ЭРА ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ

Артеха Андрей Александрович

студент 2-го курса Учебно-научного института Инфокоммуникаций и программной инженерии
Одесской национальной академии связи им. А. С. Попова

Принято считать началом эры информационных технологий 1941 год, когда был разработан и построен первый в мире программируемый компьютер «Марк 1». Создателем его является гарвардский математик Говард Эйксон, работавший в составе группы четырёх инженеров компании IBM. Это был прорыв в истории человечества. С тех пор любую свою деятельность человек пытается автоматизировать за счет внедрения в нее информационных технологий, что способствует стремительному прогрессу и инновационности во всех сферах жизнедеятельности.

Первые черно-белые принтеры для вывода и фиксирования в бумажном виде результатов компьютерной обработки данных, как числовой, текстовой, так и графической, появились только в 1985 году, а три года спустя, в 1988 году началось производство цветных моделей. Сегодня большие и маленькие принтеры можно найти в каждом офисе, школе и даже практически в каждом доме, ведь эти аппараты нужны для учебы или работы [1].

Что касается объемной печати, например, для создания трехмерных моделей, готовых изделий или деталей, разработка 3D-принтеров длилась многие годы разными учеными и изобретателями.

В 1986 году Чарльзом Халлом, которого считают отцом-изобретателем 3D-печати, была создана SLA-установка для создания объёмных прототипов. Она использовала лазерную стереолито­графию (laser stereolithography, SLA) – метод прототипи­рования, при котором поверхность жидких фотополимеризующихся композиций (ФПК), изменяющих свои характеристики при воздействии света, поддается воздействию лазера, вследствие чего слой за слоем наращивается прототип [2]. Поскольку SLA-установка была довольно громоздкой и дорого­стоящей, к тому же она могла производить прототипы только с ФПК, область её применения была сильно ограниченной.

Чарльз Халл был не единственным изобретателем, который экспериментировал с технологий 3D-печати. Так, в 1988 году Скотт Крамп изобрел FDM-технологию путём декомпозиции плавящегося материала работы с 3D-печатью. Сейчас я на основе этой технологии работают все 3D-принтеры, предназначенные для выпуска малой продукции в небольших количествах.

В 1990 году Скотт Крамп, основатель компании Stratasys, и его жена модернизировали SLA-установку, после чего новый аппарат они назвали SLS-устройством [3]. Отличалось оно тем, что вместо полимерной жидкости применялся порошок, на верхний слой которого воздействовал лазер, в результате чего он затвердевал. После формирования затвердевшего слоя прототипа толщиной всего несколько микрон машина засыпала следующий один слой порошка такой же толщины и выравнивала эго поверхность, после чего операция продолжалась слой за слоем. Напечатанный таким образом прототип оказывался в ванне, полной данного порошка. SLS-метод и сейчас активно использует компания Ford при изготовлении литейных форм для металлических деталей.

В 1995 году двумя студентами Массачусетского технологического института струйный принтер был модифицирован. Он создавал объемные изображения не на бумаге, а в специальной емкости. Тогда же появилось понятие «3D-печать», а годом спустя с момента создания машины Actua 2100 от компании 3D Systems и понятие «3D-принтер». Этот метод был запатентован и теперь используется в созданной теми же студентами компании Z Corporation, а также в ExOne [3].

Первые 3D-принтеры имели малую мощность, работали медленно, а при увеличении скорости изделия получались с большими погрешностями. Только в 2005 году появились 3D-принтеры с высоким качеством печати. В 2008 году был запущен принтер Reprap, способный производить самого себя. На тот момент он мог изготавливать около 50% необходимых деталей [1].

Модернизация 3D-принтеров привела к возникновению технологии PolyJet, основанной на использовании фотополимерного жидкого пластика, который после послойного нанесения моментально засвечивается лампой. Это значительно снизило себестоимость печати и повысило точность изготовления деталей без необходимости последующей дообработки.

В результате последующих усовершенствований устройств и технологий 3D-печати стало возможным использование более ста различных материалов для объемной печати, среди которых: акрил, гипс, бетон, гидрогель, бумага, деревянное волокно, металлический порошок, нейлон, поликапролактон (PCL), полилактид (PLA), полипропилен (PP), полиэтилен низкого давления (HDPE), лёд и даже шоколад.

На данный момент 3D-принтеры привлекают тем, что можно напечатать нужную деталь с различных материалов за довольно приемлемую цену.

Одной из перспективных сфер применения объемной печати является технология биопринтинга для клеточной тканевой биопечати донорских органов. Функционирует биопринтер также, как и обычный струйный принтер, но вместо чернил он использует стволовые клетки людей и животных. Так, в 2015 году компания «3D Bioprinting Solutions» напечатала первый искусственный орган, это была щитовидная железа для мыши, которая после пересадки успешно функционировала [4]. На данный момент 3D принтеры способны печатать кусочки тканей кожи, позвоночные диски, коленные хрящи и полноценные органы. Перед началом печати орган больного сканируют с разных ракурсов и загружают полученную информацию в трёхмерный принтер, вместе с образцом ткани органа. За несколько часов работы устройство воссоздаёт точную копию органа, включая сосуды. При помощи трёхмерной печати американские учёные вырастили человеческий мочевой пузырь. Также учёные воссоздали сердце крысы, которое успешно работало после имплантации подопытному животному [2]. Хотя существуют десятки и даже сотни примеров использования биопринтинга, пока трехмерная печать не используется в медицине повсеместно, но у данного направления есть большой потенциал.

Сейчас также ведутся исследования в области нанопринтинга, которые позволят печатать на атомном уровне создавать целые молекулы с простых элементов. Технологии нанопринтинга и биопринтинга позволят напечатать все, что угодно. Например, с их помощью можно будет даже восстановить вымерший сорт растений. Для печати будет достаточно загрузить необходимые по химическому составу материалы в принтер и напечатать, например, себе яблоко.

Технологии трехмерной печати в настоящее время развиваются очень стремительно и вскоре они откроют человечеству массу возможностей, позволят улучшить наш мир до неузнаваемости, поскольку геометрических ограничений для 3D-печати не существует.

Список использованной литературы:

  1. Акбутин Э. А. 3D-принтер: история создания машины будущего / Акбутин Э. А., Доромейчук Т. Н. // Юный ученый. – 2015. – №1. – С. 97–98.
  2. 3D-принтеры. Как напечатать себе печень. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masterok.livejournal.com/877591.html.
  3. История появления 3D принтера. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://smitnews.ru/2015/05/14/istoriya-poyavleniya-3d-printera.
  4. Напечатанная на биопринтере щитовидная железа функционирует не хуже настоящей. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vesti.ru/doc.html?id=2701265.
Вы здесь: Home Доклады конференции Список докладов V конференции (2017 г.) Артеха А. А. ЭРА ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ