История развития 3D-принтера — прекрасный пример ограничений и возможностей попаданца.
С чего начнет деятельность попаданец? С 3D-ручки.
Электроника не нужна, пластики — от PCL(1930-40е) до ABS(1954) давно известны. Простенький мотор с нагревателем, брошюра с примерами и популярная игрушка готова. В нашей реальности до ручки дошли лишь в 2013 году.
Настоящими принтерами стоит начинать заниматься лишь с момента доступности пристойной электроники. Любительские принтеры начали c 8 битных процессоров и характерные размеры файлов вполне влезают в сотни килобайт.
Электроники уровня IBM PC 1981 года более чем достаточно для управления принтером и создания моделей, а опытный спец может подвинуть рамки на несколько лет назад.
Но самая популярная технология FDM была запатентована лишь 7 лет спустя, до этого изобретатели перебирали десятки вариантов вроде метания жидких капель аля струйный принтер.
Основанная на этой технологии Stratasys уже через 5 лет стоила $5.7, а сегодня стоит миллиарды.
Попробуйте представить себя на месте первых изобретателей. Сначала вам надо определиться с базовым процессом. Сама история патентов на эту тему показывает что победитель не так уж и очевиден.
Затем надо определиться с основными идеями конструкции. Человек знакомый с внутренностями своего принтера способен сэкономит месяцы или годы попыток просто потому что он уже знает самый подходящий пластик и топорную конструкцию хотэнда E3D V6.
А главное — ему известны ограничения, так что он подготовится к пику завышенных ожиданий и соберет урожай на впадине разочарования.
Странно, что не упомянуты ни уф-стереолитография, ни лазерное спекание металлических порошков — которые, в отличие от бытовых FDM принтеров, годятся для изготовления реальных деталей, а не только в качестве забавы.
Стереолитография вообще появилась как раз в начале 80-х, собственно, когда и появилась техническая возможность (в плане ЭВМ и ПО). До этого идеи аддитивных технологий уже носились в воздухе.
Взлет же хоббийной 3D печати связан с массовой доступностью ПЭВМ, росту числа специалистов в области CAD и значительному удешевлению шаговых моторов и других компонентов.
То есть, конечно, лет на 10 раньше можно было бы создать стартап по хоббийным 3D принтерам, и при некотором уровне оргспособностей и толике везения на этом неплохо заработать. Но это как то слабо вяжется с тематикой сайта.
Объединять экструзионные и литографический принтеры не стоит, у них общего — только старт с CAD-моделей. Возможно, статью стоит переименовать на FDM, во избежание.
И да, согласен с тем, что сильно сдвинуть сроки возникновения принтеров — не выйдет, для массовости нужна ПЭВМ с вменяемой графикой. А все, кто мог программить без неё — были востребованы в ЧПУ-фрезерах, дающих более качественный результат.
Всё же FDM, при всех достоинствах — инструмент прототипирования в первую очередь.
Ну в том же лазерном спекании что сможет выдать обычный попаданец. А вот в пластике с которым большинство возится и внутренности хорошо знает (в отличии от уф) как раз может.
> Стереолитография вообще появилась как раз в начале 80-х, собственно, когда и появилась техническая возможность
Временной зазор то как раз есть — порядка десятилетия.
в начале 80-х стереолитография уже была запатентована, а в 1987 уже продавались 3д принтеры.
Была ли возможность, скажем, эвм начала 70-х адекватно использовать для 3д печати — сомневаюсь (хотя не точно).
//пластике с которым большинство возится и внутренности хорошо знает (в отличии от уф) как раз может//
а что там знать? несколько специализированных моторов, и все. или в экструдере есть какая то неочевидная технология?
стереолитография, опять же, и в плане механики попроще выглядит
Я таки думаю у вас профдеформация — кажется простым то в чем вы разбираетесь.
Как плавить пластик представляет каждый. А отведевание … мне лично и большинству людей просто надо изучать принципиально новую область.
> Из-за выборочного отвердевания на компоненты и технологию процесса накладываются жесткие двусторонние ограничения. Например, чем гуще смола изначально, тем легче её перевести в полимерное состояние, но и тем хуже её гидромеханические качества. Для чрезмерно жидкого полимера требуется больше времени на успокоение его поверхности после перемещения платформы.
> Чем мощнее введенный в смолу фотоинициатор, тем меньшее времени нужно слабому лазеру для засветки, но и тем меньшее время жизни у всего объёма смолы, так как он подвержен фоновой засветке.
ежу понятно, что при отсутствии определенных знаний/понимания принципов фотополимер не сделать. да и в общем то и не нужно — в условные 80-70-е гг такие материалы уже уже были, для других задач.
вопрос не в этом, а вообще в самой реализуемости и целесообразности 3д печати. Ну запатентуешь FDM на 10 лет раньше — и что, где здесь прогресс?
Или просто получить много денег? опять, не самый простой путь
Насчёт 3Д-ручки… ИМХО лучше начать с клеевого термопистолета, который ещё и полезный инструмент, ну и 3Д-что-то им делать тоже можно :).
А вообще — так себе технология эти ручки, не стоят возни, на мой взгляд. В отличие от FDM-печати.
Клеевой пистолет запатентован где-то в 50-х, сами современные клеи-расплавы появились в 40-х. Если же вспомнить всякие мастики, менделеевские замазки и сургучи, то это вообще с допотопных времен.
Хотя, наверное, какие-нибудь полиамиды типа 610, 11 или 12 можно было бы внедрить сильно раньше, учитывая доступность сырья для них — касторового масла. Если заклепочное соединение заменить на клеезаклепочное, во многих случаях эффект может быть значительным. Но клеевой пистолет для этого не нужен.
В каком промежутке? После войны?
> В 1965 году Ханс Паульсен получил патент US3204828A на портативный дозатор термопластичного связующего.[6] Конструкция была упрощена до предела и получила определенное распространение в быту под брендом Thermogrip.[7] Применены термоклеевые палочки, от современных бытовых пистолетов конструкция отличается отсутствием механической системы дозирования клея, палочку надо было продвигать в термокамеру рукой
слабенькая статья…
нужно было начать с вопроса что это и почему, когда появилось и для чего используется.
и только потом переходить к вопросу что делать и с чего начинать.
Так же стоило бы пройтись по основным типам 3д принтеров, отметить в каких годах они появились и когда возникла техническая возможность их изготовления. Тот же принтер на основе гипса и струйной печатающей головки возможен сразу после появления этой самой струйной головки…
Так то 3д принтер как удобный инструмент возможен ТОЛЬКО при наличии компьютера с удобным интерфейсом, если для того чтобы запрограммировать простейший объект нужно исписать гору бумаги то на кой черт такое изделие? Только как троллинг или демонстратор возможностей.
Есть пара занятных примеров 3д принтера без компьютера, например есть занятный, чисто мехнический простой механизм который печатает глиняным раствором вазы, форму вазы задают шаблоном из проволоки. Просто при вращении опускающегося на резьбовой опоре «столика» «печатающая головка» отклоняется от центра роликом скользящим по направляющей.
Хороший демонстрационный пример, ну или перфоманс на какой либо выставке, любой человек может сделать себе вазу по своему желанию, просто изогнув проволочку и покрутив ручку….
Второй занятный вариант (способ довести до истерики не готовых к этому производителей станков) аналоговый фотополимерный принтер 🙂
Ванночка с прозрачным дном, подъемная платформа, жидкий фотополимер, все как обычно…
Но вместо матрицы используется обычная кинопленка на которой находятся изображения сечений объекта. пленка сменяет кадры, свет полимеризирует смолу, и из ванночки неторопливо поднимается сложнейшая конструкция…
Дальше человек меняет кассету с пленкой и из той же ванночки выползает еще одна другая сложнейшая конструкция…
Если на какой либо мировой выставке отпечатать на глазах у публики подробную модель Эйфелевой башни, вложенные друг в друга сетчатые сферы и подметку обуви со сложной фрактальной внутренней структурой, что будет с акциями заводов производящих станки?
Никто ж не знает что пленку на это изделие готовили пару месяцев десятки чертежников 🙂
Кстати, на том же принципе можно сделать и печатающую лазерную головку для металла, разумеется при наличии мощного лазера… насыпание металлического порошка и разравнивание его линейкой не сложно автоматизировать… механика и привод будут простейшими, никакой сложной электроники банальное сканирование всей площади поверхности, лазер включается в тех местах где на кинопленке засвеченные пространства…
Опять же, таким способом можно изготовить что то очень замысловатой формы, включая фокусы вроде объект в объекте, хотя конечно качество печати будет весьма сомнительным…
Разумеется без компьютера эта технология остается чисто демонстрационной, почти бесполезной…
>>чисто мехнический простой механизм который печатает глиняным раствором вазы, форму вазы задают шаблоном из проволоки.>>
копировальный токарный станок делает примерно то же самое, только не аддитивным, а субстрактивным методом. разницу между первым и вторым надо будет сначала объеснить, и не факт, что кому то она покажется значимой.
касательно глины — это достаточно непросто, в чисто механическом варианте, согласовать подачу по вертикальной оси с подачей глиняной смеси. и подобрать такую реологию глины, чтобы ее можно было продавить через фильеру, и чтобы ваза форму держала.
>>из ванночки неторопливо поднимается сложнейшая конструкция…>>
вот это тоже организовать крайне непросто. чтобы конструкция именно поднималась, нужно иметь прозрачное и при этом кислородопроничаемое дно, из фторполимера.
проще организовать засветку сверху, но результат будет виден только по завершении. Да и идея проецировать с пленки весьма нетривиально решается, в плане паразитных засветок.
Ну, положим этого искусственного гончара я видел, так что очевидно проблемы решались. Глина (а вернее густой шликер) залита в шприц, винтовой шток которого вращается синхронно с вращением столика, толщина подаваемой из сопла колбаски немного больше чем величина на которую смещается стол за один оборот, так что носик сопла как утюг слегка разглаживает предыдущий слой плотно приминая его к более глубоким, за оборот влага частично впитывается снижая подвижность глины, так что получались достаточно изящные переходы.
Кстати, довольно быстро работал агрегат, примерно оборот в 2-3 секунды, на 2-3 мм высоты, т.е. ваза в 60 см высотой за минуту-полторы.
С фотополимером весь вопрос в с самом фотополимере 🙂 думаю есть достаточно много веществ которые подойдут под эту задачу, со своими достоинствами и недостатками.
С паразитными засветками разумеется есть проблема, решать ее нужно в конкретном изделии, вариантов масса, вплоть до того чтобы поверх пополняемого слоя фотополимера налить слой непрозрачной черной жижи, которая полностью прикроет фотополимер от посторонних источников света и будет поглащать свет прошедший фотополимер насквозь, не давая ему отразиться обратно и отвердить соседние участки.
Но смысл в таких вещах- 100% демонстратор технологий, практического применения я им не вижу…
забавная штука, есть ссылка на видео работы? или как называется?
>>оборот в 2-3 секунды, на 2-3 мм высоты, т.е. ваза в 60 см высотой за минуту-полторы.>>
тут что-то не сходится
>> налить слой непрозрачной черной жижи, которая полностью прикроет фотополимер от посторонних источников света и будет поглащать свет прошедший фотополимер насквозь, не давая ему отразиться обратно и отвердить соседние участки.>>
это применимо только к печати снизу вверх, но эта технология сложно реализуема — дно должно быть из прозрачного материала с низкой поверхностной энергией и высокой проницаемостью для кислорода. подходят только фторированные полимеры.
Относительно просто реализовать только засветку фотополрмера сверху.
Проблема в оптике — нужно равномерное освещение всей поверхности ванны, иначе по краям проечированного изображения будет частичное отверждение.
через сам же фотополимер никакой свет не проходит — специально используется комбинация фотоинициатора и красителя, поглощяющего свет в том же диапазоне, за счет чего можно достаточно точно варьировать глубину отверждения.
Не понял, зачем кислородопроницаемость? Снизу — стекло, в контакте.
Проблему в оптике тоже не вижу, стандартные лампы для LCD принтеров — набор светодиодов с примитивными линзами… требования к к равномерности и параллельности там весьма мягкие.
По отрыванию от стола — ну есть же традиционные плёнки для фотополимерников, на стекло экрана и накладываемые.
Причём в ранних моделях была масса извратов с отрыванием, и угловое, и сдвижное, и вибрационное… От чего в мэйнстриме благополучно отказались.
ну кислородопроницаемость это самая передовая технология, но в любом случае к стеклу фотополимер не должен прилипать. нужен или фторполимер, или силикон
Ну, тефлон — весч достаточно старая, или мы когда принтер запускаем? 🙂
ну или хотя бы дно ванны должно быть покрыто силиконом, что тоже весьма непросто. просто от стекла затвердевший фотополимер сложно оторвать
> С фотополимером весь вопрос в с самом фотополимере думаю есть достаточно много веществ которые подойдут под эту задачу, со своими достоинствами и недостатками.
Фотополимеры нынешних принтеров — весч непростая. Знаком с людьми, импортозамещающими фотополимеры, много лет пляшут с бубном, результаты… неоднозначные. А с хреновой формуляцией — плясок с бубном будет мнооого…
По технологии с фотоплёнкой — где-то я даже читал про что-то такое, и ускорить под конкретные задачи можно… Но до нынешнего бума без персоналки с графикой — никак, конечно 🙂
ну я как раз одно время занимался разработкой фотополимеров под 3д печать, ничего особо сложного в них нет — если не какие то особые случаи, типа нулевой усадки и т.п.
«импортозамещение» — это другое, для настоящих самураев, там нужен не результат, а сам процесс.
Хороший фотополимер — это точно настроенное поглощение света и длина полимеризационной цепочки, устойчивость при хранении, прочность и водостойкость результата, адекватная восприимчивость к пост-прожигу, баланс между липкостью и хрупкостью, по возможности — отмываемость водой, адекватная адгезия к столу и минимальная к ванне, устойчивость к артефактам предыдущих циклов печати, упомянутая усадка, минимальная эмиссия компонент после печати и т.д.
Баланс кучи факторов, обеспечиваемый многокомпонентной формуляцией.
А «одно время занимался разработкой фотополимеров под 3д печать, ничего особо сложного в них нет» — ну, на рынке же их нет? 🙂 Процесс там самурайский, или не процесс 🙂
Спрос-то на отечественные вполне есть, а уж если хоть с какой-то техподдержкой…
Я вот одно время собирался попробовать формуляцию под двухлучевой принтер (не путаем с двухфотонным), с активацией квенчера второй длиной волны, по соседним пикселям. Но до реальной формуляции так и не дошёл, хотя и в этом «ничего особо сложного» :)…
>>ну, на рынке же их нет?>>
задача была не массовая, а весьма узкоспециализированная, и была она успешно решена.
массовый рынок — совсем другое дело, в него влезать смысла нет для мелкого производства, слишком дешевый продукт.
такая же ситуация с клеями — в массовый рынок лезть смысла нет. а производить узкоспециализированные вещи, с ценой от 1-2к уе за кг — очень даже.
Вот такие узкопрофильные задачи и мои знакомые успешно решали… А вот массовый адекватный фотополимер — задача, на мой взгляд, более сложная. Факторов учесть больше надо, и цена совсем другая… И дело не в конкуренции с китайцами, а в том, что с дорогими и сложными в использовании расходниками массовый принтер «не взлетит»…
кстати, давно этим вопросом не интересовался, но, похоже, какие то фотополимеры начали выпускать, например, фирма gorkyliquid. Хз, сами делают — как утверждают — , или расфасовывают китайский балк, но цены очень низкие, 3 тр за кг для хоббийной смолы, 9-10 тр смола для стоматологии. 3 тр — это ненамного больше себестоимости компонентов.
>>задача, на мой взгляд, более сложная>>
очень странная логика. факторов учитывать как раз гораздо меньше, сойдет практически что угодно.
> gorkyliquid
Заказывал в лабу у них года 3 назад смолу для выжигаемых моделей… Цена была неплохая, тоже удивлялся.
По обычным массовым смолам было не очень интересно, но сам факт, если мешают по своим формуляциям, позитивный.
даже 3 года назад уже были? я за этим областью не слежу, так как 3д печатью не занимаюсь, лишь лет пять назад имел дело, в качестве разовой работы.
тогда не поминаю, в чем тезис — то «результаты… неоднозначные», то «узкопрофильные задачи и мои знакомые успешно решали», то «задача, на мой взгляд, более сложная», то за небольшую цену в первом приближении отечественную смолу сами используете.
Кстати, даже похоже на то, что действительно производят — это, походу, лавочка, отколовшаяся от НИИ Каргина в Дзержинске, там сейчас некоторый ассортимент акрилатов делается
Использую, да — одну бутылку брал, специализированную :). А для основной массы печатаемого — китайщина… Поскольку это «много параметров» и «задача более сложная»… 🙂
Кстати, водостойкого фотополимера, и фотополимера, пригодного для мастер-форм силикона с платиновым катализатором (без плясок с бубном) — так и не нашёл…
вероятно, потому что используете водоотмываемые фотополимеры, а они почти всегда содержат акрилоилморфолин или похожие акриламидные мономеры. ожидать от них водостойкости или совместимости с платиновыми катализаторами не приходится. Неужели не продаются НЕ водоотмываемые фотополимеры?
В основном использую НЕ водоотмываемые, ессно. Присутствуют обе проблемы во всех опробованных. Водостойкость — не в смысле «растворилось нафиг», а в смысле «напечатанная ячейка за пару суток с водой — набухла, и геометрия поплыла».
растворяться, конечно, в любом фотополимере нечему, это сшитый полимер.
опять же, не являясь специалистом в этой области, на 120% уверен, что самый тупой состав, типа уретандиметакрилата с каким-нибудь гександиолдиакрилатом и изоборнилметакрилатом в качестве разбавителей, снимут все проблемы. для подобных составов (клеев) я даже мерял водопоглощение, очень маленькое получается.
или просто взять смолу изначально водоустойчивую, неужели таких нет?
Может и есть, но из десятка опробованных — увы. Не проверяют их, видимо, на такое нишевое применение. А самому формуляцию мастрячить с непредсказуемым результатом — смысла не было, проще было из металла отфрезеровать 🙂
Из недавнего, кстати — надо печатать по стеклу. Проблема — низкая адгезия. Аминирование не помогает, метакрилирование через триэтоксисилан — неудобно на следующих шагах. Матирование — улучшает, но недостаточно. Где найти смолу или филамент (лучше филамент) с хорошей адгезией к стеклу?…
значит, не очень то и нужна была 3д печать. вообще, мне область 3д печати применительно к химии и биохимии кажется необоснованно расхайпованной. хотя сейчас уже на спад идет, наигрались, похоже.
касательно адгезии — это неудивительно, у акрилатов к стеклу адгезия обычно никакая, а в 3д фотополимерах она специально делается еще хуже. чтобы не приклеивалось к ванне. в клеях помогает добавление в сам состав кислоты (метакриловой или акриловой, или моногидроксиэтилметаркилоилфосфата — если инициатор кислоты не боится), или того же силана типа А-174, которым стекло обрабатываете.
> мне область 3д печати применительно к химии и биохимии кажется необоснованно расхайпованной.
Микрофлюидные чипы печатать удобнее, чем многослойку литографить, особенно если полноценныая 3Д-структура востребована (например, параллелить WOW капельный генератор). С ньюансами, само собой.
Клеточная печать, печать матриц на импланты, печать форезными композициями… много где в хим-био полезно.
А учитывая процедуры и скорость наших госзакупок — лабораторную расходку тоже бывает проще напечатать, один раз в год закупившись смолой/филаментом 🙂
Про производные от принтеров — вообще отдельный разговор, у меня уже штук пять LHS на принтерных штативах собраны, дёшево и сердито.
кто спорит, что печать имплантов — самих по себе или моделей для литья -, или чего то подобного — весьма полезно, даже незаменимо.
но когда одно время журналы были завалены шлаком типа «мы напечатали пробирку», это прямо раздражало.
//Хороший фотополимер — это точно настроенное поглощение света…
Все верно, ХОРОШИЙ полимер это огромное число параметров. Плюс еще и не должен иметь абсолютно конский ценник…
А вот для описанных мною задач нужен не хороший, а хотя бы мало мальски подходящий… что резко снижает требования к продукту.
Его задача-произвести эффект на выставке. Т.е. требований к длительному хранению и прочим потребительским свойствам — нет.
Будет изделие хрупким или наоборот, резиноподобным?- ничего страшного, для демонстрации технологий подойдет любое! Хрупкость можно еще и обыграть, создав сложнейшую ажурную конструкцию которую просто невозможно изготовить руками из настолько хрупкого материала.
Тут весь вопрос в назначении изделия. Без компьютеров никакого практического толка в 3Д принтерах нет, это не станок для массового изготовления, это удобное средство прототипирования, а для этого требуется простой и удобный способ подготовить цифровую модель.
Так что без компа это просто фокус… Да этим фокусом можно взорвать головы промышленникам, произвести гнизгладимое впечатление на общественность, показать что ваша страна впереди планеты всей, ведь пока фантасты только придумывают фабрикаторы он уже стоит на вашем столе!
Но практической пользы без компа- ноль!
З.Ы. прикинул и таки нашел полезный вариант использования- печать лазерным спеканием из металла сопла ракеты с кучей охлаждающих каналов. Получится достаточно легким и крайне сложным при другом способе изготовления. Вопрос конечно в качестве поверхности, но можно и окончательную отделку самого сопла сделать металлорежущими, оставив припуск… Ну и последующую термическую обработку произвести для окончательного спекания и избавления от напряжений.
— не взорвутся никакие головы от такой демонстрашки, максимум — по плечу похлопают и дальше пойдут 🙂 поскольку трудоёмкость изготовления плёнки всем и сразу будет очевидна
— сопла… не копал тему, но параметры спечённого металла — специфические… надо смотреть, что сейчас делается такого, блоки двигателей с встроенными каналами, лопатки турбин для джетов или ещё чего…
ещё возможная тема для экструзионной печати — печать недавно поминавшихся зарядов ВВ хитрой формы и композиции…
и медицинские импланты — вроде как можно и без компа основные параметры вытянуть, хотя мэйнстимом и у нас не стало пока…
> без персоналки с графикой
САПР пошли еще с 60х.
IBM PC это 1981 год.
256 KB памяти и 5 МГц. Дюжина float — 36 байт, пяток тысяч треугольников STLки только в памяти, процессор их отрисует хоть раз в секунду, еще можно с диском меняться.
Текстовый интерфейс как в OpenScad https://openscad.org/cheatsheet/
Кстати, копировальные станки в XVIII в. выполняли ту же функцию, что хоббийные 3D принтеры выполняют в XXI в. — давали возможность людям, обладающим некоторым избытком свободного времени и/или средств сделать что-то уникальное своими руками, и при этом не требовали обладания особыми навыками.
Ну и похвастаюсь https://www.dropbox.com/scl/fi/t8wsuerwp4pory5k3jpb9/flame_computer.jpg?rlkey=66ysx5daetmj9aryk5id1wy05&st=b552lbqx&dl=0
— мой набор лично спроектированной и напечатанной оснастки чтобы ответить на вопрос — как из канавок с керосином https://www.youtube.com/watch?v=SqhXQUzVMlQ&ab_channel=SteveMould сделать компьютер.
строительный «принтер» 1932 года https://coub.com/view/3sryd5
Мне интересно знать, каковы возможности реализации различных устройств в зависимости от «битности» процессора. Например, 8ми битный процессор позволяет сделать то, что на основе 4х битного процессора невозможно, и так далее…
Строго говоря битность процессора не является настолько критичной, даже 4 битный процессор можно заставить вести 64 битные вычисления программным путем. Просто скорость будет в десятки раз меньше. Другой вопрос что длинна программы будет или очень ограничена или требовать крайне сложных танцев с бубном. Ну и количество команд в 4 битном процессоре будет крайне мало, но это можно обойти делая разную хитрую архитектуру с переменной длинной команд…
Короче, с разной битностью некоторые вещи сделать проще, но это не означает что с меньшей битностью их сделать невозможно.
Но критичным может быть именно снижение скорости обработки данных, особенно для систем реального времени.
Есть ли какие нибудь старые книги об ЭВМ, в которых подробно рассказывается об представлении математических операций, вроде деления, возведения в степень, логарифмирования, интегрирования или дифференцирования в двоичной системе, и как реализовать это на логически элементах.
Соловьев Г.Н. Арифметические устройства ЭВМ.
Какие старые книги подробно рассказывают об устройстве станков и их автоматики со следящими системами на основе гидропривода или на основе электропривода?
Повторюсь, было бы неплохо разделить статью о принтерах на FDM и литографию. Сама статья (в отличие от обсуждения) — чисто FDMная, и это не слишком попаданческая технология. А вот LCD, DLP, сканаторы и вплоть до фотонегативов — некоторый попаданческий потенциал имеют (что в обсуждении и отмечено).