3D modelēšana šodien ir ļoti populārs, attīstošs un daudzuzdevumu virziens datoru industrijā. Kaut kā virtuālu modeļu radīšana ir kļuvusi par neatņemamu mūsdienu ražošanas sastāvdaļu.
Mūsdienu tehnoloģijas nestāv uz vietas, un katru dienu dažādās zinātnes jomās tiek izgudroti jauni priekšmeti. Viena no šādām zinātībām ir 3D printeris. Šīs ierīces izgudrojums ļauj izveidot unikālus 3D modeļus, kuru izmantošana ir iespējama jebkurā nozarē, sākot no būvniecības līdz medicīnai.
3D printera vēsture un kas tas ir?
Faktiski rūpnieciskie 3D printeri parādījās jau sen, taču to pastāvēšana vispār nebija tik ļoti reklamēta. Pirmais 3D modelis parādījās 1985. gadā. Printeris bija nedaudz funkcionāls un iespiests melnbaltā krāsā. Jau 1988. gadā tika sākta krāsu modeļu ražošana. Šobrīd ir milzīgs skaits modeļu, kas strādā ar plašu materiālu klāstu. Vēl 2000. gadā 3D printeri varēja strādāt tikai ar ABC plastmasu. Un šodien materiālu klāsts ir paplašinājies līdz vairākiem simtiem materiālu. Tie ietver: akrilu, betonu, hidrogelu, papīru, ģipsi, ledu utt.
Jau 2005. gadā parādījās printera modelis, kas ļāva izveidot krāsu modeļus. Ar šo ierīci varēja izdrukāt lielāko daļu modeļa sastāvdaļu. 2014. gadā parādījās pirmais printeris ar milzīgu drukas laukumu. Šī attīstība ļauj izveidot neierobežota izmēra modeļus. Jau ir mēģināts izdrukāt betona māju pilnā izmērā.
Lai izveidotu šādu konstrukciju, vajadzēja ne vairāk kā dienu. Jau 2016. gadā Dubaijā tika prezentēta pirmā 3D drukātā ēka. 2017. gada februārī Krievija arī atklāja māju, kas pilnībā tika iespiesta būvlaukumā. Šogad tika izstrādāts arī sešu asu printeris, ar kuru sarežģītus elementus būs daudz vieglāk izdrukāt, neizmantojot atbalsta konstrukcijas. Pašlaik pilnā sparā attīstās printeri, kas spēj izdrukāt cilvēka orgānus, protēzes, implantus, automašīnu virsbūves un pat pārtiku.
Kas tad ir 3D printeris un kādas funkcijas tas veic?
3D printeris ir īpaša ierīce trīsdimensiju modeļu izveidošanai. Ar šo mašīnu jūs varat izveidot dažāda izmēra trīsdimensiju modeļus. Pateicoties informācijas izvadei trīsdimensiju formā, visiem iegūtajiem objektiem ir reāli fiziskie parametri.
Kā darbojas 3D printeris un kā tiek veidoti reāli 3D modeļi?
Ja mēs aprakstām 3D printera darbu vispārīgi, ir vairāki tā darba posmi:
- 3D modeļa izveide grafikas programmā. Šajā posmā modelis tiek izveidots datorā, izmantojot īpašas virtuālās veidnes.
- Modeļa sadalīšana slāņos.
- Nākamais posms ir saistīts ar paša printera darbību. Tas veido īpaša pulvera masu slānī pa slānim, ko izmanto modeļa tālākai veidošanai. Tiek izveidota īpaša kamera, kas ir piepildīta ar plastmasas materiālu.
- Pēc katra slāņa materiāls tiek ieeļļots ar adhezīvu slāni, kas nākotnes modelim piešķir izturību.
3D modelēšanas veidi
Šajā jomā modernās tehnoloģijas attīstās vairākos virzienos:
- stereolitogrāfijas tehnoloģijas, kuras saīsināti sauc par STL. Faila formāts, ko plaši izmanto objektu trīsdimensiju modeļu glabāšanai, lai tos izmantotu piedevu tehnoloģijās.
- termoplastiskas uzklāšanas metodes - FDM. Modeļu modelēšana, izmantojot materiālu slāņainu pārklājumu.
- lāzera saķepināšana - SLS. Tehnoloģija (SLS) ietver viena vai vairāku lāzeru (parasti oglekļa dioksīda) izmantošanu pulverveida materiāla daļiņu saķepināšanai, lai izveidotu trīsdimensiju fizisku objektu.
Mūsdienās slāņa slāņa pārklāšanas metode ir vispopulārākā un plaši izmantota nozarē.
Šīs metodes galvenās priekšrocības ir:
- augstas kvalitātes un lētu materiālu izmantošana;
- vienkārša darbības tehnika;
- izmantoto materiālu videi draudzīgums.
Lāzera stereolitogrāfija
Šis 3D modelēšanas veids tiek plaši izmantots zobu protezēšanā. Šāda veida drukāšanas iezīme ir augstas kvalitātes priekšmetu ražošana. Šādi rezultāti tiek sasniegti, izmantojot aprīkojumu, kas darbojas dimensiju tīklā, kuru aprēķina mikronu vienībās.
Kā darbojas šāds aprīkojums?
Šādu iekārtu funkcionālās daļas pamatā ir LED ultravioletie projektori. Šajos 3D printeros ir smalki spoguļi, kas nodrošina precīzu siju novirzīšanos. tāpēc notiek nevis secīga, bet pilnīga kontūras slāņu iedarbība.
Lāzera saķepināšana
Lāzera saķepināšana jeb SLS tehnoloģija ir vēl viens lāzera modelēšanas veids. Darbībai šādās ierīcēs tiek izmantota plastmasa ar zemu kušanas temperatūru. Unikālās attīstības pamats ir spēcīgs lāzers, kas uz plastikāta pamata izseko kontūras, sapludinot materiālu. Process tiek atkārtots, līdz tiek iegūts pilnīgs modelis. būtisks lāzera saķepināšanas trūkums ir iegūto modeļu porainība. tomēr tas nekādā veidā neietekmē spēku. tiek uzskatīts, ka ar šo metodi iegūtie modeļi ir visizturīgākie. Uzstādīšanai lāzera saķepināšanai ir diezgan augstas izmaksas, un pats modeļa veidošanas process aizņem ilgu laiku.
Kādi materiāli tiek izmantoti 3D modeļu veidošanai?
Kā jau minēts, galvenais 3D printeros izmantotais materiāls ir termoplastisks. Tas nāk divos formātos: ABS un PLA. Turklāt tādi materiāli kā neilons, polietilēns, polikarbonāts un cita veida materiāli, kas tiek izmantoti rūpniecībā, ir kļuvuši plaši izplatīti.
Daudzi 3D printeri ietver vairāku veidu materiālu sajaukšanu, apvienojot to fizikālās un ķīmiskās īpašības.
Iekārtas, kurās savam darbam izmanto metālus, pēc to uzbūves ir sarežģītākas. Tehnoloģiju atšķirība ir saistīta ar drukas galviņas funkcijām, kas darbojas, pamatojoties uz datorprogrammu. Ar tās palīdzību vietās, kur norāda datorprogramma, tiek uzklāta līmējošā līmjava. Pēc tam galva uzklāj plānu metāla pulvera slāni uz visu darba zonu. Tas ir, metāls nekūst, kā tas ir plastmasas gadījumā, bet tiek uzklāts un salīmēts kopā slāņos vismazāko daļiņu formā.
Interesanti fakti par 3D printeriem
- 3D druka tiek izmantota ne tikai rūpniecībā, tā tiek plaši izmantota medicīnā, kulinārijā un pat kosmosā.
- Katru gadu 3D printeru cena kļūst zemāka un pieejamāka. Drīz šī tehnoloģija būs pieejama gandrīz ikvienam.
- Pirmais 3D modelis tika izveidots 1984. gadā. To stereolitogrāfijas rezultātā ieguva Čaks Hils.
- Ne tik sen, izmantojot 3D printeri, tika izveidoti mākslīgie orgāni. Pirmie modeļi bija ausu protēzes.
- Tuvākajā nākotnē zinātnieki gatavojas izdrukāt pirmo cilvēka modeli.
- 3D modelēšana palīdzēs samazināt ražošanas izmaksas, tāpēc rūpnīcas ražošana drīz kļūs nerentabla.
- 3D tehnoloģijas kinematogrāfijā tiek izmantotas ļoti ilgu laiku, lai izveidotu reālistiskus modeļus.
- Zinātnieki ierosina, ka ar 3D modelēšanas palīdzību var izveidot robotus, kas cilvēku vietā izpētīs kosmosu.
- Kleitu 3D modeļi jau ir parādīti pasaulei. Modele Dita Fon Teese kļuva par pirmo zvaigzni, kas valkāja 3D apdrukātu kleitu.
