2 июля 2010
Фантазия наяву, или что такое 3D-принтеры компании Z Corporation
С момента основания компания Consistent Software Distribution (CSD) специализируется на создании и внедрении программного обеспечения, предназначенного для автоматизированного проектирования. В начале 90-х годов CSD одной из первых начала поставлять широкоформатное оборудование и программное обеспечение для САПР на рынок инженерных систем, рекламы, дизайна и графики. Компания занимает лидирующие позиции в развитии и освоении инновационных технологий. Одной из новейших технологий, предлагаемых CSD, стала трехмерная печать от компании Z Corporation. Вера Семенова, руководитель направления 3D-технологий Consistent Software Distribution, ответила на вопросы isicad.ru.
Технология 3D-печати достаточно нова в России. Прежде чем поговорить о достижениях, расскажите, что же такое 3D-принтер вообще?
Первые 3D-принтеры – устройства для изготовления трехмерных моделей и прототипов – появились сравнительно давно. Еще в середине 80-х была сформулирована концепция послойной «печати» (или «выращивания») объемных предметов, положенная в основу подобных устройств. А применяющиеся технологии (основанные на различных принципах и предполагающие использование различных типов расходных материалов) разработаны в конце 80-х – начале 90-х годов. 3D-принтер любого типа, вне зависимости от его конструкции и технологии печати, призван устранить ручной труд при создании моделей будущих изделий. Кропотливую работу, которую отдел конструкторского бюро или макетная мастерская выполняли бы несколько дней, недель или даже месяцев, 3D-принтер способен проделать за считанные часы, будь то макет архитектурного сооружения, прототип узла механизма или модель потребительского изделия. При использовании правильной компьютерной модели автоматически исключается риск появления ошибок, связанных с действием «человеческого фактора». К слову, именно на 3D-печати могут проявиться изъяны начального компьютерного проектирования.
В каких отраслях находят применение 3D-принтеры?
Основные пользователи 3D-принтеров Z Corporation – конструкторские бюро, занимающиеся проектированием в различных отраслях. Среди крупных клиентов компании много широко известных фирм и организаций: 3M, Black&Decker, Cisco, Continental Tire, IBM, LG Electronics, MIT, NASA, Pratt & Whitney, Puma, Reebok, Rolls-Royce, US Army.
Типичные области применения 3D-принтеров – это архитектура, геоинформационные системы и геология, промышленный дизайн и машиностроение, медицина, сферы художественного и театрального искусства, образование.
При помощи 3D-принтера можно изготовить архитектурный макет здания целиком или его отдельные элементы для последующей склейки, макет микрорайона или коттеджного поселка с инфраструктурой.
В сфере геоинформационных систем и геологии 3D-принтеры позволяют воспроизводить ландшафт, городские карты, схемы подземных коммуникаций – всего за несколько часов, с высоким уровнем детализации и при очень низкой себестоимости.
В промышленном дизайне и машиностроении 3D-принтер может использоваться для создания прототипов и концепт-моделей будущих потребительских изделий или их деталей. Такие модели успешно выполняют презентационные функции и служат экспериментальным целям – например, выяснению аэродинамических характеристик кузова автомобиля или фюзеляжа летательного аппарата.
3D-принтер существенно облегчит изготовление и примерку медицинских протезов, а также создание муляжей органов пациента для врачебной подготовки к ответственным операциям.
В сфере искусств нередко требуются точные копии различных предметов, муляжи редких музейных экспонатов, в образовательной сфере – наглядные пособия для школьников и студентов. 3D-принтеры незаменимы при освоении проектирования, моделирования, промышленного дизайна. Они приходят на помощь студентам, повышают качество обучения и знакомят с новейшими технологиями.
Приведите, пожалуйста, примеры внедрения технологий трехмерной печати на российских предприятиях.
Таких примеров множество. Так, в рамках внедрения сквозного цикла производства изделий в Опытном конструкторском бюро машиностроения им. И.И. Африкантова отрабатываются технологии изготовления изделий методом точного литья из жаропрочных нержавеющих сталей по выжигаемым моделям, выращенным на принтерах компании Z Corporation.
Санкт-Петербургский институт ТОМС-Инжиниринг использует 3D-принтер при проектировании заводских комплексов, зданий и горнодобывающих сооружений.
Компания «Паблик Маркет» из подмосковного Ногинска использует 3D-принтер для создания трехмерных рельефных глобусов и предоставляет услуги трехмерного прототипирования широкому кругу заказчиков.
Компания «Владимирская тара» приобрела устройство для изготовления моделей будущих бутылок перед запуском в серийное производство. Питерская компания «Инвент» является чуть ли не пионером в оказании услуг 3D-печати и специализируется на архитектурных макетах.
Наши трехмерные принтеры наравне со спортсменами готовятся к Олимпиаде 2014 года. В Новороссийске компания «Архитектурная мастерская Макеты и модели» с помощью 3D-принтеров Z Corporation проектирует гостиничные комплексы для Олимпиады в Сочи.
С каждым месяцем этот список растет вместе с популярностью технологии прототипирования.
Есть ли особенности в технологии, предлагаемой Z Corporation?
Z Corporation, созданная в 1994 году и выпустившая свой первый 3D-принтер в 1996-м, владеет лицензией на использование технологии трехмерной печати 3DP, с 1989 года разрабатываемой в Массачусетсcком технологическом институте (MIT). Эта технология, базирующаяся на обычном принципе струйной печати, отличается простотой, эффективностью, скоростью изготовления и низкой себестоимостью продукции.
В качестве строительного материала для выращивания трехмерной модели применяется композитный порошок, по свойствам схожий с гипсом. Основным инструментом служит струйная печатная головка серийного производства Hewlett-Packard. Вместо чернил головка использует бесцветный клеевой состав. После печати одного поперечного сечения дно камеры опускается на толщину слоя порошка и процесс повторяется: засыпается новый слой, по которому клеем печатается рисунок следующего сечения модели. Клей скрепляет частицы порошка, формируя в рабочей камере объемную фигуру, созданную из отпечатанных поперечных сечений исходной трехмерной модели. Когда отпечатан последний слой-сечение, камера автоматически нагревается, чтобы высушить клей, а не запечатанный клеем порошок откачивается обратно в емкость, из которой он подавался.
В некоторых моделях используются материалы, выдерживающие температуру расплавленного металла, то есть на принтере теоретически можно изготавливать формы для литья. Существует также материал, который после обработки эластомером становится эластичным и фактически приобретает физические свойства резины.
В чем преимущества такой технологии?
Преимущества технологии 3DP и принтеров Z Corporation по сравнению с техникой, где используются жидкие или расплавленные полимеры, напрямую связаны с простотой описанной выше схемы, а прежде всего с высочайшей скоростью построения моделей. Недорогие порошкообразные материалы снижают себестоимость производства модели (она составляет от 6 руб. за 1 см
3) и не выделяют при печати токсичных веществ, что позволяет использовать такие устройства в обычном офисе, где нет систем дополнительной вентиляции. Кроме того, автоматическое удаление из камеры излишков порошка для их повторного использования делает процесс чистым и экономичным.
Отдельного комментария заслуживает эргономичность технологии: печатные головки могут перемещаться по всей поверхности слоя порошка, независимо от формы конкретной модели. Это позволяет одновременно печатать несколько изделий, расположив их наиболее компактным образом по всему объему камеры.
Во время печати модель со всех сторон окружена незапечатанным порошком, что позволяет создавать фигуры самой сложной формы. Отлаженная технология термальной струйной печати гарантирует надежность и высокое разрешение, необходимое для создания моделей с мелкими деталями.
И, безусловно, самое интересное достоинство принтеров Z Corporation – это возможность печати разноцветных моделей. В этом случае в дополнение к головке, печатающей прозрачным клеем, используются одна или несколько головок, окрашивающие порошок в нужный цвет. Это большое преимущество перед некоторыми трехмерными принтерами других компаний-производителей, окрашивающими модель лишь в один из цветов предложенной палитры
Что такое процесс ZCast?
Процесс ZCast обеспечивает литье металлов в формы, напечатанные на одном из устройств линейки 3D-принтеров Z Corporation. Эта технология дает возможность распечатывать полые литейные формы или втулки для них. По традиционной технологии такие формы создаются в два этапа: сначала выполняется печать заготовок, а затем эти заготовки используются для создания литейных форм. Если речь идет о литье в песок, набор заготовок применяется при создании отпечатков в песке. При литье по выплавляемым моделям восковые заготовки требуются для последующего создания керамической формы. Процесс ZCast позволяет исключить этап производства заготовок.
Изготовление прототипов литейных форм с использованием традиционных методов может занять несколько недель и оказаться очень дорогостоящим. На практике такая ситуация зачастую делает изготовление прототипов невозможным или резко ограничивает их количество. ZCast существенно сокращает временные и производственные затраты.
Расскажите о модельном ряде 3D-принтеров Z Corporation.
Сегодня модельный ряд устройств компании Z Corporation для 3D-печати представлен следующими моделями принтеров: ZPrinter 310 Plus, Spectrum Z 510, ZPrinter 450, ZPrinter 650, ZPrinter 350 и новинкой 2010 года – машиной для создания пластиковых моделей ZBulder Ultra.
Два первых устройства, ZPrinter 310 Plus и Spectrum Z 510, – не самые современные. В них отсутствует система автоматической сушки моделей после печати и система автоматического удаления оставшегося порошка из камеры. Однако, несмотря на определенные неудобства, вызванные отсутствием автоматики, область их применения несколько шире, чем у других моделей.
ZPrinter 310 Plus – монохромный принтер; он имеет только одну печатную головку, предназначенную для печати клеем по порошку. Единственный способ получить на этом принтере трехмерную модель с цветом, отличным от цвета исходного материала, – изменить цвет самого клея, смешав его в нужных пропорциях с клеем триадных цветов. С другой стороны, этот аппарат, самый недорогой из линейки принтеров Z Corporation, пользуется устойчивой популярностью.
Spectrum Z 510 – наиболее универсальный принтер Z Corporation, позволяющий получать как твердые цветные модели для презентаций и тестирования, так и гибкие модели или формы для литья металлов. Принтер имеет четыре печатные головки, наносящие прозрачный клей и цветные краски триады C, M и Y. В Spectrum Z 510 отсутствует черный цвет (как и у ZPrinter 450), но качество цвета у отпечатка с этого устройства лучше, чем у выполненного на ZPrinter 450, – в силу более высокого разрешения печати (600х540 dpi).
ZPrinter 450 – один из самых доступных цветных принтеров компании. Он использует две печатные головки: одну для печати прозрачным клеем, другую для печати цветных красок триады (C, M, Y). В качестве второй печатной головки применяется стандартный картридж HP 57, обычно использующийся в недорогих настольных принтерах HP Deskjet и PhotoSmart.
Более современный ZPrinter 650 имеет почти вдвое больший формат печати (254х381х203 мм против 254х203х203 мм у ZPrinter 310 Plus и ZPrinter 450), большее разрешение (600х540 dpi против 300х450 dpi) и пять печатающих головок, поставляющих прозрачный клей и полный набор триадных цветов (C, M, Y, K). Модели, полученные с помощью ZPrinter 650, отличаются насыщенностью цвета.
ZPrinter 450 и 650 оснащены полным набором автоматики для удаления неиспользованного порошка из камеры и сушки отпечатанных моделей. Единственное ограничение установлено на использование исключительно композитных материалов для создания твердых моделей и прототипов.
ZPrinter 350 – первый монохромный автоматизированный трехмерный принтер. Идеальный выбор для организаций, которые ищут оптимальный способ быстрого создания монохромных моделей в условиях офиса.
ZBuilder Ultra – самая новая модель, появившаяся на рынке в мае 2010 года. Она предназначена для быстрого прототипирования и обеспечивает построение высококачественных функциональных моделей. Цена принтера втрое ниже, чем у устройств, имеющих сходные характеристики. В отличие от предыдущих «струйных» моделей, ZBuilder Ultra выполняет построение трехмерных деталей аддитивным методом с использованием проектора с высокой разрешающей способностью и цифровой обработкой света (DLP) для отверждения жидкого фотополимера.
Насколько сложна работа с 3D-принтерами? Требуется ли для этого специальная подготовка?
В эксплуатации 3D-принтеры Z Corporation достаточно просты: от пользователя требуется открыть в специальной программе ZPrint, поставляющейся в комплекте с принтером, файл с моделью в одном из популярных форматов для 3D-печати. Затем модель нужно расположить в объеме камеры для печати, при необходимости изменив масштаб модели, и запустить печать. При печати задается толщина слоя, числом поперечных сечений определяется количество слоев. Программа рассчитает приблизительное время работы и приблизительный расход всех материалов, которые потребуются для работы. Эти данные пригодятся для расчета стоимости печати, если модель изготавливается по коммерческому заказу стороннего клиента, а не для внутреннего использования на собственном предприятии. При необходимости перед печатью модель можно отредактировать в программе ZEdit: назначить или изменить цвет поверхностей, добавить метки и комментарии, которые должны быть напечатаны на деталях модели. Усовершенствованная версия программы – ZEdit Pro – обладает еще большим набором возможностей при допечатной подготовке трехмерной модели.
Для пользователя сам процесс печати мало чем отличается от эксплуатации обычных принтеров: на мониторе появляется диалог с индикатором прогресса, полоса которого движется слева направо по мере готовности отпечатка. Скорость печати составляет 2-4 слоя в минуту, или примерно 25-50 мм в час.
В каких программах можно готовить модели для 3D-печати?
Использовать можно практически любую CAD/CAM/CAE-систему или пакет трехмерного моделирования, позволяющие создать твердотельные или поверхностные модели с замкнутой оболочкой и записать модель в одном из форматов для 3D-печати: STL, PLY, VRML. Очень популярный формат 3DS программное обеспечение ZPrint и ZEdit читает напрямую, причем с учетом цвета и текстурирования.
Специально для применения в медицине компания Z Corporation предлагает специализированное программное обеспечение MimicsZ. Как правило, врачи не имеют опыта построения 3D-моделей, тем более по данным МРТ или рентгенограммам. MimicsZ максимально упрощает эту работу для неспециалистов в трехмерном моделировании.
И, наконец, где в России можно получить консультации и приобрести 3D-принтеры Z Corporation?
Если вас заинтересовала наша продукция, вы можете запросить информацию о региональных дилерах, заполнив форму на специализированном портале
www.print3d.ru. Наши специалисты обязательно с вами свяжутся и пригласят протестировать аппарат.
Спасибо!
