3D-печать в России и за рубежом - промежуточные итоги развития

Времена, когда принтер считался исключительно офисным атрибутом, ушли в прошлое. Сегодня принтеры и многофункциональные устройства можно встретить почти в каждом доме. На смену простейшим матричным принтерам пришли более сложные технологии струйной, светодиодной и лазерной печати. На рубеже ХХ-ХХI века появилась и начала развиваться совершенно новая технология быстрого прототипирования, которая ныне известна как 3D-печать. Над её разработкой трудились величайшие умы современности.

Оператор извлекает из 3D-принтера готовую модель

Суть 3D-печати сводится к следующему. Специальный принтер печатает трёхмерную модель из тончайших слоёв пластика, гипса, бумаги, меди, алюминия или другого подходящего материала. При создании одной модели печатается от нескольких сотен до нескольких тысяч микроскопических слоёв толщиной в 0,1 мм.

В основу 3D-печати может быть положен лазерный или струйный принцип формирования модели. Наиболее популярными лазерными технологиями 3D-печати являются стереолитография (SLA) и технология лазерного спекания (SLS).

Стереолитография (SLA)

Стереолитография позволяет создавать трёхмерные объекты по цифровым CAD-чертежам. В процессе печати используются жидкие фотополимеры, которые твердеют под действием ультрафиолетовых лучей. Принтер наносит на рабочую зону тонкий слой таких фотополимеров и просвечивает их для закрепления ультрафиолетовыми лучами. Так, слой за слоем, формируются готовые трёхмерные объекты, которые после окончания печати промываются и тщательно очищаются от остатков полимера.

Стереолитографические 3D-принтеры – это дорогостоящие и крупногабаритные установки, которые весят примерно тонну и внешне больше напоминают шкаф, чем принтер. Такие устройства позволяют печатать достаточно большие трёхмерные объекты высотой до 75 см.

Технология лазерного спекания (SLS)

В 3D-принтерах с технологией лазерного спекания используются более экономичные материалы – порошки из легкоплавких пластиков, на которых луч лазера вырезает сечение будущей модели. Процедура повторяется раз за разом, как и при стереолитографии. Преимуществами технологии SLS являются высокая скорость изготовления моделей (несколько см в час) и их высокое качество.

Используя вместо легкоплавкого пластика металлическую стружку, технология SLS печатать модели из металла. Дли изготовления порошкообразной основы можно использовать стекло или керамику, при этом модель будет обладать повышенной устойчивостью к теплу и химическим реагентам.

Технология струйной 3D-печати

Изобретателем струйной технологии 3D-печати по праву считается компания Z-Corporation, которая первой в мире стала использовать струйные принтеры для выращивания трёхмерных моделей. После отправки CAD-файла на печать, программа разделяет цифровую модель на тончайшие горизонтальные слои и создаёт алгоритм работы печатающей головки, которая распыляет на гипсовый порошок клеящее вещество. Участки, на которые попадает клей, твердеют. Из таких затвердевших слоёв постепенно формируется готовая модель.

Технология струйной 3D-печати отлично подходит для создания единичных трёхмерных моделей. К преимуществам такой технологии относятся невысокая себестоимость прототипов, большие размеры рабочей камеры и высокая скорость создания моделей (25-28 миллиметров в час по вертикали).

Сферы применения 3D-печати

Область применения 3D-печати обширна и многогранна. Технология находит применение в архитектуре, машиностроении, приборостроении, медицине, науке, образовании и многих других отраслях экономики. Её с успехом используют в гео-приложениях для создания карт, ландшафтов и схем коммуникаций, а также при разработке дизайн-макетов, подарков и сувениров.

3D-принтеры всё чаще используют в медицине. В 2013 году учёным удалось напечатать синтетические материалы со свойствами живых клеток, а также кусочки живых тканей из стволовых клеток.

Квазиткани, напечатанные 3D-принтером

Совсем недавно был изобретён хирургический 3D-принтер BioPen для наращивания тканей пациента прямо во время операции.

Хирургический 3D-принтер BioPen печатает ткани

3D-принтеры становятся всё более популярными в челюстно-лицевой пластической хирургии и стоматологической имплантологии. Технология 3D-печати позволяет точно подогнать импланты под персональные особенности пациента. Радует тот факт, что импланты, напечатанные на 3D-принтере, стоят в несколько раз дешевле аналогов, изготовленных с применением классических технологий. Подробнее в новости "3D-принтер напечатал раковому больному новое лицо".

Имплант лица, напечатанный на 3D-принтере

Оригинальную идею применения 3D-печати выдвинули британские учёные, которые предложили использовать вместо легкоплавкой пластмассы шоколад и создали свой уникальный шоколадный 3D-принтер. Воплотить эту креативную идею на практике было не так-то просто, поскольку шоколад не имеет той гибкости и устойчивости формы, как пластмасса. Поэтому разработчикам пришлось основательно доработать 3D-принтер, оснастив его весьма дорогими и сложными в обслуживании системами подогрева и охлаждения. Шоколадные 3D-принтеры предназначены для печати эксклюзивных моделей из шоколада. Такие принтеры покажутся интересными для ресторанов, кондитерских и кофеен.

Шоколадный 3D-принтер печатает трёхмерную модель

Вслед за шоколадными 3D-принтерами появились пищевые 3D-принтеры, которые печатают еду из порошковых ингредиентов. Ниже показана аппетитная пицца, напечатанная пищевым 3D-принтером Foodini.

Пицца, напечатанная пищевым 3D-принтером Foodini

Технология быстрого прототипирования успешно применяется в архитектуре и строительстве для создания 3D-макетов будущих зданий и сооружений. Выгода от использования трёхмерной печати очевидна, поскольку 3D-модели, выращенные принтером, в 4-5 раз дешевле аналогичных моделей, созданных традиционными способами. Подробнее в новости "Строительные 3D-принтеры".

Трёхмерная модель будущего здания, напечатанная на 3D-принтере

Настоящим прорывом стала 3D-печать настоящего трёхколёсного автомобиля Urbee весом 544 кг. Модель оценивается в 50 тыс. долл. США, в ближайшие годы планируется её введение в массовое производство.

Автомобиль Urbee, напечатанный 3D-принтером

Более обыденным применением 3D-печати является печать обуви и одежды. Недавно компания New Balance запустила серию беговых кроссовок, отпечатанных на 3D-принтере с технологией лазерного спекания и ламинирования полимеров. Ещё до выпуска кроссовок New Balance, 3D-принтеры широко использовались для печати модельной обуви, которую топ-модели демонстрировали на известных подиумах мира.

Кроссовки New Balance, напечатанные на 3D-принтере

К сожалению, 3D-печать не всегда используется в мирных целях. К примеру, американский инженер Коди Уилсон напечатал на трёхмерном принтере пистолет The Liberator и разместил его чертежи в сети Интернет. Подробнее в новости "А не напечатать ли нам … боевое оружие?". Действия Уилсона вызвали широкую волну общественного протеста, хотя нашлось и немало сторонников его идеи. Некоторые страны уже ввели законодательный запрет на печать и использование напечатанного на 3D-принтере оружия.

Коди Уилсон и его Liberator

Развитие 3D-печати в России

Единственным производителем 3D-принтеров в России в настоящее время является компания Picaso, которая совсем недавно представила новинку PICASO 3D Designer, разработанную для персональных пользователей, и ориентированную на коммерческий сегмент рынка. Это уже второй 3D-принтер, сконструированный компанией, ранее она вывела на рынок устройство PICASO 3D Builder. Других отечественных разработок в сфере 3D-печати пока нет.

Что касается российских импортёров 3D-принтеров, то наиболее известными среди них являются «Три Д формат», «Jetcom» (дистрибьютор Stratasys), «Triton-Group» (Екатеринбург) и некоторые другие компании.

В России 3D-печать активно внедряется в сферу услуг. Интернет пестрит объявлениями компаний, которые готовы напечатать прототипы на базе подготовленных клиентами цифровых трёхмерных моделей. Такие компании по просьбе заказчика осуществляют доработку цифровых моделей для печати.

Вывод

3D-печать – это одна из наиболее перспективных технологий печати, которая позволяет экономить силы, время и денежные средства пользователей, обеспечивая при этом качественный конечный результат. И, к счастью, эта технология уже получила распространение в России.