Юный техник, 2014 № 05 - [2]
С основами струйной технологии мы с вами уже познакомились на примере изготовления фигурных шоколадок. Раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.
Процесс можно ускорить полимеризацией фотополимерного пластика под воздействием ультрафиолетовой лампы. Мы в свое время уже писали о лазерной стереолитографии, при которой ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, который застывает, создавая определенные формы. Такова лишь одна разновидность объемной печати.
Разновидность другая — лазерное сплавление (по-английски melting). При этом лазер слой за слоем сплавляет порошок из металла или пластика в контур будущей детали.
При ламинировании деталь образуется из большого количества слоев рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.
Склеивание или спекание порошка похоже на лазерное спекание, только здесь используется порошок на основе, скажем, измельченной бумаги или целлюлозы, которая склеивается при помощи жидкого вещества, поступающего из струйной головки. При этом заодно можно производить и окраску детали, используя вещества различных цветов. Получается этакий современный вариант старинного папье-маше.
Густые керамические смеси (типа бетона) тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей или даже целых строений. Появился и метод аддитивного производства. В таком принтере мощный лазерный луч не спекает, а, наоборот, отсекает от заготовки лишний металл. Таким образом изготавливают пресс-формы, высокоточные лекала и прочие шаблоны.
Отдельно, наверное, стоит выделить биопринтеры, которые позволяют воспроизводить объемные структуры отдельных органов — например, почки или печени для пересадки. Печать ведется стволовыми клетками самого пациента. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивают окончательное формирование органа и снимают проблему совместимости пересаживаемого органа с организмом пациента.
Чтобы «распечатать» какой-либо предмет, необходимо иметь его 3D-чертежи, электронную модель или оцифровать его с помощью 3D-сканера, создав специальный файл. Для этого служит лазерный сканер — высокоточный инструмент, считывающий поверхность предмета лазерным лучом. Если какие-то стороны предмета недоступны, оригинал разделяют на части, а затем с помощью специальной компьютерной программы «склеивают» в единое целое, получая файл для работы 3D-принтера.
На сканируемый предмет иногда также помещают специальные светоотражающие метки — позиционные точки, которые позволяют лазерному лучу точно ориентироваться в пространстве, не искажать сканируемую поверхность.
Так выглядит сегодня типичный 3D-принтер и его содержимое
Гамбургер теперь тоже можно напечатать.
К сказанному можно добавить, что 3D-сканер с точностью позиционирования до 0,1 мм стоит в настоящее время в России 2–2,5 млн. руб. (Отсюда и высокая стоимость объемных копий в ателье). Время сканирования зависит от сложности объекта. Сложный рельеф, наличие мелких выступов требуют высокой точности сканирования, поэтому оно может длиться даже несколько часов. И требует огромной компьютерной памяти. Для дальнейшей обработки файла тоже необходим мощный компьютер, а не рядовой ноутбук. Поэтому пользователи бытовых сканеров могут использовать только готовые файлы, скачанные из Интернета, либо осваивать компьютерное 3D-моделирование и создавать такие файлы самостоятельно, как это было с отпечатанным пистолетом.
Ныне применяют две технологии позиционирования печатающей головки. Во-первых, это декартова система, когда в конструкции используются три взаимно перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых движется либо печатающая головка, либо основание модели. Во-вторых, система трех параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трех параллелограммов, прикрепленных к печатающей головке.
Технологиям 3D-печати предсказывают большое будущее в промышленности, медицине, даже быту. В Японии, например, таким образом уже производят некоторые автомобильные детали сложных форм, которые трудно создать с помощью привычных технологий обработки. Компания Rolls-Royce рассматривает возможность применения 3D-принтеров для изготовления некоторых компонентов новых авиационных и ракетных двигателей.
Совсем недавно представлен проект 3D-принтера для печати электронных схем. Для этого используется специальный состав на основе серебра для создания тончайших токопроводящих дорожек. При этом в качестве подложки могут использоваться различные типы пластиков, стекло, бумага, дерево, силикон и даже ткань.
Раз появилась новая технология, значит, нужны и специалисты, которые ею владеют. Где их учат? Об этом я тоже узнал на выставке.
Алексей Рекут, преподаватель московского колледжа № 11, рассказал, что поначалу в его учебном заведении готовили оптометристов — специалистов по очковой оптике, а также ювелиров-огранщиков, работающих с бриллиантами и другими драгоценными камнями.
