Жилье на марсе напечатают на 3d-принтере [видео]

⇡#Bumpy Photo: превращение фотографий в барельеф

Помимо сервисов наподобие Shapeways, в Сети уже доступны и другие проекты, связанные с трехмерной печатью. Пример такого «своевременного» сервиса — проект Bumpy Photo.

Одновременно с ростом популярности трехмерной печати пользователи стали проявлять все больше интереса, если так можно сказать, ко всему трехмерному. Кто-то открыл для себя целый мир трехмерной графики и теперь с помощью трехмерного редактора занимается разработкой и визуализацией своих идей, распечатывая прототип на принтере. Другие пользователи стали искать более простые способы создания 3D, чтобы затем опять-таки распечатать свои идеи, реализовав их в виде макетов. Как раз на эту категорию людей и сделал ставку сервис Bumpy Photo.

Когда человек смотрит на фотографию, он подсознательно определяет объем предметов на снимке, видит глубину сцены в кадре. Специалисты Bumpy Photo придумали способ, с помощью которого можно определять выпуклость объектов на плоском снимке. С помощью специального алгоритма выбранное изображение анализируется, и для него составляется так называемая карта рельефа, определяющая близкие и дальние точки на картинке. Если эти точки сместить на изображении, обычная фотография получит псевдостереоскопический эффект.

Создатели сервиса справедливо предположили, что найдется немало желающих получить такой распечатанный барельеф. Портреты родных, а также фотографии любимых животных могут обрести вторую жизнь и стать чуточку реалистичнее, если превратить их в 3D-поверхность. Иллюзия еще больше станет заметной, если правильно разместить источник света возле такой трехмерной фотографии.

На 3D-принтере можно напечатать широкий ассортимент товаров

Рассмотрим все, что можно напечатать на 3D-принтере для организации успешного малого бизнеса в домашних условиях. Сначала определим общую характеристику производимой продукции

Для этого обратим внимание на промышленные особенности устройства для 3D ремесла:

Преимущества домашнего производства организованного с помощью 3D-принтера за 3000$:

  • высокая точность;
  • печать с хорошим разрешением;
  • низкая цена сырья;
  • поддержка обоих видов пластика.

Недостатки:

  • малая производительность;
  • размеры изделий ограниченны (в пределах 30-ти см).

Учитывая данные особенности производства можно с уверенностью
охарактеризовать основную категорию производимой продукции. Это будут
эксклюзивные товары высокого качества из пластмасс мелкосерийного
производства. Ну и некоторые другие изделия за рамками данной
категории. На 3D-принтере можно напечатать следующие товары:

Эксклюзивные аксессуары:

  • чехлы с современным дизайном для смартфонов и планшетов;
  • оригинальные брелки для ключей (с эмблемами, с животными, с элементами фэн-шуй и др.);
  • визитницы в фирменном стиле;
  • сувенирные шкатулки.

Сувенирная продукция:

  • миниатюры выдающихся архитектурных зданий;
  • статуэтки скульптур и инженерных сооружений;
  • мини-копии людей созданных по их фотографиям;
  • бижутерия (красивые кольца, браслеты).

Средства для модельеров:

  • можно напечатать на 3D-принтере обувь с уникальным дизайном;
  • элементы для одежды (стильные пуговицы или заклепки);
  • разные заколки, обручи, короны и др.

Эксклюзивные игрушки для детей:

  • герои мультфильмов и компьютерных игр;
  • основы для флокирования и оформления игрушечных зверей;
  • детали сложных конструкций и механизмов для сложения в одну большую игрушку;
  • конструкторы для моделирования.

Все для дома:

  • эксклюзивная посуда с различными дизайнерскими формами;
  • элементы декора для оформления интерьеров;
  • уникальная фурнитура для мебели;
  • оригинальную сборную детскую мебель.

Копии сломанных или изношенных деталей. Здесь самые всевозможные варианты: пластмассовые шестерни, втулки, колпачки, уплотнители, кнопки, защелки и др.

Учебные стенды. Например: устройство автомобиля, структуры молекул, макет ДНК, устройство человека и т.д. А также инструменты и средства для лабораторных работ.

Оформление наружной рекламы (надписи, 3D логотипы и т.п.).

Некоторые мастера на 3D-принтере печатают детали 3D-принтеров определенных моделей. Таким образом, можно даже задуматься о производстве собственных 3D-принтеров простых моделей. Это автоматически наталкивает на идею не только копировать, но и масштабировать эти удивительные роботизированные компьютерные устройства.

⇡#Апгрейд человека

Бельгийские ученые из университета Хасселт имплантировали восьмидесятитрехлетней женщине челюсть. Она была создана всего за несколько часов, в то время как раньше подобная деталь изготавливалась бы несколько дней. Челюсть была распечатана на 3D-принтере из особого титанового сплава. Теперь где-то в далекой Бельгии счастливая бабулька с титановыми зубами пережевывает окорока прямо с костями и на спор разгрызает грецкие орехи. Шутки шутками, но темпы, которыми врачи приближаются к созданию киберчеловека, просто ошеломляют.

Врачи уже научились создавать искусственные кости и суставы, печатая их на 3D-принтере. И это уже не технологии будущего, сегодня по планете ходят сотни людей, которые могут жить благодаря распечатанным имплантатам. Так, в марте этого года британские врачи вернули к нормальной жизни Стивена Пауэра, у которого был раздроблен череп в результате аварии. Вначале были внимательно исследованы рентгеновские снимки лица, а затем на 3D-принтере были распечатаны искусственные части черепа с учетом всех анатомических особенностей пациента. После сложной операции врачи из Уэльса поставили распечатанные части черепа Стивену, вернув симметрию лица. Глядя на этого человека спустя несколько месяцев после операции, даже не веришь, что он пережил такую страшную аварию.

В это же время в Медицинском центре университета Утрехт была проведена другая уникальная операция: молодой девушке заменили практически весь череп пластиковой распечатанной копией. Это было крайне необходимо, поскольку толщина собственного черепа девушки из-за болезни постоянно увеличивалась, что создавало реальную угрозу жизни. На момент хирургического вмешательства у девушки была потеря зрения и наблюдались сильные головные боли. Операция длилась 23 часа, а результат превзошел все ожидания. Спустя всего несколько месяцев девушка уже пошла на работу и чувствует себя намного лучше, чем до операции. К ней вернулось зрение, и ничто не напоминает о том, что ее жизнь висела на волоске.

Но и это не так впечатляет, как прототипы бионических имплантатов, которые постоянно демонстрируют биологи. Например, доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии в Принстоне МакЭлпайн в прошлом году показал распечатанное искусственное ухо, которое позволяет слышать радиоволны.

Готовое ухо состоит из спиральной антенны внутри хрящевой структуры. Два провода ведут от основания уха и заворачиваются вокруг спиральной «улитки» — той части уха, которая позволяет человеку воспринимать звук. Если ее подключить к электродам, в теории можно не только восстановить слух, но и сделать его острее, а также расширить воспринимаемый диапазон частот.

Где применяют 3D-печать

В основном в профессиональных сферах.

Строительство. На 3D-принтерах печатают стены из специальной цементной смеси и даже дома в несколько этажей. Например, Андрей Руденко еще в 2014 году напечатал на строительном принтере замок 3 × 5 метров. Такие 3D-принтеры могут построить двухэтажный дом за 20 часов.

Медицина. О печати органов мы уже упоминали, а еще 3D-принтеры активно используют в протезировании и стоматологии. Впечатляющие примеры — с помощью 3D-печати врачам удалось разделить сиамских близнецов, а кошке без четырех лап поставили протезы, которые напечатали на принтере. 

Подробнее о 3D-принтинге в медицине можно узнать в статье издания 3D-Pulse.

Космос. С помощью трехмерной печати делают оборудование для ракет, космических станций. Еще технологию используют в космической биопечати и даже в работе луноходов. Например, российская компания 3D Bioprinting Solutions отправит в космос живые бактерии и клетки, которые вырастят на 3D-принтере. Создатель Amazon Джефф Безос презентовал прототип лунного модуля с напечатанным двигателем, а космический стартап Relativity Space строит фабрику 3D-печати ракет. 

Авиация. 3D-детали печатают не только для космических аппаратов, но и для самолетов. Инженеры из лаборатории ВВС США изготавливают на 3D-принтере авиакомпоненты — например, элемент обшивки фюзеляжа — примерно за пять часов.

Архитектура и промышленный дизайн. На трехмерных принтерах печатают макеты домов, микрорайонов и поселков, включая инфраструктуру: дороги, деревья, магазины, освещение, транспорт. В качестве материала обычно используют недорогой гипсовый композит. 

Одно из необычных решений — дизайн бетонных баррикад от американского дизайнера Джо Дюсе. После терактов с грузовыми автомобилями, которые врезались в толпу людей, он предложил макет прочных и функциональных заграждений в виде конструктора, которые можно напечатать на 3D-принтере.

Изготовить прототип помогла компания UrbaStyle, которая печатает бетонные формы на строительных 3D-принтерах

Образование. С помощью 3D-печати производят наглядные пособия для детских садов, школ и вузов. В некоторых московских школах с 2016 года есть трехмерные принтеры: на уроках химии дети разглядывают 3D-модели молекул и проводят реакции в напечатанных пробирках, на физике изучают электрическую цепь на 3D-прототипе токопроводящего стенда, а еще сами печатают себе ручки на уроках ИЗО.

Узнать больше о 3D-технологиях в школах можно на сайте «Ассоциации 3D-образования». 

А еще 3D-печать помогает в быту, производстве одежды, украшений, картографии, изготовлении игрушек и дизайне упаковок.

⇡#Музыка, которую распечатали

Может показаться странным, но и сам звук тоже можно «отправить на печать». Для этого нужно всего ничего — отдать технику в руки художника. Эти люди и мыслят нестандартно, и инструментом пользуются по-своему. Так, например, шведский художник Rickard Dahlstrand научился материализовывать звук. Он взял принтер для 3D-печати и прислушался к его звучанию. Как и любая другая техника, данное устройство издает характерный звук в процессе работы. Тональность и тембр звука зависят от позиционирования печатающей головки. Rickard Dahlstrand попробовал напечатать музыку, заставляя головку перемещаться в нужном направлении. Получилась такая себе «каляка-маляка», посмотреть на которую люди выстраиваются в очередь.

Так, на выставке Music Hack Day 2013, которая проходила в Стокгольме, Рикард организовал целую галерею распечатанных музыкальных произведений — от увертюры к «Вильгельму Теллю» Россини до Пятой симфонии Бетховена и шедевров Моцарта

И, конечно, не обошел вниманием имперский марш из «Звездных войн»

Дом на 3d принтере – миф или реальность?

Группе инженеров британского Университета Лафборо, работающих под руководством доктора Сунгву Лима, удалось создать уникальный цементный состав, позволяющий печатать изделия любых форм: выпуклые, краеугольные, изогнутые, кубические.

Исследователи отказались от применения технологии лазерного спекания и цифровой обработки светом. Вместо этого они вернулись к истокам 3D печати в лице несколько видоизмененной технологии послойного наплавления.

Усовершенствованная цементная формула укладывается методом экструдирования, что позволяет значительно упростить строительные работы, так как исключается необходимость в опалубке. Готовые бетонные фигуры легко поддаются корректировке и отделочным работам.

Эксперименты британских инженеров не прошли бесследно. Их идея вызвала живой интерес ученых из Южно-Калифорнийского университета. Они предложили использовать огромные машины для 3D-печати непосредственно на строительных площадках.

На данный момент в патентное бюро США был направлен проект под названием Contour Crafting, на основе которого планируется собрать огромный принтер, который сможет печатать дома в сборе: не только несущие стены, но и проводку вместе с сантехникой.

Технологии 3D-печати

Кратко об основных методах 3D-принтинга.

Стереолитография (SLA). В стереолитографическом принтере лазер облучает фотополимеры, и формирует каждый слой по 3D-чертежу. После облучения материал затвердевает. Прочность изделия зависит от типа полимера — термопластика, смол, резины. 

Цветную печать стереолитография не поддерживает. Из других недостатков — медленная работа, огромный размер стереолитографических установок, а еще нельзя сочетать несколько материалов в одном цикле.

Эта технология — одна из самых дорогих, но гарантирует точность печати. Принтер наносит слои толщиной 15 микрон — это в несколько раз тоньше человеческого волоса. Поэтому с помощью стереолитографии делают стоматологические протезы и украшения. 

Промышленные стереолитографические установки могут печатать огромные изделия, в несколько метров. Поэтому их успешно применяют в производстве самолетов, судов, в оборонной промышленности, медицине и машиностроении. 

Селективное лазерное спекание (SLS). Самый распространенный метод спекания порошковых материалов. Другие технологии — прямое лазерное спекание и выборочная лазерная плавка.

Метод изобрел Карл Декарт в конце восьмидесятых: его принтер печатал методом послойного вычерчивания (спекания). Мощный лазер нагревает небольшие частицы материала и двигается по контурам 3D-чертежа, пока изделие не будет готово. Технологию используют для изготовления не цельных изделий, а деталей. После спекания детали помещают в печь, где материал выгорает. SLS использует пластик, керамику, металл, полимеры, стекловолокно в виде порошка.

Технологию SLS используют для прототипов и сложных геометрических деталей. Для печати в домашних условиях SLS не подходит из-за огромных размеров принтера.

Послойная заливка полимера (FDM), или моделирование методом послойного наплавления. Этот способ 3d-печати изобретен американцем Скоттом Крампом. Работает FDM так: материал выводится в экструдер в виде нити, там он нагревается и подается на рабочий стол микрокаплями. Экструдер перемещается по рабочей поверхности в соответствии с 3D-моделью, материал охлаждается и застывает в изделие. 

Преимущества — высокая гибкость изделий и устойчивость к температурам. Для такой печати используют разные виды термопластика. FDM — самая недорогая среди 3D-технологий печати, поэтому принтеры популярны в домашнем использовании: для изготовления игрушек, сувениров, украшений. Но в основном моделирование послойным наплавлением используют в прототипировании и промышленном производстве — принтеры довольно быстро печатают мелкосерийные партии изделий. Предметы из огнеупорных пластиков изготовляют для космической отрасли. 

Струйная 3D-печать. Один из первых методов трехмерной печати — в 1993 году его изобрели американские студенты, когда усовершенствовали обычный бумажный принтер, и вскоре технологию приобрела та самая компания 3D Systems. 

Работает струйная печать так: на тонкий слой материала наносится связующее вещество по контурам чертежа. Печатная головка наносит материал по границам модели, и частицы каждого нового слоя склеиваются между собой. Этот цикл повторяется, пока изделие не будет готово. Это один из видов порошковой печати: раньше струйные 3D-принтеры печатали на гипсе, сейчас используют пластики, песчаные смеси и металлические порошки. Чтобы сделать изделие крепче, после печати его могут пропитывать воском или обжигать.

Предметы, которые напечатали по этой технологии, обычно долговечные, но не очень прочные. Поэтому с помощью струйной печати делают сувениры, украшения или прототипы. Такой принтер можно использовать дома. 

Еще струйную технологию используют в биопечати — наносят живые клетки друг на друга послойно и таким образом строят органические ткани. 

Строительство

Фото с сайта rt.com
Понадобилось 17 дней, чтобы напечатать офис Dubai Future Foundation

Совсем недавно в Дубае открылся первый в мире офис, здание которого было полностью напечатано на специальном строительном 3D-принтере. Этот принтер, высотой 6 метров, длиной 36 метров и шириной 12 метров, смог распечатать за 17 дней здание площадью 250 квадратных метров. Собственно, строителям оставалось подвести коммуникации и расставить мебель. Надо заметить, что строительство с помощью принтера позволяет снизить затраты в среднем на 50% и существенно ускорить сам процесс строительства, поэтому разработки в этом направлении ведутся просто огромные: тут и проекты по строительству домов на Марсе, и нашумевший проект AMIE – автономный дом, напечатанный на 3D-принтере, который снабжается энергией от внедорожника. А вспомнить 5-этажный дом в Китае, напечатанный на 3D-принтере, тогда комания WinSun decoration design engineering company наделала много шума, создав жилой дом из смеси бетона, стекловолокна, песка и отвердителя. Так что в скором будущем все новые дачные домики будут строить не сезонные рабочие без нужной квалификации, а какие-нибудь специальные 3D-инженеры. Буквально за пару часов – достаточно будет на пальцах объяснить, как должен выглядеть дом вашей мечты. Эх, мечты, мечты.

Что можно напечатать на 3D-принтере

В интернете полно подборок с инструкциями для печати 3D-изделий. 3D-Today публикует фотографии работ владельцев принтеров, от мелких запчастей до скульптур. На «Хабре» уже три года назад постили список «50 крутых вещей для печати на 3D-принтере». Make3D написали о более масштабных проектах — печати автомобилей, оружия, солнечных батарей и протезов.

Есть ряд перспективных областей, в которых уже применяют 3D-печать.

Изготовление моделей по собственным эскизам. Константин Иванов, создатель сервиса 3DPrintus, в интервью «Афише» рассказал, что 3D-печать приведет к расцвету customizable things: любой сможет собрать и распечатать нужное изделие онлайн. Например, сделать модель робота и заказать его печать на промышленном принтере, создать и распечатать свой дизайн обручальных колец или обуви. Примеры таких проектов — Thinker Thing и Jweel. 

Быстрое прототипирование. Самая популярная область, в которой используют трехмерную печать. На 3D-принтерах делают тестовые модели протезов, прототипы лечебных корсетов, барельефов, олимпийского снаряжения.

Сложная геометрия. 3D-принтер легко справляется с изготовлением моделей любой формы. Несколько примеров:

— в австралийском университете исследовали возможности 3D-принтера и напечатали табурет в форме отпечатка пальца;

— шеф-повар из Дании победил в конкурсе высокой кухни: он напечатал на 3D-принтере миниатюрные блюда сложной формы из морепродуктов и свекольного пюре;

— в немецком институте разработали систему для ускоренной 3D-печати — за 18 минут принтер изготавливает сложное геометрическое изделие высотой в 30 см. Обычно у принтеров уходит час на печать карманных фигурок.

Аэрокосмическая инженерия

Фото с сайта rg.ru
Искусственный спутник Земли «ТОМСК-ТПУ-120», корпус которого напечатан на 3D-принтере

1 апреля 2016 года на МКС был доставлен первый в мире спутник, корпус которого был распечатан на 3D-принтере студентами Томского политеха. Так что технология 3D-печати добралась уже и до орбиты Земли. Хотя, если честно, более точно было бы сказать: «вышла за пределы космической станции». Ведь на борту МКС уже давно стоит принтер, способный печатать при нулевой гравитации. Помимо того что он просто умеет печатать в невесомости, иногда этот принтер помогает космонавтам с ремонтом оборудования и созданием нужных запчастей и инструментов. Так, во время одного из сеансов связи с Землёй космонавты пожаловались на нехватку гаечного ключа, и добрые инженеры выслали им файл, загрузив который в принтер, через несколько минут космонавты получили свой свеженапечатанный ключ. А вообще, конечно, разработка космических 3D-принтеров ведётся для того, чтобы наладить в будущем большие космические производства для постройки антенн, спутников, дополнительных отсеков МКС и даже, может быть, целых поселений на других планетах.

Как устроен 3D-принтер

В основном принтеры трехмерной печати состоят из одинаковых деталей и по устройству похожи на обычные принтеры. Главное отличие — очевидное: 3D-принтер печатает в трех плоскостях, и кроме ширины и высоты появляется глубина. 

Вот из каких деталей состоит 3D-принтер, не считая корпуса:

  • экструдер, или печатающая головка — разогревает поверхность, с помощью системы захвата отмеряет точное количество материала и выдавливает полужидкий пластик, который подается в виде нитей; 
  • рабочий стол (его еще называют рабочей платформой или поверхностью для печати) — на нем принтер формирует детали и выращивает изделия;
  • линейный и шаговый двигатели — приводят в движение детали, отвечают за точность и скорость печати;
  • фиксаторы — датчики, которые определяют координаты печати и ограничивают подвижные детали. Нужны, чтобы принтер не выходил за пределы рабочего стола, и делают печать более аккуратной;
  • рама — соединяет все элементы принтера.

Все это управляется компьютером.

Как запрограммировать 3D-принтер

Краткая инструкция по настройке принтера:

  1. Выбрать 3D-модель. Изделие можно нарисовать самому в специальном CAD-редакторе или найти готовый чертеж — в интернете полно моделей разной сложности.
  2. Подготовить 3D-модель к печати. Это делают методом слайсинга (slice — часть). К примеру, чтобы распечатать игрушку, ее модель нужно с помощью программ-слайсеров «разбить» на слои и передать их на принтер. Проще говоря, слайсер показывает принтеру, как печатать предмет: по какому контуру двигаться печатной головке, с какой скоростью, какую толщину слоев делать. 
  3. Передать модель принтеру. Из слайсера 3D-чертеж сохраняется в файл под названием G-code. Компьютер загружает файл в принтер и запускает 3д-печать.
  4. Наблюдать за печатью.

⇡#Динамик, распечатанный на 3D-принтере

Сердце любой акустической системы — динамики. Как бы ни старались инженеры улучшить звучание акустики, но есть предел, который определен техническими характеристиками этих деталей. Впрочем, возможно, 3D-печать сможет помочь в будущем эти характеристики улучшить. В прошлом году было несколько попыток создать динамик, используя технологии трехмерной печати. Первым подобный эксперимент осуществил новозеландский дизайнер Саймон Эллисон (Simon Ellison).

Саймон Эллисон — дизайнер, любитель музыки и рыбной ловли

Он сумел создать конструкцию динамика, которая на 90 процентов состоит из пластика. Единственный элемент, который пришлось оставить, — магнит с обмоткой. Колонка со стеклянным куполом и распечатанным динамиком, которую в конечном итоге продемонстрировал Саймон, выглядит потрясающе, ничуть не хуже дорогих систем от именитых фирм.

Для максимально качественного звука дизайнер использовал комбинацию разных материалов. На печать компонентов ушло девять часов, и еще несколько часов было потрачено дизайнером на сборку изделия. Насколько хорошо звучит акустическая система, сказать трудно, но выглядит эффектно.

Вслед за Саймоном аналогичный эксперимент провели специалисты Корнельского университета Апурва Киран (Apoorva Kiran) и Роберт Маккерди (Robert MacCurdy). Правда, их громкоговоритель имел довольно посредственное звучание и выглядел намного скромнее устройства Саймона.

Пожалуй, самый необычный проект для производства акустики с помощью 3D-печати предложила группа исследователей Disney Research. Обычные громкоговорители состоят из двух обязательных частей — магнита и обмотки. При взаимодействии этих элементов возникает вибрация, которая передается на мембрану, что и рождает звук. Новая технология, предложенная специалистами, основывается на электростатической конструкции динамика. В этом случае звук образуется мембраной, которая зажата между двумя токопроводящими поверхностями. Когда на эти токопроводящие поверхности подается сигнал, воздух между ними обретает заряд, и происходит деформация мембраны, то есть генерируется звук

Принимая во внимание то, что 3D-принтеры все чаще оперируют несколькими материалами и уже есть отдельные устройства, позволяющие печатать токопроводящим материалом, создать такие акустические системы в скором времени будет проще простого. Данная технология открывает новые возможности для дизайнеров акустики, ведь колонки смогут иметь любую форму

Ссылка на основную публикацию