3D-друк
Як і навіщо винайшли 3D-друк
3D-друк винайшли ще до того як з'явився інтернет, а популярним він став лише зараз. Де ж він так забарився?
Якщо ви думаєте, що 3D-друк це супер сучасна технологія, то ви глибоко помиляєтесь. Насправді їй більше років, ніж вам (звичайно, за умови якщо ви молодше 35-ти).

Що, більше ніж 35, але здавалося, що вона з'явилася зовсім нещодавно? Насправді, 3D-друк винайшли ще до того як з'явився інтернет. Ось невеличкий екскурс в історію.

Все почалося в 1981 році, коли доктор Хідео Кодама з Наґойсього індустріального дослідницького інституту, що знаходиться в Японії, винайшов систему швидкого прототипування з використанням фотополімерів. Створення моделі відбувалося шляхом накладання шарів. Знайомо, чи не так?

І ось всього лише три роки потому, у 1984, відбувся справжній прорив в цій царині. Американський дослідник та засновник компанії 3D Systems Чарльз Халл винайшов стереолітографічний апарат (або SLA, що англійською розшифровується як Stereolithography Apparatus), завдяки якому з'явилася можливість друкувати 3D-об'єкти, моделі яких були попередньо спроектовані на комп'ютері. В якості матеріалу використовувався рідкий полімер на основі акрилу, що під дією ультрафіолетового лазерного випромінювання моментально застигав набуваючи необхідної форми. І таким чином шар за шаром з полімерного розчину виростала потрібна модель.
_
Ця розробка у вигляді першого повноцінного комерційного зразка SLA-1, що побачив світ у 1987, стала справжньою революцією серед винахідників, оскільки давала їм можливість тестувати свої прототипи без величезних попередніх інвестицій у виробництво.

А вже з початку 90-х років 3D Systems налагодила серійне виробництво SLA. В той самий час, інший стартап - DTM - отримав патент на технологію селективного лазерного спікання (англ. Selective Laser Sinterning - SLS), створену Карлом Декардом з Техаського університету. Замість рідкого полімеру в цій технології використовувався металевий порошок.

Трохи згодом, компанія Stratasys, під керівництвом Скота Крампа, розробила новішу технологію - моделювання методом наплавлення (англ. Fused Deposition Modeling - FDM). Це коли тримірні об'єкти створюються шляхом послідовного нанесення шарів матеріалу, які повторюють контури цифрової моделі. Зазвичай як матеріал використовують термопластики, які завантажують в принтер у вигляді спеціальних котушок ниток або прутиків.

До речі, переважна більшість сучасних базових 3D-принтерів використовує саме цей метод.
А от як не дивно сам термін "3D-друк" придумали нещодавно - у 1995 році в Массачусетському технологічному інституті. І відтоді всі машини, що забезпечують 3D-друк, ми називаємо 3D-принтерами.

Так от, щоб надрукувати реальний об'єкт, вам спочатку потрібно розробити його цифрову 3D-модель на комп'ютері та зберегти в спеціальному форматі - STL. Принтер обробить цей файл, вирахує потрібні розміри та відтворить заданий об'єкт. Друкуюча голівка нанесе шар матеріалу, випече спеціальним лазером, або ж розплавить потрібний матеріал - все залежить від способу друку і конкретного принтера. Шар за шаром такі цикли друку безперервно повторюються потрібну кількість разів, доки ваша 3D-модель не відтвориться повністю.

З історією все зрозуміло, але де ж застосовують "тримірні" принтери? Коротко відповідаючи - всюди, проте ми розглянемо найцікавіші та найбільш перспективні сфери.
Почнемо з найпростішого - ми їх використовуємо в побуті.

Маючи 3D-принтер можна надрукувати майже будь-яку дрібницю з пластику. Наприклад, частинки зламаних деталей до побутової техніки, меблів або ж господарських речей. Невелику іграшку, елемент декору з простим дизайном, чи з супер складним та багатьма рухомими елементами і в декількох кольорах. Тут варто зазначити, що в більшості випадків навіть не потрібно створювати власні 3D-моделі на комп'ютері, оскільки їх доволі багато у відкритому доступі. Одним словом, все обмежується лише вашою фантазією.

Модна індустрія

Ще три-чотири роки тому речі, надруковані на 3D-принтері, можна було побачити лише як елементи екстравагантних костюмів зірок, таких як Леді Ґаґа або Кеті Пері. Але після того як Карл Лаґерфельд з дому моди Chanel у своїй осінньо-зимовій колекції 2015 року показав нову надруковану версію класичного костюма - модний світ неначе сполошився та почав масово використовувати нову технологію в індустрії.


А от деякі молоді бренди, такі як в ізраїльтянки Даніт Пелег у своїх колекціях зовсім відмовляються від традиційних матеріалів та використовують лише 3D-друк. Для таких стартапів - це унікальні можливості, оскільки тепер є можливість виробляти унікальні товари під свої потреби в невеликих об'ємах. А це мінімізує витрати та ризики браку в складних елементах.

Якщо ж говорити про мейнстрім ритейлерів, то вони все активніше починають використовувати 3D-технології. Наприклад, Nike, Adidas та New Balance створюють унікальні моделі кросівок з покращеними характеристиками.

Дизайн, мистецтво та архітектура

Напевно творчі особистості стали чи не найбільш щасливими людьми відтоді як 3D-друк став доступним. Тепер у них майже не існує перепон для самовираження та втілення найбільш сміливих ідей в життя. Крім створення складних ексклюзивних речей без грандіозних капіталовкладень та в доволі стислі терміни, вони активно використовують цю технологію для виготовлення макетів та зменшених копій майбутніх виробів.

Будівництво

По всьому світі наче гриби ростуть компанії, які займаються 3D-друком в будівництві. Так, наприклад, китайська компанія Yingchuang New Materials минулого року спромоглася побудувати 10 повнорозмірних будинків лише за одну добу.

А в Дубаї друкують "офіси майбутнього" на 250 квадратних метрів з модульних систем з дуже стильним дизайном.

Медицина


Нема нічого важливішого за здоров'я і саме в цій сфері завдяки 3D-друку медики здатні творити неймовірні речі. Завдяки індивідуальному підходу можна створювати найскладніші імпланти з неймовірною точністю, шини, які значно комфортніші ніж гіпси, або ж біонічні протези за доступною ціною.

В ортодонтії на зміну жахливим брекетам прийшли елайнери - пристрої які виправляють прикус. Вони дешевші, завдають менше незручностей у використанні та виглядають значно естетичніше та майже непомітно.

Але найдивовижніше - це біодрук, в якому замість штучних матеріалів використовують живі клітини. І хоча наразі цей вид 3D-друку знаходиться на зародковому етапі, йому пророкують велике майбутнє. Уявіть, що скоро можна буде друкувати потрібні органи з власних клітин, які не будуть відторгатися організмом.
Автомобілебудування

В той час як великі автомобільні гіганти друкують окремі елементи для своїх авто, деякі стартапи вирішили друкувати автомобілі повністю. Восени 2014 року світ побачив перший електрокар Strati. Він доволі сильно відрізняється від класичних авто та має доволі скромні характеристики, проте це всього лише перша ластівка. Давайте згадаймо перший родстер Tesla і порівняймо його наприклад з Model S і вам одразу все стане зрозуміло. Тому в майбутньому Strati може докорінно змінити індустрію автомобілебудування, зважаючи на те, що на виготовлення одного авто витрачається всього лише 44 години.

Не лише авто, а й мотоцикли тепер друкують на 3D-принтері. Німецька компанія APWorks виготовляє свій футуристичний Light Rider з надлегких матеріалів, які використовуються в космічний галузі. Він важить лише 35 кілограмів та може їхати зі швидкістю 80 кілометрів на годину.

Авіабудування

Якщо на початку цього десятиріччя на 3D-принтері друкували лише невеликі дрони та форсунки до авіадвигунів, то зараз все стало набагато серйозніше.

Навесні цього року компанія Boeing анонсувала, що друкуватиме для свого нового 787 Dreamliner титанові елементи фюзеляжу, котрі нестимуть навантаження на корпус під час польоту. Norsk Titanium, яка виступає у ролі підрядника Boeing, розробила власну технологію друку на основі швидкого плазмового осадження (англ. Rapid Plasma Desposion - RPD). Це коли титановий дріт плавиться в хмарі з газу аргону. Завдяки цьому компанія планує здешевити вартість літака на 2-3 мільйони доларів.
Ракетобудування

Приватна космічна компанія Space X вже понад п'ять років використовує 3D-друк для виготовлення клапанів окислювачів для двигунів Merlin, котрі під час роботи піддаються наднизьким температурам та високим вібраціям. Також вони повністю друкують камери для двигунів Superdraco. Ці двигуни забезпечують безпеку астронавтів, які літатимуть на багаторазовому кораблі Dragon V2. В компанії стверджують, що деталі, виготовлені таким чином, виходять значно міцнішими та надійнішими в порівнянні з тими, які виготовляють класичним способом.

А от Новозеландська компанія Rocket Lab, яка займається виготовленням невеликих ракет Electron, що доставлятимуть на навколоземну орбіту супутники вагою до 225 кг, пішла ще далі: вони друкують практично повністю двигуни для своїх ракет на 3D-принтері.

То що нас чекає завтра?

Зважаючи на те, що в сфері матеріалів для друку 3D-принтерів постійно ведуться нові розробки, а сам друк стає набагато швидшим і дешевшим, його починають використовувати в найрізноманітніших сферах життя. Тому в найближчому майбутньому нас чекає суттєве переосмислення багатьох процесів виробництва. Очевидно, що речі стануть більш доступними та унікальними. І це може повністю змінити як світову економіку споживання, так і власне наше життя.
Автор: Сергій Кравчук
Фото: Depositphotos
Made on
Tilda