3D-печать перешла из разряда научной фантастики в реальность в 1980-х годах. В первые два десятилетия эта технология в основном оставалась прерогативой промышленных предприятий из-за высокой стоимости машин. Проект RepRap с открытым исходным кодом (3D-принтер, большинство деталей которого сами могут быть напечатаны на 3D-принтере) дал толчок демократизации 3D-печати, проложив путь к ее широкому распространению в любительской, промышленной и исследовательской сферах. Первопроходцами стали 3D-принтеры на основе экструзии пластика, такие как MakerBot, но сегодня световые 3D-принтеры стали столь же доступными. Улучшение разрешения печати и разнообразие доступных материалов сделали 3D-печать бесценным инструментом для быстрого прототипирования, производства по запросу и исследований, предлагая универсальность и инновации в различных областях.
Доступность и распространение технологии
3D-принтеры, использующие пластик, стали невероятно доступными за последнее десятилетие. Несколько компаний создают надежные и доступные по цене машины, что делает их доступной отправной точкой для хобби. Интернет предоставляет доступ к многочисленным репозиториям, таким как Thingiverse и Printables, которые размещают бесплатные 3D-модели для печати. Разнообразие доступных моделей поражает: от небольших гаджетов, игрушек и миниатюр для настольных ролевых игр до аксессуаров для мастерской, таких как набор «помощь рук» или органайзеры для инструментов. Вы даже можете найти детализированные модели двигателей и анатомических суставов или сканы скелетов динозавров для образовательных целей. Если существующие модели не соответствуют вашим потребностям, программное обеспечение для 3D-моделирования, такое как Blender или FreeCAD, позволяет создавать собственные проекты. На видео-платформах десятки создателей предоставляют видеоуроки, обучающие всем тонкостям 3D-моделирования.
В отличие от традиционной FDM-технологии, световая 3D-печать использует свет определенной длины волны для отверждения выбранных областей жидкой смолы в твердый объект. Эта технология позволяет проводить очень точную печать и часто встречается в академических и медицинских сферах, где требуются высокоточные детали, например, элайнеры в стоматологии, но также используется для быстрого создания дешевых прототипов или в любительской сфере для создания миниатюр.
В промышленных условиях также часто используются другие формы 3D-печати, в основном процесс, называемый сплавлением в порошковом слое или селективным лазерным спеканием, с применением в аэрокосмической отрасли, транспорте и промышленном оборудовании. В этом методе порошок — например, керамический, полимерный или металлический — избирательно нагревается лазером, заставляя его плавиться и формировать твердый объект слой за слоем. В строительной промышленности процессы печати на основе экструзии используют особый тип цемента, что позволяет печатать целые дома.
Различные технологии 3D-печати
Из различных технологий 3D-печати две выделяются как наиболее заметные: методы на основе экструзии, такие как моделирование методом послойного наплавления (FDM), и световая 3D-печать. FDM работает путем нагрева термопластичного материала, обычно в форме нити, экструдирования его через сопло и послойного нанесения для создания структуры, причем каждый слой спаивается с предыдущим и соседними. Это технология, обычно используемая в любительских машинах, и то, что большинство людей представляют, когда думают о 3D-печати.
Что означает «фото-3D-принтер»? В данном контексте префикс «фото» относится к свету. Фоточувствительная смола — это материал, который подвергается полимеризации при воздействии света — процесс, известный как фотополимеризация. Этот свет может быть видимым, ультрафиолетовым или инфракрасным, в зависимости от выбранной техники печати. Хотя фоточувствительные смолы часто обладают оптимальной чувствительностью к определенным длинам волн, они могут реагировать на широкий диапазон длин волн. По этой причине крайне важно ограничить их воздействие белого света, так как это может преждевременно запустить полимеризацию и нарушить процесс 3D-печати.
Различные методы 3D-печати обладают разными сильными и слабыми сторонами. Одним из важных параметров является разрешение. В контексте 3D-печати разрешение относится к минимальному размеру элемента, который принтер может контролируемо создать. 3D-печать на основе FDM известна своей скоростью и в основном используется для создания более крупных объектов с типичным разрешением около 100 микрон. В отличие от этого, методы световой 3D-печати превосходны в высоком разрешении и предлагают высоко определенную текстуру поверхности, но, как правило, медленнее и лучше подходят для производства меньших, более детализированных объектов.
Формирование будущего 3D-печати
Коммерческие решения для 3D-печати предлагают широкий диапазон разрешений и материалов, но они сталкиваются со значительными ограничениями на микро-, нано- и молекулярном масштабах. Например, большинство современных коммерческих световых 3D-принтеров могут достичь максимального разрешения всего 10 микрон. Перевод 3D-печати в наномасштаб с использованием технологически продвинутых световых микропринтеров открывает новые возможности для исследователей в самых разных областях, от изучения клеточных взаимодействий до печатной электроники и микроробототехники. Однако для достижения следующего поколения технологий 3D-печати требуются достижения в трех ключевых областях: цифровые проекты или модели для печати, материалы, используемые в процессе печати, и сами принтеры. Прогресс в этих областях открывает двери для многих инновационных применений 3D-печатных микроструктур в электронике, оптике, вычислительной технике и науках о жизни.
Например, изменяющие форму 3D-печатные объекты. Когда фоточувствительная смола отверждается, ее молекулы образуют ковалентные связи. Эти связи исключительно прочны, но им не хватает адаптивности и возможности переработки, что приводит к жестким 3D-структурам, которые нельзя функционализировать или легко переработать, что вызывает серьезные экологические проблемы. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи разработали новые смолы, которые образуют динамические ковалентные связи во время отверждения. Эти связи могут разрываться и восстанавливаться в ответ на внешние стимулы, такие как тепло, свет или изменения pH. Следовательно, напечатанные объекты демонстрируют исключительные свойства, включая способность изменять форму и размер, самовосстанавливаться и быть переработанными.
Для повышения экологичности печати исследователи изучают масло микроводорослей в качестве альтернативного и возобновляемого источника фотосмол. Стандартная фотосмола содержит два ключевых компонента: фотореактивные мономеры и фотоинициатор. При воздействии света фотоинициатор возбуждается и передает энергию фотореактивным мономерам, тем самым запуская полимеризацию — цепную реакцию соединения мономеров друг с другом с образованием твердой структуры.
Исследователи воспользовались естественным высоким содержанием липидов в микроводорослях — в основном триглицеридов — путем их функционализации для использования в качестве фотореактивных мономеров. Между тем, собственный хлорофилл водорослей действует как фотоинициатор. Эти биочернила позволяют создавать 3D-структуры с субмикронным разрешением, низкой токсичностью и биосовместимостью, что делает их подходящими материалами для применения в биологических исследованиях или, возможно, даже в медицине. Они также происходят из возобновляемого, устойчивого ресурса.
Почему продажа 3D-принтеров сейчас — очень перспективное направление бизнеса?
Если посмотреть статистику запросов в поисковых системах по тематике оборудования для 3D-печати, то можно увидеть три волны роста этих запросов.
Первая волна была связана с появлением самих технологий и ажиотажем вокруг них. Однако в основном интерес стал чисто теоретическим: 3D-оборудование было дорогим и требовало особых навыков для работы.
Вторая волна интереса поднялась с появлением недорогих и относительно простых в обращении 3D-принтеров. Цена таких аппаратов была соизмерима со стоимостью бытовой техники или обычных печатающих устройств. Их приобретали для домашнего использования, изготовления игрушек, мелких деталей. Однако качество печати у таких аппаратов было весьма нестабильным и часто малопригодным для системного применения.
Третья волна ажиотажа вокруг 3D-печати, которая началась примерно в конце 2021 года, показывает устойчивый рост и сейчас.
Это обусловлено двумя моментами: во-первых, развитие технологий привело к появлению разнообразных аппаратов среднего сегмента. У них вполне приемлемая стоимость и при этом профессиональный уровень качества печати. Такие принтеры пригодны не только для домашнего досуга, но и для мелкосерийного производства. Также значительно расширился спектр расходных материалов для печати, а с ним — потенциал использования результатов 3D-печати.
Во-вторых, увеличилось количество сфер применения 3D-принтеров. Сейчас трехмерная печать часто используется для быстрого изготовления деталей для монтажа или ремонта, в том числе в нестандартных условиях.
Многие российские образовательные учреждения внедряют 3D-принтеры в учебный процесс, что формирует спрос на оборудование и расходные материалы. Выпускники таких учебных заведений получают актуальные навыки работы с трехмерным моделированием, в результате чего на рынок выходит все больше специалистов, способных эффективно применять эти технологии в различных отраслях. Это способствует дальнейшему росту популярности 3D-печати и расширяет сферы ее применения, делая выбор в пользу таких технологий все более очевидным и оправданным для бизнеса и образования.
Правительства разных стран, включая Россию, выделяют средства на развитие 3D-печати в здравоохранении, обороне, транспорте и авиакосмической отрасли.
По прогнозам Ассоциации развития аддитивных технологий (АРАТ) — к 2027 году отечественный рынок 3D-печати может вырасти более чем в три раза, и достичь 46 млрд рублей. Правительство РФ также приняло стратегию развития отрасли на период до 2030 года, что подтверждает государственный интерес к этой сфере.
Если ваша компания является поставщиком какого-либо оборудования для бизнеса и государственных компаний, вам точно стоит обратить внимание на это направление.
Компания Форофис готова помочь нашим дилерам разобраться со всеми тонкостями этого направления:
- поставки первоклассного оборудования конечным покупателям — бизнесу, госучреждениям, физическим лицам;
- решение логистических задач;
- поддержка при работе с документацией и официальными процессами.
Не упускайте новые возможности! Сейчас — лучшее время, чтобы войти на этот рынок!
