Как работает 3D-принтер и для чего он используется

3D-печать, также известная как аддитивное производство, определяется как процесс, в котором цифровой файл используется для создания трехмерного твердого объекта. В процессе 3D-печати «принтер» накладывает последовательные слои материала до тех пор, пока создание объекта не будет завершено. В этой статье рассказывается о работе, программном обеспечении и применении 3D-печати.

3D-печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой процесс, в котором цифровой файл используется для создания трехмерного твердого объекта. В процессе 3D-печати «3D-принтер» накладывает последовательные слои материала до тех пор, пока создание объекта не будет завершено.

Объекты, напечатанные на 3D-принтере, создаются посредством аддитивного процесса, при котором принтер накладывает материал слой за слоем, пока желаемая вещь не будет «напечатана». Каждый слой можно рассматривать как тонко нарезанное поперечное сечение печатного изделия. С помощью 3D-печати пользователи могут создавать сложные формы, не потребляя столько материала, сколько требуют традиционные методы производства.

Стиль работы 3D-печати противоположен «субтрактивному производству», когда материал вырезается или выдолбливается с помощью такого оборудования, как фрезерный станок. И наоборот, аддитивное производство не требует формы или блока материала для создания физических объектов. Вместо этого он складывает слои материала и сплавляет их вместе.

3D-печать предлагает быстрое создание продукта, низкие затраты на первоначальную фиксированную инфраструктуру и возможность создавать сложную геометрию с использованием нескольких типов материалов, на что традиционные производственные решения могут оказаться не столь эффективными.

Обычно связанная с культурой любителей и любителей «Сделай сам» (DIY), 3D-печать стала включать в себя коммерческие и промышленные приложения. Например, сегодня инженеры часто используют 3D-принтеры для прототипирования и создания легких геометрических объектов.

Истоки 3D-печати лежат в «быстром прототипировании». Когда базовая технология была впервые изобретена в 1980-х годах, для ее описания использовался этот термин, поскольку в то время 3D-печать была пригодна только для создания прототипов, а не производственных компонентов. Фактически, первоначальной целью его создания было просто ускорить разработку новых продуктов посредством быстрого прототипирования.

Интересно, что технология не вызвала большого интереса, когда она была впервые представлена. В 1981 году японец Хидео Кодама подал первый патент на машину, которая использовала ультрафиолетовый свет для отверждения фотополимеров. Три года спустя французские изобретатели Оливье де Витте, Жан-Клод Андре и Ален Ле Меот совместно подали патент на аналогичную технологию. От обоих патентов отказались, а General Electric заявила, что «последнему не хватает заметного делового потенциала».

В 1984 году американский изобретатель Чарльз Халл подал патент на «Устройство для производства трехмерных объектов методом стереолитографии». Он изобрел файл STL и основал компанию 3D Systems три года спустя, в 1987 году.

В течение того же десятилетия значительные успехи были достигнуты в области 3D-печати в США: были поданы патенты на селективное лазерное спекание (SLS) и моделирование наплавлением (FDM). Desktop Manufacturing (DTM) Corp. и Stratasys были компаниями-новаторами в области 3D-печати, основанными примерно в одно и то же время.

После этого отрасль преобразилась, поскольку ее охватила быстрая коммерциализация. Первые «3D-принтеры» были большими и дорогостоящими, а их производители конкурировали за земельные контракты на промышленное прототипирование с крупными производителями автомобилей, потребительских товаров, товаров для здоровья и аэрокосмической промышленности.

К 1987 году компания 3D Systems представила первый SLA-принтер коммерческого уровня; в 1992 году Stratasys и DTM выпустили первые коммерческие принтеры FDM и SLS соответственно. Первый металлический 3D-принтер был представлен в 1994 году немецким предприятием Electro Optical Systems (EOS).

На заре нового тысячелетия компании, работающие в сфере 3D-печати, жестко конкурировали за прибыль. Прогресс в области материаловедения и прекращение действия многочисленных патентов повысили доступность 3D-печати.