Зачем дома 3d-принтер: варианты использования, цена печати

Перспективы и возможности 3D принтеров в медицине

Долгие годы медицинских исследований привели к тому, что Институт регенеративной медицины Уик Форест начал применять трехмерную печать для воссоздания человеческих тканей. Оказывается, струйные 3D принтеры способны вырастить настоящие человеческие органы, если вместо пластмассы АВС их заправить биоматериалом (живыми клетками). С этой разработкой стремительное развитие сферы клонирования живых организмов стало еще более реальным, чем раньше. Данный биопринтер еще должен был пройти массу всевозможных тестов и анализов, ведь пересаживать человеку «напечатанную» почку или печень было бы неразумно и слишком рискованно без тщательной проверки.

Результатом кропотливой и усердной работы ученых стал трехмерных принтер под названием «TED 2011», который был представлен публике осенью 2011 года. Удивляет простота технологии его работы, так как она слишком сильно напоминает самый простой струйный принтер. Знакомые нам всем чернила были заменены стволовыми клетками человеческого или животного происхождения. У некоторых людей может создаться впечатление, что собрать подобный 3D принтер своими руками не составить особого труда, но всё совсем наоборот. Каждая мельчайшая деталь играет очень важную роль, так как любое неверное движение или изменение температуры может поставить под угрозу ту или иную операцию.

Обзор 3D принтеров медицинского назначения показывает, что их возможности практически безграничны. С помощью такого оборудования можно в кратчайшие сроки производить на свет практически любую ткань человеческого организма, включая кожные покровы и слизистые оболочки. Что касается хрящей и позвоночных дисков, то даже такие сложные композиции и суставы можно вырастить с помощью соответствующего биоматериала. Тестирование органов, которые были воссозданы с помощью медицинского 3D принтера, также увенчались успехом. 3D принтер бизнес и здесь нашел своё полноценное место.

Рис. 4. Процесс выращивания внутренних органов человека

Применение данного устройства на практике заключается в том, что больной человеческий орган поддают всем необходимым анализам и сканированиям с самых разных сторон для получения полной картины. Полученные данные помещаются в мозговой центр трехмерного печатающего устройства, а в рабочую камеру принтера загружают соответствующий образец биоматериала. Всего через несколько часов такой аппарат выращивает здоровый полноценный орган со всеми его составляющими системами и сосудами.

Результаты последующих медицинских тестов поражают воображение даже самых опытных врачей. Например, ученым удалось воссоздать репродуктивные органы кроликов. Эксперимент не завершился на этом, так как выращенные органы вскоре были вживлены исследуемым животным. Оказалось, что искусственные образцы обладают всеми необходимыми функциями, поэтому кролики снова смогли спариваться. Очередным экспериментом, поразившим человечество, стало искусственно созданное сердце крысы, которое не только вернуло к жизни бедное животное, но и обеспечило его полноценным здоровьем. Также известно о человеческом мочевом пузыре, который был успешно воспроизведен с помощью 3D принтера.

Медики планируют применять подобные устройства для заживления ран, ожогов и других серьезных повреждений прямо на теле пациента. Ножевые и огнестрельные ранения больше не будут такими страшными, так как процесс выздоровления такого больного будет намного быстрее и эффективнее. Трехмерному принтеру достаточно будет лишь немного просканировать ранение или поврежденный орган, чтобы вскоре выдать необходимую порцию биоматериала и заполнить свежие раны.

Человечество просто не может не радовать такой удивительный 3D принтер, выставка подобных рабочих моделей ежегодно пополняется новыми устройствами с еще лучшими возможностями. Ученые пророчат большое будущее компактным персональным устройствам, ведь такой 3D принтер купить сможет практически каждый из нас. Речь идет о том, что напечатать на 3D принтере можно будет всё, что угодно. С медицинской же точки зрения такой аппарат станет незаменимым для домашнего заживления ран той или иной сложности.

Что такое 3D-принтер, принцип его работы

3D принтер, если объяснять простыми словами, это устройство, создающее трёхмерные объекты путём послойной печати. Сначала формируется модель в специальной программе, затем она обрабатывается при помощи так называемого генератора G-кода — делится на горизонтальные слои и преобразуется в цифровой код. Последний становится командой для принтера, куда и как наносить материал.

Он представляет собой сложную конструкцию, в которой печатающая головка двигается только по горизонтали. В результате нанесения материала сразу в нескольких плоскостях создаётся объёмная фигура. Формируется фигура на специальном рабочем столике, обеспечивающем приклеивание полимера и его фиксацию.

При нанесении одного слоя, поверхность стола опускается на один уровень ниже — ровно на толщину 1 слоя и печатающая головка наносит следующий слой до тех пор, пока объект не будет полностью создан.

Технология SLA

Для понимания следует рассмотреть несколько возможных вариантов нанесения полимерного материала для формирования изделия. Одним из таких способов является использование технологии SLA:

  1. В ёмкость наливается полимер или смола, затвердевающая при воздействии луча лазера.
  2. После включения системы лазер начинает перемещаться вдоль кареток.
  3. В определённых местах касания лазером полимер становится тверже, его структура меняется.
  4. Ёмкость после прохождения слоя опускается ниже, формируя каркас.

Технология SLS

Данный способ основывается на использовании лазерного луча для послойного создания детали. В центре оборудования установлен валик с платформой. Из неё подаётся специальный полимерный материал для формирования заготовки. После нанесения тонкого слоя лазер равномерно склеивает участки полимера, формируя один уровень. Так проходит несколько циклов до появления готовой формы.

Такой вариант несколько сложнее в исполнении, но не уступает в точности. Стоимость в среднем ниже по сравнению с другими версиями.

Технология DLP

Вариант DLP печати является относительно новым изобретением в области 3D-моделирования, однако принцип практически не отличается от представленных выше методов. Стоит понимать, что в DLP печати в качестве основного инструмента выступает полоска с прикреплёнными к ней светодиодами вместо лазерной установки, как при технологии SLA. Это позволяет не только ускорить процесс, получить отличное качество, но и сэкономить на оборудовании. Представленный вариант является улучшенной версией и занимает лидирующие позиции.

Технология EBM

Ещё одним вариантом, применяемым в области объёмной печати, является разработка EBM. Технология подразумевает применение направленных лучей от излучателей (электронные пушки). За счёт высокой температуры, получаемой при нагревании потоком лучей, материал начинает плавиться, а в дальнейшем позволяет формировать изделие различной конфигурации и размеров. Температура может достигать до 1000°C, что позволяет работать даже с некоторыми металлами.

Так покупать или нет?

Формально покупка 3D-принтера для дома сегодня оправдана только в том случае, если вы можете определить для себя сферу его применения. Выбор моделей достаточно широк, энтузиасты могут собрать принтер даже у себя дома, но тем, кто не хочет сильно рисковать, можно порекомендовать выбрать или одну из самых популярных моделей, которые поддерживаются распространенным и доведённым до ума программным обеспечением (и при этом можно выбрать из десятков приложений). Если же покупка такого необычного агрегата у вас не стоит остро, можно попробовать подождать годик-другой, пока технология не разовьётся достаточно для того, чтобы унифицироваться по максимуму и избавиться от массы неудобных ограничений, которые свойственны ей сегодня.

В любом случае, будущее у технологии весьма радужное и применение она себе уже нашла: а в будущем сферы применения будут только шириться.

Только вот с печатью оружия разберутся.

Как работает 3D принтер? Просто о сложном

Если коротко, то 3D принтер – это устройство для создания трехмерных объектов методом послойной печати. Спектр используемых для печати материалов постоянно расширяется и можно смело предполагать, что в будущем он будет включать большинство известных нам веществ. Пока самыми популярными материалами для печати остаются термопластики и фотополимерные смолы.

Общий принцип работы 3D принтера можно представить следующим образом:

  1. создание модели желаемого объекта в специальной программе для 3D-моделирования;
  2. обработка созданной модели программными средствами («генератор G-кода»), в ходе чего она делится на множество горизонтальных слоев и преобразуется в цифровой код, который становится командой для принтера, как и куда наносить материал;
  3. печать, которая представляет собой формирование объекта методом послойного нанесения материала. В зависимости от типа принтера особенности печати могут отличаться, но общий принцип заключается именно в послойном нанесении. Печатающая головка двигается только в горизонтальной плоскости (по осям X и Y), она подает материал и наносит его так, как это задано программой. Когда один слой полностью нанесен, рабочая платформа сдвигается вниз (по оси Z) ровно на толщину одного слоя, и печатающая головка наносит следующий слой, и так до тех пор, пока не будет полностью сформирован объект.

Особенности печати зависят той технологии, которую использует принтер, поэтому имеет смысл разобраться с самыми распространенными на данный момент.

Проверка печатью: работает из коробки

Для печати необходимо подключить принтер в сеть и скачать Cura для необходимой платформы (Linux 64bit, Windows, macOS).

Предварительная настройка требует только указать область печати. Далее требуется подгрузить модель в Cura, сделать разметку модели и сохранить файл с кодом на карту памяти.

Печать осуществляется с помощью экрана принтера (используется прошивка Marlin). Удобно, понятно и просто.

Перед печатью можно прямо из меню откалибровать принтер, проверить его настройки или напечатать тестовый элемент, с которыми комплект на удивление неплохо справляется.

Если нет — сайт производителя предлагает обратиться с вопросом. Потребуется только код с коробки/блока управления.

Качество печати из коробки сносное — на продажу не подойдёт, но для обучения и личных целей в самый раз.

Какие материалы используются в 3D-печати?

3D-печать осуществляется при помощи различных видов пластика. Он выпускается в форме нитей, намотанных на большие катушки. Нить заряжается в принтер, который втягивает и расплавляет ее для того, чтобы пластик стал жидким, и ему можно было придавать форму.

Чаще всего в принтерах используется полилактид (PLA). Это пластик, который получают из возобновляемых источников — например, из кукурузного крахмала. Он  водоотталкивающий, а также безопасный для изготовления емкостей для пищевых продуктов. Кроме того, он огнестойкий и устойчивый против УФ-излучения. Самое большое преимущество — у него при печати нет неприятного запаха.

Печать при помощи полилактида (PLA)

Очень часто используется сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS). Этот пластик является одной из наиболее широко используемых пластмасс в мире. Он особенно устойчив к маслам, жирам и высоким температурам. При печати он также не дает запаха. Модели из него получаются матовыми.

Еще один материал для 3D-печати — поливиниловый спирт (PVAL или PVOH). Особенностью этого пластика является его водорастворимость. Благодаря этому он удобен для печати несущих конструкций внутри модели, на которые затем наплавляется водостойкий пластик, тот же PLA. После завершения модели несущие конструкции внутри растворяются.

Для печати несущих конструкций в моделях из пластика ABS часто используется ударопрочный полистирол (HIPS). Этот пластик обладает высокой ударной вязкостью и твердостью.

К эксклюзивным методам относится печать соединениями PLA, то есть, при помощи смеси пластика PLA и частиц других веществ. Таким образом создаются модели, к примеру, из дерева или меди.

Редко, но все-таки используется поликарбонат (PC). У этого пластика очень высокая температура плавления — от 270 ° C до 300 ° C. Кроме того, этот пластик обладает высокой ударопрочностью и термостойкостью.

Для печати деталей механизмов, к примеру, зубчатых колес или винтов, которые должны выдерживать большое усилие и не ломаться, используется нейлон.

Также существует ряд пластиков с маркировкой «elastic» или «flex». Они могут быть изготовлены из разных веществ, но, как правило, в качестве основного ингредиента используются термопластичные эластомеры на основе уретана. Их объединяет одно — гибкость.

Посуда и контейнеры для пищевых продуктов печатаются с использованием безопасных нетоксичных пластика. Это либо уже упомянутый PLA, либо полипропилен (PP), который, в отличие от первого, является гибким. Существует также безопасное для пищевых продуктов сочетание PLA и ABS — PETG, которое более устойчиво к атмосферным воздействиям.

  • Как работает холодильник? Просто о сложном
  • Как работает ЖК-дисплей? Просто о сложном
  • Что такое Wi-Fi? Просто о сложном

Фото: chip.de, pixabay.com

Будущее за трехмерной печатью

Настоящей звездой ежегодной научной конференции CES стали 3D принтеры, выставка 2014 заставила её посетителей по-новому взглянуть на использование такого оборудования. С каждым годом количество представленных моделей устройств 3D печати становится всё больше и больше. Еще каких-то пять лет назад такие принтеры не представляли собой ничего особенного, но сегодня их стоимость стала значительно меньшей, а возможности еще невероятнее.

Рис. 5. Портативный трехмерный принтер

Любителей кулинарного искусства порадовали кондитерские 3D принтеры, выставка 2014 представила миру две модели такого замечательного оборудования (ChefJet, ChefJetPro). Разработчики рассчитывают на активное применение своего изобретения в ресторанах, кофейнях и других специализированных заведениях, что могло бы не только упростить приготовление многих блюд, но и стать интересным развлечением для посетителей. Заинтересовал многих также трехмерный сканер и портативный 3D принтер, выставка, посвященная трехмерной печати, вообще пользовалась особым успехом.

Только представьте, как изменилась бы ваша жизнь с таким универсальным устройством. Вооружившись специальным материалом, пользователь сможет в домашних условиях напечатать для себя уникальный набор посуды или даже пару симпатичной обуви, а своего маленького ребенка вы смогли бы каждый день радовать новым кулинарным шедевром, съедобным замком или великолепными фигурными сладостями.

Рис. 6. Сладости, напечатанные с помощью трехмерного принтера

Вскоре трехмерные принтеры можно будет легко назвать волшебной палочкой, которая кардинально изменит мир, окружающий нас. Сфера космических исследований уже давно положила глаз на устройства трехмерной печати, ведь оно в значительной мере упростило бы и ускорило процесс ремонта соответствующего космического оборудования. Более того, космонавты смогли бы самостоятельно производить инструменты и аппараты, необходимые им для дальнейших исследований космических просторов. Кто знает, может в следующем десятилетии человечество будет способно вести строительство новых городов на Луне или соседних планетах.

Выставка 3D принтеров в Москве

Не так давно в Москве прошла серьезная выставка электронных устройств объемной печати. Это было еще в самом начале 2014 года в одном из московских конгрессно-выставочных центров. Надо сказать, что такое событие было действительно запоминающимся и интересным, так как его посетители смогли впервые познакомиться с возможностями объемной печати.

Рис. 8. Московская выставка трехмерных принтеров 2014

Мероприятие длилось два дня, а посетить его могли все желающие. Многие люди смогли не только узнать, как работает 3D принтер, но и почерпнуть немало полезной информации для развития своего собственного бизнеса. Выставка 3D принтеров в Москве особенно заинтересовала представителей ювелирного дела, некоторых бизнесменов, дизайнеров, медицинских работников и кулинаров. Целью такой выставки было налаживание связей с клиентами и их ознакомление с новейшими технологиями производства. Юные и опытные разработчики всячески старались продемонстрировать невероятную работу своих изобретений, что, безусловно, добавило ярких красок данному мероприятию.

Как создаются модели для 3D-печати

Для обеспечения такого сложного процесса необходимо пользоваться специальными моделями, по которым будет строиться будущее изделие. Если вы только начинаете осваивать технологию, стоит научиться пользоваться стандартными программами и приложениями. Обычно в комплекте идёт установочный диск с базовой комплектацией и набором готовых фигур.

Можете найти приложение в интернете или создать фигуру в режиме онлайн. В данном разделе вам нужно пройти обучение, чтобы понимать основной порядок действий. После этого вы можете самостоятельно попробовать создать собственный макет будущей детали. Программа сама преобразует формат файла и отправит его на печать.

Перспективы и возможности 3D принтеров в пищевой промышленности

Первое трехмерное устройство, 3D печать которого можно использовать для выращивания пищевых продуктов, сделали ученые Массачусетского университета технологии. В 2010 году они познакомили мир с удивительным аппаратом под названием Comucopia («рог изобилия»).

Работа 3D принтера такого направления мало чем отличается от стандартного устройства, однако в качестве исходного материала используется тот или иной продукт питания, можно даже смешивать несколько разных. Когда пищевые материалы попадают в рабочую камеру происходит их сильное охлаждение для удобства выполнения дальнейших работ. Затем полученное вещество тщательно перемешивается и из него изготавливается заранее заданный продукт или блюдо.

Создание такого пищевого принтера тесно связано с именами Марчелло Коэльо и Амита Зорана, так как именно эти люди считаются основателями идеи и теми, кто занимался её непосредственной реализацией. Данная инновация представляет собой не просто интересный аппарат, но и огромный шаг вперед в сфере развития кулинарии. Обзор 3D принтеров такого направления деятельности показал, что они могут познакомить человечество с совершенно новыми изысканными кулинарными изобретениями и применять неизвестные ранее технологии приготовления пищи, что пользуется особой популярностью в модных ресторанах. Более того, пользователь может заранее установить необходимое значение пищевой ценности или других не менее важных вкусовых качеств готового продукта, который можно будет напечатать на 3D принтере. Обслуживание такого устройства достаточно простое, но всё же потребует от пользователя подробного ознакомления с руководством.

Рис. 3. Пищевой трехмерный принтер

Принцип работы 3D принтера

Теперь вы знаете определение 3Д принтера, и можно переходить к вопросу, как он работает. Вы уже знаете, что принтер для трехмерной печати способен выводить трехмерную информацию, то есть создавать физические объекты по информации, поступающей с персонального компьютера. Принцип действия 3D принтера заключается в последовательном наложении тончайших слоев расходного материала (пластика, или металлической пудры и так далее).

Слой за слоем создается физический объект. При этом стоит отметить, что такая технология изготовления моделей отличается высокой скоростью. Кроме этого принтер абсолютно лишен так называемого «человеческого фактора». То есть машина не совершает ошибок, благодаря чему изделия получаются абсолютно точными и идентичными оригиналу.

Из-за того, что существуют разные типы устройств для трехмерной печати невозможно однозначно ответить на вопрос, как работает 3Д принтер. К примеру, устройство, печатающее пластиком, имеет один принцип, а принтер, работающий с металлической пудрой совершенно другой. Конечно, все они работают по принципу послойного создания модели, однако в случае с пластиком принтер должен плавить расходный материал до жидкого состояния, а в случае с металлической пудрой печатающая головка распыляет связующее вещество.

2.1. Как работает 3D принтер по пластику

Принцип работы такого принтера заключается в том, что печатающая головка (так называемый экструдер) сильно нагревается и плавит пластик, который подается в виде литой трубки. Далее расплавленный материал подается с нижней части печатающей головки и помещается в нужных местах.

Для правильно работы принтера необходим специальный файл, который содержит всю информацию о создаваемой модели. В зависимости от модели принтер может быть подключен к ПК или работать автономно.

2.1.1. Работа 3D принтера по металлу

Как и любой другой 3Д принтер, устройства, печатающие металлом, также управляются при помощи компьютера. Кроме этого используется такой же принцип послойного создания модели. Однако в отличие от принтера, печатающего пластиком, 3D принтер по металлу не плавит расходный материал.

Принцип работы заключается в следующем. Печатающая головка наносит специальное связующее вещество (клей) в местах, указанных компьютером. После этого вал наносит тончайший слой металлической пудры на всю рабочую площадь. В местах, где нанесен «клей» металлическая пудра склеивается и затвердевает. Далее печатающая головка снова наносит «клей», после чего вал насыпает еще один тончайший слой металлического порошка и так далее.

Какой 3D-принтер лучше выбрать для бытового использования?

Забегая наперед, отметим, что пока стоимость бытовых 3D-принтеров остается относительно высокой, но в дальнейшем имеем все шансы наблюдать удешевление технологии. Вспомните, когда появились мобильные телефоны, они также были доступны только очень богатым людям.

Цели использования домашнего 3Д-принтера могут быть совершенно любыми: от простого баловства и знакомства с новой технологии до печати полезных в хозяйстве мелочей и моделей-прототипов для бизнеса

В любом случае, при выборе обращайте внимание на такие ключевые характеристики устройства:

  • разрешение печати (точность печати) – это минимально возможная высота слоя, которую может напечатать принтер. Обозначают разрешение в микрометрах (тысячная доля миллиметра). Чем меньше высота слоя, тем менее заметным будет переход между ними, и тем более гладкой будет поверхность печатаемого объекта. С другой стороны, чем меньше слой, тем больше времени принтеру понадобится на печать и тем выше нагрузка на все его элементы. Разрешение зависит от технологии (SLA позволяет печатать точнее, чем FDM), точности работы печатающих головок, настроек программного обеспечения и выбранного материала для печати;

  • скорость печати напрямую зависит от точности: чем выше точность, тем меньше скорость выращивания модели.
  • область печати говорит о том, какого размера объект можно напечатать на принтере. Другими словами, это зона возможной досягаемости печатающей головки по горизонтальным осям X и Y, а также по вертикальной оси Z. Обычно область печати выражают тремя цифрами – это высота, длина и ширина условного параллелепипеда (например, 20*30*30 мм). У дельта-принтеров область печати имеет форму цилиндра, поэтому указывается его высота и диаметр;
  • тип используемых для печати пластиков. В бытовых условиях используются именно пластики, и это могут быть ABS и PLA пластики, некоторые модели могут печатать обоими видами материалов. Возможность печати тем или иным типом пластиков объясняется наличием или отсутствием подогрева платформы. Если вы пока не решили, чем будете печатать, то лучше выбрать модель, которая поддерживает максимальное количество материалов;
  • страна-производитель. Европейские страны и США производят качественные, но дорогие устройства, завозятся в небольших количествах, сервисное обслуживание затруднено. Китайские устройства стоят недорого, качество часто оставляет желать лучшего, но для того, чтобы побаловаться, такие принтеры пойдут. Есть еще принтеры российского производства: при неплохом качестве они радуют возможностью сервисного обслуживания.

Что предпочесть и с чего начать?

JG Maker Magic подойдёт для печати большинством популярных материалов, доступных в прутке, исключая деревосодержащие и поликомпонентные.

Также возможно доработка устройства автоматическим датчиком уровня для калибровки печатной головки относительно стола. Не лишним будет установка второй оси для перемещения стола.

Впрочем, всё это может потребоваться нескоро: принтер готов к работе даже с заводскими настройками, поменяв их уже после того, как на практике будут освоены основные понятия процесса.

Среди альтернатив стоит отметить уже упомянутый Tronxy XY-2 Pro с цветным экраном управления, бОльшей областью печати и наличием индукционного датчика калибровки.

Взамен придётся пожертвовать точностью (0.05 мм у Magic против 0.1 мм Tronxy). Tronxy собирается дольше, поскольку вся рама идёт в разборе. Теоретически, это может привести к проблемам при печати. Прошлый опыт с аналогичным устройством говорит сам за себя.

Субъективно, базовая прошивка Magic поинтереснее, как и стабильность печати.

Тем не менее, для старта в 3D-печати подойдёт любой быстрособираемый принтер на металлической раме и более-менее стандартными «мозгами».

Желательно если у него будет подвижный стол с автоподогревом, датчик смены филамента и концевой выключатель для определения уровня.

Так что стоимость входа в новую профессию оказывается куда ниже, чем может показаться. А между тем, за ней будущее: конструктивно ЧПУ-станки и профессиональные устройства для 3D-печати отличаются незначительно.

P.S. Среди наших читателей есть те, кто использует 3D-печать на работе или в виде хобби?


iPhones.ru

То, что надо начинающему.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий