Историческое зарождение технологии 3D

Содержание

Введение

1 История вопроса

2 Применение в архитектуре

3 Краткое описание технологического процесса

4 Преимущества и недостатки 
5 Реальное использование на практике 
6 Описание созданных архитектурных объектов  
7 Перспективы этой технологии 
Заключение 
Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 Историческое зарождение технологии 3D принтерной печати появилось в конце XXв. в 1985-87 гг. Создание объемных объектов 3D печати сыскало большую актуальность у проектировщиков, инженеров и кострукторов в разных областях. Первым, косвенным, примером стало применение данной технологии инженерами компании “Porshe”(Франция) в автомобильной промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 История вопроса

1984 : Американец Чарльз Халл разработал технологию «стереолитографии» (SLA) для печати 3D-объектов по данным цифровых моделей из фотополимеризующихся композитных материалов (ФПК). 

1985 — Михаило Фейген предложил послойно формировать объемные модели из листового материала: пленок, полиэстера, композитов, пластика, бумаги и т.д., скрепляя между собой слои при помощи разогретого валика. Такая технология получила название «производство объектов ламинированием» (LOM).  

По сути, листы приклеиваются друг к другу, а лазер вырезает контур.

1986 — получение патента на технологию «стереолитографии» (SLA). Разработанную в 1984 году.

В этом же году Чарльз Халл основал компанию 3D Systems и разработал первый коммерческий прибор трехмерной печати. Который незатейливо назвали - «установка для стереолитографии».  

 

1986 — доктора Карл Декарт и Джо Биман в Университете штата Техас в Остине разработали и запатентовали метод селективного лазерного спекания (SLS).

 

1987 — израильской компанией Cubital была разработана Технология послойного уплотнения (SGC).

1988 — 3D Systems разработала модель SLA-250, которая была запущена в серийное производство для широкого круга пользователей.

 

1988 — Скотт Крамп изобрел FDM (моделирование путём декомпозиции плавящегося материала). Наиболее распространённая ныне технология. Она и используется в большинстве «домашних» 3D принтеров. 

1989 — Скотт Крамп основал комапнию Stratasys. 

1991 — Stratasys выпустила первый 3D-принтер серии Dimension с экструдирующей печатающей головкой (FDM). 

1991 — Helisys продала свою первую машину на основе объектного ламинирования (laminated object manufacturing (LOM))

1992 — Компания Stratasys продала свою первую машину на основе технологии FDM - «3D Modeler». 

1992 — Фирма DTM продала свою первую систему селективного лазерного обжига (SLS)  

 

1993 — Была создана компания Solidscape. Ныне один из ведущих производителей. 

 

1995 — в Массачусетском технологическом институте был придуман термин "3D-печать".  

 

1995 — Компания Z Corporation получила эксклюзивную лицензию от MIT использовать технологию 3DP (Печать склеиваемым порошком). 

1996 — Stratasys представила «Genisys». 

1996 — Компания Z Corporation представила Z402.

1996 — 3D Systems представила Actua 2100. К данному устройству быстрого прототипирования было впервые применено название «зд-принтер».  

1997 — компания EOS была продана конкуренту по стереолитографии 3D Systems. И они стали монополистами.  

 

2005 — Компания Z Corporation выпустила Spectrum Z510. Это был первый на рынке 3д-принтер с высоким качеством цветной печати (3DP).

2006 — Открыт проект Reprap при использовании лицензии GNU General Public Licence.  

2008 — Выпущена первая версия Reprap, «принтера который может производить сам себя». На тот момент он мог изготавливать около 50% необходимых деталей.

2008 — Objet Geometries Ltd, разработала принтер Connex500, печатающий несколькими различными материалами сразу (3DP). Сейчас количество материалов перевалило за 100.

2010 — Urbee: первый автомобиль, созданный при помощи гигантских 3д-принтеров Dimension 3D Printers и Fortus 3D Production Systems. 

2010 — медицинская компания Organovo. Inc объявила о создании технологии, печати искусственных кровеносных сосудов.

2010 – группа ученых Fluid Interfaces Group из Массачусетского Технологического Института представила первый 3D принтер для создания продуктов - «Cornucopia». На данный момент разработка не получила существенного развития.

2011 — голландский производитель 3D принтеров Ultimaker развил скорость трехмерной печати до 350 мм в секунду. Действительно неплохо, хоть и точность пострадала от скорости. Сейчас этот показатель уже так удивляет.

2011 — под руководством Университета Эксетера и университета Брюнеля и фирмы Delcam, исследователи создали первый 3д-принтер, печатающий шоколадом. На самом деле это опять FDM, сложность была только в разработке состава.

2011 — Инженерами Университета Саутгемптона создан первый самолёт, напечатанный на 3д-принтере. Сложность была скорее в проектировании модели таким образом, чтобы её можно было распечатать. Модель прекрасно летала.

2011 — Венский Технологический Университет представил самый маленький, лёгкий и дешёвый по себестоимости печати 3д-принтер. Работающий по аддитивной технологии фотополимеризации светочувствительной смолы, весом 1,5 килограмма и стоимостью около 1200 евро. 

 

2012 — Компания 3D Systems выпустила на рынок персональный трехмерный принтер для домашнего использования 3D Cube. FDM.

2012 — в Венском Технологическом Университете создали трехмерный принтер, печатающий микроскопические объекты разрешением до 100 нм со скоростью 5 мм в секунду.

В 2014 году начался прорыв в области строительства зданий с использованием 3D-печати бетоном.

В течении 2014 года, шанхайская компания WinSun анонсировала, сначала строительство десяти 3D-печатных домов, возведенных за 24 часа, а после напечатала пятиэтажный дом и особняк[21].

В Университете Южной Калифорнии прошли первые испытания гигантского 3D-принтера, который способен напечатать дом с общей площадью 250 кв. метров за сутки.[22]

В октябре 2015 года в рамках выставки "Станкостроение" (Крокус-Экспо) ЗАО «СПЕЦАВИА» были представлены российские разработки и промышленные образцы строительных 3D-принтеров[23

 

Примерно с середины 2000-х годов параллельно друг с другом в различных университетах мира начались исследования, ориентированные на изучение возможности использования 3D печати в строительной сфере.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Применение в Архитектуре

Одним из первых применений 3D печати в архитектуре и строительстве, является презентация авторского инновационного проекта в 2012 г. профессором Берох Кошневис из университета Южной Калифорнии (США), в котором предлагалось строительство зданий с помощью 3D принтерной печати.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Краткое описание технологического процесса

 Технологический процесс создания уникальных архитектурно-строительных объектов основан на принципе строительства с использованием специального устройства 3D печати, в которое заливается бетонная смесь специфического состава. Через специальные форсунки, под контролем электронной программы, поступающая смесь слой за слоем формирует заданную конструкцию сооружения. Нижние слои постепенно уплотняются, что дает им возможность выдерживать всё более увеличивающийся вес конструкции.

 

Напечатать дом целиком и сразу можно. Однако стоимость широкоформатных принтеров S-1160 довольно велика и управление ими требует специальных навыков.

Общедоступные и надёжные в эксплуатации принтеры серии S-6044. Они могут печатать отдельные элементы зданий строительным объёмом до 12 куб. метров. Этого вполне достаточно для печати сложных лекальных форм различного рода башенок, арок, балюстрад и прочих элементов украшающих Ваш дом.

Каков будет Ваш дом и его внешний вид - зависит от проекта, сочетающего традиционные методы строительства и использующего возможности 3D печати. Сразу оговоримся, что себестоимость строительства при этом не возрастает, а вот эстетическая привлекательность такого рода строительства несомненна.

Расходные материалы (смеси для печати) можно самостоятельно готовить по техрегламентам, указанным в проекте, либо купить готовые (в том числе высокопрочные) промышленного приготовления.

В проектах домов, ориентированных на использование элементов 3D широко используются композитные материалы. Возможно использование стеклофиброволокна при печати и полимерной арматуры при армировании лекальных элементов.

Логическим завершением предложения является практическое обучение работы на принтере. По Вашему выбору печатать можно научиться в Москве в учебном центре, либо у нас на производственной базе в Ярославле. Специалисты научат Вас не просто управлять оборудованием, но и моделировать, обслуживать принтер, вместе с Вами напечатают несколько элементов Вашего будущего дома.

 

Управляют принтером два человека: оператор (непосредственно управляет принтером) и подсобный рабочий (готовит смесь, армирует изделия в процессе печати, чистит оборудование в конце смены).

 

Необходимый слой бетона формирует экструдер. Это часть печатающей головки. Во время печати можно оперативно корректировать геометрию выдавливаемого слоя, изменять скорость печати добиваясь максимального качества.

 

Смеси с большим временем живучести можно использовать повторно, например если вас не устроило качество напечатанного изделия.

Армировать изделия можно следующими способами: добавлять фиброволокно в бетонную смесь, укладывать арматуру между слоёв во время печати, армировать полости изделий с последующей заливкой этих полостей бетоном. Идеально для армирования лекальных полостей подходит композитная арматура, использование которой значительно уменьшает себестоимость строительства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Преимущества и недостатки

 Преимуществом является быстрое возведение небольших объектов, автоматизация строительного производства и новые возможности создания как оригинальных архитектурных форм, так и создание уникальных большепролетных сооружений. 
   Недостатками является недоработанность некоторых аспектов технологии, не позволяющей построить здание большой высоты из-за недостатка прочности бетона и цемента, и при необходимости в наличии металлического каркаса, выступающие колонны мешают движению принтера.

Для успешной работы с 3D оборудованием необходимо минимальное умение компьютерного пользователя. Все программы от графических редакторов до управляющих программ предустановлены. Есть несколько вариантов софта для пользователей различного уровня.

 

Больше всего шуму в области трехмерной печати зданий наделали китайские компании. А все потому, что они сосредоточились на печати дешевых простых домов, без каких-либо архитектурных изысков. Так Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co собрал гигантский 3D-принтер WinSun высотой 6,6 м, 10 м в ширину и 40 м в длину. Всего за несколько часов он может напечатать здание высотой до 6 м. В качестве чернил используется цемент, усиленный стекловолокном. Таким образом за сутки были напечатаны 10 одноэтажных зданий, себестоимость возведения которых оказалась на 50% ниже традиционных методов.

А вот словенская компания BetAbram занялась серийным производством строительных принтеров, которые могут печатать несущие конструкции для небольших зданий. Цена базовой модели - 12 тыс. евро. Правда, расходные материалы придется закупать у производителя.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

Голландская компания Dus Architects совместно с Ultimaker ведет работу над аппаратом под названием KamerMaker (в переводе - "Производитель комнат"). В качестве материала печати используется не бетон, а органический биопластик (отверждается при нагревании). Далее блоки используются как детали конструктора "Лего", чтобы собирать из них многоэтажные здания. Правда, затем блоки придется заполнять легким бетоном. Пока голландцы воспринимают свое детище как своеобразную компьютерную игру, однако на сегодня уже построен угол пробного дома на берегу одного из каналов в Амстердаме. Стройплощадка открыта для посещения и уже стала одной из достопримечательностей города.

А вот специалисты из Института продвинутой архитектуры Каталонии в Барселоне еще ни одного здания не построили. Зато они предложили принципиально иной подход: не единый массивный принтер с подпоркой, поддерживающей огромную печатающую головку, но нескольких мини-роботов, которые смогут наносить слои бетона, перемещаясь вдоль стен. А строительный материал к этим роботам будет поступать через гибкие и длинные шланги. Такой подход снимает ограничение на размер печатаемого дома, налагаемый высотой подпорки, поддерживающей печатающую головку.

Российские ученые и инженеры в области трехмерной печати зданий не отстают от мировых лидеров. Разве только что громким проектом по типу шанхайского похвастаться пока не можем. Вот что рассказала Ирина Доброхотова (компания "БЕСТ-Новострой"), председатель Экспертного совета по инновациям в недвижимости Российской гильдии управляющих и девелоперов. "В последнее время к нам приходят немало сообщений о интересных разработках отечественных ученых. Компания "Мобильные системы управления" из Набережных Челнов совместно с группой ученых из Камской государственной инженерно-экономической академии придумали установку для создания купольных домов. В отличие от обычного 3D-принтера, у которого головка двигается по осям X, Y и поднимается по оси Z, здесь разработана совершенно другая установка, которая печатает дом вокруг себя, а потом выезжает через дверь уже готового здания. То есть установка завозится внутрь будущего здания, что влечет за собой более экономичный расход сырья.