3D-принтер:3D-печать/Часть восьмая — Области применения

Содержание

3D-печать

Материалы для 3D-печати

Хитрости и советы

3D-модели для 3D-принтера

Программное обеспечение

Неисправности

Перевод: Максим Кузьмин

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

3D-печать. Часть восьмая — Области применения

Корни 3D-печати растут из «быстрого прототипирования» (основанного на принципах промышленного прототипирования) — средства для ускорения ранних этапов разработки продукта. Его суть в использовании более быстрого и прямого метода изготовления прототипов, что позволяло бы оперативно создавать множество итераций продукта для более эффективного поиска оптимального решения. Таким образом, это позволяло экономить время и деньги в самом начале процесса разработки продукта и тем самым более уверенно подступить к этапу его изготовления.

Прототипирование и сейчас остается, вероятно, самой масштабной (хотя эти масштабы иногда недооцениваются) областью применения 3D-печати.

Однако по мере улучшения и развития прототипной 3D-печати (как самого процесса, так и материалов к нему) ее стали использовать не только в прототипировании, но и в других этапах разработки продукта — в частности, в литье и изготовлении инструментов. Причем этот тренд не остался за пределами лишь одного предприятия и быстро распространился по многим промышленным секторам. Теперь та же участь постигает и этапы производства продукта, причем постоянные улучшения технологии 3D-печати делают этот процесс еще более стремительным. Если смотреть с позиции вертикальных рынков, то 3D-печать очень пригодилась во многих областях применения, о которых мы и расскажем в этой статье.

Медицина и стоматология

Сфера медицины считается одним из самых ранних «приемных родителей» 3D-печати. Впрочем, потенциал использования этой технологии в медицине еще далеко не исчерпан — благодаря тому, что 3D-печать дает широкие возможности для персонализации продукта. Кроме того, ведется постоянная работа по разработке материалов и 3D-печатных техник, отвечающих медицинским стандартам, что в перспективе должно повысить качество человеческой жизни.

3D-печать нашла множество применений в медицинской сфере. Помимо, собственно, быстрого прототипирования, эта технология также используется в создании слепков для металлического литья зубных коронок, а также в производстве инструментов для вакуумного формирования пластика, используемых для изготовления зубных выпрямляющих брекетов. Кроме того, 3D-печать используется непосредственно для производства различных медицинских продуктов, как то тазобедренные и коленные имплантаты, а также изделия, изготавливаемые под нужды конкретного пациента, включая слуховые аппараты, ортопедические обувные стельки, протезы и разовые имплантаты для пациентов, страдающих от таких болезней, как остеоартрит, остеопороз и рак, или получивших разного рода травмы. Еще одним развивающимся направлением 3D-печати является изготовление хирургических шаблонов, которые используются для некоторых типов операций, причем они помогают как хирургам (непосредственно при самой работе), так и пациентам (при восстановлении). Также ведутся работы в области 3D-печати кожи, костей, тканей, фармацевтических препаратов и даже человеческих органов. Впрочем, коммерциализация этих разработок, по всей видимости, потребует еще несколько десятилетий.

Авиация и космонавтика

Авиакосмическая отрасль тоже одной из первой начала использовать технологии 3D-печати, причем в ее самых ранних формах. Эти компании — работающие, как правило, в партнерстве с академическими и исследовательскими институтами — всегда были на передовой производственного применения новых технологических разработок.

3D-печать, будучи задействованной в этой сфере, прошла очень суровую проверку на прочность, т.к. создание воздушных судов требует как можно более придирчивого и тщательного подхода. В результате технология нашла ряд ключевых применений в этой отрасли — некоторые изделия второстепенного назначения уже готовы к тому, чтобы использовать их непосредственно на летательных аппаратах. Технологией 3D-печати пользуются, в частности, такие известные компании, как GE / Morris Technologies, Airbus / EADS, Rolls-Royce, BAE Systems и Boeing. Хотя многие из этих фирм реалистично относятся к тому, что они могут «выжать» из этой технологии (большая часть проектов, касающихся 3D-печати, пока находятся в статусе «исследований и разработок»), некоторые из них смотрят в будущее с очень большим оптимизмом.

Автомобилестроение

Еще одним первопроходцем технологий «быстрого прототипирования» — ранней инкарнации 3D-печати — стал автомобилестроительный сектор. Многие автопроизводители (в частности, работающие на переднем автоспортивном краю) пошли по той же траектории, что и аэрокосмические компании. Сначала они начали использовать 3D-печать для прототипирования (и используют до сих пор), но затем стали применять ее для разработки новых и адаптации уже существующих производственных процессов — для того, чтобы воспользоваться преимуществами усовершенствованных материалов и изготавливать детали автомобилей.

Кроме того, многие автомобильные компании видят в 3D-печати потенциал для использования уже после продажи автомобиля — например, в изготовлении запасных/сменных частей по запросу, что устранило бы необходимость в содержании огромных запасов.

Ювелирное дело

Традиционно процесс проектирования и изготовления ювелирных изделий всегда требовал высокого уровня знаний и опыта в конкретных дисциплинах, включающих формовку, литье, гальванопластику, ковку (в том числе, золота и серебра), камнерезку, гравировку и шлифовку. Каждая из этих дисциплин развивалась на протяжении многих лет и каждая требовала технических знаний, причем касающихся именно ювелирного дела. Для примера можно указать точное литье — этой технике уже порядка 4 тысяч лет.

Поэтому влияние 3D-печати на ювелирное дело оказалось особенно сильным. Существует множество направлений, где 3D-печать может и обязательно внесет свой вклад в развитие этой отрасли. Начиная от новых степеней дизайнерской свободы посредством моделирования изделий в цифровой среде, продолжая улучшением традиционных техник и заканчивая прямым изготовлением ювелирных изделий — 3D-печать и в дальнейшем будет оказывать на эту отрасль очень сильное влияние.

Творчество / Дизайн / Скульптура

Самые разнообразные способы 3D-печати находят художники и скульпторы. С ее помощью они продолжают исследовать форму и функцию, но делают это методами, которые ранее были практически недоступны. Будь то поиск нового средства выражения или изобретение нового метода обучения у старых мастеров — это очень интенсивно развивающийся сектор, который все чаще находит новые способы работы с 3D-печатью, которые впоследствии начинают использоваться во всем мире. На данный момент известно немалое количество художников, ставших популярными именно благодаря работе с 3D-моделлингом, 3D-сканированием и 3D-печатью — Джошуа Харкер, Dizingof, Джессика Розенкрац из Nervous System, Пиа Хинц, Ник Эрвинк, Лионель Дин и многие другие.

3D-сканирование, будучи совмещенное с 3D-печатью, тоже привносит новое измерение в мир искусства — в отношении того, что у художники и студенты теперь вооружены проверенной технологией для воспроизведения работ, созданных мастерами прошлого, и изготовления точных копий древних (и более поздних) скульптур. Это делает эти произведения искусства доступными для пристального изучения – буквально «с глазу на глаз». Наиболее яркий пример этого — деятельность Cosmo Wenman.

Архитектура

Создатели архитектурных моделей уже давно используют 3D-печатные техники в создании точных образцов для демонстрации архитекторской мысли. 3D-печать предлагает относительно быстрый, простой и недорогой способ изготовления детальных моделей, спроектированных непосредственно в 3D CAD, BIM и других цифровых средствах, которыми пользуются архитекторы. В настоящий момент многие успешные архитекторские фирмы широко используют 3D-печать (либо через сторонние сервисы, либо сразу в офисе) как важную часть своего рабочего процесса, позволяющую повысить инновационность готового продукта и наладить связь с заказчиком.

Кроме того, в последнее время ряд архитекторов-визионеров начали видеть 3D-печать как метод для прямого создания строительных объектов. Исследования в этой области ведутся множеством организаций, самые известные из которых — Университет Лафборо, студия Universe Architecture и компании, занимающиеся так называемым «контурным строительством».

Мода

Поскольку 3D-печать постоянно совершенствуется, машины обретают способность работать с более гибкими материалами и изготавливать объекты с более высоким разрешением. В связи с этим на передний план вышла область, широко известная за свою скандальность и готовность к самым смелым экспериментам. И мы, разумеется, говорим о моде!

На подиуме начали появляться такие 3D-печатные изделия, как обувь, сумки, шляпы и разного рода головные украшения. А еще более дальновидные дизайнеры продемонстрировали использование этой технологии в изготовлении, собственно, модной одежды — на показах по всему миру начали появляться 3D-печатные платья, плащи и даже нижнее белье.

Особого упоминания здесь заслуживает голландка Ирис ван Херпен — главная первооткрывательница «модно-тридепечатных» земель. Она воспользовалась 3D-печатью для создания нескольких коллекций — выпущенных для показов в Париже и Милане — тем самым отвергнув «нормальные правила» в дизайне модной одежды. Ее пути последовали многие (и продолжают следовать), зачастую демонстрируя очень необычные результаты.

Еда

Даже несмотря на то, что пищевая промышленность явилась на «3D-печатную вечеринку» одной из последних, люди в восторге от перспектив, которые открывает этот союз, что может сильно поспособствовать принятию технологии среди более широкой общественности. В конце концов, нам всем нужно есть! Другими словами, 3D-печать все активнее начинает использоваться в качестве нового способа для приготовления и преподношения пищи. Первые «пищевые» набеги на территорию 3D-печати совершили шоколад и сахар, причем с рыночным появлением специальных принтеров эти разработки продолжили развиваться еще более быстрыми темпами. Также в данный момент проводится ряд экспериментов по 3D-печати «мяса» на клеточно-белковом уровне, а в числе самых последних разработок — трехмерная печать макарон.

Если заглянуть в будущее, то некоторые специалисты рассматривают 3D-печать как метод комплексного приготовления пищи, а также способ более полезной и тщательной балансировки питательных веществ.

Потребительский сектор

Святой Грааль для поставщиков оборудования для 3D-печати — это потребительская 3D-печать. Впрочем, возможно ли это вообще — извечная тема дебатов, так или иначе связанных с 3D-печатью. В данный момент усвоение 3D-печатной технологии на потребительском рынке остается на низком уровне из-за проблем с тем, что машины начального уровня (т.е. потребительские машины), как ни парадоксально, обычному потребителю, как правило, не по карману. Плюс ко всему, она для них слишком сложна. Впрочем, некоторым 3D-печатным компаниям — например, 3D Systems и Makerbot (это дочерняя компания Stratasys) — удалось достичь некоторого прогресса в этом направлении. Они пытаются сделать процесс 3D-печати и его вспомогательные элементы (ПО, цифровой контент и т.д.) более доступными и понятными обычному пользователю.

В настоящий момент существует три основных способа, которыми обычный человек с улицы может взаимодействовать с технологией 3D-печати:

• создание дизайна + печать
• выбор из числа проектов, созданных кем-то еще + печать
• выбор из числа проектов, созданных кем-то еще + выполнение услуг 3D-печати