Трёхмерная графика или 3D печать — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), призванных обеспечить пространственно-временную непрерывность получаемых изображений. Больше всего применяется для создания изображений в архитектурной , кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции , а также в науке и промышленности[1].
Цели и задачи.
В этом реферате мы хотим подробнее рассмотреть применение данной технологии в различных отраслях промышленности: строительство, авиация, космическая отрасль, медицина, изучить текущее состояние развития технологии и сделать предположения о дальнейшем развитии трехмерной печати.
2Обзор технологий 3D
3D-принтер
3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.
Есть много технология создания быстровозводимых зданий">технологий для создания 3Д объектов на 3д принтере
Технологии, применяемые для создания слоев:
Лазерная-стереолитография, Лазерное сплавление, Ламинирование, Биопринтеры[1], Лазерная стереолитография, Электронно-лучевая плавка, Полимеризация
Как происходит кристаллизация тела:
Застывание материала при охлаждении
Склеивание или спекание порошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельченной бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.
Селективное лазерное спекание-объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путем его плавления под действием лазерного излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого.
Технология сварки различных сталей
... Технология сварки сталей этих групп различна. Большинство сварных конструкций в настоящее время изготовляют из низкоуглеродистых сталей, содержащих углерода до 0,25 %. Низкоуглеродистые стали ... называется легированной. Легированные стали бывают: низколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%); среднелегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, ...
3.Применение технологи трехмерной печати в промышленности.
3.1 Трехмерная печать в строительстве
Управление военно-морских исследований США и Национальный научный фонд Countour Crafting разрабатывают технологию строительства бетонных зданий с помощью трехмерной печати[2].
Один из авторов новой технологии, профессор Берок Хошневис (Behrokh Khoshnevis) из Университета Южной Калифорнии, заявляет, что строительный принтер может построить здание площадью 230 кв. м всего за один день. При этом принтер может печатать здания в несколько этажей с самой сложной планировкой, какую можно представить.
Интерес военных к строительству с помощью трехмерной печати объясняется несовершенством современных технологий строительства, которые не подходят для развертывания в удаленных регионах без соответствующей инфраструктуры. С другой стороны, трехмерный принтер с командой инженеров можно привезти на место с помощью военно-транспортного самолета и уже на месте за неделю возвести надежный укрепленный полевой лагерь.
Строительный принтер, как и обычный настольный 3D-принтер, также изготавливает объемные объекты, укладывая сырье слой за слоем. Однако, вместо пластмассы он использует быстро твердеющий бетон, из которого возводится фундамент, стены и крыша здания. Форма постройки может быть любой, причем алгоритм может самостоятельно рассчитывать прочность здания, возводя постройки, способные выдержать давление до 10 000 psi. Для сравнения: обычные постройки выдерживают давление примерно 7000 psi, а сооружения, выдерживающие 14 500 psi и выше, считаются сверхпрочными.
Обычный жилой дом двое операторов строительного 3D-принтера могут возвести за сутки. Плюсом трехмерной печати является и то, что 3D-принтер может работать круглые сутки
Яняап Рёйссенарс
Здание под названием Landscape House имеет форму ленты Мебиуса — пол в нем постепенно переходит в потолок и обратно. По мнению архитектора, такое сооружение идеально впишется в естественный ландшафт.
Энрико Дини
Сооруженный из балок D-Shape использует программное обеспечение CAM для управления печатающей головкой. По словам изобретателя машины Дини, ее легко перевезти и можно развернуть в любом удобном месте за несколько часов с помощью всего двух технологов.
С помощью D-Shape будут созданы элементы конструкции здания размером 9 x 6 метров, из которых оно будет построено. Каждый элемент будет создан принтером путем склеивания 5-миллиметровых слоев песка.
Проект здания Landscape House
По оценке Рёйссенарса, строительство Landscape House обойдется в 4-5 млн евро. В случае успеха архитектор рассчитывает, что копии здания будут возведены по всему миру. Как сообщает BBC, к проекту уже проявили внимание музеи, и частные инвесторы.
Диагностика и ремонт лазерного принтера
... принтера с помощью специальных инструментов и прочистить. Инструкция по выполнению этой операции должна быть приведена в документации к принтеру. - Периодически встречающиеся "пустоты". Появление при печати на лазерном принтере ... если появились черные полоски по краям листа, не вызывайте мастера для ремонта принтера, а сначала замените картридж и проверьте бумагу на которой печатаете. Рекомендуется ...
«В традиционном строительстве вам необходимо сооружать деревянную опалубку, заливать в нее бетон, ждать, когда он застынет, затем разбирать опалубку. На это уходит уйма времени и сил, — заявил архитектор. — Вы можете просто напечатать то, что желаете. Это более простой способ возведения конструкций».
После чего Рёйссенарса сказал: «Для меня, как архитектора, печать является отличным способом реализации идеи здания с особенным дизайном, в котором пол и потолок перетекают друг в друга бесконечно».
3.2 3Д принтер в космосе (на МКС).
Компания 3D Systems Corporation (США) объявила об успешном испытании трехмерного принтера BFB-3000 в условиях невесомости. Испытания проводились совместно с компанией MADE IN SPACE и свидетельствуют о возможности производства сложных узлов и деталей в условиях космического пространства.
3D-печать резко изменит подход к , коммерциализации космических продуктов, а также обеспечению функционирования космических аппаратов. Трехмерный принтер позволяет облегчить создание и обустройство жизненного пространства на орбите, снижая потребность в доставке широкого спектра грузов с Земли. В настоящее время все необходимые в космосе предметы и детали изготавливаются на поверхности планеты, тщательно подгоняются и для проверки стыкуются с макетами корабля или Международной космической станции. Затем они ждут рейса очередного космического корабля, и только после стыковки на орбите космонавты получают требуемые предметы. Трехмерный принтер, способный изготавливать самые сложные по форме предметы, сможет решить множество проблем, например изготовить уплотнения, инструменты и предметы обихода, которые по тем или иным причинам отсутствуют на борту МКС.
Части турбины, изготовленные с помощью трехмерной печати
На ближайший год в планах компании 3D Systems Corporation серия испытаний 3D-принтера в условиях невесомости на борту специального самолета и тестирование во время суборбитального полета.
3.3 NASA напечатает на 3Д-принтере части ракеты для полета к Марсу. [6]
Инженеры NASA строят крупнейшую ракету, из когда-либо построенных агентством, которая сможет вывести нас за пределы Луны, с использованием 3D-печати.
В качестве печатного компонента используется пластик. Для спекания материала используется селективное сплавление лазером. Теперь требуются часы для получения детали, на изготовление которой ранее уходили недели.
Прямо сейчас SLS может поднять в космос 70 тонн, но в конечном счете будет в состоянии поднять 130 тонн. Это важно для долгосрочной миссии, которая может занять несколько месяцев. «Когда мы летим на Луну, нам не нужны тяжеловесные ракеты», говорит Болден. «Но нам нужно значительно больше веса [для путешествия к или Марсу]».
Почему 3D печать поможет SLS? Оказывается, легкие пластиковые компоненты справляются со стрессом высокой скорости запуска лучше, чем некоторые тяжелые, свариваемые материалы.
Особенности работы лазерного принтера LaserJet III
... работы лазерного принтера. Проанализировать преимущества лазерных принтеров перед другими технологиями распечатки данных. 2 Исходные данные 1 Лазерный принтер ... работу лазерных принтеров, многие последние прикладные программы разработаны со средствами печати на лазерных принтерах ... данном курсовом проекте предлагается рассмотреть и проанализировать конструктивные особенности лазерных принтеров, а ...
3.4 3Д принтеры для создания деталей для самолётов
постройку самолета
Назвали они свое детище Sulsa (Southampton University Laser Sintered Aircraft, Выпеченный лазером самолет в Университете Саутгемптона).
Название это объясняет место появления этого необычного летательного аппарата и принцип расположенного в упомянутом учебном заведении трехмерного принтера. Лазер в нем разогревает до высоких температур порошок пластика, стали или титана, и слой за слоем создает нужную структуру.
В итоге на создание самолета Sulsa у его авторов ушло всего два дня, что значительно меньше, если бы они делали его традиционными методами авиамоделирования. После этого они установили на получившийся каркас летательного аппарата электрический двигатель и запустили его в полет.
Правда, Sulsa не идет ни в какое сравнение по размерам с пассажирскими или грузовыми самолетами – размах его крыльев составляет всего полтора метра. Но это все равно не мешает ему носить гордое звание «самолет» и, главное, летать!
Энди Кин и Джим Сканлан планируют в будущем создать еще несколько самолетов, напечатанных на 3D-принтере, но уже больших размеров. Понятно, что при нынешнем развитии технологий на таких самолетах людей в воздух не поднимешь, но вот для исследования местности, аэрофотосъемки и военных целей Sulsa и последующие за ним летательные аппараты вполне подойдут.
создание литий-ионных аккумуляторов на 3-д принторе
С помощью создания частей аккумуляторов из чернил, ученый из Гарвардского Института Материаловедения Jennifer Lewis заложила основы для создания литий-ионных аккумуляторов и другой высокотехнологичной электроники с помощью 3-D печати.
Хотя технология находится на начельном этапе развития, печать аккумуляторов и других электронных устройств позволит производить новое оборудование, например биомедицинские датчики с автономным источником питания, которые смогут прикрепляться к коже и непрерывно передавать показатели жизнедеятельности на смартфон. Данная технология обеспечит более простое и эффективное производство уже существующих вещей. 
Jennifer Lewis
Напечатанное ухо способно улавливать радиочастоты.
Lewis предприняла два шага в направлении печати электронных устройств. Во-первых, она разработала чернила, которые могут застывать, превращаясь в аккумуляторы и простые компоненты, включая электроды, провод и антенны. Во-вторых, она разработала насадки и работающие под высоким давлении экструдеры, которые выдавливают аккумуляторы и другие компоненты из промышленного 3-D принтера. В чернилах Lewis используются взвешенные наночастицы желаемого материала – соединения лития для аккумуляторов и серебро для проводов.
Повышение эффективности управления ЖКХ с применением информационных технологий
... необходим комплексный подход к вопросам организации управления в сфере ЖКХ, основывающийся на информационных технологиях управления. 2 Автоматизация работы систем управления ЖКХ Автоматизация ЖКХ может трактоваться в различном подтексте в зависимости от ...
Данные материалы смешиваются в растворы, и чернила затвердевают при определенном давлении на выходе из принтера. После печати, материал приобретает твердую форму. Печать аккумулятора из одной единственной насадки занимает несколько минут, но технология 3D печати, разработанная Lewis, позволяет накладывать послойно чернила из сотни насадок одновременно.
Печать проводится при комнатной температуре. Это позволяет печатать материалы на пластике без повреждения. Материалы аккумуляторов сами по себе не являются революционными, говорит Lewis: “революционной является технология производства аккумуляторов”.
Размер произведенного на 3d принтере аккумулятора составляет около квадратного миллиметра, но по производительности соответствует коммерческим аккумуляторам, поскольку Lewis может обрабатывать микроскопические объекты, располагая объект с точностью до100 нанометров, который отображает структуры более крупных аккумуляторов.
Группа ученых под руководством Lewis имеет восемь патентов за разработку чернил и планирует получить лицензию и вывести данную технологию на рынок в течение ближайших нескольких лет. Хотя она говорит, что изначальный план заключается в обеспечении производителей данными устройствами, она также может производить бюджетные 3D принтеры для любителей.
Прочитав это вы видите что 3-д принтеры довольна актуально используется во все направлениях науки, мы не рассмотрели вариант с медицинской точки зрения где печатаются органические клетки. Для её использования требуется принтер и воображение.
3.6 Трехмерная печать в медицине.
Например, пластическая оболочка слуховых аппаратов уже давно производится с помощью 3D печати. Однако, электронные устройства производятся раздельно, аккумуляторы же являются тем видом продукции, которую часто заменяют. Если электронные устройства и зарядные аккумуляторы будут печататься вместе, то производство конечного продукта станет более быстрым и эффективным. Крупнейшие современные 3-D принтеры позволяют распечатать деталь высотой в человеческий рост. Неудивительно, что технологиям быстрого прототипирования находится применение и в медицине, а именно, – для воссоздания тех частей человеческого тела, которые были повреждены или пришли в негодность.
Материалы, используемые в трехмерной печати, не подходят для замены «сносившейся детали» в нашем организме – но эта технология дает возможность создавать медицинские инструменты, которые изготовляются под заказ для каждого пациента, в соответствии с его недугом и анатомическими особенностями.
4. Планирование направления дальнейших исследований.
На данном этапе мы сделали обзор различных аспектов применения технологий 3-хмерной печати в промышленности.
В дальнейшем планируем разработать собственную трехмерную компьютерную модель какого-либо объекта: например деталь механизма или проект архитектурной конструкции. Далее планируем распечатать данные объекты на 3Д принтере, доступ к которому у нас имеется. Но пока не будем раскрывать всех секретов…
5. Заключение.
В данной работе мы рассмотрели текущее состояние дел в области трехмерной печати и её применения в различных отраслях промышленности: строительстве, космической отрасли, авиастроении, энергетике, медицине. Из обзора становится ясно, что перспективы у данной технологии очень большие. В будущем, при удешевлении самих принтеров, они получат широкое распространение. Это даст возможность людям их использовать повсеместно в повседневной жизни, и на производстве, что удешевит изготовление многих деталей, а как следствие и стоимость конечного продукта той или иной отрасли промышленности. А, например, в медицине, данная технология поможет сделать качественный скачок в развитии протезов и имплантатов, точно повторяющих строение тела человека, а так же в выращивании искусственных органов.
D-печать металлических изделий сложной формы
... только в названиях, но базовые принципы похожи. Процесс очень напоминает обычную струйную печать: материал подается через сопла малого диаметра, расположенные рядами на печатающей головке. Количество сопел ... покрытых полимером, остатки которого нужно удалить путем выжигания в специальной печи. Для металлов одновременно происходит заполнение возникающих пустот бронзой. Поскольку речь идет о высоких ...
6. Список источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/d-printeryi-v-stroitelstve/
1. http://ru. wikipedia. org/wiki/трёхмерная_печать
2. http://www. cnews. ru/news/top/index. shtml?2014/01/22/557241
3. http://www. cnews. ru/top/2013/01/22/vpervye_3dpechat_ispolzuyut_dlya_stroitelstva_zdaniya_516283
4. http://www. cnews. ru/top/2013/01/22/vpervye_3dpechat_ispolzuyut_dlya_stroitelstva_zdaniya_516283
5. http://www. cnews. ru/news/line/index. shtml?2011/08/04/449780
6. http:///?p=170435
7. http://www. novate. ru/blogs/030811/18344/
8. http:///3-d-pechat-litij-ionnyx-akkumulyatorov/
