Кіріспе
Үш өлшемді нысанды жасау үшін қолданылатын аддитивті процесс – 3D-басып шығару немесе аддитивті өндіріс, CAD моделі немесе цифрлық 3D-модельден үш өлшемді нысанды құру болып табылады. Материалды компьютерлік бақылаумен жинақтау, біріктіру немесе қатайту арқылы жүзеге асырылатын әртүрлі процестерде орындалуы мүмкін. 2019 жылдан бастап 3D-басып шығарудың дәлдігі, қайталануы және қолданылатын материалдардың кеңдігі артты, нәтижесінде кейбір 3D-басып шығару процестері өнеркәсіптік өндіріс технологиясы ретінде қолдануға лайық деп есептеледі; осы ретте, аддитивті өндіріс термині 3D-басып шығарумен мағынасы бірдей қолданылуы мүмкін. 3D-басып шығарудың маңызды артықшылықтарының бірі – қолмен жасау қиын немесе мүмкін емес күрделі пішіндер мен геометрияларды жасау мүмкіндігі, оның ішінде салмақты азайту үшін ішкі құрылымдары бар қуыс бөлшектерді жасау және материалдық шығынды азайту. Термопластикалық материалдың үздіксіз жіпшесін пайдаланатын қорытылған қабаттастыру модельдеуі (FDM) 2020 жылға дейін ең көп қолданылатын 3D-басып шығару процесі болып табылады. 3D-басып шығару және аддитивті өндіріс технологияларының 3D кеңістікте материалды қосу немесе біріктіру принципін автоматтандырылған басқарумен бөлісетінін көрсетеді. 2017 жылы Additive Manufacturing журналының бас редакторы Питер Зелински бұл терминдердің күнделікті қолданыста әлі де синоним болып табылатынын, бірақ кейбір өндіріс саласының сарапшылары аддитивті өндірісті 3D-басып шығарудан және өндіріс процесінің басқа технологияларынан немесе аспектілерінен ажыратуға тырысады деп атап өтті. Бұл технология Реймонд Ф. Джонс тарапынан 1950 жылғы қарашада жарық көрген "Астаундинг Science Fiction" журналындағы "Энергияның құралдары" атты әңгімесінде сипатталған. Ол оны сол әңгімеде "молекулалық шашырату" деп атады.
3D printing or additive manufacturing is the construction of a three dimensional object from a CAD model or a digital 3D model. It can be done in a variety of processes in which material is deposited, joined or solidified under computer control, as of 2019, the precision, repeatability, and material range of 3D printing have increased to the point that some 3D printing processes are considered viable as an industrial production technology; in this context, the term additive manufacturing can be used synonymously with 3D printing. One of the key advantages of 3D printing is the ability to produce very complex shapes or geometries that would be otherwise infeasible to construct by hand, including hollow parts or parts with internal truss structures to reduce weight while creating less material waste. Fused deposition modeling (FDM), which uses a continuous filament of a thermoplastic material, is the most common 3D printing process in use as of 2020. 3D printing and additive manufacturing reflect that the technologies share the theme of material addition or joining throughout a 3D work envelope under automated control. Peter Zelinski, the editor in chief of Additive Manufacturing magazine, pointed out in 2017 that the terms are still often synonymous in casual usage, but some manufacturing industry experts are trying to make a distinction whereby additive manufacturing comprises 3D printing plus other technologies or other aspects of a manufacturing process. It was also described by Raymond F. Jones in his story, "Tools of the Trade", published in the November 1950 issue of Astounding Science Fiction magazine. He referred to it as a "molecular spray" in that story.
1980 жылдар
Алғашқы аддитивті өндіріс жабдықтары мен материалдары 1980-ші жылдары әзірленді. Ол бұл XYZ плоттері үшін патент тіркеді, ол 1981 жылдың 10 қарашасында жарияланды (JP S56 144478). Оның зерттеу нәтижелері 1981 жылдың сәуір және қараша айларында жарияланды. Дегенмен, оның жарияланымдарына ешқандай реакция болған жоқ. Оның құрылғысы зертханада жоғары бағаланбады және оның басшысы қызығушылық танытпады. Оның зерттеу бюджеті жылына 60 000 иен немесе 545 доллар ғана болды. XYZ плоттерінің патенттік құқықтарын алудан бас тартты, және жоба тоқтатылды. 1982 жылдың 6 сәуірінде Raytheon Technologies Corp-қа берілген 4323756 АҚШ патенті, ретті жинақтау арқылы бұйымдар жасау әдісі, жүздеген немесе мыңдаған ұнтақталған металл "қабаттарын" және лазерлік энергия көзін пайдалануды сипаттайды және "қабаттарды" қалыптастыруға және субстратқа бұйымдар жасауға ерте сілтеме жасайды. 1984 жылдың 2 шілдесінде американдық кәсіпкер Билл Мастерс өзінің компьютерлік автоматтандырылған өндіріс процесі мен жүйесіне патент тіркеді (US 4665492). Бұл өтініш USPTO-да тарихындағы алғашқы 3D-баспа патенті ретінде тіркелген; ол Мастерске тиесілі үш патенттің алғашқысы болды, олар бүгінгі таңда қолданылатын 3D-баспа жүйелерінің негізін қалады. 1984 жылдың 16 шілдесінде Ален Ле Мехауте, Оливье де Витте және Жан-Клод Андре стереолитография процесіне патент тіркеді. Француз өнертапқыштарының өтініші француз General Electric Company (қазіргі Alcatel Alsthom) және CILAS (The Laser Consortium) компаниялары тарапынан қабылданбады. Себебі "іскерлік перспективаның болмауы" болды. 1983 жылы Роберт Ховард R.H. Research компаниясын құрды, кейіннен 1984 жылдың ақпанында Howtek, Inc. деп аталды, түсті 2D-принтер Pixelmaster-ді әзірлеу үшін, ол 1986 жылы коммерцияланды, термопластикалық (қыздырылған) пластикалық сия қолданылды. 6 адамнан тұратын команда құрылды. Sanders (SDI) компаниясының алғашқы Modelmaker 6Pro тұтынушысы Hitchner Corporation, Metal Casting Technology, Inc. болды, ол Milford, NH қаласында, SDI орналасқан жерінен бір шақырымдай қашықтықта орналасқан, 1993 жылдың соңында және 1995 жылы гольф доптары мен автокөлік қозғалтқыштарының бөлшектерін құю үшін пайдаланылды. 1984 жылдың 8 тамызында UVP, Inc. компаниясына берілген US4575330 патенті, кейіннен 1987 немесе 1988 жылы 3D Systems Corporation компаниясының Чак Халлына берілді. Көптеген 3D-принтерлерде қолданылатын технология – әсіресе хобби және тұтынушыға бағытталған модельдерде – біріктірілген қабаттастыру модельдеуі, бұл пластикалық экструзияның ерекше қолданылуы, ол 1988 жылы С. Скотт Крамп әзірлеген және оның Stratasys компаниясымен коммерцияландырылған, ол өзінің алғашқы FDM машинасының 1992 жылы сатуға шығарды.
1990 жылдар
Металдарды күйдіру немесе балқытуға арналған АМ процестері (мысалы, селективті лазерлік күйдіру, тікелей металл лазерлік күйдіру және селективті лазерлік балқыту) 1980 және 1990 жылдары әрқайсысының жеке атауларымен белгілі болды. Ол кезде металл өңдеудің барлық түрлері қазір аддитивті емес деп аталатын процестермен (құю, дайындау, штамптау және механикалық өңдеу) жүзеге асырылды. Бұл технологияларға көптеген автоматтандырулар енгізілсе де (мысалы, роботтық дәнекерлеу және CNC), құрал немесе бастың 3D кеңістікте қозғалып, шикізаттың массасын құрал жолы бойынша қажетті пішінге айналдыру идеясы металл өңдеуде тек металл алып тастайтын процестермен (қосылмайтын) байланысты болды, мысалы, CNC фрезерлеу, CNC EDM және тағы да басқалары. Дегенмен, металл қосатын автоматтандырылған техникалар, кейіннен аддитивті өндіріс деп аталатын, бұл пікірге қарсы шыға бастады. 1990 жылдардың ортасында Стэнфорд және Карнеги Меллон университеттерінде материалды қабаттастырудың жаңа әдістері, соның ішінде микроқұю және шашыратылған материалдар әзірленді. Сонымен қатар, құрбандық ететін және тіреу материалдары кеңінен қолданыла бастады, бұл жаңа нысандардың геометриясын жасауға мүмкіндік берді. 3D басып шығару термині бастапқыда стандартты және арнайы сиялы баспа бастары қолданылатын ұнтақ төсеме процесін білдірді, ол 1993 жылы MIT-де Эммануэль Сакс әзірледі және Soligen Technologies, Extrude Hone Corporation және Z Corporation компаниялары коммерцияландырды. 1993 жылы Sanders Prototype, Inc деп аталған және кейіннен Solidscape деп өзгертілген сиялы 3D принтер компаниясы да құрылды, ол ерігіш тіреу құрылымдары бар жоғары дәлдікті полимерлік саптама жасау жүйесін ұсынды (ол "нүкте үстіне нүкте" техникасы ретінде жіктеледі). 2005 жылы пайдаланушылар өздерінің шамамен 70% бөліктерін басып шығара алатын 3D принтерлердің жоспарларын жасау және таратуды бастады, олардың бастапқы жоспарларын 2004 жылы Бат университетінің Адриан Бойер жасады, ал жобаның аты RepRap (Көбейтілетін жылдам прототиптеу) болды. Сол сияқты, 2006 жылы Эван Малоун мен Ход Липсон Fab@Home жобасын бастады, бұл жобаның мақсаты пайдаланушылар өздері дамыта алатын және кері байланыс бере алатын төмен құн мен ашық кодты жасау жүйесін құру болды, бұл жобаны өте ынтымақтастыққа негізделген етіп жасады. Ол кезде көпшілікке қол жетімді 3D басып шығару бағдарламалық жасақтамасының көп бөлігі ашық кодты болды, сондықтан көптеген жеке пайдаланушылар оны жылдам таратып, жақсартты. 2009 жылы FDM (Fused Deposition Modeling) басып шығару процесіне қатысты патенттердің мерзімі аяқталды. Бұл жаңа стартап компаниялардың толқынына есік ашты, олардың көпшілігі осы ашық кодты бастамалардың негізгі қатысушыларымен құрылды, олардың көпшілігінің мақсаты - көпшілікке қолжетімді коммерциялық FDM 3D принтерлерін әзірлеуді бастау болды.
2010 жылдар
Әртүрлі қоспалы процестер жетілген сайын, металл шығару енді металл өңдеу процесінде 3D жұмыс кеңістігі арқылы қозғалатын құрал немесе бастың көмегімен жасалмайтыны, шикізаттың массасын қабат-қабаттан қажетті пішінге айналдыратыны анық болды. 2010 жылдар – бұл металл бөлшектерін, мысалы, қозғалтқыш тіректерін пайдаланған алғашқы онжылдық. Отын тиімділігі жоғары және оңай өндірілетін реактивтік қозғалтқыштарға сұраныс бұрынғыдан да жоғары болған емес. Pratt and Whitney (PW) және General Electric (GE) сияқты ірі түпнұсқа жабдық өндірушілер (OEM) үшін бұл AM-ге жүгінуді, шығынды азайтуды, сәйкес келмейтін бөлшектердің санын азайтуды, отын тиімділігін арттыру үшін қозғалтқыштардың салмағын азайтуды және ескірген өндіріс әдістерімен жүзеге асырылмайтын жаңа, өте күрделі пішіндерді табуды білдіреді. Аэроғарыш саласындағы AM интеграциясының бір мысалы – 2016 жылы Airbus компаниясы GE LEAP қозғалтқыштарының біріншісін тапсырған кезде болды. Бұл қозғалтқышта 3D-басылыммен жасалған отын саптамалары біріктірілді, бөлшектердің саны 20-дан 1-ге дейін азайды, салмағы 25%-ға төмендеді және құрастыру уақыты қысқарды. Отын саптамасы реактивтік қозғалтқышта аддитивті өндіріс енгізуге өте қолайлы, себебі ол күрделі ішкі бөлшектердің оңтайлы дизайнын қамтамасыз етеді және ол аз жүктемелі, айналмайтын бөлшек болып табылады. Сол сияқты, 2015 жылы PW компаниясы Bombardier компаниясына PurePower PW1500G құрамында алғашқы AM бөлшектерін жеткізді. Бұл жаңа өндіріс технологиясын алғаш рет енгізу үшін PW компрессорлық статорларды және синхрометрлік сақиналарды таңдады. Әзірге AM реактивтік қозғалтқышты өндіру процесіндегі бөлшектердің жалпы санында шағын рөл атқарып отыр, бірақ инвестицияның қайтарымын бөлшектердің азаюы, жылдам өндіріс мүмкіндіктері және «жүргізу және шығындар тұрғысынан оңтайландырылған дизайн» арқылы көруге болады. Технология жетіле келе, бірнеше авторлар 3D-басылым дамушы елдердің тұрақты дамуына көмектесе алады деп болжай бастады. 2012 жылы Filabot пластикпен циклді жабу жүйесін әзірледі және кез келген FDM немесе FFF 3D принтеріне пластиктің кең ауқымымен басып шығаруға мүмкіндік берді. 2014 жылы Бенджамин С. Кук пен Манос М. Тентцерис 40 ГГц-қа дейін жұмыс істейтін функционалдық электрониканы 3D басып шығаруға мүмкіндік беретін алғашқы көп материалды, тігінен интеграцияланған басып шығарылған электрониканы аддитивті өндіру платформасын (VIPRE) көрсетті. Принтерлердің бағасы төмендей бастаған сайын, осы технологияға қызығушылық танытқан адамдар өздері қалаған нәрселерін жасауға көбірек мүмкіндік алды. 2014 жылғы деректер бойынша, коммерциялық принтерлердің бағасы әлі де жоғары болды, құны 2000 доллардан асты. «3D-басып шығару» термині бастапқыда ұнтақ төсегіне қабат-қабаттан буып-түюші материалды сыя түтік принтерлер баспен салып шығару процесін білдірді. Соңғы кезде, кең таралған тіл бұл терминді электронды сәулемен аддитивті өндіру және селективті лазерлік балқыту сияқты әртүрлі аддитивті өндіру әдістерін қамту үшін қолдана бастады. АҚШ және әлемдік техникалық стандарттар осы кең мағынада ресми терминді – аддитивті өндіруді пайдаланады. Ең көп қолданылатын 3D-басып шығару процесі (2018 жылғы жағдай бойынша 46%) – біріктірілген жинақтау модельдеуі немесе FDM деп аталатын материалды экструзиялау әдісі. FDM технологиясы стереолитография (SLA) және селективті лазерлік ыдырау (SLS) сияқты басқа екі ең танымал технологиядан кейін ойлап табылғанмен, FDM әдетте олардан әлдеқайда арзан болып табылады, бұл процестің танымалдылығына ықпал етеді.
2020 жылдар
2020 жылы 3D принтерлердің сапасы мен бағасы көптеген адамдарға 3D принтерлер әлеміне қадам жасауға мүмкіндік беретін деңгейге жетті. 2020 жылы бастапқы деңгейдегі принтерлерді 200 АҚШ долларынан кем бағаға табуға болады. Мұндай қолжетімді принтерлер көбінесе біріктірілген қосымша модельдеу (FDM) принтерлері болып табылады. 2021 жылдың қараша айында Стив Верзе есімді британдық пациент Лондондағы Мурфилдс көз ауруханасынан әлемдегі алғашқы толыққанды 3D басылған жасанды көзді алды. 2024 жылдың сәуір айында Мэн университетінде әлемдегі ең ірі 3D принтер – «Болашақ фабрикасы 1.0» ашылды. Ол 96 фут, яғни 29 метрлік заттарды жасауға қабілетті.
3D-басып шығарудың артықшылықтары
Қосымша өндіріс немесе 3D-басып шығару, көптеген пайдаларының арқасында инженерлік саласында жылдам маңызға ие болды. 3D-басып шығарудың көзқарасы – жобалау еркіндігі, жекелендіру, орталықтандырылмау және дәстүрлі әдістермен бұрын мүмкін болмаған процестерді іске асыру. Осы пайдалардың кейбіреулеріне жылдам прототиптеу, өндіріс шығындарын төмендету, өнімді жекешелендіруді арттыру және өнім сапасын жақсарту кіреді. Бұдан әрі, 3D-басып шығару мүмкіндіктері дәстүрлі өндірістен асып, жеңіл конструкциялар жасау, сондай-ақ жөндеу және техникалық қызмет көрсету сияқты салаларда қолданыс тапты. Оның қолданылу аясы протездер, биобасып шығару, тамақ өнеркәсібі, зымыран құрылысы, дизайн, өнер және жаңартылатын энергия жүйелерін қамтиды. 3D-басып шығару технологиясы тұрақты энергия өндіру және тарату үшін маңызды батареялық энергия сақтау жүйелерін жасауға қолданылуы мүмкін. 3D-басып шығарудың тағы бір артықшылығы – технологияның жоғары дәлдік және нақтылықпен күрделі геометриялық пішіндерді өндіруге қабілеттілігі. Бұл әсіресе микротолқынды техника саласында маңызды, онда 3D-басып шығару арқылы дәстүрлі өндіріс әдістерімен қол жеткізу қиын ерекше қасиеттері бар компоненттерді жасауға болады.
Модельдеу
3D-баспаға шығарылатын модельдер компьютерлік көмекпен жобалау (CAD) бағдарламасымен, 3D сканер арқылы немесе қарапайым цифрлық камера мен фотограмметриялық бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы жасалуы мүмкін. CAD бағдарламасымен жасалған 3D-баспа модельдері басқа әдістерге қарағанда азырақ қателерге ие болады. 3D-басылатын модельдердегі қателерді басып шығару алдында анықтап, түзетуге болады. Геометриялық деректерді 3D компьютерлік графика үшін дайындау процесі, мүсін жасау сияқты бейнелеу өнеріне ұқсас. 3D сканерлеу – нақты нысанның пішіні мен сыртқы түрі туралы цифрлық деректерді жинап, оның негізінде цифрлық модель құру процесі. CAD модельдерін стереолитография файл форматында (STL) сақтауға болады, ол CAD модельдерінің бетінің үшбұрышқа бөлінуіне негізделген деректерді сақтайтын, қосымша өндіріс үшін де-факто CAD файл форматы болып табылады. STL қосымша өндіріс үшін толықтай жарамайды, себебі көптеген беттерге байланысты топологиялық тұрғыдан оңтайландырылған бөлшектер мен торлы құрылымдардың үлкен файл көлемін тудырады. Бұл мәселені шешу үшін 2011 жылы жаңа CAD файл форматы – қосымша өндіріс файл форматы (AMF) енгізілді. Ол қисық үшбұрыштарды пайдалану арқылы ақпаратты сақтайды.
Аяқтау
Принтерде шығарылатын ажыратымдылық пен беткі өңдеу кейбір қолданулар үшін жеткілікті болғанымен, өңдеуден кейінгі және аяқтау әдістері өлшемдік дәлдігі жоғары, тегіс беттерге және бояу сияқты басқа да өзгерістерге мүмкіндік береді. 3D-басылған бөлшектің беткі өңдеуін құмдау және грануляция сияқты субтрактивті әдістерді қолдану арқылы жақсартуға болады. Өлшемдік дәлдікті қажет ететін бөлшектерді тегістегенде, алынып тасталатын материалдың көлемін ескеру маңызды, осы үшін ацетон немесе ұқсас еріткіштер қолданылады. Кейбір аддитивті өндіріс әдістері өңдеуден кейінгі кезең ретінде оттастырудан пайда алады. 3D-басылған бөлшекті оттастыру, бөлшектің қайта кристалдануына байланысты ішкі қабаттардың жақсы бірігуіне мүмкіндік береді. Бұл механикалық қасиеттерді арттырады, соның ішінде сынудың кедергісі, иілу беріктігі, соққыға төзімділік және жылуға төзімділік. Аддитивті немесе субтрактивті гибридті өндіріс (ASHM) – 3D-басылған бөлшекті өндіру және материалды алып тастау үшін өңдеу (субтрактивті өндіріс) процесін қамтитын әдіс. Өңдеу жұмыстарын әрбір қабаттан кейін немесе 3D-басылым толық аяқталғаннан кейін, қолдану талаптарына сәйкес жүргізуге болады. Бұл гибридті әдістер 3D-басылған бөлшектерге жақсы беткі өңдеу мен өлшемдік дәлдікке қол жеткізуге мүмкіндік береді. Дәстүрлі аддитивті өндіріс процестерінің қабатты құрылымы, құрылыс платформасына қатысты қисық немесе еңкейген беттерде баспалдақ тәрізді әсерге алып келеді. Бұл әсерге қолданылатын қабаттың биіктігі, сондай-ақ бөлшектің бетінің құрылыс процесіндегі бағыты ықпал етеді. Бұл әсерді «өзгермелі қабат биіктіктері» немесе «адаптивті қабат биіктіктері» арқылы азайтуға болады. Бұл әдістер жоғары сапаны қажет ететін жерлерде қабаттың биіктігін төмендетеді. 3D-басылған бөлшекті бояу көптеген 3D-басылым әдістерімен қол жеткізе алмайтын әртүрлі түстер мен сыртқы көріністерді ұсынады. Бұл процесс әдетте бірнеше қадамды қамтиды, мысалы, беткі дайындық, грунтовка және бояу. Бұл қадамдар бөлшектің бетін дайындауға және бояудың жақсы жабысуын қамтамасыз етуге көмектеседі. Кейбір аддитивті өндіріс әдістері бірнеше материалды бір уақытта пайдалануға қабілетті. Бұл әдістер бірнеше түстер мен түстердің үйлесімдерін бірден басып шығаруға мүмкіндік береді және бояу қажет емес бөлшектерді жасауға болады. Кейбір басып шығару техникалары құрылыс кезінде жоғары көтерілген элементтерді қолдау үшін ішкі тіректерді салуды талап етеді. Басылым аяқталғаннан кейін, егер суға ерігіш материал, мысалы, ПВА қолданылса, бұл тіректерді механикалық түрде алып тастау немесе еріту қажет. Кейбір коммерциялық металл 3D принтерлері металл компонентін металл негізінен кесіп алуды қамтиды. GMAW 3D басып шығарудың жаңа процесі алюминий немесе болатты алу үшін негіздің бетін өзгертуге мүмкіндік береді.
Материалдар
Дәстүрлі түрде 3D-басылым полимерлік материалдарды өндіру және өңдеудің оңайлығына байланысты полимерлерге баса назар аударды. Алайда, бұл әдіс тез дамып, әртүрлі полимерлерді ғана емес, сонымен қатар металдар мен керамиканы басып шығаруға мүмкіндік берді, бұл 3D-басылымды өндіріс үшін әмбебап опцияға айналдырды. Үш өлшемді физикалық модельдерді қабаттан қабатқа жасау – бұл "үнемі өсіп келе жатқан CAD индустриясынан, әсіресе CAD-тың қатты модельдеу саласынан туындайтын" қазіргі заманғы концепция. 1980 жылдардың соңында қатты модельдеу енгізілгенге дейін үш өлшемді модельдер сымдық каркастар мен беттер арқылы жасалатын. Бірақ барлық жағдайда материалдардың қабаттары принтермен және материалдың қасиеттерімен басқарылады. Үш өлшемді материал қабаты принтер операторы белгілеген және компьютерлік файлда сақталған жылдамдықпен бақыланады. Ең алғашқы патенттелген материал – қыздырылған металл қорытпасын пайдаланып, үлгілерді басып шығаруға арналған ыстық балқыту түріндегі сия болды. Чарльз Халл 1984 жылдың 8 тамызында UVP Corp компаниясында қарапайым модель құру үшін UV-маскаланған жарық көзін пайдаланып, UV-сәулеленген акрил шайырларын пайдалануға алғашқы патентті тіркеді. SLA 1 – 3D Systems компаниясы 1978 жылдың қарашасында Детройттегі Autofact Exposition көрмесінде таныстырған алғашқы SL өнімі. SLA 1 Beta 1988 жылдың қаңтарында Baxter Healthcare, Pratt and Whitney, General Motors және AMP компанияларына жіберілді. Бірінші өндірістік SLA 1 1988 жылдың сәуірінде Precision Castparts компаниясына жеткізілді. UV шайыры материал тез арада эпоксидтік шайыр материалға ауысты. Екі жағдайда да SLA 1 модельдері тазартылмаған шекаралық шайырды кетіру үшін еріткіште шайылып, содан кейін UV-сәулелендіруді қажет етті. Барлық жүйелермен бірге кейіннен өңдеу құрылымы (PCA) сатылды. Ертедегі шайыр принтерлері әр қабаттағы модельдің үстінен жаңа шайырды жылжыту үшін пышаққа мұқтаж болды. Қабаттың қалыңдығы 0,006 дюймды құрады, ал SLA 1 лазерінің HeCd моделі 12 ваттты құрады және 30 дюйм/секунд жылдамдықпен бетін сырғытты. UVP компаниясы 1990 жылдың қаңтарында 3D Systems компаниясымен сатып алынды. Тарихты қарастырғанда, 1980 жылдары жылдам прототиптеу саласында патенттер үшін бірнеше материалдар (тұшпандар, пластикалық ұнтақ, пластикалық жіп және ыстық балқытылған пластикалық сия) қолданылғанын көруге болады. Cubital компаниясының Ицхак Померанцы Soldier 5600-де маскаланған шамның UV-сәулеленген шайырын, Карл Декардтың (DTM) лазерлік синтезделген термопластикалық ұнтақтары және Майкл Фейгиннің (LOM) лазерлік кесілген қағазы нысандарды құру үшін жинақталды – бұл 3D Systems компаниясы алғашқы жарияламас бұрын жасалды. Скотт Крамп экструзияланған "еріген" пластикалық жіп модельдеу (FDM) және тамшылатып қоюмен де жұмыс істеді, ал Уильям Э. Мастерс 1984 жылы Халлдың патентинен бір аптадан кейін патент алған, бірақ ол 1992 жылы Visual Impact Corporation 3D принтерінде енгізілген термопластикалық сияны табуы керек болды, Howtek, Inc. компаниясынан сия қадаларын пайдаланып, 1994 жылы өзінің 3D принтер өнімін шығару үшін BPM құрды. Көптеген қазіргі 3D-басылым технологияларының кемшілігі – олар бір уақытта тек бір материалды басып шығаруға мүмкіндік береді, бұл бір нысанда әртүрлі материалдарды біріктіруді қажет ететін көптеген әлеуетті қолданыстарды шектейді. Көп материалды 3D-басылым бұл мәселені бір принтер арқылы күрделі және әртүрлі материалдардан тұратын нысандарды жасауға мүмкіндік беру арқылы шешеді. Мұнда соңғы нысан көлеміндегі әрбір вокселге (немесе 3D-басылым пиксель элементіне) материалды көрсету қажет. Алайда, оқшауланған және монолитті алгоритмдерге байланысты процесс қиындықтарға толы болуы мүмкін. Кейбір коммерциялық құрылғылар Spec2Fab аудармашысын жасау сияқты осы мәселелерді шешуге тырысты, бірақ прогресс әлі де шектеулі. Дегенмен, медицина саласында 3D принтерде жасалған таблеткалар мен вакциналар концепциясы ұсынылды. Бұл жаңа концепциямен бірнеше дәрі-дәрмекті біріктіруге болады, бұл көптеген тәуекелдерді азайтуы күтілуде. Көп материалды 3D-басылымның қолданылу аясы кеңейген сайын, күнделікті өмір мен жоғары технологияларды дамыту құны да сөзсіз төмендейді. 3D-басылымның металлографиялық материалдары да зерттелуде. Әрбір материалды жіктеу арқылы CIMP 3D жүйелі түрде бірнеше материалды қолданып 3D-басылымды жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
4D-басып шығару
3D-басып шығару және көп материалды құрылымдарды аддитивті өндірісте пайдалану 4D-басып шығару деп аталатын дизайн мен құруға мүмкіндік берді. 4D-басып шығару – бұл аддитивті өндіріс процесі, онда басылған нысан уақыт, температура немесе басқа да стимулға байланысты пішінін өзгертеді. 4D-басып шығару өзгертілетін пішіндері, қасиеттері немесе функционалдылығы бар динамикалық құрылымдарды жасауға мүмкіндік береді. 4D-басып шығару арқылы жасалған интеллектуалды/стимулға жауап беретін материалдарды өздігінен құрастыру, өздігінен жөндеу, көп функциялылық, қайта конфигурациялау және пішін өзгерту сияқты есептелген жауаптарды жасау үшін белсенді етуге болады. Бұл пішінін өзгертетін және пішін жады материалдарын жеке басып шығаруға мүмкіндік береді. 4D-басып шығару материалдарды (пластмасса, композиттер, металдар және т.б.) жаңа қолданулар табуға және бұрын мүмкін болмаған жаңа қорытпалар мен композиттерді жасауға мүмкіндік береді. Бұл технология мен материалдардың әмбебаптығы өнеркәсіптің көптеген салаларында, соның ішінде ғарыш, коммерциялық және медициналық салалардағы прогреске әкелуі мүмкін. 4D-басып шығарудың қайталануы, дәлдігі және материалдар ассортименті осы салаларда процестің практикалық болуын қамтамасыз ету үшін артуы керек. Өнеркәсіптік өндірістің тиімді нұсқасы болу үшін 4D-басып шығару бірнеше қиындықтарды жеңуі керек. 4D-басып шығарудың қиындықтарының бірі – басылған интеллектуалды материалдардың микроқұрылымы дәстүрлі өңдеу процестерінен алынған бөлшектерге жақын немесе одан да жақсы болуы керек. Әр түрлі сыртқы стимулдарға тұрақты жауап бере алатын және қажетті пішінге өзгере алатын жаңа және бейімделетін материалдарды әзірлеу қажет. Сонымен қатар, 4D-басып шығарудың әртүрлі техникалары үшін жаңа бағдарламалық жасақтаманы жобалау қажет. 4D-басып шығару бағдарламалық жасақтамасы базалық интеллектуалды материалды, басып шығару техникасын және дизайнның құрылымдық және геометриялық талаптарын ескеруі керек.
Ұнтақ төсегімен қорыту
Ұнтақ төсегімен қорыту әдістері, немесе PBF, DMLS, SLS, SLM, MJF және EBM сияқты бірнеше процестерді қамтиды. Ұнтақ төсегімен қорыту процестерін алуан түрлі материалдармен қолдануға болады және олардың икемділігі күрделі геометриялық құрылымдар жасауға мүмкіндік береді, бұл оларды көптеген 3D басып шығару жобалары үшін тиімді таңдауға айналдырады. Бұл техникаларға металдар мен полимерлерді таңдап лазерлік күйдіру және металды тікелей лазерлік күйдіру кіреді.
Байлағыштың ағып шығуы
3D-басылымда байлаушыны ұшқырлау әдісі материалдың, әдетте ұнтақталған, қабаттарына байлаушы жабысқыш затты жағуды қамтиды, содан кейін бұл "жасыл" күйдегі деталь қатайтылып, тіпті күйдірілуі де мүмкін. Материалдар керамикалық, металл немесе пластик болуы мүмкін. Бұл әдіс сонымен қатар сияқатты 3D-басылым деп те аталады. Деталь жасау үшін принтер платформаның үстінде жылжымалы бастың көмегімен модельді қалыптастырады, ол ұнтақ (гипс және шайырлар) және байлаушының кезектесіп жататын қабаттарын себіп немесе жағады. Көптеген қазіргі заманғы байлаушы ұшқырлау принтерлері әр қабат байлаушыны қатайтады. Бұл қадамдар барлық қабаттар басылғанша қайталанады. Бұл жасыл деталь әдетте, берілген материалға арналған белгілі бір температуралық қисықпен күйдірілгенге дейін, байлаушының көп бөлігін шығару үшін пеште қатайтылады. Бұл технология толық түсті прототиптерді, тіреусіз конструкцияларды және эластомерлік бөлшектерді басып шығаруға мүмкіндік береді. Байлаушымен ұнтақтан жасалған басылымдардың беріктігін ұнтақ материалына байланысты, балауыз, термостойы полимер немесе тіпті қола сияқты үйлесімді материалдармен ұнтақ матрицасының арасындағы бос кеңістіктерді толтыру арқылы арттыруға болады.
Стереолитография
Басқа әдістер сұйық материалдарды стереолитография сияқты әр түрлі күрделі технологияларды қолдана отырып, қаттыландырады. Фотополимерлеу негізінен стереолитографияда сұйықтан қатты бөлшек жасау үшін қолданылады. Objet PolyJet жүйесі сияқты сиялы принтерлер фотополимерлік материалдарды құрастыру платформасына өте жұқа қабаттармен (16 мен 30 мкм аралығында) шашыратады, бөлшек дайын болғанша. Әрбір фотополимерлік қабат шашыратылғаннан кейін ультракүлгін сәулемен қаттытылады, нәтижесінде толық қаттытылған модельдер пайда болады, оларды қосымша қаттытусыз дереу қолдануға болады. 3D микроөндіріс техникасымен өте кішкентай элементтер жасауға болады. Фотоқоздырудың сызықтық емес табиғатына байланысты, гель тек лазер шоғырланған жерлерде ғана қатты күйге жетеді, ал қалған гель жуылып кетеді. 100 нм-ден кішкентай өлшемді элементтерді, сондай-ақ қозғалатын және біріккен бөліктері бар күрделі құрылымдарды жасау оңай. Ұнтақпен берілетін бағытталған энергия депозіциясында металл ұнтағын лазер сәулесіне жеткізу үшін жоғары қуатты лазер қолданылады. Ұнтақпен берілетін бағытталған энергия процесі селективті лазерлік қыздыруға ұқсас, бірақ металл ұнтағы тек сол сәтте бөлшекке материал қосылатын жерге ғана қолданылады.
Компьютерлік осьтік литография
Компьютерлік аксиалдық литография – фотосезімтал шайырдан нысанды шығару үшін компьютерлік томографиялық сканерлеуге негізделген 3D-басып шығару әдісі. Ол Калифорния университеті (Беркли) мен Лоуренс Ливермор ұлттық зертханасының бірлескен жобасымен әзірленген. 3D-басып шығарудың басқа әдістерінен ерекшелігі, ол материалдың қабаттарын қою арқылы модельдер құрмайды, мысалы, қосымша қабаттау модельдеуі мен стереолитография сияқты, керісінше шайыр цилиндріне проекцияланатын 2D-суреттер тізбегін пайдаланып нысандар жасайды. Бұл процесті бастапқыда Адриан Бойер ойлап тапқан, кейін неміс RepRap оны жетілдірген. Бағдарламаланатын құралдар деп аталатын техника 3D-басып шығару арқылы уақытша қалып жасауды қамтиды, содан кейін ол дәстүрлі инъекциялық қалыптау арқылы толтырылады және бірден ерітіледі.
Ламинация
Кейбір принтерлерде қағаз құрастыру материалы ретінде қолданылуы мүмкін, соның салдарынан басып шығару құны төмендейді. 1990 жылдары бірнеше компания арнайы жабысқақ жағылған қағаздан көмірқышқыл газы лазерін пайдаланып қималарды кесіп, оларды бір-біріне ламинациялайтын принтерлерді сатты. 2005 жылы Mcor Technologies Ltd компаниясы әдеттегі кеңсе қағазын, пішін кесу үшін вольфрам карбиді пышағын және прототипті біріктіру үшін жабысқышты және қысымды таңдаулы түрде қолдану арқылы басқа процесті әзірледі.
Ұнтақпен қоректендірілген бағытталған энергия жинақтау
Ұнтақпен қоректендірілетін бағытталған энергия жинақтауында (лазерлік металл жинақтауы деп те аталады) жоғары қуатты лазер лазерлік сәуле фокусына жеткізілген металл ұнтағын балқыту үшін қолданылады. Лазерлік сәуле әдетте жинақтау басының ортасынан өтеді және бір немесе бірнеше линзалармен кішкентай нүктеге шоғырланады. Жинақтау X және Y координаталық кестеде жүзеге асырылады, ол цифрлық модельден жасалған траектория бойынша қозғалып, нысанды қабаттан қабатқа құрастырады. Жинақтау басы әр қабат аяқталған сайын тік боймен жоғары көтеріледі. Кейбір жүйелер тіпті 5 немесе 6 осьті жүйелерді (мысалы, икемді манипуляторларды) пайдаланады, олар кеңістіктік шектеулердің аздығында немесе толығымен болмағанда материалды субстратқа (басып шығару төсегіне немесе бұрыннан бар детальге) жеткізе алады. Металл ұнтағы бас айналасында таратылады немесе ішкі коллектор арқылы бөлініп, жинақтау басының айналасында әртүрлі конфигурацияда орналасқан соплолар арқылы жеткізіледі. Еріген ваннаны атмосфералық оттегіден қорғау, тотығуды шектеу және материалдың қасиеттерін жақсырақ бақылау үшін инерт газда толтырылған герметикалық камера немесе жергілікті инерт газ қоршауы (кейде екеуі де біріктіріледі) жиі қолданылады. Ұнтақпен қоректендірілетін бағытталған энергия процесі селективті лазерлік қыздыруға (SLS) ұқсас, бірақ металл ұнтағы тек сол сәтте детальге материал қосылатын жерге ғана жіберіледі. Лазерлік сәуле субстратта "еріген ваннаны" қыздыру және құру үшін қолданылады, оған жаңа ұнтақ дерлік бір уақытта инъекцияланады. Бұл процесс титан, тот баспайтын болат, алюминий, вольфрам және басқа да арнайы материалдар, сондай-ақ композиттер мен функционалды градиентті материалдарды қоса алғанда, кең ауқымдағы материалдарды қолдайды. Бұл процесс жаңа металл бөлшектерді толық құрастыруға, сондай-ақ қолданыстағы бөлшектерге материал қосуға мүмкіндік береді, мысалы, жабындар, жөндеу және гибридтік өндіріс үшін. Sandia National Labs әзірлеген лазерлік желілік пішіндеу (LENS) – 3D-басылым немесе металл бөлшектерін қалпына келтіру үшін ұнтақпен қоректендірілетін бағытталған энергия жинақтау процесінің бір мысалы.
Металл сымдарымен жұмыс істеу
Лазерлік металл жинақтау сымдары (LMD w) сияқты лазерлік сымды қоректендіру жүйелері сымды инертті газ қорғауымен лазерде балқытылатын саптама арқылы ашық ортада (лазерді қоршаған газ) немесе жабық камерада қоректендіреді. Электрондық сәулелік еркін пішімдеу өндірісі вакуум камерасының ішінде электрондық сәулелік жылу көзін пайдаланады. Болат, қола және алюминий сияқты металдарды 3D басу үшін 3D кезеңге бекітілген дәстүрлі газ-металл доғалық дәнекерлеуді де қолдануға болады. Төмен құнмен ашық кодты RepRap стиліндегі 3D принтерлер Arduino негізіндегі сенсорлармен жабдықталды және шикізат ретінде дәстүрлі дәнекерлеу сымдарынан қол жетімді металлургиялық қасиеттерді көрсетті.
Селективті ұнтақ жинақтау (SPD)
Селективті ұнтақ шашу әдісінде, құрастыру және тіреу ұнтақтары таңдамалы түрде тостағанға (тигельге) салынады, нәтижесінде құрастыру ұнтағы қажетті нысанның пішінін қабылдайды, ал тіреу ұнтағы тостағандағы қалған көлемді толтырады. Содан кейін, құйма материал қолданылады, ол құрастыру ұнтағымен жанасады. Сосын тостаған пеште, құйманың балқу температурасынан жоғары, бірақ ұнтақтардың балқу температурасынан төмен температурада қыздырылады. Құйма еріген кезде, ол құрастыру ұнтағын сіңіреді. Бірақ тіреу ұнтағын сіңірмейді, себебі тіреу ұнтағы құймамен ылғалданбайтындай етіп таңдалады. Егер қыздыру температурасында құйма материалы мен құрастыру ұнтағының атомдары өзара араласса (диффузияласса), мысалы, мыс ұнтағы мен мырыш құймасы жағдайында, онда алынған материал осы атомдардың біртекті қоспасы болады, яғни қола. Ал егер атомдар араласпаса, мысалы, вольфрам мен мыс 1100°C температурада, онда алынған материал композит болады. Нысанның деформациясын болдырмау үшін, қыздыру температурасы алынған қорытпаның қаттылану температурасынан төмен болуы керек.
Криогендік 3D-басылым
Криогендік 3D-басып шығару – сұйық материалдарды олар шөгіндірілген кезде қатыру арқылы қатты құрылымдарды қалыптастыратын әдістердің жиынтығы. Әрбір сұйық қабат жағылғанда, ол алдыңғы қабаттың және басып шығару ортасының төмен температурасымен салқындатылып, қатады. Басқа 3D-басып шығару техникаларынан өзгеше, криогендік 3D-басып шығару бақыланатын басып шығару ортасын қажет етеді. Материалдың тоңу температурасынан төмен температураны сақтау, құрылымның өндіріс барысында қатты күйде қалуын қамтамасыз етеді, ал ылғалдылықтың төмен болуы қабаттар жағылған кезде мұздың түзілуін болдырмайды. Материалдарға әдетте су және су негізіндегі ерітінділер, мысалы, тұзды су, суспензия және гидрогельдер жатады. Криогендік 3D-басып шығару техникаларына жылдам қатыру прототипі (RFP) және қатыру арқылы экструзиялық өндіріс (FEF) кіреді.
Қолданбалар
3D-басып шығару немесе аддитивті өндіріс өндіріс, медицина, өнеркәсіп және әлеуметтік-мәдени салаларда (мысалы, мәдени мұра) табысты коммерциялық технология құру үшін пайдаланылды. Соңғы кезде 3D-басып шығару гуманитарлық және даму секторында түрлі медициналық заттар, протездер, қосалқы бөлшектер мен жөндеулерді өндіру үшін қолданылуда. Аддитивті өндірістің алғашқы қолданылуы өндіріс спектріндегі құралдар бөлмесінде болды. Мысалы, жылдам прототиптеу – аддитивті нұсқалардың бірі болатын, оның мақсаты жаңа бөлшектер мен құрылғылардың прототиптерін жасау мерзімін және құнын қысқарту еді, бұрын мұндай жұмыс CNC фрезерлеу, токарлық және дәл ұнтақтау сияқты құралдар бөлмесі әдістерімен ғана жасалатын. НАСА тамақ қалдықтарын азайту және ғарышкерлердің диеталық қажеттіліктеріне сәйкес тамақ жасау үшін 3D-басып шығару арқылы тамақ өндіру технологиясын қарастырып жатыр. 2018 жылы итальяндық биоинженер Джузеппе Скионти, еттің текстурасы мен қоректік құндылығын имитациялайтын, арнайы 3D-биопринтерді пайдаланып, талшықты өсімдік негізіндегі ет аналогтарын өндіруге мүмкіндік беретін технологияны жасады.
Мода
3D-баспа киім әлеміне енді, сән дизайнерлері 3D-баспа бикини, аяқ киім және көйлектермен тәжірибе жасап жатыр. 2014 жылы Local Motors компаниясы Strati көлігін таныстырды, ол ABS пластигі мен көміртек талшығын пайдалана отырып, қозғалтқышынан басқа толығымен 3D-баспамен жасалған, жұмыс істейтін көлік болды. 2015 жылдың мамырында Airbus компаниясы жаңа Airbus A350 XWB ұшағының құрамына 3D-баспа арқылы жасалған 1000-нан астам компонент кіретінін хабарлады. 2015 жылы Ұлыбритания Корольдік Әуе күштерінің Eurofighter Typhoon истребителі басып шығарылған бөлшектермен ұшты. АҚШ Әуе күштері 3D-принтерлермен жұмыс істей бастады, ал Израиль Әуе күштері де қосалқы бөлшектерді басып шығару үшін 3D-принтер сатып алды. 2017 жылы GE Aviation компаниясы 900 бөліктің орнына 16 бөліктен тікұшақ қозғалтқышын жасау үшін аддитивті өндіріс технологиясын қолданғанын, бұл жеткізу тізбегінің күрделілігін қысқартуға зор мүмкіндік беретінін мәлімдеді.
Атыс қарулары
3D басып шығарудың атыс қаруына әсері екі бағытта: белгілі компаниялар үшін жаңа өндіріс тәсілдері, және өздігінен атыс қаруын жасау мүмкіндігінің артуы. 2012 жылы АҚШ-тағы Defense Distributed тобы 3D принтерде басылып шығарылатын, жұмыс істейтін пластикалық атыс қаруын жасау жоспарларын жариялады, оны 3D принтері бар кез келген адам жүктеп алып, көшіре алады.
Денсаулық
3D-баспаға негізделген хирургиялық емдеуді қолдану 1990 жылдардың ортасында сүйектерді қайта жарату хирургиясын жоспарлау үшін анатомиялық модельдеуден басталды. Пациентке сай имплантаттар осы жұмыстың табиғи жалғасы болды, нәтижесінде әрбір жеке адамға арналған, толыққанды жекелендірілген имплантаттар жасалды. Хирургияны виртуалды жоспарлау және 3D-басып алынған, жекелендірілген құралдарды пайдалана отырып, оған бағыт беру, толық буын алмастыру және бас-бет аймағының реконструкциясы сияқты хирургияның көптеген салаларында үлкен табысқа жетті. Бұл технология Мичиган университетінде әзірленді. Ортопедиялық имплантаттарды (металдарды) сериялық өндіріске арналған қосымша өндірістің қолданылуы да артып келеді, себебі ол сүйек тінінің интеграциясын жеңілдететін тесікті беттік құрылымдарды тиімді жасауға мүмкіндік береді. Естіме аппараттары және стоматологиялық индустрия 3D-баспа технологиясын қолдану арқылы болашақтағы ең маңызды даму аймақтары болады деп күтілуде. 2018 жылы 3D-баспа технологиясы алғаш рет ферментацияда жасушаларды бекіту үшін матрица жасауға қолданылды. 3D-басылған нейлонды гранулаларға бекітілген Propionibacterium acidipropionici бактериясының пропион қышқылы өндірісі үлгілік зерттеу ретінде таңдалды. Осы 3D-басылған гранулалардың жасушалардың жоғары тығыздықта жабысуын және пропион қышқылы өндірісін ынталандыра алатыны көрсетілді, бұл басқа ферментациялық биопроцестерге бейімделуге мүмкіндік береді. 3D-баспа технологиясын фармацевтикалық саланың зерттеушілері де пайдаланады. Соңғы жылдары дәрі-дәрмектерді жеткізуде АМ (additive manufacturing) техникаларын қолдануға академиялық қызығушылық артып келеді. Бұл технология жаңа формулаларда материалдарды пайдаланудың бірегей жолын ұсынады. АМ өндірісі дәрілік заттар мен қоспаларды дәрі-дәрмек өндірісіндегі дәстүрлі әдістермен (мысалы, таблетка жасау, құймаға құю және т.б.) мүмкін емес жолдармен қолдануға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, 3D-баспаның, әсіресе, балқытылған қабаттастыру (FDM) технологиясының басты артықшылығы – дозалық нысанды жекелендіру, яғни пациенттің нақты қажеттіліктерін қанағаттандыру. Алдағы уақытта 3D-принтерлер ауруханалар мен дәріханаларға жетіп, пациенттердің қажеттіліктеріне сәйкес жекелендірілген препараттарды қажеттілік туғанда өндіруді қамтамасыз етеді деп күтілуде. 3D-баспа медициналық жабдықтарды жасау үшін де қолданылды. COVID-19 пандемиясы кезінде 3D-принтерлер еріктілердің жеке принтерлерін пайдалану арқылы жеке қорғаныш құралдарының (мысалы, бет қалқандарының негіздері) тапшылығын толықтыруға көмектесті.
Білім
3D-басылым, әсіресе ашық кодты 3D-басылымдар, сынып бөлмелеріне еніп келе жатқан соңғы технологиялар. Жоғары білім беру десктоптық және кәсіби 3D-принтерлерді белсенді түрде сатып алып жүр, бұл сала мамандары үшін жағымды көрсеткіш саналады. Кейбір авторлар 3D-принтерлер STEM білімінде бұрын-соңды болмаған "революция" жасауға мүмкіндік береді деп мәлімдейді. Мұндай талаптарға дәлел – студенттердің сыныпта прототиптерді жылдам және төмен құнмен жасау қабілеті, сондай-ақ ашық аппараттық дизайндар негізінде арзан, сапалы ғылыми жабдықтарды жасау арқылы ашық бастапқы кодты зертханалар құру. 3D-басылымның болашақ қолданыстары ашық ғылыми жабдықтар жасауды қамтуы мүмкін. Еуропа мен Солтүстік Американың көптеген мұражайлары 3D-принтерлерді сатып алып, жоғалған жәдігерлерді және Боливиядағы Тиуанаку сияқты археологиялық ескерткіштерді қайта жасайды. Метрополитен және Британ мұражайлары өздерінің 3D-принтерлерін мұражайлар дүкендерінде сатылатын сувенирлер жасау үшін қолдана бастады. Ұлттық әскери тарих мұражайы мен Варна тарихи мұражайы сияқты басқа мұражайлар одан да әрі барып, Артек 3D-сканерлерін пайдаланып жасалған, 3D-басылымға қолайлы форматтағы өзінің артефакттарының сандық үлгілерін Threeding онлайн платформасы арқылы сатады, оларды кез келген адам үйде 3D-басылымға түсіре алады. Иранда туған, АҚШ-та тұратын суретші Морехшин Аллаяри өзінің 3D-мүсіндеу процестерін Иранның мәдени құндылықтарын қайта құру үшін феминистік белсенділік деп санайды. Аллаяри 3D-модельдеу бағдарламасын қолданып, 2014 жылы ИХИЛ жауынгерлері қиратқан бірқатар мәдени жәдігерлерді қайта жасайды.
Тарихи ғимараттарды қайта жасау
[[Сурет:Stoofbrug JUL2021 3Dbridge.jpg|thumb|Амстердамдағы, әлемдегі алғашқы 3D-баспа металл көпірі. 2021 жылы Parsinejad et al. 3D-басып шығаруға дайын 3D-реконструкцияны қолмен зерттеу әдісін цифрлық жазумен (фотограмметрия әдісін пайдалану) толық салыстырды. Полимерлік сия құрылыс қабаттарын жасау үшін, ал күміс полимері іздер мен тесіктерді жасау үшін қолданылады, бұл электр тогының өтуіне мүмкіндік береді. Қазіргі кездегі схемалық платаларды жасау дизайнына байланысты қиын процесс болуы мүмкін. Белгіленген материалдар жиналып, ішкі қабатты өңдеуге жіберіледі, онда суреттер басылып, дамытылады және кесіледі. Кесілген ядролар әдетте ламинация құралдарын қосу үшін тесіледі. Содан кейін ядролар ламинацияға дайындалады. Схемалық платаның құрылымы, қабаттасуы жасалып, ламинацияға жіберіледі, онда қабаттар біріктіріледі. Содан кейін платалар өлшеніп, тесіледі. Қарапайым дизайн үшін материал тесіктер мен бетін қаптау процесінен өтеді, бірақ көптеген қадамдар осы кезеңнен өзгеше болуы мүмкін. Содан кейін сыртқы сурет басылып, дамытылып, кесіледі. Сурет анықталғаннан кейін материал кейін дәнекерлеу үшін дәнекерлеу маскасымен жабылуы керек. Компоненттерді кейін анықтау үшін номенклатура қосылады. Содан кейін беткі қабат жабылады. Платалар панельдік пішімнен жеке немесе массивтік пішімге кесіліп, содан кейін электрлік сынақтан өтеді. Платалар техникалық талаптарға сәйкес келеді дегенді растайтын құжаттарды толтырудан басқа, платалар қапталып, жөнелтіледі. 3D-басып шығарудың артықшылығы – түпкі пішіннің бастапқыда анықталуы, суреттеу, тесілу немесе ламинациялау қажеттілігінің жоқтығы және электрлік қосылыстар күміс полимермен жасалуы, бұл тесілу мен қаптауды болдырмайды. Схемалық платаларды жасау үшін қажетті материалдардың азаюына байланысты соңғы құжаттар да айтарлықтай азаяды. Күрделі дизайнды, әдеттегі өңдеу арқылы бірнеше аптаға созылатын, 3D-басып шығару арқылы жасауға болады, бұл өндіріс уақытын қысқартады.
Әуесқойлар
2005 жылы академиялық журналдар 3D-басып шығару технологиясының мүмкін болатын көркемдік қолданыстары туралы жаза бастады. 2017 жылы тұтынушылар арасында, хоббишілер мен энтузиастардан бөлек, 3D-басып шығару кеңінен таралды. Көптеген жобалар мен компаниялар үйге қойылатын, қолжетімді 3D принтерлерді жасауға тырысуда. Бұл жұмыстың көп бөлігі DIY/жасаушы/ынталандырушы/алғашқы қолданушылар қауымдастықтарымен байланысты, сондай-ақ академиялық және хакерлік орталармен де байланысы бар. Бағаның төмендеуі мен сапаның артуының арқасында 2019 жылы әлем бойынша шамамен 2 миллион адам хобби үшін 3D принтер сатып алды.
Зияткерлік меншік
3D-басып шығару бірнеше онжылдықтар бойы белгілі бір өндіріс салаларында қолданылып келеді, онда көптеген құқықтық режимдер, соның ішінде патенттер, өнеркәсіптік үлгілер құқықтары, авторлық құқықтар және тауарлық белгілер қолданылуы мүмкін. Алайда, 3D принтерлер кеңінен таралғанда және жеке тұлғалар немесе хобби қауымдастықтары жеке пайдалану, коммерциялық емес тарату немесе сату мақсатында өнімдерді өндіре бастаса, осы заңдардың қалай қолданылатыны туралы заңгерлік тәжірибе жеткіліксіз. Аталған құқықтық режимдердің кез келгені 3D-басылымда қолданылатын жобаларды немесе басылған өнімдерді таратуды немесе сатуды тыйымдауы мүмкін. Мұндай әрекеттерді жасау үшін, егер зияткерлік меншік белсенді болса, адам меншік иесіне хабарласып, лицензия алуы керек, ол шарттармен және төлемдермен бірге келуі мүмкін. Дегенмен, көптеген патент, дизайн және авторлық құқық заңдарында интеллектуалдық меншік (ИС) бойынша қорғалған өнертабыстардың, дизайнның немесе өнер туындыларының «жеке» немесе «коммерциялық емес» пайдалануына стандартты шектеулер немесе ерекшеліктер қарастырылған. Бұл стандартты шектеулер немесе ерекшеліктер мұндай жеке, коммерциялық емес пайдалануды ИС құқықтарының қолданылу аясынан тыс қалдыруы мүмкін. Патенттер процестер, машиналар, өндіріс және материалдық құрамы сияқты өнертабыстарды қамтиды және олардың қорғалу мерзімі елдеріне қарай әртүрлі, бірақ әдетте өтінім берілген күннен бастап 20 жылды құрайды. Сондықтан, егер дөңгелектің белгілі бір түрі патенттелген болса, оны басып шығару, пайдалану немесе сату патентті бұзуға әкелуі мүмкін. FAA мұндай өндіріске қатысты құзыретіне ие, өйткені барлық авиациялық бөліктер FAA өндірістік мақұлдауымен немесе басқа FAA нормативтік санаттарына сәйкес жасалуы тиіс. 2016 жылдың желтоқсанында FAA GE LEAP қозғалтқышы үшін 3D-басылған жанармай саптамасының өндірісін мақұлдады. Авиация заңгері Джейсон Дикштейн аддитивті өндірістің тек өндіріс әдісі екенін және оны басқа өндіріс әдістері сияқты реттеуге болатынын ұсынды. Ол FAA-ның назар аударуы керек екенін, қолданыстағы ережелерді өзгертуден гөрі, сәйкестікті түсіндіретін нұсқаулықтарға, және қолданыстағы ережелер мен нұсқаулықтар компанияға «сапаны қамтамасыз ету үшін нормативтік талаптарды жеткілікті түрде көрсететін берік сапа жүйесін әзірлеуге» мүмкіндік беретінін айтты.
Шу деңгейі
Шу деңгейі децибелмен (дБ) өлшенеді және үй принтерлерінде 15 дБ-тан 75 дБ-қа дейін айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Filament принтерлеріндегі шудың негізгі көздері желдеткіштер, моторлар және подшипниктер болса, ал шайырлы принтерлерде көбінесе желдеткіштер шудың көп бөлігіне жауап береді. 3D-басып шығару – 19 ғасырдың соңынан бастап өндірісте басым болған конвейерлік өндірістің орнын басатын үшінші өнеркәсіптік революцияның басталуын білдіреді.
Әлеуметтік өзгерістер
1950 жылдан бері бірқатар жазушылар мен қоғамдық пікір көшбасшылары коммерциялық тұрғыдан қолжетімді қосымша өндіріс технологиясының пайда болуынан болатын әлеуметтік және мәдени өзгерістер туралы тереңінен болжам жасап келген.
Қоршаған ортаның өзгеруі
Адитивті өндірістің дамуы қоршаған ортаға зор әсер етісуі мүмкін. Дәстүрлі өндірістен айырмашылығы, онда материалдың үлкен бөліктерінен детальдар кесіледі, адитивті өндіріс өнімдерді қабаттама-қабаттама құрастырып, қажетті бөліктерді ғана шығарады, бұл материалдық шығынды азайтады және қажетті шикізатты өндіруге жұмсалатын энергияны үнемдейді. Өнімнің қажетті конструкциялық элементтерін ғана жасау арқылы, адитивті өндіріс көлік құралдарының және басқа да көлік түрлерінің энергия тұтынуын және парниктік газдар шығарындыларын азайтуға маңызды үлес қоса алады. Мысалы, адитивті өндіріс арқылы жасалған ұшақ құрауышын зерттеу көрсеткендей, құрауышты пайдалану өнімнің өмірлік циклі бойына энергияны және көмірқышқыл газын 63%-ға үнемдеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, адитивті өндірістің өмірлік циклге қатысты алдын ала бағалауы, технологияны қабылдау көмірқышқыл газының шығарындыларын одан әрі төмендетуге мүмкіндік береді, өйткені 3D-басып шығару жергілікті өндірісті дамытады және өнімдерді соңғы тұтынушыға жеткізу үшін ұзақ қашықтыққа тасымалдау қажеттілігін азайтады. Дегенмен, адитивті өндірісті кеңейтудің кейбір экологиялық салдары бар. Адитивті өндіріс кесу арқылы өндірілген қалдықтарды 90%-ға дейін азайтуға қарамастан, адитивті өндіріс процесінде қайта өңдеуге келмейтін материал (металл) ұнтақтары сияқты басқа да қалдықтар пайда болады. Адитивті өндіріс әлі материалдық тиімділіктің теориялық деңгейіне – 97%-ға жете қойған жоқ, бірақ технология өнімділігін арттыру арқылы осы көрсеткішке жақындауы мүмкін. Жоғары тығыздықты полиэтилен (ЖТПЭ) гранулаларын балқытатын кейбір ірі FDM принтерлері, сондай-ақ, жеткілікті таза қайта өңделген материалдарды, мысалы, кесілген сүт бөтелкелерін қабылдауы мүмкін. Бұған қоса, бұл принтерлер бұрышқан құрастырулардан немесе сәтсіз прототиптерден алынған ұсақталған материалдарды пайдалана алады, бұл жобаның жалпы қалдықтарын және материалдарды өңдеу мен сақтауды азайтады. Бұл тұжырым RecycleBot жобасында зерттелді.