Разработка внеклассного материала на тему 3Д принтеры

Министерство образования Республики Башкортостан

ГБОУ СПО «Стерлитамакский политехнический техникум»

Разработка ОТКРЫТОго

МЕРОПРИЯТИя ПО ФИЗИКЕ

«3D принтеры»

Преподаватель: Ганина К. В.

2014

Цели и задачи

• Изучить основные характеристики технических новинок.

• Исследовать их механизм действия.

• Исследовать литературу содержащую, необходимую

информацию для проекта.

• Исследовать различные виды технических новинок.

• Исследовать степень влияния технических новинок

на здоровье человека.

• Воспитывать чувство патриотизма.

Оборудование : мультимедийное оборудование.

Введение:

Вступление

1. Принцип работы

2. Технологии, применяемые для создания слоев

3. Технологии позиционирования печатающей головки:

4. Применение технологии

5. Закон, запрещающий изготовление огнестрельного оружия с помощью 3D-принтеров.

6. Заключение.

7. Ссылки.

Вступление

(3-D) (от англ. 3-dimensional)

Мир 3Д принтеров. … Очень скоро у дизайнеров обуви и посуды начнутся проблемы, ведь уже сегодня можно купить 3D-сканер и 3D-принтер, чтобы напечатать себе любую понравившуюся вещь. Хочется сказать, что появление устройств, способных создавать трёхмерные объекты, вызывает повышенный интерес. Молекулы и самолеты, оружие и кровеносные сосуды, протезы и интегральные микросхемы, еда и здания, лекарство от рака, ухо, клюв и ракетный двигатель, все это было напечатано на 3d принтерах.

1. Принцип работы

3D принтеры работают по принципу струйной печати, т.е. в принтер подается полимер типа PLA или ABS, который проходя через экструдер расплавляется под высокой температурой и выходит тонкой полужидкой ниткой и наносится слой за слоем, тем самым выращивая 3d модель.

Технология трехмерной 3D печати - это создание материального объекта различными методами на основе цифровой трехмерной модели.

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.

2. Технологии, применяемые для создания слоев:

Лазерная:

Лазерная стереолитография - ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.

Лазерное сплавление (англ. melting) - при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.

Ламинирование - деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.

Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы - способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.

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.

Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей[1].

Биопринтеры - печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

2. Технологии позиционирования печатающей головки:

Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.

При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке. (см. статью Дельта-робот)

2. Применение технологии

Для быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.

Для быстрого производства - изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для малосерийного производства.

Изготовление моделей и форм для литейного производства.

Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами Porsche при изучении тока масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке.

Производство различных мелочей в домашних условиях.

Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например беспилотный самолёт Polecat[en] компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.

Разработки университета Миссури, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии - выращивание полноценных органов.

В медицине, при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа, костей, хрящевые ткани). Ведутся эксперименты по печати донорских органов

Для строительства зданий и сооружений .

Для создания компонентов оружия (Defense Distributed). Существуют эксперименты по печати оружия целиком.

Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили, телефоны, радио-электронное оборудование)

Пищевое производство.

После создания 3D-модели используются САПР-системы, поддерживающие управление 3D-печатью. В большинстве случаев для печати используют формат файла STL. Практически все принтеры имеют свой собственный софт для управления печатью, причем часть - коммерческие, часть с открытым исходным кодом. Например, 3D-принтер Picaso Builder - программа Polygon, 3DTouch - Axon 2, MakerBot - MakerWare, Ultimaler - Cura.

Самовоспроизведение

Частично реплицирующийся (способный воссоздать самого себя) трёхмерный принтер RepRap

Некоторые недорогие 3D-принтеры могут распечатывать часть собственных деталей. Один из первых подобных проектов - RepRap (реализуется английскими конструкторами из университета Бата), который производит более половины собственных деталей. Проект представляет собой разработку с общедоступными наработками и вся информация о конструкции распространяется по условиям лицензии GNU General Public License.

2. 3D-печать оружия21 ноября 2013 года в Филадельфии (США) был принят закон, запрещающий изготовление огнестрельного оружия с помощью 3D-принтеров.

В Великобритании нелегальны производство, продажа, приобретение и владение оружием, напечатанным на 3D-принтере.

Заключение:

Сегодня подобные устройства научились печатать не только прототипы, но еще полноценные предметы обихода и даже пищу. В медицине идет активное развитие технологий печати живых тканей, что позволит создавать целые органы из отдельных клеток.

Современные принтеры печатают из различных материалов, самыми популярными на сегодня являются ABS и PLA пластики и порошок на основе гипса.

2. Ссылки

3D-принтеры // 3DNews, 02 мая 2004

Сайт, посвященный моделям для 3D-печати - Thingiverse

7