3D-принтер – новые технологии 21 века.

    Чак Халл,  75 лет, химик. И идея, которая принесла ему популярность, ему привиделась во сне, точно  так же как в свое время Менделееву приснилась его периодическая система элементов. При помощи изобретения  Халла  печатают кости, в том числе зубы и даже целые органы. Имеется в виду, одна из разновидностей 3D-печати — стерео­литография. В процессе стереолитографии луч лазера стимулирует реакцию фотополимеризации, при этом пластик затвердевает, и после нескольких операций у Вас  готовое изделие. В своем изобретении он совместил известные реакции с  печатными технологиями. Красота найденного решения впечатляет.  Форма изделий поначалу была неказистой: в 1983 году первым объектом аппарата Халла, стала миниатюрная и непрезентабельная чашка, ее аппарат печатал несколько месяцев. Современные изделия печатаются несколько часов.

  Созданием своего первого принтера Халл положил начало целой новой отрасли - так часто называемой «трехмерной печати» или под  другим названием — «аддитивные технологии». Определение это гораздо более точное и шире раскрывает суть революции, совершенной Халлом – при аддитивной технологии конечный объект получается при постепенном добавлении нового материала.  в отличие от традиционного производства (когда из заданного куска материала путем обработки получают готовое изделие, удаляя лишний материал в отходы).    

   Напечатать на таких 3Д-принтерах можно очень многое: целые дома, оружие,  модели сверхновых звезд и даже торты.

  Объем производства  изделий в мире  все время очень быстро растет. Сегодня -  3 миллиарда долларов, в 2020 году предположительно более 12 миллиардов долларов. Уже сейчас  автогигант Rolls-Royce- используя  эти технологии, печатает лопасти турбин для авиадвигателей (что само по себе говорит о надежности и эффективности технологии, которой доверяются жизни людей). 

  Идеальнее, чем напечатать на 3D-принтере решения не найти, если необходимо создать модель изделия, прототип, показать его заказчику, исследовать его и   доработать  его по результатам испытаний.  Экономия времени и снижение материальных затрат из-за значительного снижения отходов по сравнению с  традиционнными способами достигают колоссальных значений.

  С использованием 3D-печати стало возможным изготовить одним процессом сложнейшие  изделия, а не разбивать процесс создания одного изделия изготовлением  на  различном оборудовании и в несколько этапов, так как  по традиционной технологии  невозможно за один раз  изготовить изделия такой сложной формы.

   Создание 3Д-изделий замечательно иллюстрирует сегодняшний подход к производству, так как практически все этапы, от чертежа до непосредственного использования изделия, координируется  компьютером. Так, до начала печати объект проектируется на компьютере, на нем же обрабатывается, переводится в специальный, понятный для принтера, формат, и  после этого в цифровом виде  отправляется на печать.

    Интересно заметить, что Чак Халл также придумал один из самых первых файловых форматов для 3Д-печати. Компьютерная обработка делает возможным и обратный процесс: реальный объект можно оцифровать с помощью 3Д-сканера, перевести в чертежный формат и воспроизвести (в скорректированном или неизменном виде) на трехмерном принтере.

    Это позволяет использовать возможность аддитивных технологий для оперативной пригонки изделия или для нового в зависимости от запросов потребителя, что сейчас называются персонализацией и кастомизацией.  Применение этому будет найдено,  а часто уже и происходит в тех же областях печатания внутренних органов и  скелетных костей, что невозможно без учета отличительных черт конкретного пациента .

   У аддитивных технологий есть, конечно, и свои недостатки. Мнения критиков в основном сходятся на недостаточном качестве изделий и скорости их создания. Пока считается, что обычные ковка и литье гораздо быстрее и качественнее. Однако, за двадцать лет скорость 3D-печати существенно увеличилась. И будет увеличиваться дальше: производители находят выход в использовании несколько печатающих головок, позволяющих использовать различные цвета и  материалы за один проход, а также ускоряющих печать. Не так давно потребители был презентован прототип принтера, который позволяет изготовлять сложные формы практически за минуты. Технология «непрерывной печати» позволяет буквально выращивать объект стает из раствора фотополимера, в отличие от  наращивания постепенно слой за слоем.

    Многие оппоненты также утверждают, что  качество тоже может быть улучшено и, если модели, которые получают с использованием дешевых  принтеров, предназначенных для домашнего использования, выходят негладкими, детали не достаточно проработаны, то, с одной стороны, растет разрешающая способность устройств, а с другой совсем не всегда нужно (тем более в промышленном производстве) практически микронное разрешение. Более часто необходима возможность срочно создать, протестировать и при необходимости поменять параметры модели и напечатать снова. Аддитивных технологии с эти справляются прекрасно.

   Создавая свой первый принтер, Чак Халл полагал, что от его громоздкий аппарат пройдет долгий путь до современных быстрых и гораздо более совершенных устройств. И такой всеобъемлющий  диапазон применения аддитивных технологий и представить не мог. Не будет большим преувеличением сказать, что в течение ближайшего времени печать органов человеческого тела станет обычной практикой, количество  материалов и методов печати будет наравне с традиционным производством.

    Основной материал сегодня для 3Д-печати – разного рода полимеры,  в несколько меньшей мере - металлические составы. В ближайшее время прогресс в области изготовления микропорошков станет позволять эффективно оперировать разнообразными металлами, а также значительно расширить спектр и свойства сплавов, которые используются.  И если в нынешнее время в большинстве своем используются  1- и 2-составные композиции сплавов, то скоро аддитивные технологии станут более богатыми на сложные металлические  составы,  уже использующиеся в обычной металлургии. В ближайшее время будет более широко использоваться и композитная керамика, которая представляет собой самый быстро развивающийся участок  материаловедения.

   Покорение человеком просторов Космоса так же даст мощный толчок для последующего развития широкого диапазона технологий. Отсылка на орбиту различных изделий  еще долго будет дорогим делом, гораздо  выгоднее и проще изготовлять все там же, на орбите, и лучше всего из находящихся «под рукой» на планетах или астероидах материалов.

                                 3D череп – уже не фантастика

  В недавнем времени одному американскому пациенту был установлен изготовленный на 3D-принтере имплантат, который заменил 75% черепной кости.  Это первый в истории подобный случай. Этот имплантат был напечатан компанией Oxford Performance Materials после 3D-сканирования определили точные параметры черепа пациента - 3D-печать лучше, чем какая бы то ни было технология подходит для таких индивидуально обусловленных случаев и позволяет изготовить объект из термопластика гораздо точнее обычно применяемого титанового. Компания заявляет, что только в США эта технология может помочь более чем 400-м пациентам ежемесячно. Однако эта новость не значит, что уже в скором времени можно будет за считанные минуты изготовить какой угодно череп: у компании OPM на всю работу уходит около 2-х недель, а используемые принтеры значительно отличаются от базовых моделей, которые доступны на потребительском рынке.

                Ювелирные кулоны Chestahedron

    Пропаганда «свободы от свободы творчества» архитектора из Калифорнии Фрэнка Честера  - это отказ от условно объективного  и  субъективного подходов в искусстве в сторону нахождения неких «первоначальных природных духовных форм».

Изучая долгое время платоновы тела (обладающие пространственной симметрией правильные многогранники) и биоморфные структуры, Фрэнк Честер открыл совсем новую геометрическую фигуру «честагедрон». Как оказалось впоследствии его гептаэдр (семигранник) точно совпадает с  внешней и внутренней структурой сердца человека. Коллекцию ювелирных кулонов c «честагедронами» из серебра, бронзы и других металлических сплавов выпустили в 2014 году с помощью  3Д-принтера как модерновый вариант привычных подвесок-сердечек, что приобщает широкие массы потребителей к прогрессу и новым технологиям.