III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

3Д ПРИНТЕРЫ – БУДУЩЕЕ НАСТУПИЛО!?
Раевский И.Ю.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


 

Мы привыкли к сотовым телефонам, общению по скайпу, 3d фильмам и другим современным вещам, которые для моих родителей в детстве, встречались только в книгах фантастики.

Одним таким чудом, пришедшим в нашу жизнь, стали 3D- принтеры.

Мне стало интересно узнать, как они работают и где их используют, какую пользу приносят людям, это и стало целью моей работы.

Я определил для себя следующие задачи:

1) Понять, что же такое 3D принтер;

2) Выяснить, как устроен 3D принтер;

3) Научиться самостоятельно управлять им;

4) Выяснить, где 3D принтеры уже используются людьми?

5) Найти информацию об идеях ученых о применении 3d принтеров в будущем.

6) Найти возможные решения самостоятельного изготовления расходных материалов для 3d принтеров.

7) Сделать выводы по изученной информации.

ЧТО ТАКОЕ 3D ПРИНТЕР?

Все мы знакомы с обычными принтерами, печатающими на бумаге. Лист бумаги имеет длину и ширину, оси Yи X и принтер печатает на плоскости. В работе 3D принтеров есть ещё ось Z-высота! И он способен поднимать изображение слоями ещё и на высоту! Простыми словами, 3D принтер – это машина, способная построить любой объёмный предмет на основе компьютерной модели. Именно компьютер читая коды модели передает принтеру координаты X,Y,Z по которым он должен двигаться. [1]

КАК УСТРОЕН 3D ПРИНТЕР?

Также, как и простые принтеры, 3D принтеры бывают струйными (выдавливающие или льющие какой-то материал) и лазерные (спекающие материал), но они применяются только на больших заводах.

Струйные3Dпринтеры печатают: пластиком, резиной, керамикой, гипсом, бетоном, продуктами (шоколадом, сыром, кремом и т.д.) и даже живыми клетками в медицине. [2]

Принцип работы очень простой: в нагревательный элемент подается материал в виде нити или гранул, там он расплавляется до полужидкого состояния и принтер рисует этой массой первый слой изделия, он сразу застывает и на него наносится второй слой и так «растёт» объёмный предмет. По окончании работы вынимаем из камеры готовый предмет. Очень хорошо это видно в видео по ссылке[3].

МОГУ ЛИ Я УПРАВЛЯТЬ 3D ПРИНТЕРОМ?

Всё начинается с компьютерной модели. Где её взять:

  1. Можно создать самому в программах компьютерного моделирования: 3DMAX, ZBrash и др. Вся модель делается из тоненьких ниточек – лайнов. Работа очень долгая и кропотливая. Мне, сначала, было очень сложно, но мне помогал старший брат и у меня стало получаться.

2. Можно сканировать предмет, специальным устройством – сканером.

Это очень просто. Сканер автоматический и все делает сам, нужно только ровно его вести вокруг предмета и через несколько секунд его копия на экране. Но это только копия чего-либо, твоей идеи и творчества в этом нет. На фото справа результат сканирования меня самого и уже готовая скульптурка из пластика, даже две.

  1. Можно купить готовую 3d модель (например на сайте: http://3ddd.ru [4] или http://for3d.ru. [5] Модели дорогие, но очень красивые и точные, ведь над ними трудились опытные специалисты.

Потом готовую модель отправляем на принтер и он начинает печатать.

Делаю вывод: если принтер настроен, управлять им совсем несложно. И очень приятно доставать из него готовый объёмный предмет!!! А потом можно ещё и раскрашивать!!!

ГДЕ 3D ПРИНТЕРЫ УЖЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ЛЮДЬМИ?

  1. МЕДИЦИНА

Одно из важнейших применений 3д печати — это медицина. 3д печать незаменима при производстве протезов. 3D-принтеры избавляют стоматологов от очень сложного и трудоемкого процесса в работе — ручного моделирования протезов, коронок и других изделий. Пациентам нужно просто сделать сканирование ротовой полости — и вскоре получить прекрасный быстрый результат.

  1. АРХИТЕКТУРА

Изготовление макетов зданий по обычным технологиям — процесс длительный, трудоемкий и очень дорогой. Технология 3D-печати позволяет быстро и с большой точностью создать любой макет. При этом основная часть работы по проектированию ведется на компьютере с использованием компьютерных программ 3D-моделирования и все ошибки можно увидеть и исправить ещё на стадии компьютера, не испортив материалы.

  1. ОБРАЗОВАНИЕ

3D-печать применяется в школах и институтах по всему миру. Она увеличивает интерес к обучению, так как даёт возможность почувствовать себя изобретателем. Создав на компьютере модель, ученик уже через несколько часов сможет держать ее в руках.Можно создавать интересные проекты, печать практических заданий по разным предметам. Это поможет лучше понимать темы уроков. Я очень хочу, чтобы в нашей школе был 3D принтер.

  1. ДИЗАЙН И РЕКЛАМА

3D-принтеры позволяют изготавливать пробные макеты будущих изделий. Готовые модели могут быть оценены перед запуском в массовое производство. В области рекламы возможности 3D печати просто безграничны. Можно реализовать любую идею от сувенира-матрешки до огромных рекламных фигур.

  1. СТРОИТЕЛЬСТВО

Люди, с помощью 3D принтеров научились печатать бетоном. С помощью огромного 3D принтера можно напечатать недорогой дом из бетона за 24 часа! [6]

ИДЕИ УЧЁНЫХ О ПРИМЕНЕНИИ 3D ПРИНТЕРОВ.

3D печать медленно, но довольно успешно проникает в аэрокосмическую индустрию, где такие гиганты как NASA планируют использовать инновационную технологию для производства деталей космических кораблей. 3D принтер Zero-G – это первое устройство для работы в невесомости. Он был запущен на орбиту 21 сентября 2014 года и послужил в качестве испытательного стенда для изучения влияния микрогравитации на процесс 3D печати. [ 7 ]

В медицине ведутся эксперименты по печати донорских органов.С 3D-био печатью мы навсегда забудем о тестировании медикаментов на людях и животных. [8] Существуют эксперименты по печати оружия целиком, хотя это кажется мне опасным.

В будущем вместо ларьков будут стоять обыкновенные 3D-принтеры, заправленные не полимерным материалом, а шоколадом и кондитерскими наполнителями. И будут печатать нам еду, как произведение искусства.

Все дома тоже планируется строить 3D принтерами, а также детские городки, заборчики, качели и т.д.

ЕСТЬ ЛИ ВОЗМОЖНЫЕ РЕШЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИТИ ДЛЯ 3D ПРИНТЕРОВ ?

На конференции проектно-изыскательских работ «УМКА» в 2015 году меня заинтересовало выступление одной девочки, которая обратила внимание - на проблему пластиковых отходов и предложила использовать вторично эти отходы для поделок. Еще на конференции я задумался, а как бы я решал эту задачу. И позже начал поиск информации и исследования в этом направлении. Технология трехмерной печати наделяет человека способностью быть конструктором и созидателем, оставаясь при этом у себя дома. Я очень хотел, чтобы в нашей школе был класс 3d печати. Но если посчитать стоимость расходных материалов – это слишком дорого. И тогда я подумал, что можно сократить расходы, сделав свою собственную нить из бутылок из-под шампуня или пакетов из-под молока. Бытовые отходы из полимеров, например, пластиковые бутылки, представляют большую экологическую проблему.

При поиске информации я увидел, что иностранные компании уже всерьез заняты этой темой. В России аналогов пока нет. Например, фонд Ethical Filament, который сотрудничает с разными организациями по всему миру и призывает людей к применению пластиковых отходов в производстве нитей для трехмерной печати вместо нового пластика. Другая организация, Plastic Bank пытается решить проблему пластиковых отходов. Plastic Bank – это центр по сбору и переработке пластикового мусора, который призывает малообеспеченных людей собирать пластик и использовать его для своих нужд в разных сферах жизни посредством технологии 3D-печати. Цель этой организации – очистить мир от пластика, убрать его из водоемов и позволить бедным заработать с его помощью. [9]

Как создать эту полезную практику в России?

С чего начать?

Я считаю, начинать нужно с изучения устройства переработки пластика и создания собственной модели экструдера.

Экструдер – это общее название устройств для расплавления и выдавливания пластика.

Устройство очень простое, что позволяет создавать его на любом предприятии России. А я хочу создать такое устройство для нашей школы.

К основным плюсам самостоятельного изготовления пластиковой нити можно отнести:

• 1. Почти нулевые затраты на расходные материалы;

• 2. Изготовление нити из любого доступного или задуманного вида пластика;

• 3. Возможность сочетания разных видов пластика и получения нити с особенными характеристиками;

• Сочетание разноцветных пластиков позволяет создать собственный, неповторимый оттенок цвета;

• 4. Вторичная переработка неудачных и ненужных изделий в новый расходный материал позволяет не выбрасывать их в мусор.

ВЫВОДЫ

Я, с огромным интересом, работал над этим проектом. У меня получилось сделать трёхмерную модель в компьютерной программе 3DMAX. Мне удалось отсканировать разные игрушки и получить их копии в компьютере. Моя сестра помогла мне сканировать меня самого и я смог напечатать свою игрушечную копию из пластика. Я понял, что устройство принтера не сложное, и решил попробовать сам сделать свой принтер. Я узнал много нового о том, где применяются принтеры в наше время. Меня поразили невероятные идеи ученых о том, как можно будет использовать 3D принтеры в будущем. А также у меня появились свои идеи о применении 3 D принтера и создании экструдера для производства пластиковой нити.

Мои учителя и одноклассники смогут сохраняя экологию, создавать любые дидактические материалы и модели!!!

Я уверен, что уже в ближайшем будущем 3D принтеры перевернут жизнь всего человечества! И уж точно всегда будут в моей жизни!

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

8. http://www.ses.com.ua

9. http://3dpmake.com

10. http://youtube.com

11. http://3d.globatek.ru

12. http://3d-expo.ru

ССЫЛКИ

[1]http://www.ses.com.ua/html/princip3d.html

[2]http://3dpmake.com/news/60-classification

[3]http://youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=lz7ucAlmSWo

[4] http://3ddd.ru

[5] http://for3d.ru.

[6] http://3d.globatek.ru/3d-printers/use/

[7] http://3dpmake.com/cat/technology

[8] http://3d-expo.ru/ru/3d-pechat-organov © 3d-expo.ru

[9] http://3der.ru/2014/03/turning-old-plastic-into-3d-