CC BY
46
УДК 004.9
Бельсков Д.С. студент 4 курса
факультет «Информационные системы и технологии»
Пальмов С.В., к.т.н.
доцент
кафедра «Информационные системы и технологии»
ФГБОУ ВО ПГУТИ Россия, г. Самара
ЭБ-ПЕЧАТЬ
Аннотация: В статье рассмотрено понятие SD-печати. Выявлены ее достоинства и недостатки. Представлены типы существующих процессов, используемых материалов, изобретения, созданные с помощью данной технологии, а также области применения.
Ключевые слова: SD-печать, трехмерная печать, фотополимеризация, стереолитография, цифровая обработка светом.
Belskov D.S. 4th year student
Faculty of "Information systems and technologies" Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics
Russia, Samara Palmov S. V.
Ph.D. of Engineering Sciences associate professor of the department "Information systems and technologies" Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics
Russia, Samara
3D-PRINTING
Abstract: The article deals with the concept of 3D printing. Its advantages and disadvantages are revealed. Types of processes, materials, inventions created with this technology, as well as fields of application are presented.
Keywords: 3D printing, three-dimensional printing, Photopolymerization, SLA, DLP.
SD-печать - это производственный процесс, который создает физический объект из цифрового дизайна. Существуют различные технологии и материалы для SD-печати, но все они основаны на одном же принципе: цифровая модель превращается в твердый трехмерный физический объект посредством добавления материала слой за слоем. [1]
Чак Халл в 198S году изобрел первый процесс SD-печати, который назывался «стереолитографией». Он определил стереолитографию как «способ и устройство для создания твердых объектов путем последовательной «печати» тонких слоев ультрафиолетового отверждаемого
материала». В данном процессе основное внимание уделяется «печати» световой отверждаемой жидкостью, но после того, как Халл основал компанию «3D Systems», он вскоре понял, что его техника не ограничивается только жидкостями, расширяя определение до «любого материала, способного затвердевать или способного изменяя его физическое состояние». Благодаря этому он заложил основу производства присадок (AM) - или 3D-печать.
Расходные материалы для ЭБ-печати:
ABS пластик - самый популярный расходный материал. Он выдерживает сильное механическое воздействие.
PLA пластик - самый экологический чистый материал для тр1хмерной печати. Данный вид пластика представляет собой термопластичный полиэфир, который создаётся из биологических отходов (сахарная свекла или силос кукурузы).
PVA пластик - это клей ПВА. Основным достоинством является быстрая растворимость в воде.
Фотополимеры - материал, имеющий достаточно много разновидностей, однако все они имеют общую черту - фотополимеры меняют свою форму под воздействием солнечного света.
Металлический порошок - в качестве исходного материала можно применять золото, медь, алюминий или сплавы.
Нейлон - очень похож на ABS пластик. Однако он обладает лучшей сопротивляемостью высокой температуре печати и способен впитывать влагу. [2]
Как работает 3Б-печать?
В трехмерной печати есть 3 этапа:
• Первым шагом является подготовка непосредственно перед печатью, когда создается 3Б-файл объекта, который в будущем будет распечатан. Этот трехмерный файл может быть создан с использованием программного обеспечения САПР, 3Б-сканером или просто загружен с интернета. После того, как выполнена проверка, что 3Б-файл готов к печати, можно перейти ко второму шагу.
• Второй шаг - собственно процесс печати. Необходимо выбрать, какой материал лучше всего подходит для конкретной ситуации
• Третий этап - процесс отделки. Этот шаг требует определенных навыков и материалов. [4]
Области применения 3D-печати:
• Строительство. Есть предположение, что в будущем процесс возведения зданий намного ускорится благодаря 3D-печати.
• Медицина. Благодаря трехмерной печати врачи получили возможность создавать копии человеческого скелета. Большое применение 3Б-принтеры нашли в стоматологическом протезировании.
• Архитектура и дизайн. Создание макетов, элементов интерьера и
зданий.
• Образование. ЭБ-модели являются отличными наглядными материалами для обучения на всех уровнях образования.
• Автомобилестроение. Такой способ, как SD-моделирование, позволяет протестировать автомобиль на этапе разработки.
• Легкая промышленность. Изготовление самых разных элементов потребительских товаров.
• История и антропология. Модели создаются на базе археологических находок и позволяют оценить достоверность догадок ученых. [7]
Типы SD-печати
Существует несколько способов трехмерной печати. Все эти технологии являются аддитивными, и в основном отличаются тем, как слои накладываются друг на друга в процессе создания объекта.
Фотополимеризация
ЭБ-печтать, которая основана на методе фотополимеризации, имеет контейнер, заполненный фотополимерной смолой, который затем закаливается с помощью источника УФ-излучения.
СТЕРЕОЛИТОГРАФИЯ (SLA)
Наиболее часто используемой технологией в этих процессах является стереолитография (SLA). В этой технологии используется чашка жидкой ультрафиолетовой отверждаемой фотополимерной смолы и ультрафиолетового лазера для создания слоев объекта один за другим.
Цифровая обработка светом (DLP)
DLP или Digital Light Processing относится к способу печати, который использует свет и светочувствительные полимеры. Хотя он очень похож на стереолитографию, ключевым отличием является источник света. DLP использует традиционные источники света, такие как дуговые лампы. [3]
Технологии, разработанные с помощью ЭБ-печати:
> HUMM представляет систему электростимуляции мозга, разработанную с помощью SD-печати.
Австралийская команда проекта HUMM работает над устройством, которое надевается на голову и улучшает работу мозга за счет электрических импульсов. Система производит измерение мозговых волн с помощью электродов и стимулирует мозг, улучшая краткосрочную память и возможности избегания ошибок. Представители HUMM отмечают, что идеальной целевой аудиторией новинки могут стать геймеры, поскольку они уже надевают наушники и другие устройства.
> С помощью SD-печати создали сенсор, который может следить за температурой тела.
Исследователи из калифорнийского университета в Беркли создали с помощью 3D-печати устройство, которое закрепляется на ухе и измеряет температуру тела на барабанной перепонке с помощью инфракрасных
сенсоров.
Небольшой прибор способен в реальном времени определять изменения температуры тела, позволяя пользователям точнее следить за своим состоянием. В данное устройство встроены процессоры и беспроводной модуль, так что оно способно работать автономно.
> Ученые используют SD-печать в проекте беспроводной зарядки смартфонов.
Такой проект осуществили инженеры из вашингтонского университета - они использовали SD-печать для создания беспроводной системы зарядки смартфона. Разработка основана на применении невидимого узкого лазерного луча. Потенциально такая система может зарядить устройство так же быстро, как стандартный кабель USB. Скорость работы обеспечивается тонким аккумулятором, расположенным на задней панели смартфона - он поглощает энергию лазера, заряжая устройство.
> 3D-печать превратила смартфон в глюкометр.
Сотрудники калифорнийского университета в Сан-Диего разработали смартфон, который способен определять уровень глюкозы в крови. Инновационная система известна как «gphone» и в настоящее время дорабатывается в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Совмещение глюкометра и смартфона устранит необходимость в отдельном устройстве. Дополнительным преимуществом станет возможность автономно хранить и отправлять показания в больницу или в облачное хранилище. Обладая таким смартфоном, человек сможет проверить уровень сахар в крови в любой момент, дома или путешествии.
> В США используют SD-печать для обновления ядерной боеголовки.
Американская ядерная боеголовка W80 предназначена для крылатых
ракет - программа по продлению ее срока службы, W80-4 lep, подразумевает обновление некоторых деталей. После обновления боеголовку установят на новые крылатые ракеты, которые сейчас разрабатывают ВВС США.
Над улучшением боеголовки работают в нескольких лабораториях в США - важно, чтобы детали соответствовали высоким стандартам оборонной промышленности, а боеголовка осталась бы такой же эффективной без дополнительных испытаний. Производство первой серии W80-4 запланировано на 2025 год. [5]
Преимущества:
• Настройка. Главное преимущество в SD-печати является настройка. Имея только сырье, план и трехмерный принтер, можно распечатать любой объект независимо от его сложности.
• Доступность. Первоначальная стоимость создания трехмерной печати определенно высока; однако он намного дешевле по сравнению с затратами на рабочую силу и производственными издержками при традиционном использовании.
• Хранение. Продукты SD-печати, могут быть «распечатаны», когда это необходимо, поэтому отсутствует избыточность продуктов, а затраты на
хранение равны нулю.
• Возможности трудоустройства. Широкое использование технологии SD-печати определенно увеличит спрос на инженеров, которые необходимы для проектирования и сборки SD-принтеров.
Недостатки:
• Снижение числа рабочих мест. Снижение количества рабочих мест в значительной степени скажется на экономике стран.
• Ограниченный размер. Размер объектов, создаваемых с помощью трехмерных принтеров, в настоящее время ограничен.
• Ограниченное сырье. В настоящее время в процессе SD-печати используются примерно 100 различных сырьевых материалов, а создание продуктов, для которых требуется большое количество сырья, все еще находится в стадии разработки.
• Нарушение авторских прав. Самым большим недостатком SD-печати является подделка. Любой, кто займется проектом, сможет легко подделывать продукты.
• Производство опасных предметов. Например, как пластмассовые ножи, ружья и любые другие опасные объекты. [6]
Технологический процесс SD-печати для личного и промышленного использования имеет очень перспективное будущее. В современном мире технологии стремительно улучшаются, что позволяет сделать процесс SD-печати быстрым и более дешевым. Из этого следует, что сфера деятельности, в которой будет задействована SD-печать, станет более развитой. Трехмерная печать позволяет в разы сократить время на создание объемных моделей, производство которых вручную не всегда возможно, либо требует очень больших затрат и усилий.
Использованные источники:
1. What is SD Printing? [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.3dhubs.com/what-is-3d-printing (дата обращения: 21.09.2018).
2. Обзор расходных материалов для Sd принтеров. [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://Sdtoday.ra/industry/obzor-raskhodnykh-materialov-dlya-3d-printerov.html (дата обращения: 21.09.2018).
3. What is SD printing? [Электронный ресурс] - Режим доступа https://3dprinting.com/what-is-3d-printing/ (дата обращения: 21.09.2018).
4. 3D Printers and 3D Printing: Technologies, Processes and Techniques. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.sculpteo.com/en/Sd-printing/3d-printing-technologies/ (дата обращения: 21.09.2018).
5. На пульсе трехмерного мира. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.Sdpulse.ru/ (дата обращения: 21.09.2018).
6. Ink Toner Store Blog [Электронный ресурс] -Режим доступа: https://blog.inktonerstore.com/3d-printing-know-its-advantages-and-disadvantages/ (дата обращения: 21.09.2018).
7. 3D принтер — технология будущего [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://moluch.ru/archive/100/22467/ (дата обращения: 21.09.2018).
