Адитивні технології в коледжі
Кожен день ми читаємо про нові відкриття, які дивують світ. Досить нещодавно думки про те, що на домашньому принтері можна буде роздрукувати будь-що, були із області фантастики. Але на сьогодні мрії починають набувати споживчої реальності. 3D-принтери виходять на масовий ринок і сьогодні такий «домашній міні-завод» може придбати чи не кожен. Як і більшість технічних новинок, спочатку 3D-принтери були розраховані на великі і середні виробництва: фабрики, заводи, науково-дослідні центри. Звідси випливали громіздкі розміри і велика ціна. Але сьогодні 3D-технології все більш затребувані приватними покупцями і малим бізнесом і сфера 3D-друку переорієнтовується на них.
Перше, про що може подумати людина, яка не зустрічалась із технологією 3D-друку, можна описати декількома словами: «це всього лише дорога іграшка», проте це не так. Технологія тривимірного друку розширила горизонти для медицини, промислового прототипування, військової галузі, освіти. Значення і масштаби цих розширень можуть бути порівнянні з винаходом конвеєра, який докорінно змінив існуючі на той час галузі виробництва і дозволив розвиватись новим. Багато експертів пророкують створення фабрик нового формату, які не будуть спеціалізуватися на декількох видах однотипної продукції, а які зможуть виробляти буквально все що завгодно завдяки універсальності технології 3D-друку та можливостям масштабувати принтер навіть до розмірів цілого будинку.
Адитивні технології (3D-друк) – одна з форм технологій адитивного виробництва, де тривимірний об'єкт створюється шляхом накладання послідовних шарів матеріалу (друку, вирощування) за даними цифрової моделі.
Технологія 3D-друку з'явилася лише кілька десятків років тому, але розвиток її йде дуже швидко і відразу за декількома напрямками. В основі технології друку реальних тривимірних об'єктів лежить принцип створення моделей шляхом нарощування їх тіл. Перший пристрій для 3D-друку з’явився у 1984 році, але термін «3D-друк» почав використовуватися тільки в 1996 році. Піонером у цій області була компанія 3D Systems. Протягом багатьох років технологія все більше удосконалювалася і ставала дешевше. У 2006 році з’явився перший домашній принтер (RepRap), а три роки по тому був розроблений принтер для самостійної збірки. Такі пристрої почали масово продаватися з 2013 року. У тому підході, який використовують зараз у промисловості, існує безліч недоліків, головні з яких – великі часові витрати і висока частка відходів, які просто йдуть на смітник. Адже деталь виготовляється методом відсікання надлишків різними способами – наприклад, на токарному верстаті. Тому першу область використання тривимірний друк знайшов саме в промисловості. З тривимірними принтерами ця операція виявилася набагато швидшою, дешевшою і наочнішою.
3D-принтер – це пристрій, що здатний з цифрової (комп'ютерної) 3D-моделі відтворити реальний фізичний об'єкт з призначеного для цього матеріалу. Щоб краще зрозуміти, як працює 3D-принтер, потрібно розглянути всі використовувані на сьогодні способи друку. Тривимірний принтер складається з декількох різних компонентів. Всі деталі прикріплені до спеціальної рами. Рухома головка управляється кроковими двигунами, які, в свою чергу, управляються спеціальними контролерами. Друкуюча головка є найважливішою частиною принтера. Саме вона, завдяки впливу високої температури, розплавляє матеріал, який формує 3D-деталь. Матеріал поставляється у спеціальних катушках. Весь процес друку відбувається на столі, що підігрівається. Принтер також має термістори, керуючі температурою головки, кінцеві вимикачі, джерело живлення, а також додаткові елементи, такі як РК-дисплей.
Перед початком друку необхідно підготувати відповідний проект майбутньої деталі. Для цього використовуються спеціальні програми для 3D-моделювання. Потім генерується файл STL, який використовується програмним забезпеченням принтера. Саме з цієї програми передаються спеціальні команди, що управляють 3D-принтером. Маючи STL-файл, можна переглянути об’єкт, який необхідно роздрукувати.
При 3D-друці використовуються найрізноманітніші технології. Кожна з них передбачає використання кілька різних матеріалів, які називаються нитками. Найпопулярнішою є технологія FDM, яка поширена в принтерах для домашнього використання. Технологія FDM використовує дуже міцний полімер акрилонитрил-бутадієн-стирол (ABS) або полілактид (PLA), який дещо легше обробляється. Якщо необхідно надрукувати прозорий і довговічний об’єкт, можна використовувати той же матеріал, який використовується для виробництва пластикових пляшок. Принцип роботи 3D-принтерів більш всього схожий з роботою звичайного струменевого принтера. Основна відмінність полягає в тому, що замість нанесення чорнила з друкуючої головки на черговий аркуш паперу в 3D-принтері за допомогою так званої технології FDM, гаряча головка змушує розплавитися матеріал, який потім розподіляється шарами з використанням тривимірного сопла. Так утворюється тривимірний об’єкт. З іншого боку, технологія DLP використовує рідку смолу, яка легко твердне, а в технології SLS-друку використовується порошок, який зв’язується лазером. У разі дуже складних об’єктів друк може займати до декількох десятків годин.
У випадку промислових принтерів діапазон матеріалів, що використовуються для просторового друку, набагато ширший, включаючи папір, каучук, метал і навіть бетон.
Зараз технології 3D-друку стають все більш популярнішими і найближчим часом вони стануть частиною нашого повсякденного життя і ми вже більше не зможемо уявити своє життя без них. Сьогодні послуги 3D-друку користуються великим попитом серед дизайнерів, архітекторів, конструкторів. Ця технологія дозволяє різним спеціалістам у найкоротші терміни отримувати високоякісні прототипи виробів, макети, заготовки.
Головне призначення 3D-принтерів зовсім не розваги, а робота і навчання. Можна впевнено говорити, що з розвитком 3D-принтерів будуть розвиватися і 3D-сканери. За аналогією з тим, як пліч-о-пліч йшов розвиток звичайних сканерів та принтерів.
Область застосування 3D-друку постійно розширюється, тому що постійно удосконалюються методи друку, використовуються нові матеріали, збільшується якість, точність і міцність одержуваних об'єктів. А 3D-принтери, навпаки, зменшуються в розмірах, стають доступніші та простіші.
За ініціативи дирекції ВП НУБіП України «Заліщицький аграрний коледж ім. Є. Храпливого» для студентів коледжу придбано 3D-принтер – Tronxy 3D Printer. Зокрема, студенти, які освоюють спеціальність 123 «Комп’ютерна інженерія» зможуть використовувати сучасне обладнання на навчальних заняттях з інженерної та комп’ютерної графіки, мікропроцесорних систем, архітектури комп’ютерів, системного програмування тощо. Принтер має два режими роботи, перший традиційний – інсталяція драйверу пристрою на ПК, другий, – автономний (режим без з'єднання з ПК, для цього він оснащений слотом для MicroSD-карти пам’яті, РК-дисплеєм та власною консоллю керування пристроєм).
Використання 3D-технологій в навчальному процесі дозволить суттєво підвищити його ефективність завдяки наближенню віртуального комп’ютерного середовища до реального тривимірного світу. 3D-друк дозволить майбутнім фахівцям створити тривимірну модель деякого виробу на комп’ютері та за короткий час отримати повноцінний фізичний об’єкт, що відповідає заданим параметрам.
Апробуючи нове обладнання, студенти зможуть отримати безцінний досвід, та оцінити специфіку 3D-технологій на практиці. Для студентів відкриється можливість реалізації студентських авторських проектів, друк практичних завдань, розвиток творчих здібностей і навичок. Створюючи макет або яку-небудь деталь, попередньо змоделювавши її в програмі, вже через деякий час можна буде розглянути в руках, та повноцінно оцінити якість роботи. На дисплеї комп'ютера чи папері зробити це набагато важче.
Сьогодні 3D-принтери більше не здаються машинами з фантастичних фільмів або романів. Вони стали реальністю і приносять людству велику користь. За 3D-принтерами майбутнє техніки і науки.
Артур Червоняк
викладач комп’ютерних дисциплін