = Слюсар В.И.
 | title       = Фаббер-технологии: сам себе конструктор и фабрикант.
 | work        =  Конструктор. – 2002. - № 1.
 | date        = 2002
 |pages        = C. 5 - 7.
 | url         = http://www.slyusar.kiev.ua/SLYUSAR_kn0201.pdf}}
</ref><ref name=slyusarfabber2>
{{cite web
 | last        = Слюсар
 | first       = В.И. 
 | authorlink  = Слюсар В.И.
 | title       = Фаббер-технологии. Новое средство трехмерного моделирования.
 | work        =  Электроника: наука, технология, бизнес. - 2003. - № 5.
 | date        = 2003
 |pages        = C. 54 - 60.
 | url         = http://www.electronics.ru/files/article_pdf/1/article_1269_632.pdf}}
</ref><ref name=slyusarfabber3>
{{cite web
 | last        = Слюсар
 | first       = В.И. 
 | authorlink  = Слюсар В.И.
 | title       = Фабрика в каждый дом.
 | work        = Вокруг света. – № 1 (2808). - Январь, 2008.
 | date        = 2008
 |pages        = C. 96 - 102.
 | url         =  http://www.slyusar.kiev.ua/Yarmarka.pdf}}
</ref>

== Технология ==
[[Файл:BFB Rapman 3D Printer 2015-03-04.jpg|thumb|3D-принтер BFB Rapman]] 

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.

Технологии, применяемые для создания слоев<ref name=slyusarfabber1 /><ref name=slyusarfabber2 /><ref name=slyusarfabber3 />:
* Лазерная:
*# ''[[Лазерная стереолитография]]'' — 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 достаточно прочный пластик.
*# ''[[Лазерное сплавление]]'' ({{lang-en|melting}}) — при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.
*# ''Ламинирование'' — 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.
* Струйная:
*# ''Застывание материала при охлаждении'' — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.
*# ''[[Полимеризация]] [[фотополимер]]ного пластика под действием ультрафиолетовой лампы'' — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.
*# ''Склеивание или [[спекание]] порошкообразного материала'' — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельчённой бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.
*# Густые [[керамика|керамические]] смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей<ref>[http://www.contourcrafting.org/ Contour Crafting], University of Southern California</ref>.
*# ''Биопринтеры'' — ранние экспериментальные установки, в которых печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки<ref>[http://www.nature.com/nbt/journal/v32/n8/full/nbt.2958.html 3D bioprinting of tissues and organs] // Nature Biotechnology № 32, 773—785 (2014), [[doi:10.1038/nbt.2958]]</ref>. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки:
* Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.
* При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке. (см. статью [[Дельта-робот]])
* Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счёт какого-либо движителя, приводящего шасси в движение.<ref>[http://www.popmech.ru/technologies/16680-robotizirovannye-3d-printery-pechatayut-zdaniya/ Самоходные строительные печатающие модули]</ref>
* Ручная, когда печатающая головка выполнена в виде ручки/карандаша, и пользователь сам подносит её в то место пространства, куда считает нужным добавить выделяемый из наконечника быстро затвердевающий материал. Назван такой прибор «[[3D-ручка]]», и к 3D-принтерам может быть отнесён с известной натяжкой. Существуют варианты с использованием термополимера, застывающего при охлаждении, и с использованием [[фотополимер]]а, отверждаемого ультрафиолетом.<ref>Термополимер используют в 3D-ручке ''3Doodler'' и её клонах. Томскими учёными запатентована технология 3D-ручек с холодными чернилами, использующая полимерную пасту (ароматизированную, магнитную, светящуюся в темноте, токопроводящую, термоконтрастную), затвердевающую под действием ультрафиолета [http://naked-science.ru/article/hi-tech/the-world-s-first-3d-pen Российские учёные создали первую в мире 3D-ручку с холодными чернилами]</ref>.

== Существующие технологии ==
* [[Лазерная стереолитография]] ([[Английский язык|англ]]. ''[[:en:Stereolithography|laser stereolithography, SLA]]'') — объект формируется из специального жидкого [[фотополимер]]а, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения [[Ртутная газоразрядная лампа|ртутных ламп]]). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего объект погружается в [[фотополимер]] на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя<ref name=slyusarfabber1 /><ref name=slyusarfabber2 /><ref name=slyusarfabber3 />.
* ''Селективное лазерное спекание'' (''Selective laser sintering, SLS''; также {{lang-en|Direct metal laser sintering}} — ''DMLS'') — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного излучения<ref name=slyusarfabber1 /><ref name=slyusarfabber2 /><ref name=slyusarfabber3 />. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения пустот порошком. Для уменьшения необходимой для спекания энергии температура рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде.
* [[Электронно-лучевая плавка]] — аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме<ref name=slyusarfabber1 /><ref name=slyusarfabber2 /><ref name=slyusarfabber3 />.
* [[Моделирование методом наплавления]] — объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся в [[Экструзия (технологический процесс)|экструзионную]] головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя таким образом текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой<ref name=slyusarfabber1 /><ref name=slyusarfabber2 /><ref name=slyusarfabber3 />. Часто в данной технологии участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.
* ''Изготовление объектов с использованием ламинирования'' (''Laminated object manufacturing|laminated object manufacturing, LOM'') — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое. За счет отсутствия пустот данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, однако, удаление лишнего материала (обычно его разделяют на мелкие кусочки) в некоторых ситуациях может вызывать затруднения<ref name=slyusarfabber1 /><ref name=slyusarfabber2 /><ref name=slyusarfabber3 />.

== Применение технологии ==
[[Файл:BFB detail sample 2015-03-10.jpg|thumb|Пример детали, изготовленной на 3D-принтере из ABS-пластика]]
[[Изображение:Таз крестец стереолитография.jpg|thumb|320px|Стереолитографическая модель тазобедренной области для пациента [[МНИОИ им. И.А. Герцена]] ]]

* Для [[Быстрое прототипирование|быстрого прототипирования]], то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.
* Для [[Быстрое производство|быстрого производства]] — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства.
* Изготовление моделей и форм для [[Литьё|литейного производства]].
* Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами [[Porsche]] при изучении тока масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке.
* Производство различных мелочей в домашних условиях.
* Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например [[Беспилотный летательный аппарат|беспилотный самолёт]] ''Lockheed Martin Polecat'' компании [[Lockheed Corporation|Lockheed]], большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
* Разработки [[Миссурийский университет|университета Миссури]], позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии — выращивание полноценных органов.
* В медицине, при протезировании и производстве [[Имплантаты|имплантатов]] (фрагменты скелета, черепа<ref>[http://www.cadpoint.ru/news/1-latest-news/683-implantat-75-skull-printed-on-the-3d-printer.html Технология Oxford Performance Materials по производству имплантатов с помощью 3D-печати одобрена в США. Пострадавшему в автокатастрофе имплантировали 75 % черепной коробки.]</ref>, костей, хрящевые ткани). Ведутся эксперименты по печати донорских органов<ref>[http://www.cadpoint.ru/video/684-3d-printing-of-donor-organs-will-be-mastered-by-2015.html Эксперименты университета Гериот-Ватт (Эдинбург, Шотландия) по 3D-печати стволовыми клетками.]</ref>.
* Для строительства зданий и сооружений<ref>[http://tedxtalks.ted.com/video/TEDxOjai-Behrokh-Khoshnevis-Con/ TEDxOjai — Behrokh Khoshnevis — Contour Crafting: Automated Construction] // TED Talk</ref><ref>[http://www.youtube.com/watch?v=SLIwaIOKfYc/ TEDxMedellin — Behrokh Khoshnevis — Robotic Construction by Contour Crafting.]</ref><ref>[http://www.cadpoint.ru/news/1-latest-news/681-dus-architects-print-house-amsterdame.html Первое полностью напечатанное жилое здание появится в Амстердаме.]</ref>.
* Для создания компонентов оружия ([[Defense Distributed]]). Существуют эксперименты по печати оружия целиком<ref>[http://www.hardware.slashdot.org/story/12/09/04/1837209/should-we-print-guns-cody-r-wilson-says-yes-video/ Should We Print Guns? Cody R. Wilson Says «Yes» (Video)]</ref>.
* Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили<ref>[http://www.cadpoint.ru/news/1-latest-news/672-presented-the-first-car-designed-by-3d-printer.html Представлен первый автомобиль, созданный с помощью 3D-принтера.]</ref>, телефоны, радио-электронное оборудование)
* Пищевое производство<ref>[http://rnd.cnews.ru/reviews/index_science.shtml?2013/03/20/522975 Печатная еда будущего: забудь про магазины] // Cnews, 2013-03-20</ref>

== Программное обеспечение ==
Для создания 3D-моделей используются [[САПР]]-системы трехмерного конструирования, данные из которые передаются в [[Программное обеспечение 3D-принтеров|системы подготовки данных и управления 3D-печатью]]. В большинстве случаев для подготовки печати используют файлы в фомате [[STL (формат файла)|STL]]. Практически все принтеры имеют свое собственное программное обеспечение для подготовки и управления печатью, причём часть — коммерческие, часть с открытым исходным кодом. Например, 3D-принтер Picaso Builder — программа Polygon, 3DTouch — Axon 2, MakerBot — MakerWare, Ultimaker — Cura.

== Самовоспроизведение ==
<!--
{{main|Проект RepRap}}
[[Файл:RepRap 'Mendel'.jpg|thumb|right|250px|Частично реплицирующийся (способный воссоздать самого себя) трёхмерный [[принтер]] RepRap версия 2.0 (Мендель)]]
-->
Некоторые недорогие 3D-принтеры могут распечатывать часть собственных деталей. Один из первых подобных проектов — [[Проект RepRap|RepRap]] (реализуется английскими конструкторами из [[Университет Бата|университета Бата]]), который производит более половины собственных деталей. Проект представляет собой [[Разработка с общедоступными наработками|разработку с общедоступными наработками]] и вся информация о конструкции распространяется по условиям лицензии [[GNU General Public License]]. Ярким активистом движения 3D-печати и этого сообщества можно с полной уверенностью считать молодого изобретателя из Чехии, Джозефа Пруза, в честь которого была даже названа одна из самых известных моделей трехмерного принтера — «Mendel Prusa».

== 3D-печать оружия ==
В 2012 году сетевая организация [[Defense Distributed]] анонсировала планы «разработать работающий пластмассовый пистолет, который любой человек сможет скачать и напечатать на 3D-принтере»<ref>[ http://www.forbes.com/sites/andygreenberg/2012/08/23/wiki-weapon-project-aims-to-create-a-gun-anyone-can-3d-print-at-home/ Greenberg Andy.
'Wiki Weapon Project' Aims To Create A Gun Anyone Can 3D-Print At Home|Forbes, 2012-08-23]</ref>
<ref>[http://www.pcmag.com/article2/0,2817,2408899,00.asp Poeter Damon. Could a 'Printable Gun' Change the World?|PC Magazine, 2012-08-24]</ref>. В мае 2013 года они закончили разработку, а вскоре после этого [[Государственный департамент США]] потребовал удалить инструкции с веб сайта.<ref>{{cite web|url=http://www.statesman.com/news/news/blueprints-for-3-d-printer-gun-pulled-off-website/nXnbG/ |title=Blueprints for 3-D printer gun pulled off website |publisher= statesman.com |date= May 2013|accessdate=2013-10-30}}</ref>

[[21 ноября]] [[2013 год]]а в [[Филадельфия|Филадельфии]] ([[США]]) был принят закон, запрещающий изготовление [[Огнестрельное оружие|огнестрельного оружия]] с помощью 3D-принтеров<ref>[http://www.computerra.ru/88430/v-ssha-nachali-zapreshhat-napechatannoe-na-3d-printerah-oruzhie/ Михаил Карпов. В США начали запрещать напечатанное на 3D-принтерах оружие|Компутерра, 25 ноября 2013]</ref>.

В [[Великобритания|Великобритании]] нелегальны производство, продажа, приобретение и владение оружием, напечатанным на 3D-принтере<ref>[http://lenta.ru/news/2013/11/25/guns/ В США появился первый запретивший «печать» оружия город] // Lenta.ru, 2013-11-25</ref>.


== См. также ==
* [[Лазерная стереолитография]]
* [[3D-сканер]]
* [[Быстрое прототипирование]]
* [[Список новых перспективных технологий]]
* [[Контурное строительство]]
* [[Fab lab]]
* [[Числовое программное управление]]

== Примечания ==
<references />

{{Википедия}}

== Ссылки ==
* [[:ru:3D-принтер|3D-принтер // Википедия]]
* [http://www.3dnews.ru/peripheral/3d-print/ 3D-принтеры |3DNews, 2 мая 2004]]
* [http://www.thingiverse.com/ Сайт, посвященный моделям для 3D-печати] — [[:en:Thingiverse|Thingiverse]]

[[Категория:Быстрое прототипирование]]
[[en:3D printing]]