Файл: 3D печать технология будущего.pdf

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя школа №9 городского округа г. Выкса Нижегородской области
3D печать - технология будущего
Работу выполнил: ученик 7 «б» класса
МБОУ СШ №9 г.Выкса
Волков Владислав
Научный руководитель:
Учитель физики
Брюшков Денис
Владимирович
2023 г. Выкса

2
Содержание

Введение………………………………………………………………………………….3

Теоретическая часть
- История возникновения………………………………………………………………..4
- Принцип работы 3D печати……………………………………………………………6
- Устройство 3D-принтера………………………………………………………………7
- Области применения…………………………………………………………………...8
- Преимущества 3D-принтера…………………………………………………………13

Практическая часть
- Разработка и изготовление модели для печати……………………………………14

Заключение……………………………………………………………………………17

Литература…………………………………………………………………………….18

3
Введение
В данной работе речь пойдет о новой технологии создания объектов и предметов
— 3D принтере. Описывается история возникновения, указываются основные принципы и технологии работы устройства.
3D-печать становится все более и более доступной и открывает множество возможностей. Вы узнаете разные возможности использования 3D-печати.
В повседневную жизнь 3D пришло к нам в начале нового тысячелетия. Мы, естественно, связываем это определение с киноискусством или мультипликацией. Но данная технология охватывает гораздо больше спектров нашей жизни. Итак, что же такое
3D принтер, и, что представляет собой печать на таком устройстве?
Цель исследовательской работы: узнать, что такое 3D-принтер, и как он используется показать некоторые возможности 3D печати.
Задачи:
1. Найти информацию об истории создания 3D-принтера.
2. Изучить принцип работы этого устройства.
3. Узнать, что можно изготовить при помощи него.
4. Обобщить и проанализировать полученную информацию.
5. Изготовить сложную модель на 3D принтере.
Гипотеза: Предположим, что возможности 3D-принтера очень велики на данный момент, поэтому в будущем, вероятно, он будет очень востребован.
Методы исследования: Изучение информации, полученной из Интернета, наблюдение, сравнение, опыт.
Объект исследования: 3D-принтер.
Предмет исследования: Возможности 3D –принтера.
Актуальность исследования в том, что новые информационные технологии всегда очень быстро развиваются и без них немыслимо современное общество.
Практическая значимость данного исследования заключается в том, что оно может быть полезно в качестве просветительского материала, а также для уроков технологии, физики и информатики.

4
История возникновения
К середине 1990-х годов в мировой экономике сложилась интересная ситуация.
Соперничающие компании не только конкурировали за потребителей, но и буквально выполняли любое их желание. Прежде всего, в результате перестали покупать миллионы однотипных товаров, таких как часы и автомобили.
Примерно в то же время широкое распространение получили станки с ЧПУ
(числовым программным управлением) - устройства, позволяющие делать модели быстрее и дешевле. Многое из этого осталось в производстве, но интенсивное развитие в другой области "эволюции" привело к появлению 3D-принтеров для офисного использования, положив начало истории 3D-принтеров.
Первым устройством для создания 3D-прототипов стала американская SLA- машина со стереолитографией, разработанная и запатентованная Чарльзом Халлом в 1986 году. Конечно, это был не первый 3D-принтер в современном понимании, но именно эта машина определила принцип работы 3D-принтеров, укладывая объекты слой за слоем.
Вскоре Халл основал компанию 3D Systems, которая выпустила первый 3D- принтер под названием "Stereolithography Device". Первой широко используемой моделью этой машины была SLA-250, разработанная в 1988 году. Конечно, этот 3d-принтер тоже не был цветным и мог использовать только одноцветное сырье, но даже в то время это было близко к чуду.
В 1990 году метод фьюзинга был принят как новый способ производства трехмерных "отпечатков". Он был разработан Скоттом Крампом, основателем компании
Stratasys, и его женой, которая продолжила разработку 3D-принтеров.
История современных 3D-принтеров началась с компании SolidScape, которая была создана в 1993 году и производила струйные принтеры, предшественники 3D- принтеров. В 1995 году два студента Массачусетского технологического института модифицировали струйный принтер. Вместо бумаги они создавали изображения в специальном контейнере, который также был трехмерным. Отсюда появилось понятие "3D-принтер" и первые 3D-принтеры. Метод был запатентован и теперь используется корпорацией Z, созданной теми же студентами, и компанией Ex One. 3D-принтеры, использующие эту технологию, по-прежнему производятся компанией Z Corporation.
История 3D-принтеров продолжилась с появлением технологии под названием
PolyJet, в которой используется жидкий пластик, называемый фотополимером. При этом методе печати печатающая головка "рисует" слой фотополимера, который мгновенно освещается лампой. Этот метод оказался выгодным по ряду параметров, в том числе

5 значительно более дешевым и точным, позволяющим создавать как готовые к использованию детали, так и модели.
Со временем развитие индустрии 3D-принтеров ускорилось: новые компании по производству 3D-принтеров вносят свой вклад в ее развитие, внедряются новые материалы и принципы, а размер и цена устройств становятся все меньше и меньше.
Первые 3D-принтеры были огромными, но сейчас они могут поместиться на столе (за исключением промышленных 3D-принтеров).
3D-принтеры не занимают много места, конечно, в зависимости от применения.
Когда 3D-принтеры только разрабатывались, они были доступны только крупным компаниям, но сейчас любой желающий может приобрести их по средней цене 1 000 долларов США. История 3D-принтеров еще не закончилась и будет продолжаться.

6
Принцип работы 3D печати
Принцип моделирования 3D-принтера называется аддитивным (от Add - добавлять). Сначала создается компьютерная модель будущего объекта. Этого можно достичь либо с помощью графического редактора 3D CAD (3D StudioMax, SolidWorks,
AutoCAD), либо путем сканирования всего объекта в 3D. Затем используется специализированный программный продукт для разбивки отсканированного объекта на слои и создания набора команд, определяющих порядок нанесения слоев материала.
Затем 3D-принтер формирует слои, нанося небольшие участки материала по частям: принтер позиционирует печатающую головку в двойной системе координат X и Y и наносит материал по частям в соответствии с моделируемым электронным шаблоном.
Когда платформа перемещается на один шаг вдоль оси Z, начинается новая плоскость объекта.
Металлические сплавы, пластмассы, бумага, фотополимеры и минеральные смеси могут быть использованы в качестве материалов для печати при аддитивном производстве.
Некоторые типы 3D-принтеров могут одновременно работать с материалами с различными свойствами и цветами.
Принцип работы самой машины заключается в следующем: нить (филамент) (1) поступает в печатающую головку (экструдер) (2), в которой разогревается до жидкого состояния и выдавливается через сопло экструдера, шаговые двигатели с помощью зубчатых ремней приводят в движение экструдер, (2), который перемещается по направляющим (3) и наносит пластик на платформу (4) слой за слоем снизу в вверх. В итоге изделие (5) растёт слой за слоем.
Рисунок 2 – Принцип работы 3D-принтера[2]

7
Устройство 3D-принтера
3D-принтер состоит из корпуса (1), закрепленных на нем направляющих (2), по которым перемещается печатающая головка (3) с помощью шаговых двигателей (4), рабочего стола (5), на котором выращивается изделие; и всё это управляется электроникой
(6).
Рисунок 1 – Устройство 3D-принтера [2]

8
Области применения.
Прототипирование. Применять 3D-печать лучше всего по ее первоначальному назначению. Прототипирование - второе название этого метода, а также первоначальная цель его разработки: прототипирование с помощью 3D-принтера позволяет значительно сократить время и стоимость производства. Кроме того, благодаря возможностям 3D- моделирования ассортимент компонентов, которые могут быть разработаны, практически неограничен. Прототипирование позволяет четко оценить недостатки продукта на этапе проектирования и дает возможность внести существенные изменения в конструкцию компонента до окончательного утверждения.
Мелкосерийное производство. Для мелкосерийного производства 3D-принтеры - просто находка. Свойства многих материалов позволяют экономически эффективно производить готовые изделия. По сравнению с традиционными методами производства, мелкосерийное производство с помощью 3D-принтеров также является очень экономически эффективным. Например, изготовление пресс-формы занимает много времени и стоит очень дорого. В то же время само литье под давлением требует времени.
С другой стороны, 3D-принтер может напечатать партию за несколько часов. Именно здесь 3D-принтеры очень эффективны, особенно в небольших количествах.
Ремонт и реконструкция. Еще одно применение 3D-принтеров - ремонт и восстановление поврежденных деталей. Для этой цели идеально подходят 3D-принтеры.
При наличии необходимых навыков и оборудования вы можете сделать это самостоятельно или с помощью специализированной службы 3D-печати, например,
3DDevice. Сначала создается 3D-модель поврежденного изделия. 3D-сканирование также может быть использовано для упрощения конструкции. Затем окончательная модель отправляется на 3D-принтер и воспроизводится в необходимом количестве экземпляров.
Ремонт и восстановление поврежденных деталей с помощью 3D-принтера происходит быстро, и их можно распечатать в любое время, если у вас есть цифровая модель детали.
В промышленном производстве проектирование новых продуктов всегда требует создания моделей, прототипов будущих изделий, и 3D-принтеры могут ускорить весь процесс, поскольку прототипы могут быть созданы одним нажатием кнопки. В результате, независимо от технических характеристик продукта, он может быть изготовлен за считанные минуты или часы. Это экономит ресурсы и время. Это особенно актуально во многих областях промышленного производства, например, в машиностроении: использование 3D-принтеров сократило время, необходимое для проектирования, что позволяет быстрее принимать решения для серийного производства; чертежи, созданные с помощью 3D-принтеров, помогают в раннем обнаружении дефектов на стадии

9 проектирования; с помощью 3D-принтеров можно создавать 3D-модели продукта, которые затем можно использовать в производственном процессе. Важно, что это позволяет производить столько моделей и отдельных компонентов, сколько требуется для проекта, что редко возможно из-за производственных ограничений.
Ювелирная промышленность уже использует 3D-принтеры для создания восковых моделей, которые затем используются для производства готовых или ограниченных серий ювелирных изделий. Теперь можно быстро создавать модели ювелирных изделий, разработанные в программном обеспечении - вместо воска в 3D- принтерах используются материалы, по свойствам сравнимые с воском. Помимо ювелирных изделий, 3D-принтеры можно использовать для создания сувениров, игрушек и предметов с различными цветами и текстурами.
Одной из самых интересных областей применения современной технологии 3D- печати является, конечно же, медицина. В этой области 3D-печать может спасать жизни. В стоматологии, например, 3D-принтеры уже могут использоваться для изготовления зубных протезов и коронок за меньшее время, чем традиционные технологии производства. Они также могут точно воспроизводить части человеческого тела и скелеты, что полезно для обучения медицинских работников и отработки сложных хирургических операций. Технология 3D-печати также начинает использоваться для создания отдельных живых органов для замены поврежденных органов в человеческом теле. Например, в 2011 году была успешно создана живая человеческая почка. А на "выращивание" устройства ушло три часа. Материалом обычно служит биомасса, которая богата стволовыми клетками.
Технология 3D-печати сделала возможным создание архитектурных моделей зданий и сооружений, строительных блоков и домов отдыха, а также сопутствующей инфраструктуры.3D-принтеры могут воспроизводить детали в полном цвете, чтобы специалисты могли проанализировать преимущества и недостатки до начала строительства. Процесс 3D-печати может быть использован для создания 3D-моделей зданий. Однако сфера применения 3D-печати может выходить за рамки производства архитектурных моделей. Была создана уникальная система 3D-печати для больших конструкций, основанная на принципе работы обычных строительных кранов.
Предполагается, что в будущем такую систему можно будет использовать для строительства или "печати" целого дома или деревни за несколько часов.
Дизайн и производство одежды. 3D-принтеры также набирают обороты в индустрии моды и элитного дизайна: с помощью 3D-принтеров дизайнеры могут быстро разрабатывать эксклюзивные модели и продукты. Некоторые модельеры уже освоили эту