История развития

В середине 1990-х годов конкуренция в мировой экономике достигла столь высокого уровня, что потребители начали буквально диктовать свои условия производителям. Такие одинаковые вещи как машины или часы - перестали продаваться миллионами штук. Оптимальной стала партия в несколько тысяч. Настала пора мелкосерийного производства. Однако предприятия столкнулись с тем, что изготовление прототипов, лекал, различных форм, необходимых для выпуска готовой продукции, становится слишком дорого. В этот момент начался бум устройств, для изготовления прототипов. Часть станков так и осталась в производственном секторе, но вверх протянулась эволюционная ветка, которая привела к появлению офисных принтеров твердотельных объектов. Как и у промышленных систем прототипирования, предназначение этих устройств состоит в быстром изготовлении образцов, позволяющих увидеть, как она будет выглядеть. В процессе работы над каким то серьезным архитектурным или техническим проектом, часто бывает трудно выявить различные ошибки и недостатки, используя только экран монитора, к тому же не все способны легко ориентироваться в трехмерных проекциях. Имея же реальную физическую модель будущего изделия, можно выявить и устранить различные ошибки, скорректировать процесс. Кроме того, прототип отдельного изделия можно использовать в качестве концептуальной модели для визуализации и анализа общей конструкции - вплоть до проведения некоторых функциональных тестов (например, продувки будущего автомобиля в аэродинамической трубе), а общая модель, в свою очередь, может понадобиться для изготовления отдельной инструментальной оснастки. К тому же прототип может применяться в маркетинговых целях, для рекламы, при определении стоимости изготовления, а также для того, чтобы быстрее найти взаимопонимание между проектировщиками и заказчиками, сокращая тем самым время выхода продукта на рынок. Подчас прототипы представляют поистине уникальные возможности для исследования. Например, компания Порше использовала прозрачную пластиковую модель трансмиссии автомобиля 911 GTI для изучения тока масла. 3D принтер, который «печатает» такие модели, решает одну важную проблему: он экономит время на реализацию идеи. Путь от образа, появившегося в голове инженера, до создания прототипа сократился в несколько раз. В условиях конкурентной борьбы между промышленными гигантами выигрыш времени в несколько недель, означает опережающий выход новинки. Кроме изготовления прототипов трехмерные принтеры используются для быстрого малосерийного производства. После прежних методов прототипирования, существовавших до середины 80-х годов, RP-системы ознаменовали собой переворот в технологии. Вместо того чтобы ждать появления модели на протяжении нескольких недель, конструкторы теперь могут получать их через несколько часов или даже минут при помощи 3d печати. На профессиональном рынке предлагается целый ряд RP-принтеров, значительно различающихся по классам, ценам и возможностям. Дешевле всех стоят монохроматические 3d принтеры, которые делают модели небольшого объема для использования в концептуальном дизайне и быстром прототипировании. Цены таких систем начинаются с нескольких десятков тысяч долларов. Самые дорогие - это производственно-ориентированные системы, которые делают точные цветные модели большого объема. Стоимость таких машин - от сотни тысяч долларов. К сожалению, техника для быстрого прототипирования пока не имеет бытового применения, хотя и у рядового пользователя для трехмерного принтера нашлось бы немало работы. Однако если развитие высоких технологий будет идти с такой же скоростью (напомню, что первый лазерный принтер тоже стоил несколько сот тысяч долларов), то, возможно, в ближайшем будущем мы получим бытовой 3d принтер и пакет 3D Paint в придачу. А пока уже начали производиться так называемые принтеры твердотельных объектов (Three Dimentional Printer, или 3d Printer) - недорогие системы, которые строят физические модели из доступного материала с помощью одной или нескольких струйных головок подобно обычному принтеру. Как и традиционные RP-машины, 3d принтеры изготавливают реальные модели по виртуальным, используя в основном технологии струйного моделирования (воскообразные материалы) и технологии формирования детали из порошка, который затвердевает при помощи связывающего вещества. Пусть недорогие 3d принтеры и не дают высокой точности и прочности готового прототипа, но механических свойств таких моделей вполне достаточно для визуализации. Зато стоимость объекта всего 5-10 долл. Для размещения такого 3d принтера не требуется ни специальных приспособлений, ни помещений: они могут находиться непосредственно в офисе, у рабочего места художника или конструктора. Кроме того, 3d принтеры не используют вредных материалов и процессов. Так, например, копания Z Corporation применяет в качестве строительного материала специальный крахмально-целлюлозный порошок и жидкий клей на водяной основе, который поступает из струйной головки и связывает частицы порошка, формируя контур модели. Для увеличения прочности модели имеющиеся пустоты могут быть заполнены жидким воском. Высокая скорость является основным отличием этого концептуального устройства, работая быстрее конкурентов. Возможности 3d печати безграничны, компания Lockheed продемонстрировала на британском авиашоу в Фарнборо большой беспилотный самолёт, большая часть которого была изготовлена методом трёхмерной печати. Самолёт Polecat - это летающий прототип, призванный показать работоспособность новой технологии 3d печати. К достоинствам такого изготовления деталей относится не только скорость, но и сравнительно низкая стоимость таких деталей, а это - главная цель.

Применяются две принципиальные технологии:

• Лазерная

1. Лазерная печать — ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом он затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик

2. Лазерное спекание — при этом лазер выжигает в порошке из легкосплавного пластика, слой за слоем, контур будущей детали. После этого лишний порошок стряхивается с готовой детали

3. 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