Презентация на тему: "Изучение и внедрение в учебный процесс новых технологий. 3 D - печать, как новое научно - техническое направление".

Изучение и внедрение в учебный процесс новых технологий. 3D-печать как новое научно-техническое направление.

Подготовила: Синицына Ольга Станиславовна учитель технологии высшей квалификационной категории МОУ Октябрьского сельского лицея

3D-печать как новое научно-техническое направление

Введение.

Технология трёхмерной печати появилась в 1980-х, первенство в производстве первой коммерческой модели трёхмерного принтера оспаривают несколько компаний. В России 3D-принтеры появились сравнительно недавно, примерно в 2010 году. Точную дату установить сейчас трудно.

Классификация 3 D принтеров

• Согласно статистике в мире существует уже более 1000 самых разных 3D-принтеров, и их количество очень быстро увеличивается.
• Общепризнанной классификации 3D-принтеров пока нет, но их можно разделить:
• 1. По используемой технологии; 2. Промышленные, лабораторные (учрежденческие) и домашние; 3. По числу печатающих головок; 4. По цветности – одно и многоцветные; 5. По числу материалов, из которых печатается изделие (один материал или несколько разных). Кроме того, их можно классифицировать по назначению, например, строительные, пищевые и т.п.

Что это такое?

Что это такое

3D печать – это выполнение ряда повторяющихся операций, связанных с созданием объёмных моделей путём нанесения на рабочий стол установки тонкого слоя расходных материалов, смещением рабочего стола вниз на высоту сформированного слоя и удалением с поверхности рабочего стола отработанных отходов. Циклы печати непрерывно следуют друг за другом: на предыдущий слой материалов наносится следующий слой, стол снова опускается и так повторяется до тех пор, пока на элеваторе (так называют рабочий стол, которым оснащён 3D принтер) не окажется готовая модель.

Технология 3D-печати, также известна под названием аддитивная технология , поскольку при производстве объекта материал «наращивается» слой за слоем.

Принцип действия

3D-принтер используется для печати трёхмерных изображений. Принцип действия довольно прост: сначала подготавливается файл для печати с помощью какой-нибудь системы автоматизации проектирования (САПР), например широко распространённой AutoCAD компании Autodesk. После создания файл отправляется на подготовку к печати и саму 3D-печать, где он уже преобразуется в окончательное изделие. В принципе, печать происходит так же, как и на обычном принтере, но только вместо бумаги с текстом, на выходе вы получаете объёмную, твёрдую модель.

Образцы напечатанных моделей

Область применения

Как правило, 3D-принтеры применяются для быстрого изготовления прототипов и используются в самых разных областях.

Работа с реальными физическими моделями даёт множество преимуществ тем, кто применяет технологию 3D-печати. В первую очередь, это возможность оценить эргономику будущего изделия, его функциональность и собираемость, а также исключить возможность скрытых ошибок перед запуском изделия в серию. Таким образом, можно сэкономить значительное количество финансовых средств и времени благодаря сокращению цикла производства. Разумеется, на таких моделях можно проводить и разного рода испытания.

Технологии 3 D - печати

Существует несколько технологий 3D печати, которые отличаются друг от друга по типу прототипирующего материала и способам его нанесения. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие технологии 3D печати:

1. стереолитография ; 2. лазерное спекание порошковых материалов ; 3. технология струйного моделирования ; 4. послойная печать расплавленной полимерной нитью ; 5. технология склеивания порошков ; 6. ламинирование листовых материалов; 7. УФ-облучение через фотомаску; 8. цветная 3D-печать.

Стереолитография

Стереолитография  – она же Stereo Lithography Apparatus или сокращённо SLA благодаря низкой себестоимости готовых изделий получила наибольшее распространений среди технологий 3D печати.

Технология SLA состоит в следующем: сканирующая система направляет на фотополимер лазерный луч, под действием которого материал твердеет. В качестве фотополимера используется хрупкий и твёрдый полупрозрачный материал, который коробится под действием атмосферной влаги. Материал легко склеивается, обрабатывается и окрашивается. Рабочий стол находится в ёмкости с фотополимерной композицией. После прохождения лазерного луча и отверждения очередного слоя его рабочая поверхность смещается вниз на 0,025 мм – 0,3 мм. Оборудование для SLA печати изготавливают компании F&S Stereolithographietechnik GmbH, 3DSystem, а также Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН.

Лазерное спекание порошковых материалов

Лазерное спекание порошковых материалов – оно же Selective Laser Sintering или просто SLS (выборочное лазерное спекание) – является единственной технологией 3D печати, которая может быть использована для изготовления металлических формообразующих для металлического и пластмассового литья. Пластмассовые прототипы обладают хорошими механическими свойствами, благодаря которым они моту быть использованы для изготовления полнофункциональных изделий.

В SLS печати используются материалы, близкие по своим свойствам к конструкционным маркам: металл, керамика, порошковый пластик. Порошковые материалы наносятся на поверхность рабочего стола и запекаются лазерным лучом в твёрдый слой, соответствующий сечению 3D модели и определяющий её геометрию.

Технология струйного моделирования

Технология струйного моделирования  или Ink Jet Modelling имеет следующие запатентованные подвиды: 3D Systems (Multi-Jet Modeling или MJM), PolyJet (Objet Geometries или PolyJet) и Solidscape (Drop-On-Demand-Jet или DODJet).

Перечисленные технологии функционируют по одному принципу, но каждая из них имеет свои особенности. Для печати используются поддерживающие и моделирующие материалы. К числу поддерживающих материалов чаще всего относят воск, а к числу моделирующих – широкий спектр материалов, близких по своим свойствам к конструкционным термопластам. Печатающая головка 3D принтера наносит поддерживающий и моделирующий материалы на рабочую поверхность, после чего производится их фотополимеризация и механическое выравнивание.

Технология струйного моделирования позволяет получить окрашенные и прозрачные модели с различными механическими свойствами, это могут быть как мягкие, резиноподобные изделия, так и твёрдые, похожие на пластики.

Послойная печать расплавленной полимерной нитью

Послойная печать расплавленной полимерной нитью  – она же Fused Deposition Modeling или просто FDM применяется для получения единичных изделий, приближенных по своим функциональным возможностям к серийным изделиям, а также для изготовления выплавляемых форм для литья металлов.

Технология FDM печати заключается в следующем: выдавливающая головка с контролируемой температурой разогревает до полужидкого состояния нити из ABC или PLA пластика, воска или поликарбоната, и с высокой точностью подаёт полученный термопластичный моделирующий материал тонкими слоями на рабочую поверхность 3D принтера. Слои наносятся друг на друга, соединяются между собой и отвердевают, постепенно формируя готовое изделие.

Технология склеивания порошков

Технология склеивания порошков – она же Binding powder by adhesives позволяет не просто создавать объёмные модели, но и раскрашивать их.

Принтеры с технологией binding powder by adhesives используют два вида материалов: крахмально-целлюлозный порошок, из которого формируется модель, и жидкий клей на водной основе, проклеивающий слои порошка. Клей поступает из печатающей головки 3D принтера, связывая между собой частицы порошка и формируя контур модели. После завершения печати излишки порошка удаляются. Чтобы придать модели дополнительную прочность, её пустоты заливаются жидким воском. Клей скрепляет частицы порошка, формируя в камере объёмную фигуру, созданную из отпечатанных поперечных сечений исходной трёхмерной модели.

Технология склеивания порошков

Когда последний слой-сечение отпечатан, принтер сначала нагревает камеру с порошком, чтобы высушить клей, затем незапечатанный клеем порошок откачивается обратно в ёмкость, из которой он подавался и вертикальная камера опорожняется. Результат печати в виде завершённой модели остаётся на дне камеры.

Ламинирование листовых материалов

Ламинирование листовых материалов  – оно же Laminated Object Manufacturing или LOM предполагает изготовление 3D моделей из бумажных листов при помощи ламинирования. Контур очередного слоя будущей модели вырезается лазером, а ненужные обрезки режутся на небольшие квадратики, которые впоследствии удаляются из принтера. Структура готового изделия похожа на древесную, но боится влаги. Технология такая есть, но выпуск принтеров этого типа прекращён.

Облучение ультрафиолетом через фотомаску

Облучение ультрафиолетом через фотомаску  – оно же Solid Ground Curing или SGC предполагает создание готовых моделей из слоёв распыляемого на рабочую поверхность фоточувствительного пластика. После нанесения тонкого слоя пластика он через специальную фотомаску с изображением очередного сечения обрабатывается ультрафиолетовыми лучами. Неиспользованный материал удаляется при помощи вакуума, а оставшийся затвердевший материал повторно облучается жёстким ультрафиолетом. Полости готового изделия заполняются расплавленным воском, который служит для поддержки следующих слоёв. Перед нанесением последующего слоя фоточувствительного пластика предыдущий слой механически выравнивается.

Цветная 3D-печать

Полноцветный 3D-принтер способен печатать сразу пятью цветами. С его помощью можно изготовить практически любой пластиковый предмет необходимый в быту. Эти устройства пока сравнительно дорогие от $3000 и более.

При этом, например, цветной принтер ProDesk3D печатает с разрешением 25 микрон и с максимальной скоростью 175 мм в секунду (что сравнимо со скоростью промышленных 3D-принтеров).

Принтер стандартной комплектации может печатать одновременно 5 цветами PLA-пластика. При этом прибор самостоятельно смешивает цвета и выдаёт продукт заданной расцветки. Максимальный размер площадки для печати составляет 300х275х275 мм.

Материалы.

Для 3D-печати традиционно используются несколько типов материалов. Условно их можно разделить на три группы: композитные материалы, материалы для создания гибких моделей и материалы для литейных форм.

Одной из последних разработок в области материалов стало деревянное волокно. Изобретатель Кай Парти (Kai Parthy) создал специальный композит из полимера и дерева. Материал имеет схожие с полиактидом (PLA) свойства, которые позволяют создавать из него твёрдые и долговечные модели. Изделия из композита внешне выглядят как настоящие и пахнут свежеспиленным деревом. Инновационный материал пока используется FDM технологиями, и совместим только с принтерами RepRap.

Программное обеспечение

Для того чтобы напечатать модель на трёхмерном принтере, необходим “трёхмерный” файл. Такой файл может быть создан практически в любой программе 3D-моделирования. После создания модели её необходимо экспортировать («сохранить как») в файл формата *.STL, *.WRL, *.PLY, *.3DS. Далее прототипирование объектов будет осуществляться при помощи объёмной печати.

3D-печать в промышленном дизайне

- функциональная проверка модели; - проверка сочленений и креплений изделия; - оценка эргономичности; - проведение испытаний до запуска в серию; - обнаружение ошибок на ранних стадиях проектирования; - презентации образцов моделей для клиентов и партнёров; - исследование характеристик дизайна изделий и прототипов; - представление дизайнерских идей на презентациях.

Выводы

• По сути 3D-печать освобождает разработчика от кабальной зависимости от производства.
• При массовом внедрении технологий 3D-печати очередной раз снизится потребность в квалифицированных рабочих и вырастет спрос на близкие к ИТ профессии – разработчики 3D-объектов, дизайнеры, программисты, специалисты по материаловедению и др.
• Есть большие секторы рынка для 3D-принтеров: домашний сектор, медицина, бытовые приборы и развлечения, военная техника и др.

Спасибо за внимание!