Реферат на Тему 3d принтеры

      Комментарии к записи Реферат на Тему 3d принтеры отключены

Реферат на Тему 3d принтеры.rar
Закачек 1890
Средняя скорость 8907 Kb/s

Реферат на Тему 3d принтеры

История создания 3D принтера — специального устройства для вывода трехмерных данных. Технология 3D печати. Лазерная и струйная технология формирования слоёв. Области применения. Коммерциализация трехмерной печати. Биопринтеры — печать стволовыми клетками.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему:

Выполнила: ученица 10 «Б» класс

Проверил: Зиатдинов Равиль Серенович

Что такое 3D принтер?

Технология 3D печати

Где применяются 3D-принтеры

Коммерциализация трехмерной печати

3D-принтер — это специальное устройство для вывода трёхмерных данных. В отличие от обычного принтера, который выводит двумерную информацию на лист бумаги, 3D-принтер позволяет выводить трехмерную информацию, т.е. создавать определенные физические объекты. В основе технологии 3D-печати лежит принцип послойного создания (выращивания) твердой модели.

Преимуществами подобных устройств перед обычными способами создания моделей являются высокая скорость, простота и низкая стоимость. Например, для того, чтобы создать модель вручную может понадобиться несколько недель или даже месяцев, в зависимости от сложности изделия. В результате значительно повышаются затраты на разработку, увеличиваются сроки выпуска готовой продукции. 3D-принтеры позволяют полностью избавиться от ручного труда и создать модель будущего изделия всего за несколько часов при этом исключая возможность ошибок, присущие «человеческому фактору».

Виды 3D-печати

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

Применяются две технологии формирования слоёв:

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

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 фотополимерного 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 измельченной 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 керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей[1].

Биопринтеры — печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

Так же известны две технологии позиционирования печатающей головки.

Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.

На сегодняшний день в 3D-печати господствует две принципиально разных технологии — это лазерная и струйная печать. При этом они тоже делятся на виды. Так, лазерная печать подразделяется на три вида: собственно, лазерная печать, лазерное спекание и ламинирование. Во всех этих способах используется своя технология производства продукции. Так, в случае лазерной печати принтер использует жидкий фотополимер, который засвечивается специальной ультрафиолетовой лампой при помощи фотошаблона. Затем все это превращается в твердый материал. Это, конечно, упрощенное описание технологии, но подробное просто выходит за рамки формата данной статьи.

Лазерное спекание проходит несколько иначе — лазер слой за слоем выжигает контур будущей детали на специальном порошке. То есть получается, что производство идет слой за слоем.

Наконец, в случае ламинирования процесс производства состоит из того, что готовый объект создается из большого количества разношерстных слоев, накладываемых друг на друга. Естественно, все это происходит не без помощи лазера.

В струйной печати присутствует два основных способа печати — это застывание материала при охлаждении и спекание порошкообразного материала. В первом случае происходит выдавливание термопластика по каплям на основу будущего продукта, а второй способ по своей сути очень напоминает лазерное спекание. Единственное отличие в том, что в данном случае порошок склеивается с помощью специально предназначенного для этой операции клея.

Это основные способы 3D-печати на сегодня. По каждому из них можно найти множество детальной информации в сети интернете. Так что если вас интересует технический процесс, то рекомендую обратиться к глобальной паутине, а мы поговорим про применение технологии.

На сегодняшний день основным применение 3D-принтеров является быстрое прототипирование. Уже давно установлено, что при разработке какой-то сложной модели ее прототип позволяет сократить вероятность появления ошибок в конечном продукте. Многие крупные компании имеют в своих конструкторских подразделениях 3D-принтеры для разработки быстрых прототипов. Так, в свое время Porsche при помощи прототипа изучала работу тока масла в трансмиссии новой модели автомобиля 911.

Преимуществ у быстрого прототипирования множество. В первую очередь это возможность изменения и доводки прототипов во время изготовления. Все это приводит к тому, что компании имеют возможность учесть все особенности товара еще во время разработки.

Кроме того, сегодня 3D-принтеры востребованы при производстве деталей для малосерийного производства, мелких объектов для домашнего использования, сувениров. Но все это мелочь по сравнению с беспилотным самолетом Polecat от компании Lockheed. Большая часть деталей данного летательного аппарата была изготовлена с применением технологии трехмерной печати.

Как правило, 3D-принтеры применяются для быстрого изготовления прототипов и используются в самых разных областях. Работа с реальными физическими моделями дает множество преимуществ тем, кто применяет технологию 3D-печати. В первую очередь, это возможность оценить эргономику будущего изделия, его функциональность и собираемость, а также исключить возможность скрытых ошибок перед запуском изделия в серию. Таким образом, можно сэкономить значительное количество финансовых средств и времени благодаря сокращению цикла производства.

Кроме того, на готовой модели можно проводить различные тесты еще до того, как будет готов окончательный вариант изделия. Более того, прототипы позволяют проводить такие тесты, которые не рекомендуются к проведению на готовом образце. Например, Porsche использовала прозрачную пластиковую модель трансмиссии 911 GTI для изучения тока масла в процессе ее разработки. При этом следует отметить, что такую модель можно сделать очень быстро — а в наше время высоких скоростей это очень важно.

Однако, прототипы — это еще не все. Следующая ступень — быстрое производство. Уже сейчас некоторые технологии 3D-печати позволяют изготовлять готовые предметы из различных материалов. Это идеальное решение для мелкосерийного производства, поскольку унифицированный техпроцесс дает возможность сделать деталь любой конфигурации за относительно малое время.

Более того, возможность быстрого создания необходимого количества учебных моделей даёт возможность решить много проблем образования. Помимо этого 3D-печать широко применяется в медицине для создания макетов внутренних органов человека, протезов и имплантатов. Высокую заинтересованность вызывают и маркетинговые аспекты 3D печати. Благодаря ей можно повысить качество работы с клиентами, демонстрируя полноценные прототипы продукции. Используется данная технология и в трехмерной рекламе. Среди экзотических вариантов использования 3D-печати следует отметить производство обуви. Пока что данная услуга рассчитана на профессиональных спортсменов. Нога будущего владельца сканируется лазером для создания цифровой модели. На основании этой информации и «выращивается» обувь путём послойного лазерного спекания. Таким образом, 3D-печать является одной из наиболее перспективных технологий, которая позволит сэкономить огромное количество времени и сил инженерам и дизайнерам.

Коммерциализация трехмерной печати

Однако, все о чем мы сейчас говорили относиться скорее к прогрессу и науке. Каким образом современный бизнес использует трехмерные принтеры? Пожалуй, в этом плане сразу же вспоминается компания Philips, которая в минувшем году открыла дочернее предприятие под названием Shapeways. Собственно, Shapeways будет заниматься трехмерной печатью, сотрудничая не с компаниями, которым требуются какие-то макеты, а с простыми людьми, желающими произвести какой-то небольшой сувенир.

Схема сотрудничества с Shapeways достаточно проста. Необходимо создать 3D-модель в одном из популярных 3D-редакторов, зарегистрироваться на сайте, и выслать ее в Shapeways. Далее вы выбираете материал, из которого будет изготовлено ваше изделие (это может быть пластик, бронза, гипс и многое другое). Оплачиваете, и все! Ваш заказ будет доставлен по почте. Чего греха таить, данное начинание Philips является первым шагом в массовой популяризации трехмерной печати.

Впрочем, не только в Европе запущен подобный проект. В нашей стране тоже функционирует похожая компания. Рекламное агентство ITLOOKS, существующее с 2003 года, в минувшем году запустило свой центр по 3D-печати в Санкт-Петербурге, который получил имя «Инвент». Глава ITLOOKS Александр Скрынник говорит по этому поводу: «Заинтересовала технология. Захотелось продвигать что-то инновационное, отличное от других. Первыми клиентами стали макетные мастерские».

Свою деятельность «Инвент» начала с разработки различных макетов. При этом основные заказы шли по созданию прототипов коттеджей. Сегодня деятельность компании серьезно расширилась. Компания ко всем прочим услугам теперь предоставляет и трехмерную печать, в том числе и для физических лиц. При этом можно распечатать коллекционную фигурку какого-нибудь персонажа из онлайновой компьютерной игры. «Мы продвигаем это популярное на западе направление (печать фигур игровых персонажей), есть определенные планы по развитию и совершенствованию сервиса. Физические лица в основном более скрупулезны в вопросе стоимости изделия, но уже сейчас мы можем предложить для них фигурку персонажа за 1500-2500 руб. или макет дома за 6000 руб. Это совсем небольшие деньги за штучный товар», — говорит Александр Скрынник.

Создать трехмерную модель игрового персонажа из той же World of Warcraft может любой желающий. Для этого не нужно никаких знаний в области создания 3D-моделей. В сети существуют программы, которые позволяют вычленить прямо из игры того или иного персонажа. Если же у вас есть знакомый дизайнер, то все будет еще интереснее. Вы можете легко и просто прислать в «Инвент» свою 3D-модель и она будет распечатана.

принтер трехмерный печать лазерный

Трехмерную печать ждет серьезный скачок уже в ближайшее время: «Упростятся 3д-редакторы, удешевится 3д-печать, сами принтеры станут компактнее, улучшатся свойства используемых материалов и каждый человек сможет изготовить себе, например, уникальный корпус для телефона или брелок, обладающий всеми необходимыми свойствами — прочность, влагостойкость, гибкость и т.д. без грязи, химии и каких-то специальных навыков, просто у себя дома на столе. Это рано или поздно наступит».

Что же, это направление развивается уже достаточно давно. До некоторых пор оно было больше востребовано в промышленных и научных кругах. Но с 2008 года трехмерная печать начала активно внедряться и в повседневную жизнь людей. С легкой руки Philips и ряда других компаний данная технология стала интересна и физическим лицам. Сейчас о ней знают немногие, но это уже вопрос времени.

3D-принтер — устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели.

1. Технология

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

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
  • Струйная
    1. 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
    2. Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета
    3. Склеивание или спекание порошкообразного материала — то же самое что и лазерное спекание, только порошок склеивается клеящим веществом, поступающим из специальной струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя связующие вещества различных цветов

2. Применение технологии

  • Для 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 быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для малосерийного производства
  • Изготовление моделей и форм для 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 главное недорогих систем. Например беспилотный самолёт Polecat компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
  • Перспективность данной технологии не может вызывать сомнений. К примеру разработки Университета Миссури, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии — выращивание полноценных органов.
  • В медицине при зубном протезировании.

3. Приложения

После создания 3D-модели используются САПР или CAD-системы, поддерживающие управление 3D-печатью.

4. Самовоспроизведение

До недавнего времени были научной фантастикой 3D-принтеры, которые могут воспроизводить детали собственной конструкции, то есть реплицировать сами себя. Сегодня это вполне осуществимо, и разработка такой машины ведётся проектом RepRap, причём информация о её конструкции распространяется по условиям лицензии GNU General Public License.

Проект первого в истории недорогого реплицирующегося (то есть способного воссоздать по крайней мере часть самого себя) трёхмерного принтера- RepRap активно реализуется в наши дни английскими конструкторами университета Бата. «Самая главная особенность RepRap состоит в том, что с самого начала он был задуман как реплицирующаяся система: принтер, который сам себя распечатывает» (Адриан Боуэр, один из сотрудников проекта RepRap).

3D-принтер — устройство, использующее метод послойного создания физического объекта, на основе виртуальной 3D-модели.

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

Применяются две принципиальные технологии:

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

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

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

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 фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы— способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета

Склеивание или спекание порошкообразного материала — то же самое что и лазерное спекание, только порошок склеивается клеящим веществом, поступающим из специальной струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя связующие вещества различных цветов

Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей

Лазерная стереолитография (Laser Stereolithography, SLA)— объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения 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.

Селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS) — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, метал) путем его плавления под действием лазерного излучения. 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 нее вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, за счет 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 (Electron Beam Melting, EBM) — аналогична технологии SLS, только здесь объект формируется путем плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме.

Моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM) — объект формируется путем послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся в 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. 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, LOM) — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала, с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущим 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.

Для 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 быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для малосерийного производства

Изготовление моделей и форм для 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 главное недорогих систем. Например беспилотный самолёт Polecat компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.

Перспективность данной технологии не может вызывать сомнений. К примеру разработки Университета Миссури, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии — выращивание полноценных органов.


Статьи по теме