К разделу Простые технологии

Печатный станок

Данным материалом мы открываем серию статей о "технологиях будущего" и пытаемся понять - как будет устроено производство в близкую к нам постиндустриальную эру? - куда денутся промышленные города, огромные заводы, и что станет с привычными для нас сегодня типами занятости, деятельности.

Токарный станок

Специалисты не сомневаются, в ближайшие годы мир захлестнет эпидемия "трехмерных принтеров" - цифровых фабрикаторов или, иначе, фабберов. Они позволят в условиях дома или офиса автоматически изготавливать по компьютерным моделям и чертежам физические продукты. Другими словами, печатать готовые к использованию товары, реальные вещи, которые можно пощупать.

О самой примитивной "фабрике в коробке" заговорили еще в 40-х годах прошлого века, когда в управлении станками нашло применение кодирование формы изделия. Фабрикаторы, основанные на технике "отнимания", высекали предметы из отдельных блоков, чушек путем дробления, сверления и выпиливания. Современный токарный станок универсален и помещается на рабочем столе. Компания Roland D.G. предлагает использовать такой хай-тек агрегат для создания трехмерных барельефов. Устройство EGX-xx подключается к компьютеру по шине USB или IEEE 1284. В качестве материала применяется пластик, дерево или легкий металл. Для огранки последнего используется специальный алмазный резец. Машина считывает трехмерную компьютерную модель, а затем при помощи сенсоров определяет размеры и структуру поверхности заготовки. EGX-xx берется за дело с прыткостью стоматолога, и уже через несколько минут из-под стружек выглядывает череп рукотворного мини-памятника.

Трехмерные принтеры

В самом современном понимании "трехмерными принтерами" обычно называют системы быстрого прототипирования. Основное отличие этой технологии от традиционных методов "выпиливания лобзиком" состоит в послойном, частичка за частичкой, выращивании предметов.

Первая "фабрика в коробке" на основе техники "прибавления" заработала в 1987 году. Компания 3D Systems представила установку для стереолитографии, ознаменовавшую начало новой эры. Ультрафиолетовая лампа обеспечила мгновенное затвердевание фотополимера, из которого миллиметр за миллиметром строилось изделие. С тех пор различными компаниями были опробованы десятки материалов, усовершенствована оригинальная технология, разработаны альтернативные методы трехмерной печати.

Современные фабрикаторы работают по одной из следующих схем: затвердевание жидких смол под воздействием ультрафиолетового лазера или лампы, спекание и склеивание порошков на основе гипса, крахмала, нейлона, металла или керамики, струйная печать каплями расплавленного термопласта, укладывание быстрозастывающей полимерной нити и ламинирование листов специальной бумаги. Каждая технология имеет свои плюсы и минусы. Особенности систем наглядно представлены в таблице.

Каким бы ни был технологический процесс, подготовка к печати начинается с трехмерной модели. Она может быть создана в специальном инженерном пакете либо по данным компьютерной томографии, магнитно-резонансного сканирования. Модель преобразуется в формат STL, с которым работают все трехмерные принтеры. После этого она программно разрезается на слои толщиной от 0,012 до 0,25 мм. Трехмерный принтер начинает печатать поперечные сечения друг за другом, снизу вверх. Таким образом могут быть изготовлены детали любой сложности - с нависающими и выступающими частями и даже с движущимися механизмами. Другого способа получить такое изделие в монолите просто не существует.

Трехмерные принтеры производства Z Corporation (www.zcorp.com) позволяют еще и покрасить каждую частичку в один из 16 миллионов цветовых оттенков. На ощупь результат будет шероховатым, а сама модель довольно хрупкой. Для придания ей прочности и улучшения внешнего вида изделие ненадолго погружается в воск или пропитывается эпоксидными смолами, а затем шлифуется. Весь процесс занимает от нескольких часов до нескольких недель. К ограничениям на толщину слоя, скорость печати и применяемые материалы следует добавить пределы размера. Отдельные фабберы позволяют создавать изделия объемом до 0,5 кубометра. Крупные предметы придется склеивать из нескольких частей. Стоимость новой "фабрики в коробке" составляет от 30 до 800 тысяч долларов.

Кому это нужно?

Чаще всего фабберы применяются для изготовления образцов новой продукции. Например, на автомобильном производстве и в самолетостроении. Когда инженер имеет возможность покрутить в руках прототип изделия, как правило, он быстро обнаруживает на чертеже ошибки и слабые места, которые невозможно увидеть на экране компьютера. Для эффективного мозгового штурма нужно наглядно представлять себе предмет - так уж устроен наш мозг. Трехмерные принтеры используются в науке и в медицине - там, где лучшее решение может быть непросто проследить из бумажных выкладок. Например, для печати молекул, моделей протезов и имплантатов. Ну и, конечно, фабберы привлекают внимание людей творческих: дизайнеров, ювелиров, изобретателей. Ведь в реальном предмете может быть воплощена самая безумная фантазия человека.

Сделай сам

Центры быстрого прототипирования уже работают в Москве, Екатеринбурге, Нижнем Новгороде и других российских городах (www.rpm-novation.com/Companies/RPM/Russian). Двери открыты для всех. Заявки принимают на изготовление предметов в единственном экземпляре и малых серий изделий. Обычно заказ выполняется в короткие сроки - от 1 до 4 дней.

Чтобы прикоснуться к хай-теку, не обязательно иметь семь пядей во лбу и в совершенстве постигать искусство компьютерного моделирования. В онлайновых библиотеках (www.traceparts.com) представлены миллионы интересных моделей. На форумах CAD-ресурсов (www.web2cad.co.uk) оставляют заказы на такие оригинальные вещи, как модель клюшки для гольфа или римской пагоды. Моделями обмениваются в списках рассылки (ltk.hut.fi/rp-ml). В конце концов, в поисках чертежа можно прошерстить P2P-сети. Ряд сервисов принимает заказы по интернету с доставкой на дом почтой (www.protoshape.com). На сайте Toybuilders.com берутся изготовить оригинальную игрушку по чертежам заказчика. Как насчет небольшой резиновой фигурки твоей мадонны, имеющей сходство с живым прототипом? В стоимость услуги - 349 долларов - включена подготовка компьютерной модели по фотографии. Если изготовить несколько маленьких фигурок, можно коротать вечер за партией в шахматы.

Напечатай себе компьютер

В качестве нового направления развития индустрии рассматривается печать микросхем, из которых впоследствии можно собрать рабочий девайс. Над концепцией "флексоники" (гибкой электроники) работают лаборатории нескольких компаний, включая Xerox, Bell Labs и Philips Semiconductors. В качестве материала используются электропроводящие полимеры. При смешивании реактивов, заправленных в картриджи, на гибкой полимерной подложке могут быть созданы области с различной электронной и дырочной проводимостью. Для печати резистора компоненты смешиваются в одной пропорции, для конденсатора и радиочастотной метки - в другой. Плотность печати сравнима с уровнем интеграции современных микросхем. Правда, пока печатные транзисторы работают гораздо медленнее кремниевых.

Ученые Университета Калифорнии предложили печатать не отдельные микросхемы, а сразу готовые к использованию электронные устройства. Главным недостатком таких изделий является их недолговечность. При первой же поломке устройство придется выбросить из-за невозможности ремонта.

Совсем уж фантастичной кажется идея нанофабрик, манипулирующих отдельными атомами или молекулами. Разглядеть такие строительные материалы можно только в туннельный микроскоп. Перспективные изыскания в этой области ведет Центр надежных нанотехнологий (www.crnano.org). По заключению ученых, за сближением нанотехнологий и трехмерной печати - будущее производства физических продуктов на Земле.

Заглянем в будущее

Падение цен на трехмерные принтеры в 30 раз за последние 10 лет позволяет специалистам делать смелые прогнозы. В ближайшие годы появятся первые настольные модели цифровых фабрикаторов, которые постепенно найдут широкое применение в быту. Список материалов для печати будет постоянно расширяться. Один из претендентов на роль универсального строительного материала - кориан, разработка концерна "Дюпон". Этот композит из минерального наполнителя, цветовых пигментов и акриловой смолы гибок и пластичен, вместе с тем он весьма прочный и твердый. Из него уже делают множество вещей, включая раковины, ванны, мебель и лестницы, а также столешницы в Макдоналдсах.

Придет день, когда магазины в привычном их понимании будут не нужны. Цифровую модель любой вещи можно будет приобрести в интернет-магазине или выменять через P2P-сеть. Список материалов для печати будет передаваться на склад, связанный с домом пневмопочтой. А компактный фаббер найдет приют в каждом доме. Когда человечество начнет осваивать другие планеты, трехмерные принтеры помогут сократить затраты на транспортировку материалов за пределы земной орбиты. Из космических залежей природных ископаемых уже на месте будут строиться фабрики и заводы. Наконец, однажды трехмерный принтер сможет воспроизвести сам себя.

Pepakura Designer

Джун Митани, автор нашумевшей программы Tenkai для разворачивания трехмерных моделей на плоскость, закончил работу над новым продуктом. Pepakura Designer использует модели в формате DXF, 3DS и LWO для создания выкройки на бумаге. Остается распечатать чертеж и аккуратно собрать модель, следуя линиям разреза, сгиба и областям для склеивания. Новая программа создает еще более понятные развертки с инструкциями по порядку сборки. Доступна для скачивания на www.e-cardmodel.com/pepakura-en.

Предсказания Пифии

Предвестниками появления современных трехмерных принтеров стали репликатор из сериала "Стар Трек" и рекламный ролик почтовой службы UPS. Герои ролика делали покупки в интернет-магазине. Сразу после этого они вытаскивали заказанные вещи из настольного принтера: ласты, футбольный мяч, бутылку колы и тромбон. "До тех пор, пока не создано таких машин, пользуйтесь нашей экспресс-доставкой". Тем временем индустрия производства трехмерных принтеров брала новые высоты.

WWW

Производители трехмерных принтеров:

www.3dsystems.com

www.stratasys.com

www.zcorp.com

www.solid-scape.com


О 3D-принтерах на русском:

www.rpm-novation.com

www.solver.ru

www.3dsystems.ru


Автор: Алекс Целых (alex@technews.ru)
Xakep, номер #064, стр. 046-051

http://www.xakep.ru

Разместил , опубликовано 18.08.04 18:57



Текущий рейтинг: 0

Обсуждение:



Высказаться:










Запомнить ваши данные?

Получать уведомления об ответах на email?