Применение

3D принтеры и системы быстрого прототипирования. Применение

В начале 90-х годов прошлого  века в США были разработаны первые RP-системы (RP – rapid  prototyping, быстрое прототипирование). Назначение этих установок, как следует из названия – быстрое изготовление прототипов. В отличие от традиционных технологий, таких как механообработка или литьё,  все RP –системы  представляют собой установки для послойного аддитивного синтеза  моделей. Исходным материалом для работы любой RP системы является трёхмерная твердотельная компьютерная модель изделия, созданная в любой программе 3D САПР.  Она сохраняется в формате файла STL, затем в программном обеспечении RP – машины она разбивается на плоские слои с одинаковой толщиной.  Установка быстрого прототипирования строит из модельного материала эти слои последовательно, один за другим, до получения завершённой трёхмерной модели. Таким образом,  время изготовления модели  не зависит от сложности геометрии, а определяется только размерами прототипа. Это является  одним из серьёзных преимуществ систем быстрого прототипирования по сравнению  с традиционными технологиями, такими например как механообработка или литьё.  Так же необходимо отметить, что для изготовления модели средствами RP не требуется дорогостоящая оснастка, как для литья,  или построение программ для станков с ЧПУ в системах CAM как происходит при механообработке.  Эти преимущества особенно важны при изготовлении прототипов, когда изготавливаются единичные изделия, а не большая серия.

Классические RP-системы первых поколений обладают рядом недостатков. Это прежде всего очень высокая стоимость (до миллиона долларов в зависимости от комплектации), сложность в эксплуатации,  специальные требования к помещению и квалификации оператора.  Если проводить аналогии с развитием компьютерных технологий в целом, то эти системы похожи на первые ЭВМ – огромные, очень сложные и дорогие, работать с которыми могли только высококвалифицированные программисты. Неудивительно, что массовое распространение технологии быстрого прототипирования получили только с появлением на рынке нового класса устройств – трёхмерных (3D) принтеров.  Этот класс систем лишён многих недостатков своих предшественников – 3D принтеры рассчитаны на работу в условиях обычного офиса,  просты в эксплуатации, автоматически готовят файл к построению и  не требуют сложной постобработки модели после печати.  Рост популярности  технологий быстрого прототипирования связан именно с появлением на рынке в последние пять лет  3D принтеров. 3D –принтеры сыграли  роль в распространении технологий быстрого прототипирования  аналогичную роли персональных компьютеров в распространении цифровых технологий в нашей жизни.  По приведённым данным можно сделать вывод, что в мировых масштабах технологии быстрого прототипирования уже получили  широкое признание. Так же можно говорить о росте популярности этих технологий в России, хотя пока наша страна отстаёт от промышленно развитых стран Западной Европы, США и Японии.

В настоящее время на рынке в целом, в том числе и на российском рынке представлено большинство ведущих фирм-разработчиков как классических больших RP-систем, так и 3D-принтеров.  Несмотря на общий принцип работы – построения трёхмерной модели из плоских двумерных слоёв различные системы заметно отличаются друг от друга технологиями построения каждого слоя. И это определяет область применения оборудования. На наш взгляд,  с практической точки зрения есть два главных параметра, характеризующих  любую систему для быстрого прототипирования – это толщина слоя построения и материалы, с которыми работает машина. Именно толщина слоя построения определяет качество конечной модели,  а свойства модельного материала определяют применимость прототипа.