Возможности применения 3D-принтера в области машиностроения

Главная » Рефераты на русском » Возможности применения 3D-принтера в области машиностроения

3D-принтер – это устройство, послойно создающее физическую копию объекта на основе цифровой компьютерной модели. Практически любая цифровая трехмерная модель может быть построена (напечатана) на 3D-принтере. Исходным материалом для 3D-принтера могут быть как трехмерные данные из CAD программ, так и двухмерные чертежи объекта, на основе которых создается трехмерная модель при помощи дополнительного программного обеспечения. Существующие на сегодняшний день 3D- принтеры используют две основные технологии — лазерную и струйную, которые в свою очередь разделяются на отдельные виды, в зависимости от используемого материала. Материалами для 3D-принтера и, как следствие, получаемого конечного изделия, могу быть: различные виды пластика, порошок, фотополимерная смола, силикон, фотополимер, воск, металл. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта. Технологии, применяемые для создания слоев: Лазерная: Лазерная стереолитография — 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 сплавление (англ. melting) — при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей 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. Струйная: 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 измельчённой 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.

Биопринтеры — ранние экспериментальные установки, в которых печать 3D- структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки: Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели. При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке. Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счёт какого-либо движителя, приводящего шасси в движение. Ручная, когда печатающая головка выполнена в виде ручки/карандаша, и пользователь сам подносит её в то место пространства, куда считает нужным добавить выделяемый из наконечника быстро затвердевающий материал. Назван такой прибор «3D-ручка», и к 3D-принтерам может быть отнесён с известной натяжкой. Существуют варианты с использованием термополимера, застывающего при охлаждении, и с использованием фотополимера, отверждаемого ультрафиолетом. Принцип работы 3D-принтера: 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта. Принцип работы 3D-принтера выглядит следующим образом: 1. На компьютере в специальной программе рисуют 3D-шаблон объекта, который будет распечатан на 3D-принтере. 2. Специальное ПО обрабатывает 3D-модель путём деления её на множество поперечных слоёв. 3. Дозирующая камера наносит слоями композитный порошок на дно специальной камеры. 4. Ось принтера распределяет порошок тонким слоем. 5. Струйная печатная головка наносит бесцветный клей в то место, куда будет нанесен следующий слой. 6. Следующий слой порошка «склеивается» с предыдущим, и процесс повторяется до тех пор, пока объект не будет полностью сформирован. В разных технологиях вместо клея может быть использован сплавляющий лазер либо ультрафиолет. Области применения 3D-принтера: 1. 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. 2. Для быстрого производства — изготовление отдельных узлов или деталей из различных материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это решение экономически наиболее выгодно для мелкосерийного производства. Создание прототипов с частично или полностью прозрачной структурой дает возможность оценить работу механизма «изнутри» и использовать при доработке технологий и изделий. 3. Для литейного производства — изготовление моделей и создание пресс-форм. 4. Для создания необходимых вещей и предметов индивидуального использования, игр, образовательных материалов. 5. Для производства готовых систем из прочного и долговечного материала, например, данная технология активно используется для создания моделей и готовых частей беспилотных летательных аппаратов. 6. Для медицины — применение принтеров позволяет выращивать готовые образцы внутренних органов, например для оценки их врачом перед операцией или создания полноценных частей человеческого тела при протезировании в стоматологии или замены суставов и костей в хирургии. Печать в 3D формате уже получает самое широкое распространение. Можно выделить несколько областей, где начинают активно применяться трехмерные принтеры:  Быстрое прототипирование и машиностроение В области промышленного производства для проектирования новой продукции всегда требуется создание моделей – прототипов будущей продукции. Для этих целей применяются такие традиционные способы, как механическая обработка и литье. На изготовление прототипа обычно уходят недели или даже месяцы кропотливой работы. Это весьма дорогостоящий и трудоемкий этап производства. Трехмерные принтеры позволяют существенно убыстрить весь процесс – можно получать готовые прототипы практически одним нажатием кнопки. В результате, вне зависимости от технических характеристик изделия его можно создать за считанные минуты или часы. Тем самым, экономятся ресурсы и время. Особенно это актуально для машиностроения и многих других областей промышленного производства. Благодаря использованию трехмерных принтеров сокращается время на конструкторские работы, гораздо более оперативно принимается решение о запуске изделия в серию. Созданный при помощи 3D печати макет помогает обнаружить недочеты в конструкции еще на этапе разработки. Важно, что принтер дает возможность изготовить столько макетов или отдельных деталей, сколько необходимо для проектирования, а не сколько представляется возможным вследствие каких-либо производственных ограничений.  Мелкосерийное производство Не меньшую пользу 3D-печать может принести и в мелкосерийном производстве, то есть при изготовлении небольших партий изделий или эксклюзивной продукции. В частности, трехмерные принтеры уже применяются в ювелирной промышленности для создания отдельных восковых моделей, по которым впоследствии выполняется отливка готовых изделий, или эксклюзивных экземпляров продукции. Сегодня появилась возможность быстро создавать модели украшений, спроектированных в программе. Только при трехмерной печати вместо воска задействуется специальный материал, по своим характеристикам сопоставимый с воском. Помимо ювелирных изделий, 3D-печать может использоваться для изготовления сувениров и игрушек, причем с различной цветностью и текстурой. Также с помощью 3D-принтеров можно создавать объемные карты с точными ландшафтными рельефами. 

Образование Применение трехмерной печати в сфере образования дает возможность легко и быстро получать разнообразные наглядные пособия для учащихся, которые могут распространяться в средних и высших учебных заведениях. Оснащение 3D-принтерами учебных заведений может поспособствовать увеличению отдачи от образовательного процесса и быстрому усвоению материала учениками. Благодаря трехмерной печати студенты могут работать с реальными физическими моделями, всячески манипулируя ими. Практически любые макеты или наглядные пособия можно нарисовать на компьютере в программе, после чего воплотить их в жизнь. Многие не могут придумать, что конкретно они будут печатать на 3D-принтере в случае его покупки. Но уже после покупки у людей обычно такого вопроса не возникает, работа для принтера находится сама собой: это различные ручки, зажимы, игрушки, подставочки, корпусы, вазочки, колечки, ремешки, другие детали. Достаточно зайти на сайт MakeXYZ или Thingiverse, чтобы расширить кругозор. По расчётам экономистов из Мичиганского технологического университета, домашний 3D-принтер обеспечивает возврат инвестиций от 40% до 200% и экономит домашнему хозяйству от $300 до $2000 в год. Расчёт назван «экстремально консервативным» и сделан исходя из предположения, что за весь год 3D-принтер напечатал всего 20 деталей из более, чем 60000 объектов в репозитории Thingiverse Итак, 3D-печать не перестает будоражить умы людей, открывая перед собой все новые горизонты. Правда, относительно перспектив трехмерной печати и ее влияния на жизнь человека существует два противоположных мнения. Оптимисты полагают, что с обеспечением доступности 3D-принтеров человечество ждет настоящий технологический прорыв. Любые вещи можно будет изготовить либо собственными усилиями, либо по индивидуальным заказам, не прибегая к помощи крупных корпораций. 3D-принтеры придут в каждый дом и станут таким же неотъемлемым атрибутом повседневной жизни человека, как телевизор или стиральная машина. Для изготовления широкого спектра продукции понадобится только сам принтер и различные материалы к нему. Решится проблема поиска или злоупотребления дешевой рабочей силой на производстве. Развитие технологии 3D-печати приведет к закрытию многих промышленных предприятий, что обеспечит сокращение выбросов вредных газов в атмосферу. Кроме того, от трехмерной печати ждут настоящего прорыва в медицине, где 3D- принтеры уже в ближайшей перспективе должны будут обеспечить создание любого человеческого органа. Благодаря этому пациентам медицинских учреждений больше не придется в течение многих лет стоять в очереди в ожидании необходимой им трансплантации. Пессимисты же считают, что из-за трехмерной печати и возможности каждого человека распечатать необходимую ему вещь в домашних условиях мировая экономика окажется в жесточайшем кризисе. Сокращение промышленного производства может привести к тотальной безработице. Простаивающие промышленные предприятия будут приносить огромные убытки, как своим владельцам, так и государству. Технология трехмерной печати может создать огромную проблему и с защитой авторских прав. Ведь каждый человек сможет напечатать любое понравившееся ему изделие, не выплачивая никакой финансовой компенсации его автору. Наконец, 3D печать может быть использована человеком не только на пользу, но и во вред себе. Например, для создания оружия. Такие прецеденты уже есть – не так давно появился первый в мире пистолет, отпечатанный на 3D-принтере. Это пластиковая модель огнестрельного оружия, которая отнюдь не является игрушкой, ведь она действительно может стрелять. Таким образом, существует угроза того, что при наличии 3D-принтера любой человек в будущем сможет наладить производство оружия у себя дома. Только время покажет, какое из этих мнений окажется наиболее близким к реальности. Как бы то ни было, уже сейчас можно констатировать, что трехмерная печать становится все ближе к домашнему пользователю. С ее помощью можно будет реализовать свой творческий потенциал, создавая самые разнообразные изделия и макеты, не выходя из собственного дома.

Загрузка...

ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.