Технология, расширяющая возможности!

Технология, расширяющая возможности!

Привет. Есть тема, к которой зачастую относятся с большим скепсисом – 3D печать. Считается, что это некая новость из телевизора и штука прикольная, но к жизни не применимая. До поры до времени у меня было именно такое представление об этом предмете. И понять, что же это и с чем его едят, позволил случай - встретить воочию 3D принтер у инженера, придя на одну фирму.

Поняв на пальцах, объяснение я стал прикидывать, как и к чему можно применить. Поскольку я занимался именно тем, что постоянно стал придумывать различные механизмы, потребность в станках стала неотъемлемой и зачастую изготавливать все в ручную.

Спустя время, и начав работать с 3D моделированием, пришел к мысли, что 3D печать смогла бы мне помочь, раз или два. И проявив некий интерес к теме, неожиданно погрузился в нее с головой. И да, теперь отношусь радикально иначе, потому что она перевернула мою жизнь, позволив творить невероятные вещи и расширить границы моего творчества.

Сегодня я расскажу небольшую часть этой увлекательной вселенной 3D печати, в частности те два направления, которые затронул собственноручно. Надеюсь, этот материал окажется интересным и полезным. Я не стану очень сильно углубляться, но посчитал данный материал достойным упоминания. Давайте приступим!

Часть I. 3D.

Тема 3D печати очень обширна. Поясню за интерес: понятие технологии печати подразделяется на множество подтипов. Для сравнения объясню так - это как с письменными принадлежностями: есть шариковые ручки, карандаши, уголь, мел, кисти, перья и т.д. Но их объединяет то, что ими можно что-то написать. Такая же петрушка и с 3D принтерами – они подразделяются по принципу и из чего они способны создавать некие объекты.

Поясню: принтер – это машина с программным управлением, которая принимает в себя некий материал в удобной для нее форме, и путем постепенного нанесение этого материала, формирует объект, так как сказано в программе. Зачастую это происходит слой за слоем, как анимационный блокнот, только вместо рисунков, нарезка 3D модели.

Сама по себе 3D модель может быть получена при помощи сканирования реального объекта или же построена в компьютерной программе. Но чтобы принтер смог приступить к работе, модель загружают в другую специальную программу, которая создает инструкцию для самого принтера.

Со стороны это кажется предметом, требующим три высших и докторскую степень в придачу, ну никак не меньше! Не торопитесь отчаиваться. Во-первых, этому можно научиться шаг за шагом, и без вышеперечисленного, а во-вторых, всегда можно обратиться к человеку занимающимся 3D печатью, скорее всего он сможет помочь с реализацией.

Теперь разберем, что же существует в мире 3D печати. А существует масса интересного и удивительного. Для того, чтобы сразу перехватило дух, скажу, что на сегодняшний день 3D печать научилась работать с очень большим списком материалов. К ним относятся:

1) термополимеры (пластики) и композиты на их основе (это, по сути, те же пластики, только в них еще накрошили дополнительно чего-то там, но об этом дальше),

2) металл

3) керамика

4) стекло

5) бетон

6) углеволокно

7) герметики и прочие полужидкие субстанции, способные к застыванию в дальнейшем.

8) смолы (фотополимерные)

9) Даже живые клетки не стали исключением!

Список можно продолжать и дальше, просто, потому что он расширяется постоянно и прямо сейчас.

И как может показаться – это все области невероятно далекие от нашей повседневной жизни, где-то только в очень крутых лабораториях или заводах самолетостроения… Однако на самом деле она гораздо ближе, стоит только присмотреться.

3D печатью пользуются не только в лабораториях, ею пользуются строители, вот прямо, для возведения зданий, инженеры, дизайнеры, архитекторы, стартаперы, производства, мастерские, врачи, студенты, автотюнинговые мастерские и еще страницы на две мелким текстом; иначе говоря - очень много кто.

Вся ирония ситуации, что эта технология вошла в окружающую нас жизнь, просто не все ее замечают. Самое частое, где можно встретить – реклама (вывески, стенды), торговые автоматы, модели на выставках или в университетах.

Кстати, даже в школах и университетах открываются факультативы, где учат работать с простыми станочками с ЧПУ и 3D принтерами. Это следствие того что спрос на подобное растет просто нереально быстро. К слову, многих городах, можно найти 3D печатника, и есть сайты, где прямо на карте обозначены, те кто печатает на заказ.

Как бы мне хотелось рассказать обо всем и сразу, однако это лекция на недельку получится, при том, что о многом из этого я только слышал. По этому, я расскажу про две самых популярных технологии, которые стали самыми массовыми, и даже стали частью быта. Встречайте гостей: FDM и UV. Полные их титулы вам ничего не скажут, да и не в этом соль, потому ограничимся такими сокращениями. Эти технологии еще и самые доступные в виду возможности воспроизведения технологий на достаточно недорогом оборудовании.

Самое важное здесь, что 3D печать – технология с очень гибкой сферой применения, не только где-то там. Она может помочь с реализацией ваших идей или целых проектов.

Вброшу на первое время краткое описание:

FDM – расплавляется пластиковый пруток, затем расплав продавливается через сопло, формируя нить заданного диаметра, и наносится ее на поверхность стола принтера или на уже застывший пластик, в результате чего они сплавляются слой за слоем в объект.

UV(фотополимерный) – он засвечивает участки специальной смолы ультрафиолетом, там где должна быть деталь, и слой за слоем смола полимеризируется (отверждается).

Полагаю, что от такого объяснения не все понятно стало, особенно по части: для чего же это нужно? Все верно, рассказать на пальцах, это такое – мало для того чтобы понять. Поэтому, пожалуйста, доверьтесь моему тезису: 3D печать это удобно и полезно, сейчас буду пояснять. Если не интересны подробности, предлагаю перейти к IV-ой части, там непосредственно о применении. Далее рассмотрим подробнее, как это работает.

И должен отметить, что в 2020 году, во время начала пандемии, было основано движение «Мейкеры против ковид». Это очень яркий пример когда, люди объединились добровольно и стали помогать врачам. Я очень благодарен всем, кто участвовал в движении! Касательно нашей темы, отметить хочу тот факт, что 3D печатники сделали значительный вклад в изготовление деталей масок (щитков), детали для аппаратов ИВЛ и множество другого, в чем нуждались медицинские учреждения и больные.

Часть II. FDM.

Начнем мы с самого - самого распространенного и функционального представителя – FDM. Так что же это за зверь? А это очень верный друг практически для кого угодно! Не верите, судите сами: технология позволяет получать предметы из термопластика. (Если что, пластиков – много разных видов, каждый со своими свойствами, под свои задачи и под прочую, не интересную сейчас нудятину, но самое важное - что это пластик, который умеет плавиться, а потом застывать).

Если не углубляться, то разделим пластики на следующие категории:

1) твердый функциональный пластик

2) декоративный пластик

3) резина, тоже функциональная

В принципе технология относительно простая и позволяет покрыть очень большой спектр задач. Бюджетные модели приспособлены для 3 - 4-х видов пластика и при этом этого достаточно, чтобы сделать массу полезного для дома. Собственно эти принтеры и предназначены для домашнего использования. И при этом возможно сделать такие вещи как: удобный крючочек, клипсу, застежку, полочку, крепление, шестеренку, подставку, игрушку, табличку, переходник для трубы, можно отремонтировать детскую коляску, ножку для кофемолки (вместо потерянной), заглушку в автомобиль, клипсу на велосипед для насоса или фонарика, переходник с лобзика на пылесос, лючек к посудомоечной машине, формочку для печения, барашек для болтика или гаечки, открывашку, инструмент (для хобби, ремонта, работы), головоломку и многое другое, все ограниченно только вашей фантазией!

Помимо вышеперечисленного принтер способен помочь и помогает в разработке механизмов, корпусов, прототипов и даже в мелкосерийном производстве. Да! 3D печать это не только про домашнее увлечение, это верный друг инженера и проектировщика.

Области его применения и промышленное производство в том числе! Стоит упомянуть о существовании промышленных 3D принтеров. Они характеризуются тем, что работают с более сложными материалами и надежнее домашних моделей, к тому же они могут выдавать куда более высокое качество, нежели недорогие принтеры. Как правило, машины высокого уровня применяются уже в лабораториях, на производстве, 3D студиях и прочих местах, где гонятся за высокими показателями.

Вот еще факты: детали используются в аэрокосмической отрасли, причем уже достаточно давно (более тридцати лет, кстати), в медицине для создания макетов для сложных операций или роботизированных протезов (особенно удобно для детей, потому что они растут и напечатать детали чуть крупнее, не составляет труда; к тому же изготовление зубных протезов по сканам, и много чего еще), автотюненговые ателье печатают детали для гоночных автомобилей, ставящих рекорды! И все это капля в море 3D печати!

Я упомянул еще декоративные пластики и резины, за них поясню в крации.

Да, все верно, резиной FDM тоже может! Это резиноподобные материалы, точнее полиуретаны. Они разнятся по жесткости и свойствам, однако у них припрятан козырь в рукаве – стойкость! В смысле, химическая стойкость! Да, они устойчивы к воздействию кислот, щелочей, бензо- и масло-устойчивы, и при этом еще гнутся и тянутся. В химической и пищевой отраслях их обожают как никакой другой материал. И в принципе, правильно подобранный материал под задачу, и соблюдение условий работы с ним – дадут хороший результат!

Декоративные, думаю, тут и так все понятно – они имеют очень интересный внешний вид и могут послужить для какого либо эстетического объекта, например, элемент интерьера или демонстрационный макет.

Ах, да еще существуют композитные материалы. Что такое композит – это когда два или более материалов объединяют в один, например: железобетон, карбон, ДСП и т.д Один материал может быть прочен на разрыв, а другой на сжатие; смешали – получили очень прочную штуку, на то и на другое. И с композитными пластиками тоже – они прочнее, чем обычные и способны вынести гораздо большие нагрузки и температуры. Обычно к пластикам примешивают очень мелко нарубленные волокна стеклонитей, угленитей, древесную пыль и д.р. Углубляться не буду, но скажу, что это очень фактурные материалы и смотрятся очень красиво, хотя обычно из них делают детали скрытые от глаз, части механизмов и т.п.

Часть III.Фотополимер.

Да FDM печать способна на очень многое, без спорно. Однако есть один аспект, которым она не может похвастаться – качество поверхности. Есть способы устранения слоистости, но все же, это полбеды – если деталь очень маленькая или у нее есть очень маленькие элементы, то они попросту могут потеряться. Что же делать? Тут выходит на сцену другая технология UV!

Фотополимерная печать работает по совершенно другому принципу – вместо прутка пластика – жидкая смола, вместо разогретого стола – ванночка. Да, деталь каждый раз макается в смолу, и через прозрачное дно засвечиваются зоны для отверждения смолы.

Но в чем же ее преимущество? Все просто, но придется вбросить немного цифр: FDM печать оперирует зачастую диаметром сопла (ширина нити при печати) от 0,2мм до 0,8мм и высотой слоя от 0,05мм, но это слишком долго, поэтому обычно 0,15мм или 0,2 мм и при этом слои видно, т.к. каждый слой с торца как бы полукруглый.

Да куча цифр это страшно, сейчас поясню: Фотополимерный принтер – это по сути монитор, как тот что перед вами. Да под ванночкой расположен LSD экран с размером пикселя 0,05мм, т.е. разрешение печати в 20 раз меньше миллиметра, а высота слоя от 0,01мм. В целом: FDM делает некий слоеный пирог на выходе, а фотополимерный способен выдать деталь или фигурку которую не отличить от литой, разве, что под лупой разглядывать! За такую высокую точность и детализацию ее и ценят, правда и у нее нашлась ахиллесова пята.

Все дело в материалах, которые применяются: FDM – работает с пластиками, которые прочные и стойкие, некоторые способны посоперничать по прочности с дюралюминием, правда плата за это меньшая точность, а UV хоть и способен выдать непревзойденное качество, страдает, что фотополимерные смолы, даже самые хорошие отличаются относительной хрупкостью и нередко напоминают слегка гибкое стекло и способны буквально разбиться при падении.

Поэтому основная область применения декоративная (статуэтки, фигурки), детальки не испытывающие нагрузок или мастер - модели. Последнее, используется для тиражирования, с нее снимается силиконовая форма, а дальше в форму заливается жидкий пластик, это очень удобно, т.к. деталь по качеству выходит не хуже заводской.

К тому же бывают разные цвета, а так же прозрачные смолы (картинка выше, смола – голубая и плащ просвечивает, как фигурка в целом)

Однако, это не относится к стоматологическим смолам. Ну, те самые из которых протезы делают. Они стойкие и крепкие, но в числе домашних печатников, не распространена из–за очень высокой стоимости смолы, и к тому же оборудование отличается длинной световой волны, при которой эти смолы полимеризируются, Поэтому они стоят тоже очень дорого.

Хочется отметить тот факт, что аппараты ИВЛ содержат в себе детали, которые изготавливаются по схожей технологии. Причина в том, что при помощи печати можно создавать очень тонкие каналы в деталях с высокой точностью, которая труднодостижима при механической обработке. Да и такой метод – куда менее затратный.

Часть IV.Применение.

Вот такой небольшой экскурс в мир 3D печати. А теперь перейдем к тому, что же 3D печать дала мне. И ответ очень прост – безграничное творчество и новые возможности! Как это ни странно, но речь все это время шла не только о том, что можно скопировать заводскую деталь. Эта технология отличается от всех других тем, что позволяет создавать детали с очень сложной внутренней геометрией и сложным внутренним строением сразу.

Что? Это как на человеческий язык переводится то, эй?!

3D печать имеет непревзойденное умение – делать объекты полыми. Не в смысле канистру напечатать, а напечатать, к примеру, куб, который внутри будет практически пустым, точнее внутри стоятся соты, чтобы укрепить стенки куба и при этом не тратить лишний материал. Да, в некоторых отношениях эта технология очень бережливая. А еще она может сразу делать системы сложных каналов, что зачастую невозможно реализовать при помощи других методов изготовления.

Это особенно актуально при создании двигателей. Например, в ракетных двигателях есть конструкции из нескольких тысяч трубочек – инжекторы, которые свариваются вместе, а при печати (металлом, разумеется) можно сформировать такие трубочки в одной детали – что уменьшает время и стоимость изготовления. Немного отошли от темы, но!

Такой принцип работает много где – ты можешь создать одну деталь вместо множества сразу, при этом по времени можно очень сильно выиграть. Приведу пример из своей сферы – мне понадобился узел, (что-то вроде чашки), который мог бы удерживать тепло внутри, иметь много креплений для датчиков и приводов.

Реализовать это при помощи других способов обработки да можно, но по стоимости выходило что, только кусок пластика из которой все пришлось бы изготавливать, без учета изготовления – стоила бы как готовая деталь напечатанная на принтере, причем она выполняет все функции и достаточно точная. И самое приятное, что если мне понадобится изменить какое либо крепление – мне не потребуется долгая перенастройка оборудования - всего лишь изменить 3D модель.

И вот после этой долгой хвалебной речи, вот он ответ, то чем я занимаюсь. Все вышеописанное про FDM и UV – это и есть мое увлечение.

-Сломалась пластиковая деталька – напечатал;

-Нужна деталь – напечатал;

-Нужна полочка в ванну – напечатал;

-Стало скучно – напечатал головоломку;

-Мне нужно показать кому-то макет моей идеи – принтер поможет;

-Захотел отремонтировать колесико – напечатал:

-Нужно повесить насос на велосипед – напечатал крепление;

-Понадобился насос для машинного масла, а такого нет под рукой – напечатал насос с приводом от шуруповерта.

И это только капля в море, какое применение может сыскать 3D печать. Да, 3D печать может не все, но очень многое!

Так же как я упоминал – можно создавать мастер модели, а потом тиражировать с помощью силиконовых форм и это не комар чихнул, это отдельное направление в бизнесе. Оно особо популярно для предсерийных образцов и мелкосерийного производства, к слову, многие производители 3D принтеров – печатаю детали для своей продукции сами, даже самые крупные фирмы не гнушаются подобным. Во-первых, это дешево, во-вторых, это отличная демонстрация возможностей их машин, не находите?

Самое классное, что ты можешь что-то придумать, построить модель чего-то принципиально нового, а потом взять свой вымысел в руки, вот прямо пощупать. Это очень воодушевляющее чувство.

И самое приятное, что она получается весьма точной и с минимумом трудозатрат на этапе воплощения. Я обычно так и описываю, когда меня спрашивают: « Что в ней такого хорошего?» - на что я и отвечаю: «Вот представь себе что-нибудь, какую-то вещь, которая тебе нужна, но купить ты ее не можешь. Тебе придется как-то что-то колхозить и из того что ты найдешь, а 3D печать позволяет получить именно то, что нужно, при минимальных затратах сил и собственного времени».

Все верно – принтер это машина, не требующая активного участия в процессе, периодический контроль – не в счет. За то время, пока принтер шуршит, ты можешь заняться другими делами. По-моему это великолепно, как и сама идея о 3D печати.

Ко мне регулярно обращаются, за помощью, когда что-то сломалось, потерялось или они знают, какая вещь им нужна, но найти в продаже затруднительно, но это возможно напечатать.

Примеры, я уже описывал выше, самые яркие и наглядные из них:

- сломались пластиковые дали на ручке коляски;

- сломался лючек в посудомоечной машине;

- сломался механизм сантехнической инсталляции;

- потерялась ножка от кофемолки;

- потерялась заглушка в автомобиле, а продается только в сборе;

- формочка для вырезания теста для печенья;

- сломалась насадка на фен;

- понадобилась ручка для нового инструмента, приспособа или кондуктор; такие запросы пачками.

В вышеперечисленных случаях удалось сделать замену соответствующую функционалу заводских изделий. Да, трудно рассказать обо всех вариантах применения этого замечательного явления – 3D печати, потому что вариантов безграничное множество.

Если есть идея, достойная реализации, почему бы не попробовать?! Надеюсь, Вы сможете найти для себя полезное применение из области 3D печати.