Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

3d-печать

Перевод Нажималка для YubiKey

04.11.2020 14:09:33 | Автор: admin
Если вы работаете в сфере информационных технологий, то у вас, возможно, есть аппаратный ключ безопасности YubiKey. У меня такой имеется. Это YubiKey 5C Nano, показанный на следующем снимке.


YubiKey 5C Nano

Если вы работаете в области, не связанной с компьютерами, но при этом, в основном, пользуетесь ноутбуком, то вам, возможно, стоило бы обзавестись YubiKey. А если вы участвуете в политической кампании, или работаете журналистом, то вам, определённо, нужен YubiKey (или нечто подобное). Обсудите это с вашим отделом безопасности. Правда, этот материал будет кое о чём таком, о чём специалистам вашего отдела безопасности лучше не знать. Поэтому не говорите им об этой статье.

Ключ YubiKey используется в механизмах двухфакторной аутентификации. Это означает, что после того, как вы вошли в некую систему с помощью имени пользователя и пароля, система предложит вам авторизоваться с помощью ещё одного механизма. В результате, если ваши имя пользователя и пароль украдут, злоумышленнику придётся украсть ещё и второе средство аутентификации, что усложняет его задачу.

Существуют разные способы двухфакторной аутентификации. Например, часто встречается такая схема работы: веб-сайт предлагает вам отсканировать QR-код с помощью приложения вроде Google Authenticator, установленного на телефоне, генерирующего 6-значные коды. Работа этого механизма основана на том, что у сервера и у приложения имеется один и тот же секретный ключ. Телефон генерирует коды, основываясь на этом ключе и на текущей отметке времени. Такие же коды генерирует и сервер. Когда серверу предоставляют код, созданный в приложении, он проверяет, совпадает ли он с кодом, который сгенерировал он.


QR-код


Шестизначный код, сгенерированный приложением

Ещё один способ двухфакторной аутентификации основан на SMS-сообщениях. Он, правда, считается небезопасным. В данном случае сервер генерирует код и отправляет его на телефон в SMS-сообщении. Причина, по которой этот механизм считается небезопасным, заключается в том, что существует атака, известная как SIM-джекинг, в ходе проведения которой некто обманом переносит интересующий его номер на новую SIM-карту, что приводит к тому, что он начинает получать SMS-сообщения, адресованные первоначальному владельцу номера.


SMS-сообщение с кодом

Ключи YubiKey это маленькие устройства, подключаемые к USB-портам компьютеров и эмулирующие клавиатуру. Когда нажимают кнопку YubiKey (или, скорее, касаются её), устройство генерирует одноразовый пароль (One-Time password, OTP), который может быть проверен специальным сервером. На устройстве имеется секретный ключ, используемый для подписывания информации, но этот ключ никогда не выходит за пределы устройства, так как он сохранён в особом окружении, защищённом от несанкционированного доступа.

Мой YubiKey рассчитан на постоянное подключение к USB-порту. Поэтому я, когда, например, беру ноутбук с рабочего стола и переношу его в конференц-зал, забираю с собой и YubiKey. Но теперь мой ноутбук, как и ноутбуки многих новообращённых удалённых работников, никогда не покидает мой рабочий стол. Я подключил его к внешнему монитору, а чтобы сэкономить на столе немного места, я установил его вертикально, в сложенном состоянии, на специальной стойке.

Это усложнило задачу активации YubiKey. Особенно если ноутбук находится далеко от внешней клавиатуры и мыши. Я решил эту проблему, купив USB-C-удлинитель, благодаря которому смог разместить YubiKey поближе к клавиатуре.

Да, я ещё не рассказал об одной особенности YubiKey 5C Nano. Дело в том, что кнопку устройства довольно тяжело нажимать, и это даже если не учитывать проблему большого расстояния до ключа. Область устройства, которой надо коснуться для активации ключа, очень мала.


YubiKey 5C Nano

Одна из особенностей YubiKey заключается в том, что устройство срабатывает только в том случае, если металлического контакта касается человек. Это предотвращает срабатывание ключа в том случае, если, например, YubiKey что-нибудь случайно заденет. Если вы когда-нибудь видели в Slack-канале или в документах Google одноразовый пароль, вроде tlerefhcvijlngibueiiuhkeibbcbecehvjiklltnbbl, то вы знаете о том, что система это не идеальная. Я бы сказал, что устройство не срабатывает в одной из пяти попыток его активировать.

На то, чтобы ключ нельзя было бы активировать программно, было потрачено много сил и времени.

Прежде чем мы пойдём дальше, мне хотелось бы остановиться на причинах подобного состояния дел. Если хакер сможет взломать компьютер и сумеет программно активировать YubiKey, это полностью лишит смысла использование данного ключа. Но я полагаю, что мы всегда идём на компромиссы между безопасностью и удобством. Например, часто бывает так, что YubiKey-пароль не нужно вводить каждый раз, подключаясь к некоей системе. Некоторые системы, после ввода такого пароля, позволяют, при следующих входах в них, некоторое время не вводить его снова. Или, например, когда система с двухфакторной аутентификацией выдаёт вам резервные коды доступа часто ли вы их распечатываете на принтере и убираете в надёжное место? Каждый сам для себя находит устраивающий его баланс безопасности и удобства.

Учитывая вышесказанное, давайте поговорим о том, как можно программно активировать YubiKey.


Я называю этот механизм The Finger

Аппаратная часть системы


Для начала нам нужен какой-то способ для организации взаимодействия компьютера и The Finger. У меня есть куча макетных плат IZOKEE D1 Mini, которые представляют собой уменьшенную версию плат, использующих знаменитый чип ESP8266, применяемый во многих IoT-устройствах.


Плата с чипом ESP8266

Этот модуль можно подключить к ноутбуку по USB, но так как он поддерживает WiFi, на нём можно просто запустить веб-сервер и отправлять ему команды по беспроводной сети.

Далее, нам нужно нечто, способное перемещать The Finger в направлении YubiKey. После непродолжительных поисков в интернете я узнал о том, что с платой D1 Mini хорошо стыкуется шаговый двигатель 28BYJ-48.


Шаговый двигатель

Шаговый двигатель преобразует электрические импульсы во вращательные движения, у D1 Mini есть пины, способные выдавать подобные импульсы.


Схема работы двигателя

Но шаговый двигатель имеет вращающийся якорь, а нам нужно перемещать движущуюся часть The Finger по прямой. Я поискал по слову 28BYJ-48 на Thingiverse и обнаружил соответствующий механизм.


Механизм для преобразования вращательного движения в прямолинейное

Тут к двигателю крепится шестерня, которая перемещает вперёд-назад длинный стержень с зубцами. А если мы собираемся перемещать в направлении YubiKey длинную пластиковую штуковину, то она вполне может выглядеть как обычный палец. Я опять пошёл на Thingiverse, поискал там по слову finger и нашёл модель пальца, которую кто-то сделал для Хэллоуина.


Модель пальца

Я открыл файлы моделей в Fusion 360, и, пользуясь продвинутыми CAD-инструментами, сделал то, модель чего показана ниже.


Результат объединения моделей пальца и стержня

Потом я экспортировал модель в формат STL и напечатал её на 3D-принтере. В тот момент в принтер был заряжен пластик Prusament PLA Lipstick Red. Он и пошёл в дело. Когда пластиковый палец был готов, я взял его и коснулся им сенсора YubiKey. Ничего не произошло. Тогда я нашёл у себя на столе металлический винт и коснулся YubiKey на этот раз им. Ключ мгновенно выдал одноразовый пароль. Я прикрепил пластиковый палец к столу струбциной, просверлил в нём небольшое отверстие и вкрутил туда винт. Потом я коснулся сенсора винтом, вкрученным в пластиковый палец, но на этот раз устройство снова не отреагировало на прикосновение.


Обработка пластиковой модели

Именно тогда я понял, что я идиот, и что когда я касался YubiKey металлическим винтом, металл просто передавал электрический заряд с моего тела на ёмкостный датчик касания YubiKey. Как же мне обмануть датчик и заставить его поверить в то, что пластиковая модель это настоящий палец?

Я предположил, что принцип работы ёмкостных датчиков заключается в том, что они измеряют ёмкость человеческого тела по отношению к земле. Поэтому, если подключить датчик прямо к земле, то он решит, что тело коснувшегося его человека просто является очень хорошим проводником. Поэтому я взял изолированный провод, немного открутил винт, обмотал концом провода винт и опять его закрутил. Потом я подключил другой конец провода к выходу GND платы D1 Mini и снова коснулся YubiKey. На этот раз всё заработало!

К плате управления двигателем уже были подключены выходы 5V и GND платы D1 Mini. Поэтому я подумал, что мне может понадобиться подключить к GND и плату управления двигателем, и винт. Но неожиданно для себя я понял, что могу просто воткнуть другой конец провода, идущего от винта, между и металлическим корпусом двигателя (по-видимому заземлённым) и пластиковой стенкой отсека для двигателя. И так всё тоже работало!


Провод, соединяющий корпус двигателя и винт, вкрученный в пластиковый палец

После того, как я убедился в том, что The Finger способен активировать YubiKey, я начал думать о том, как закрепить YubiKey рядом с пластиковым пальцем. Этот вопрос я решил, измерив цифровым штангенциркулем размеры USB-C-удлинителя и создав держатель для двигателя, пальца и удлинителя с YubiKey в Fusion 360.


Держатель

Удлинитель входит в отверстие держателя, расположенное слева, а двигатель монтируется справа.

На этом этапе работы мне понадобилось подключить плату управления двигателем к D1 Mini. Это можно сделать, припаяв несколько выводов к D1 Mini и подключив к ним соединительные провода Dupont, идущие к плате двигателя.


Подключение платы управления двигателем к плате D1 Mini

В следующей таблице показана схема подключения платы управления двигателем к плате D1 Mini.

D1 Mini Плата управления 28BYJ-48
5V 5V
GND GND
D1 IN1
D2 IN2
D3 IN3
D4 IN4

После того, как все части системы оказались собранными воедино, у меня получилось то, что показано на следующем рисунке.


Система в сборе

Программная часть системы


Программная часть The Finger устроена гораздо проще, чем аппаратная. Писать программы для платы D1 Mini можно с помощью IDE Arduino. Перед началом работы нужно перейти в раздел Preferences и добавить туда, в поле Additional Board Manager URLs, следующую ссылку: https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json. После этого можно перейти в окно Board Managers и установить там пакет esp8266, позволяющий работать с платой LOLIN(WEMOS) D1 R2 & mini, которая должна быть выбрана в меню Tools.

После предварительных настроек я, чтобы проверить работоспособность системы, запустил скетч, который мигает светодиодом.

#define LED 2 //Указываем пин, используемый для подключения светодиодаvoid setup() {pinMode(LED, OUTPUT); // Переводим пин LED в режим OUTPUT}// функция loop будет повторяться снова и сноваvoid loop() {digitalWrite(LED, LOW); // Включить светодиод (LOW - это уровень напряжения)delay(1000); // Подождать одну секундуdigitalWrite(LED, HIGH); // Выключить светодиод LED установив напряжение в HIGHdelay(1000); // Подождать две секунды}

Потом я обнаружил этот скетч, демонстрирующий пример управления шаговым двигателем 28BYJ-48 по WiFi.

Вот та часть кода, которая отвечает за управление двигателем:

int Pin1 = D1; // подключён к IN1int Pin2 = D2; // подключён к IN2int Pin3 = D3; // подключён к IN3int Pin4 = D4; // подключён к IN4int pole1[] ={0,0,0,0, 0,1,1,1, 0}; //обмотка 1, 8 ступеней импульсовint pole2[] ={0,0,0,1, 1,1,0,0, 0}; // обмотка 2, 8 ступеней импульсовint pole3[] ={0,1,1,1, 0,0,0,0, 0}; // обмотка 3, 8 ступеней импульсовint pole4[] ={1,1,0,0, 0,0,0,1, 0}; // обмотка 4, 8 ступеней импульсовint poleStep = 0;int dirStatus = 3; // хранит направление движения. 3 = остановка (не менять)String argId[] ={"ccw", "cw"};...void loop(void) {server.handleClient();MDNS.update();if (dirStatus == 1) {poleStep++;driveStepper(poleStep);} else if (dirStatus == 2) {poleStep--;driveStepper(poleStep);} else {driveStepper(8);}if (poleStep>7) {poleStep=0;}if (poleStep<0) {poleStep=7;}delay(1);}/** motorControl()* меняет значение переменной "dirStatus" на 1, 2 или 3* ничего не возвращает*/void motorControl() {if (server.arg(argId[0]) == "on") {dirStatus = 1; // против часовой стрелки (CCW)} else if (server.arg(argId[0]) == "off") {dirStatus = 3; // двигатель выключен} else if (server.arg(argId[1]) == "on") {dirStatus = 2; // по часовой стрелке (CW)} else if (server.arg(argId[1]) == "off") {dirStatus = 3; // двигатель выключен}}/** @brief отправляет сигналы двигателю* @param "c" целое число, определяющее сигнал, подаваемый на обмотки двигателя* @return ничего не возвращает*/void driveStepper(int c){digitalWrite(Pin1, pole1[c]);digitalWrite(Pin2, pole2[c]);digitalWrite(Pin3, pole3[c]);digitalWrite(Pin4, pole4[c]);}

Вот как всё это устроено. Веб-сервер выдаёт страницу с двумя кнопками. Одна из них, CCW, включает вращение вала двигателя против часовой стрелки, другая, CW включает вращение по часовой стрелке. Если нажимают кнопку CCW, значение переменной dirStatus меняется на 1, если нажимают кнопку CW значение этой переменной меняется на 2. Повторные нажатия на уже нажатые кнопки переводит переменную dirStatus в значение 3 и двигатель выключается.

Тут можно обратить внимание на функцию loop(), в которой осуществляется проверка переменной dirStatus. В зависимости от её значения осуществляется либо увеличение значения переменной poleStep, либо его уменьшение (двигатель в это время работает), либо выключение двигателя.

Нам нужна единственная HTTP-конечная точка, которая позволит запустить вращение вала двигателя против часовой стрелки, выполняемое до тех пор, пока пластиковый палец не коснётся YubiKey. После этого двигатель должен вращаться в обратном направлении до тех пор, пока палец не примет исходную позицию. Потом двигатель выключается.

Это значит, что мы можем переписать функцию motorControl(), упростив её и приведя в такое состояние:

void motorControl() {dirStatus = 1;  // CCW}

Она включит вращение вала двигателя против часовой стрелки при обращении к конечной точке.

Затем мы модифицируем функцию loop(), сделав так, чтобы вал двигателя перемещался бы на 400 шагов против часовой стрелки, а затем менял бы направление движения и, вращаясь по часовой стрелке, выполнял бы 400 шагов в обратном направлении. После этого двигатель останавливается.

int steps = 0;void loop(void) {server.handleClient();MDNS.update();if (dirStatus == 1) {poleStep++;driveStepper(poleStep);steps++;} else if (dirStatus == 2) {poleStep--;driveStepper(poleStep);steps++;} else {driveStepper(8);}if (poleStep>7) {poleStep=0;}if (poleStep<0) {poleStep=7;}if (steps > 400) {if (dirStatus == 1) {dirStatus = 2; // CW} else {dirStatus = 3; // двигатель выключен}steps = 0;}delay(1);}

В том, как устроена аппаратная часть The Finger, есть одна приятная особенность. Она заключается в том, что из-за того, что двигатель является не особенно мощным, он, ничему не вредя, может продолжать вращаться против часовой стрелки даже после того, как пластиковый палец коснётся YubiKey. А когда двигатель вращается по часовой стрелке, возвращая палец в исходную позицию, кость, торчащая из пальца (делали-то его для Хэллоуина), упирается в край подставки и не даёт пальцу, прикреплённому к стержню, съехать с платформы. Я начал подбор значения переменной steps, от которой зависит расстояние, проходимое пальцем, с 1000 шагов. Потом, проверяя расстояние, на которое перемещается палец, постепенно уменьшал это значение, дойдя, в итоге, до 400 шагов.

Потом я выяснил MAC-адрес WiFi-платы, настроил статический IP-мэппинг на маршрутизаторе для этого адреса и сделал запись в локальном DNS о finger.localdomain.

Теперь, когда я обращаюсь к адресу http://finger.localdomain/press, двигатель включается, пластиковый палец касается YubiKey, а потом возвращается в исходную позицию.

Запуск The Finger


Нажимать на сенсорную кнопку YubiKey не так уж и удобно, а вот нажатие на клавишу механической клавиатуры это уже совсем другое дело. Я полагал, что будет очень здорово, если я смогу активировать YubiKey с клавиатуры.

У того, кто пользуется клавиатурой без цифрового блока, в верхней правой части клавиатуры есть кнопки Print Screen, Scroll Lock и Pause. В 2020 году особого смысла в их обычном функционале нет, поэтому на них вполне можно повесить выполнение каких-то особых задач.

Настроить клавиатуру мне помогла программа Karabiner-Elements. Эта программа, как и аппаратная часть моего проекта, немного напоминает машину Голдберга.

Я воспользовался её вкладкой Simple modifications для того чтобы поменять From key на pause, а To key на f14.

Потом я перешёл на её вкладку Misc и щёлкнул по кнопке Open config folder (~/.config/karabiner). Тут можно найти файл karabiner.json, в котором, в раздел profiles.rules, я добавил следующий код:

{"description": "F14 to trigger Yubikey","manipulators": [{"from": {"key_code": "f14","modifiers": {"optional": ["any"]}},"to": [{"shell_command": "osascript /Users/YOUR_USERNAME/bin/yubikey.scpt"}],"type": "basic"}]},

В файле ~/bin/yubikey.scpt можно написать Applescript-код, вызывающий shell-скрипт:

do shell script "/bin/sh ~/bin/yubikey.sh 2>&1 &"

Зачем вызывать один скрипт из другого? Я выяснил, что если запускаю shell-скрипт из Karabiner Elements, то открывается новый экземпляр Terminal.app. В результате окно, запрашивающее данные с YubiKey, теряет фокус. А при таком подходе всё работает в фоне.

И, наконец, в файле ~/bin/yubikey.sh имеется следующий код:

#!/bin/bashcurl "http://finger.localdomain/press" --silent >> /dev/null

А вот как выглядит работа готовой системы.


Нажатие на клавишу клавиатуры активирует YubiKey

Я, чтобы проверить работу системы, выполнил тестовый запрос на получение данных с YubiKey, но я могу гарантировать вам то, что The Finger делает своё дело и в ситуации, когда YubiKey нужен в реальных условиях. Вот код, позволяющий самостоятельно выполнить запрос ключа с YubiKey. Может, вам он зачем-то понадобится:

#!/bin/bashprintf "YubiKey for 'bert': "read yubikeygreen=`tput setaf 2`reset=`tput sgr0`echo "${green}SUCCESS${reset}"

Мы, имея этот shell-скрипт, можем запустить процесс активации YubiKey вообще не нажимая ни на какие кнопки. А именно, в терминале iTerm2 есть возможность, называемая Triggers (триггеры). Она позволяет выполнять какие-то действия, основываясь на анализе текстов в терминале. Можно создать регулярное выражение, которое ожидает появления текста Yubikey for и запускает скрипт активации YubiKey. В результате для запуска The Finger не нужно нажимать на особую кнопку.

Ещё одна возможность программной активации YubiKey заключается в том, чтобы создать собственное расширение для Google Chrome, которое ожидает появления определённых URL, запрашивающих пароль с YubiKey и в фоне обращается к http://finger.localdomain/press.

Итоги


Я показал The Finger одному человеку, а он говорит: Итак ты, по сути, сделал кнопку, которую ты нажимаешь для того чтобы нажать другую кнопку? Почему бы просто не нажать нужную кнопку?. Меня этот вопрос немного разозлил. Получается, что тот, кому я показывал проект, ничего не понял. Неужели не ясно? Это плохая кнопка. А это кнопка хорошая. Я хочу нажимать на хорошую кнопку.

Работайте над тем, что для вас важно.

Были ли у вас проекты, которые казались кому-то из окружающих бессмысленными?



Подробнее..

Перевод Первый глиняный дом, напечатанный на 3D принтере

28.04.2021 18:07:33 | Автор: admin


Этот дом несколько принтеров напечатали из местной почвы за 200 часов. В итоге никаких отходов и необходимости доставки строительных материалов.

Архитектурное бюро Mario Cucinella Architects совместно с Wasp, ведущей итальянской компанией по 3D печати, завершили создание первого дома из глины. Этот процесс, названный Tecla (технология и глина) является экологически устойчивым и не вредит окружающей среде, так как производство не оставляет отходов и не требует доставки материалов на место строительства. Нескольким промышленным принтерам потребовалось всего 200 часов на возведение этого прототипа площадью 60 кв.м в Равенне, Италия.

В плане дизайна дом представляет собой органичную пещероподобную форму, которая выглядит древним творением, созданным самой природой, глядя на которое никак не подумаешь, что за этим стоит высокая технология. Это естественная черта гуманистичной архитектуры Марио Кучинеллы, которая возникает на пересечении мира простоты с миром хай-тек. Эстетичность этого дома родилась в результате технических и материальных усилий. говорит Марио Причем подход основывался не только на эстетике, но также заключал в себе открытость и искренность формы.



Проект начался с разработки, которую Кучинелла и основатель Wasp, Массимо Моретти, затеяли совместно со School of Sustainability, организацией, изучающей возможность возведения экологически чистых домов с минимальным влиянием на окружающую среду то есть из местных материалов без необходимости их поставки на места застройки. В результате появилась технология Tecla, которая представляет собой процесс с практически нулевым выбросом в атмосферу и невысоким потреблением углерода. Tecla показывает, что красивый, здоровый и экологически устойчивый дом можно построить с помощью машины. добавляет Моретти.

Архитектор изучил, как форма строения может повлиять на его эффективность в зависимости от климата и географической широты, а также реализовал композицию материала с учетом утепления и вентиляции. При этом форма и внешние выступы дома дополнительно обеспечивают его устойчивость.

Внутри расположена жилая площадь, кухня и спальня. Часть мебели интегрирована в структуру, а остальные отдельно стоящие предметы созданы с учетом дальнейшей переработки и повторного использования. Дом возведен из 350 слоев толщиной 12мм, на что ушло 60 кубометров природных материалов. Среднее энергопотребление при этом составило менее 6КВт.

Фотограф Яго Корацца
















Подробнее..

Можно ли сделать деревянный стеллаж без инструмента используя только отвертку и 3D-принтер? Легко!.

14.06.2021 12:13:27 | Автор: admin


Приветствую!Я хочу поделиться с вами очередной своей разработкой, которая позволяет сделать надежную, крепкую мебель и при этом без необходимости иметь инструмент, пылить в доме/квартире и собрать её буквально за один день.Эта статья для аудитории Хабра, которая любит DIYи получает удовольствие от процесса создания вещей своими руками. Осторожно, в статье много изображений и фотографий.

Началось все с


Попросила меня супруга сделать небольшой открытый стеллаж на кухню чтобы всё было недалеко и при этом у всего было своё место. Подумал я, что делать просто ящик прямоугольной формы не хочу это не красиво и будет выглядеть как коробка Рядом с местом предполагаемой установки стоит буфет Хемнэс от ИКЕА. Посмотрел я на него и мне понравился стиль его боковых стенок по углам брусок, а в середине филёнка.
Да, это не стеллаж, но на этой фотографии лучше видно то, о чем я пишу:

Ну думаю надо делать по такой технологии,однако почти сразу понял, что данная сборка возможна только если фрезеровать ножки и вклеивать в паз филенку.У меня есть фрезер и место где это можно сделать, но работать с нимя жуть как не люблю, а люблю работать с SolidWorks и разрабатывать что-либо для печати на 3D-принтере. Поэтому было принято решение разработать детали, с помощью которых можно собрать аналогичную конструкцию, но без фрезеровки, сверления, запилов и прочей грязной работы. Наша цель максимально снизить необходимость в обработкедерева на территории дома.

Распиловка это, на мой взгляд, самая лучшая услуга оказываемая строительными магазинами и почему бы нам её не использовать? Поэтому всю задачу по обработке древесины нужно свести к распиливанию и делать это мы будем сразу в магазине. В итоге домой привозим уже готовые детали, которые нужно будет просто собрать.

Разработка


Сел за Solid, сделал пару деталей и понял, что это всё не то, надо их унифицировать. Поэтому я на время отложил Solid и пошел по интернет магазинам смотреть какие типовые размеры бывают у мебельных щитов.

Витоге с чем нам придется работать:

  • Толщина которая нас интересует 18 мм
  • Доступные ширины 200 / 250 / 300 / 400 / 500 / 600 мм
  • Длина от 600 до 3000 мм
  • Брусок на ножки взят такой, как у Хемнэс 40х40 мм

Задача и вводные данные ясны, оттягивать не стоит, нужно делать.

За типовой размер взятыХ-мм на филенку и Х+50 мм на полку. Сделано это неспроста. Допустим мы используем филенку размером 200 мм, соответственно общая ширина боковой стенки будет равна 280 мм. Делать полку 300 мм не получится, так как она будет шире самой стенки и будет выпирать. Во вторых, красивее, когда полка чуть утоплена внутрь, а не заподлицо с боковой стенкой это создает эффект объема и убирает эффект ящика. Соответственно среди типовых размеров в продаже у нас есть щиты размером 250 мм. Вот его мы и будем использовать для разработки общей конструкции деталей.

Если же мы хотим стеллаж глубиной 380 мм, то мы берем щит 300 мм на филенку и 400 мм на полки, НО! в этом случае нам просто нужно при покупке распилить щит вдоль, отрезав 50 мм, а потом поперек на длину равную длине полки.

Некоторое время на работу и в итоге у меня получилсянабориз6 уникальных деталей, которые позволяют собрать конструкцию любой длины. Некоторые детали различны для стартовой/финишнойипромежуточныхстенок. Схема стеллажа, расположения деталей и их названия показаны на схеме ниже:


Деталь panel_rack_bracingкрепится к каждой полке и нужна для придания конструкции жесткости, а также связывания нижней части. Без нее ножки не разъедутся, но конструкция не получится крепкой.
Детали в крупном виде под спойлером.Подписывать каждую не буду, они легко находится на схеме выше.

Фото деталей крупно








Как это работает


Сейчас я опишу технологию сборки на примере небольшой конструкции.
Допустим мы хотим получить столик-стеллаж глубиной 300 мм, высотой 1000 мм и длиной 1200 мм. В стеллаже должно быть 6 полок.

Покупаем в строительном магазине (Леруа / Максидом / OBI / ):

  • брусок на ножки 40х40х2000мм в кол-ве 4 штуки
  • щит на столешницу 12х300х1200 мм (стандартный размер)
  • щит на филенку 18х200х800 мм в кол-ве 3 штуки
  • щит на полки 18х250х2000 мм

Набираем это всё, идем на распиловку ипросим распилить каждый брусок наножкипо 980 мм, а щит для полок на 6 штук по 330 мм.



Там же берем саморезы с пресс-шайбой (клопы) размером 4,2х13 и саморезы с потайной головкой 4,0х30. Вторых нужно будет равным количеству нижних полок умноженное на 2. А вот первых нужно будет намного больше. Считать лучше из общего количества пластиковых деталей умноженного на 2,5.

Распечатываем на 3D-принтере:

  • 40x40_top 8 шт
  • 40x40_btm_right_shelf 2 шт.
  • 40x40_btm_left_shelf 2 шт.
  • 40x40_btm_2sides_shelf 4 шт.
  • panel_rack_bracing 6 шт.
  • rack_holder 12 шт.






На бруски надеваем верхний элемент, прикручиваем к бруску. Затем нижний (в соответствии со схемой), а в середину филенку. Всё плотно прижимаем и скручиваем. Получается такая конструкция стенки:





Далее к середине нижних полок прикручиваем держательpanel_rack_bracing



Столешницу лучше разметить на полу и через специальные отверстия прикрутить к ней ножки, а затем нижние полки.Всё, изделие собрано!Процесс сборки занимает реально очень мало времени у меня на сборку данного стеллажа ушло не более 30 минут. Из необходимого инструмента только шуруповерт или отвертка.

Вот что у нас получилось и как оно выглядит в интерьере



Дополнительныевозможности


Первый плюсплюс данной конструкции мы рассмотрели выше нам ничего не нужно пилить / сверлить / фрезеровать. При определенных длинах полок даже нет необходимости в распиловке в магазине.

Второй же плюс в том, чтоданная системапозволяет собирать стеллажи любой длины. Ранее мы собрали стеллаж длиной 1,2 м, однако мы легко можем собрать такой же стеллаж но длиной 2, 3 и даже 5 и более метров (при условии соединения столешницы на штапики). При этом жесткость конструкции будет аналогичной.

И наконец третий плюс сборка стеллажа в высоту и возможность делать комбинированные сборки, когда одна секция ниже другой. Сейчас я собираю конструкцию в спальню дочери, где одна секция будет глубиной 380 мм (филенка 300 мм, полки 350 мм), а вторая 280 мм. При этом глубокая секция высотой 2,7 м (обязательно крепить к стене или потолку), а низкая 1,6 м.

Большая секция в процессе сборки:







Внимательный читатель наверное уже заметил, что здесь появилась новая, 7/8/9-я детали. Эти деталидержат филенку в середине её длины, центрируют относительно ножки и притягивают к ней. Они немного отличаются от нижних стартовых отсутствием поддерживающей полочки.

Выглядят они следующим образом:




Собственно думаю на этом статью можно закончить и поделиться с вами моделями.
Полный набор файлов для печати выложены на Thingiverse

Буду рад если моя разработка кому-то пригодиться в быту. Все вопросы,пожеланияи предложения задавайте в комментариях, на все отвечу.
* Данная разработка предоставляется всем желающим исключительно для некоммерческого использования, в других случаях вы можете обратиться ко мне, как к автору.


Подробнее..

Я хотел купить недорогой 3D-принтер, но посмотрел YouTube и расхотел

25.12.2020 12:18:15 | Автор: admin

Картинка с сайта https://www.fabbaloo.com/blog/2014/7/13/near-disaster-while-3d-printing

Под конец года решил порадовать себя чем-нибудь эдаким, например 3D-принтером. Несколько лет назад я уже смотрел в эту сторону и то, что, что предлагал тогда Aliexpress, выглядело не особо внушающим доверия. Обзоры говорили, что вместо более или менее готового комплекта, который требует только отверточной сборки, к вам приходит конструктор сделай сам, который нужно долго допиливать, чтобы получить хоть какое-то качество выходе. Ходили слухи, что первым, что делает новоявленный обладатель 3D-принетра - это печатает к нему штук пять дополнительных компонентов. Кроме того, раньше меня пугали какие-то нереальные сроки печати 6, а то и 12 часов на не самые сложные модели, и я искренне надеялся, что за это время ситуация изменилась к лучшему Кроме того, если четыре года назад я смотрел с нижний ценовой сегмент в районе 150 USD, теперь я решил целиться повыше примерно в 300 USD, в надежде, что за эту цену наши друзья из Поднебесной могут предложить принтер, который будет печатать "из коробки". Выбор пал на принтер с условным названием Printer A большая область печати, стол, который перемещается вверх-вниз двумя моторами, легкая кинеманика Core XY, обещающая высокие скорости перемещения каретки все это говорило о том, что надежда на хороший принтер может себя оправдать, а печать будет быстрой. Кроме того, обещалась точность 0.1 мм (запомним это).

Итак, выбор сделан и пришло время идти на YouTube, чтобы убедиться в положительных качествах принтера окончательно. На этот конкретный принтер обзоров в Сети довольно мало, а вот на его младшего брата, условный Printer B, их хватает. Посмотрев с десяток роликов, я понял, что за четыре года не изменилось ничего. Один из авторов прямо говорит не надейтесь на работу "из коробки", 3D-принтер это проект. В других обзорах, в числе прочего, упоминаются:

  • Никакая инструкция, больше похожая на вводную брошюру

  • Неправильно согнутая нижняя часть корпуса, которую нужно выправить при помощи высокотехнологичных пассатижей (помните про точность 0,1 мм?)

  • Натягивание передаточных ремней при помощи высокотехнологичных нейлоновый стяжек, отсутствие натяжителей (все еще помните про точность 0,1 мм?)

  • Печатающая головка, в которую подходит только родное сопло, а остальные вкручиваются негерметично и текут

  • Вибрации, которые передаются через муфты оси Z с двигателей на стол с моделью (еще не забыли про точность 0,1 мм?)

  • Люфты в ходовых винтах оси Z, которые теоретически можно исправить установкой подпружиненных гаек (как там поживает точность в 0,1 мм?)

  • Концевые выключатели, которые крепятся непонятно как

  • Датчик окончания нити филамента, который предлагается не крепить к корпусу, а оставить висеть.

  • Маленькая и тонкая теплоизоляция стола

  • Недолговечное покрытие стола в виде пленки вместо правильного стекла Ultrabase.

  • Отсутствие заводской смазки на направляющих

  • Неправильные платы драйверов на оси Z и экструдере, из-за чего двигатели шумят

  • Неправильно выставленные токи на всех платах драйверов, из-за чего двигатели чрезмерно греются и перестают работать

  • Никакая прошивка, в которой не работает половина кнопок, и которую однозначно нужно менять

Получается вот такой список покупок, которые нужно сделать вместе с 3D-принтером:

  • Утеплитель на столик

  • Стекло Ultrabase на столик

  • Специальные виброгасящие муфты с эластичными/гибкими элементами для соединения двигателей оси Z с ходовыми винтами 2 шт.

Spoiler
  • Подпружиненные гайки для крепления стола к ходовым винтам 2 шт.

Spoiler
  • Нормальные платы драйверов на ось Z и экструдер (2+1=3 шт.)

Spoiler

Штатно в 3D-принтере стоят драйверы TMC2208 на оси X и Y, а на двух моторах оси Z и экструдере - А4988

  • Набор сопел разного диаметра для нагревателя

  • Сам нагреватель, если резьба для сопла будет негерметичной

  • Несколько вентиляторов для охлаждения рубашки экструдера и зоны печати

  • Дополнительные приводной ремень оригинальный обрезается так коротко, что после установки натяжителей его может не хватить

  • Возможно - новую материнскую плату (контроллер) целиком + набор хороших драйверов (50 USD за все), чтобы не иметь головной боли с переделыванием управления комплектной платы и драйверов на управление по протоколу UART

Spoiler

В принтере штатно установлена плата Markerbase MKT Robin Nano 1.2 c драйверами TMC2208 и А4988, можно заменить ее на MKT Robin Nano 2.0 и драйверы TMC2209, тогда управление драйверами по UART будет доступно "из коробки"

  • Возможно - оптопары для установки в качестве концевиков вместо выключателей

  • Возможно - датчик калибровки стола (3D Touch, BL Touch) 40 USD за оригинал, в два раза меньше за реплику, которая глючит. Ну или можно сделать самому из оптопары и маленького сервопривода SG90

Spoiler
  • Возможно - экструдер прямого действия вместо трубки Боудена, чтобы можно было печатать гибкими пластиками. Это увеличит вес каретки, поэтому двигатель экструдера придется тоже менять на облегченное (и более дорогое) исполнение.

  • Возможно - обшивка всего принтера теплоизоляцией, чтобы можно было печатать большие детали пластиком ABS. Есть штатная, добавляет к стоимости принтера 130 USD, или можно сделать самому.

Это что касается тех вещей, которые можно купить. Есть еще и компоненты, которые придется печатать/паять/собирать самостоятельно:

  • Крепление для более мощного вентилятора охлаждения экструдера

  • Крепление для вентилятора обдува модели

  • Натяжители ремней

  • Крепление для гофры и кабелей на корпус принтера, иначе будут болтаться

  • Корпус для кастомного датчика калибровки стола или крепление для 3D Touch/BL Touch

  • Завести UART-выводы драйверов на свободные пины контроллера. При этом ожидается головная боль с тем, что:

    а) Свободных пинов контроллера на самом деле нет, придется использовать те, что выведены на разъем для подключения WiFi-модуля. При этом теряется возможность использовать WiFi в будущем

    б) Драйверов у нас пять, и все используют однопроводной полудуплексный UART. У контроллера свободен один заведомо рабочий аппаратный двухпроводной UART. Придется думать над тем, как настроить в прошивке программный UART, а он, согласно документации на прошивку, требует того, чтобы на пин RX можно было бы повесить прерывание. В общем, тут широкое поле для экспериментов. Ну или можно купить новый контроллер с драйверами, как описано выше: +50 USD к стоимости принтера

  • Обшивка зоны печати, чтобы не было сквозняков, или купить готовую. Кажется, у готовой нет верхней крышки, так что все равно придется доделывать

  • Прошивка. Этот принтер совместим с прошивкой Marlin, которую, для достижения большей гибкости и тонкой настройки UART, придется собирать из исходников, что далеко не каждому под силу. Хорошо еще, что прошивка ставится прямо с SD-карты и не нужно возиться с программатором

Изучение вопроса скорости печати повергло меня в уныние: здесь пишут, что очень недешевый Ultimaker 2 (3500-4000 USD) печатает кораблик Бенчи за два часа, а подставку для планшета габаритами 14х4х10 см за шесть, что, мягко говоря, не быстро. Интересно, как будут обстоять дела со скоростью у принтера за 300 USD?

Просмотрев еще пару десятков роликов, я заметил, что чаще всего печатают:

  • Калибровочный куб-компаньон с именованиями осей XYZ на гранях. Некоторые авторы меняют название последней оси на Й, что придает кубу несколько хулиганский вид

Spoiler

Искать на thingiverse.com по запросу "Russian Calibration Cube"

  • Кораблик Бенчи

  • Вазу (редко)

  • Кучу приблуд для 3D-принетра, в которых не было бы необходимости, не будь у автора ролика самого принтера.

В связи со всем этим хотел бы спросить у Habr-сообщества:

  • Действительно ли все так плохо с китайскими принтерами за условные 300 USD? Чтобы принтер нормально печатал "из коробки" и не требовал ручной калибровки каждый раз нужно целиться в категорию как минимум в 10 раз дороже?

  • Действительно ли скорость печати принтеров такая низкая или ее можно существенно увеличить, если взять сопло потолще и отказаться от точности в 0,1мм?

  • Если ли у принтеров применение в народном хозяйстве или среднестатистический пользователь редко уходит дальше печати калибровочных кубиков?

Подробнее..

3D-принтер из фанеры своими руками и его эволюция

18.02.2021 02:11:45 | Автор: admin

Хочу рассказать, как мы собрали 3д-принтер в домашних условиях, так сказать, из говна и палок. Это был школьный проект, который принес определенные плюшки в свое время.

Забегая вперед, покажу, на что оказался способен наш домашний принтер уже после некоторой эволюции. Но обо всем по порядку.

Модель реактивного двигателя на наших 3D-принтерах. Детали печатались и на версии 1, и на версии 2.Модель реактивного двигателя на наших 3D-принтерах. Детали печатались и на версии 1, и на версии 2.

Как и зачем мы пришли к идее собрать 3D-принтер дома

Один хороший трудовик в школе обучал детей работе с деревом. В основном, это были разделочные доски и шкатулки. Изюминка изделий декоративная резьба. Так вот, нашему трудовику удалось увлечь одного смышленого 9-классника моделированием в программе Компас 3D. А тот, в свою очередь, решил сделать благое дело создать инструмент для печати в школе. Так родилась идея для исследовательской работы.

Перед нами стояла основная задача создать 3D-принтер максимально дешево. В ход пошли подручные средства и запчасти от старой техники. Списанные принтеры были любезно предоставлены руководителем большой фирмы на безвозмездной основе (все же в наше время без знакомств и блата далеко не уйдешь). Кстати, благотворительность тоже еще не умерла в процессе работы над проектом нашлись добрые люди, которые очень здорово помогли с нужным материалом, информацией и идеями.

P.S.: Наш проект не является коммерческим. Это чисто исследовательская работа, цель которой - ответить на вопрос: можно ли построить 3D-принтер, используя только простые бытовые инструменты, имеющиеся в наличии: электролобзик, бытовой лазерный принтер и минимум вложений. Принтер использовался как инструмент для дальнейших школьных проектов.

Процесс создания 3D-принтера

Наша работа была разделена на несколько этапов. Конструкция не раз переделывалась с целью улучшения качества печати, исправления ошибок, придания завершенного вида устройству. Этапы работы можно представить так:

  1. Выбор кинематики (механизмы, приводящие в движение печатающую головку в пространстве по трем осям и экструдер, отвечающий за скорость, а также количество вдавливаемого пластика из печатающей головки ).

  2. Выбор необходимой электроники.

  3. Поиск нужных запчастей в недрах старой техники.

  4. Разработка 3D-моделей и чертежей для принтера.

  5. Сборка первой версии и тест (СТЕР-1).

  6. Модернизация и сборка улучшенной версии 2 (СТЕР-2).

В целях экономии для осей Х и Y использовали мебельные направляющие. Размеры: 35* 400 мм (ось X), 35*300 мм (ось Y). Они обеспечивают плавный ход кинематики и стоят недорого: около 70-80 р за пару штук (в зависимости от размера).

Мебельные направляющие 35*300 ммМебельные направляющие 35*300 мм

Для оси Z использована часть разобранного механизма от DVD-привода. Высота печати в связи с этим будет всего 4,5 см, но этого пока достаточно для печати подшипников скольжения из нейлона (будем использовать леску для триммера). В будущем ось Z переделаем на использование таких подшипников и увеличим высоту печати.

Необходимую электронику заказали на Алиэкспресс. Нам потребовались:

  • плата Ардуино Mega 2560 (плата);

  • плата Ramps 1.4;

  • драйверы шаговых двигателей drv8825;

  • экструдер в сборе e3d V6.

Разобрали списанную технику и добыли нужные двигатели, подшипники, каретки и другие детали.

сбор запчастей для принтерасбор запчастей для принтера

Основные части устройства и стол решили делать из фанеры. Во-первых, есть хороший опыт работы с ней. Во-вторых, обходится недорого. Детали для 3D-принтера моделировали в Компас 3D. Чертежи распечатали на листах, перевели на фанеру, вырезали. Чтобы точнее переносить чертежи, использовали ЛУТ-метод (лазерно-утюжная технология), который применяется, в основном, при травлении плат.

Процесс переноса чертежей на фанеруПроцесс переноса чертежей на фанеру

Далее был изготовлен временный боуден (устройство для подачи пластикового прутка). Для этого пришлось переделать двигатель по инструкциям в интернете. Также для него взяли латуневую шестеренку и сточили зубцы. Позже деталь была заменена на заводскую.

Собрали электронику. Прошили управляющую программу Marlin в плату, настроили прошивку. Прошивал с помощью Arduino IDE 1.8.7.

Крепление для экструдера изготовили также из фанеры.

Готовый экструдер в сборе перед покраскойГотовый экструдер в сборе перед покраской

Дополнительная информация:

  • Кинематика аналогична конструкции, которую применяют в ЧПУ, с неподвижным столом. Переделана из старых струйников HP (X, Y).

  • Концевики у нас самодельные из кнопок от старых приводов CD/DVD (для осей X, Y).

  • Проводка выполнена из двух кабелей: VGA кабель от монитора и витой пары (фирменный патч-корд, новый). Витая пара использовалась для подключения двигателя по оси Х и концевиков по этой же оси.

  • Для оси Z использовали механические контактные из лазерного принтера. Вначале стояла временная каретка от DVD-привода, потом замоделировали и распечатали пластиком. Высота печати увеличилась с 4 см до 11 см.

На первоначальных этапах 3D-принтер выжрал бюджет в 4500 руб и выглядел так:

Принтер печатает, но с высотой в 4 смПринтер печатает, но с высотой в 4 смКонечный модернизированный вариант принтера с высотой печати 11 смКонечный модернизированный вариант принтера с высотой печати 11 см

Как 3d-принтер запечатал

В промежуточной версии наш принтер заработал с областью печати 15184 см (ширина*длина*высота). Всего 4 см по высоте. Это потому, что мы использовали каретку от DVD-привода для оси Z. В дальнейшем лишнее убрали и добавили небольшую платформу для крепления экструдера.

Ну и, конечно, фото первой распечатанной модели. Это еще было на первой версии боудена, двигатель не справлялся с леской (слишком скользкая, все-таки нейлон). Сейчас уже все нормально.

Печать производилась на холодном стекле, сверху попшикали лаком для волос.Печать производилась на холодном стекле, сверху попшикали лаком для волос.

Для пробы также напечатали часть светильника (литофания)

пластик без подсветкипластик без подсветкичерно-белое фото при подсвечиваниичерно-белое фото при подсвечивании

Поясню для тех, кто вдруг не знает: литофания это эффект изображения, который виден при подсвечивании. Достигается за счет разности толщины печати чем толще участок, тем темнее на просвете. С виду выглядит, как невзрачный кусок пластика с контурами изображения, а при подсвечивании проявляется черно-белая картинка.

Модернизация и исправление недочетов

Все подробности описать в одном посте сложно, поэтому скажу об основных этапах и проблемах, которые возникали. Первая версия принтера СТЕР-1 была модернизирована следующим образом:

1. Боуден был заменен, так как работал некорректно. Заказали на Алиэкспресс стальную шестерню подачи пластика. После этого экструдер заработал нормально.

На данном этапе принтер стабильно печатал подшипники скольжения слоем 0,2 мм.

Параметры: слой 0.2, сопло 0.3 мм, 240 гр, скорость 30, откат отключен. Рыболовная леска 1.5 мм (44 руб за 50 м).Параметры: слой 0.2, сопло 0.3 мм, 240 гр, скорость 30, откат отключен. Рыболовная леска 1.5 мм (44 руб за 50 м).

2. В дальнейшем уже распечатали смоделированные детали для новой оси Z. После этого высота печати должна стать 11 см.

3. Потом добавили обдув. Систему деталей печатали на нашем же принтере СТЕР-1.

Часть воздуховодаЧасть воздуховода

4. Промучились с кинематикой около недели (возникали проблемы) и добились новых результатов. Тестовая печать:

Гибкий кабель-канал для проводов нашего принтера. Сопло 0.3, слой 0.1, время печати 5 часов.Гибкий кабель-канал для проводов нашего принтера. Сопло 0.3, слой 0.1, время печати 5 часов.

5. Сделали новый стол, так как было решено переделать систему регулировки.

6. Построили новую ось Z. Распечатали замоделированные детали пластиком PLA. Покрасили, собрали на строительной шпильке, установили. Высота печати на данном этапе была 40 мм.

7. В дальнейшем модернизировали ось Х. Замоделили и распечатали портал оси Х. На этом этапе возникла проблема были допущены ошибки в расчетах. Пришлось перепечатывать крепление двигателя оси Х из-за смещения ремня.

Все заработало. На этом можно сказать модернизация закончилась.

Эволюция нашего 3D-принтера и рождение СТЕР-2

Мы уже было разрабатывали идеи для переделки кинематики с целью улучшения качества печати нашего принтера СТЕР-1, как на голову свалился неожиданный подарок. Я познакомился с директором фирмы по разработке и продаже 3D-принтеров. Вдохновившись нашей работой и благими целями, он подарил нам целых два корпуса ZAV и 700 гр. пластика.

Тут начался новый этап нашего развития, и родился новый усовершенствованный принтер СТЕР-2. Мы разработали новую конструкцию на подшипниках (так дешевле). В ход пошли остатки деталей от той самой старой техники, но необходимые детали уже распечатывались на полноценном 3D-принтере, а не на школьном. Имея за плечами хороший опыт и вложив около 7000 рублей в электронику, рельсы, пустив в ход призовой (об этом позже) и подаренный пластик, всего за 1,5 месяца мы создали СТЕР-2.

Собрали начинку, которая отлично вжилась в подаренный корпус.

Для проекта СТЕР-2 использован синий корпусДля проекта СТЕР-2 использован синий корпус

Установили нагревательный стол и сделали калибровку потока на принтере. Перекрасили корпус в черный цвет.

На данном этапе был начат новый проект: изготовили модель реактивного двигателя для олимпиады. Так как времени было немного, распечатку деталей разделили аж на 4 принтера, чтобы все успеть. Без дела не стоял даже СТЕР-1 из фанеры.

новый проект для школьной олимпиадыновый проект для школьной олимпиады

После этого уже доводили до совершенства внешний вид принтера СТЕР-2:

  • поставили дверцу, а также распечатали и установили ручку;

  • для дисплея замоделили и распечатали кожух;

  • сделали купол в 3D-принтере;

  • распечатали 4 ножки и установили их;

  • распечатали крепления для концевиков;

  • распечатали надписи и корзину для инструментов.

Общий вид принтераОбщий вид принтераЗавершенный вид 3D-принтераЗавершенный вид 3D-принтера

Напомню, что первая версия СТЕР-1 выглядела так:

Фото нашего 3D-принтера на школьной городской олимпиадеФото нашего 3D-принтера на школьной городской олимпиаде

В заключение

Много времени уже прошло с момента разработки и создания нашего принтера СТЕР-1. Свою функцию и предназначение он выполняет на данный момент находится в ведении школьного трудовика и приносит пользу. Печатает он вполне сносно. Например, вот корпус для усилителя, напечатанный на СТЕР-1, который был собран из фанеры и старых запчастей.

Корпус для усилителя с MP-3плеером (стоит у меня дома)Корпус для усилителя с MP-3плеером (стоит у меня дома)

Что нам дал этот проект в конечном итоге?

  1. Наш школьный проект СТЕР-1 был успешно защищен на городской олимпиаде и прошел на республиканский этап.

  2. Мы выиграли в конкурсе на 3dtoday в номинации Самодельный 3D-принтер и получили приз в виде 5 катушек пластика, которые нам очень пригодились для дальнейших работ.

  3. На основе полученного опыта мы быстро собрали второй принтер СТЕР-2 с лучшим качеством печати. Корпус и пластик были подарены фирмой, которая оценила и поощрила наш труд.

  4. Мы выполнили еще один школьный проект для олимпиады (модель реактивного двигателя).

призовой пластикпризовой пластик

Надеюсь, что наш опыт пригодится другим людям. Возможно, для создания собственного принтера или как идея для исследовательской работы в старших классах. Если будут вопросы, задавайте - ответим, уточним, подскажем.

Бюджет на СТЕР-1: в общей сложности до 6000 руб.

Время изготовления: примерно 3 месяца.

Бюджет на СТЕР 2: около 7000 руб.

Время изготовления: примерно 1,5 месяца.

На данный момент было решено СТЕР-2 разобрать и на его основе собрать новый 3D-принтер Uni для домашней печати нашему уже 11-класснику.

Подробнее..

Перфорационные очки на 3D-принтере для улучшения зрения опыт моделирования и полученный эффект

28.02.2021 22:22:33 | Автор: admin

Перфорационные очки (очки с дырочками) идеальный вариант для тех, кому лень делать гимнастику для глаз. Я почувствовала, что в последнее время понижается острота зрения и решила не покупать тренажёры за 1000 рублей, а смоделировать и распечатать на 3d-принтере. Интересно было проверить действительно это работает или нет.

Перфорационные очки, распечатанные на 3d-принтереПерфорационные очки, распечатанные на 3d-принтере

На пике популярности этих чудо-очков маркетологи неустанно убеждали народ, что они помогают улучшить зрение и избавиться от некоторых видов заболеваний глаз. Однако, это не совсем так. Есть большая разница между понятиями профилактика, коррекция и лечение.

Зачем мне перфорационные очки?

Недавно я писала, что начала изучать 3D-моделирование в Компас 3Д. Статью о моих салфетницах можно посмотреть ТУТ. Этот проект завершен. Результат меня очень порадовал и вдохновил к следующим действиям. Встал вопрос, что же эдакое смастерить. Безделушки печатать на 3D-принтере не особо хочется, поэтому решила создать что-то полезное. На момент написания данного поста я ношу свои очки-тренажеры уже 5 дней и эффект ощущаю явный. Но обо всем по порядку.

Итак, почему именно перфорационные очки:

  1. Моделировать гайки и болты, а также простейшие конструкции надоело. Было решено взяться за что-то более сложное. Это был мой второй проект. На деле моделирование очков оказалось до безобразия простым, но к итоговому результату я пришла через слёзы и боль))) Ниже расскажу, почему.

  2. В последнее время заметила, что от частого напряжения глаза устают, вижу все хуже и хуже. Работаю за компьютером, сижу в соцсетях, еще и в игрушки на телефоне рублюсь. Все это дает о себе знать. Пора принять меры.

  3. Я терпеть не могу делать гимнастику для глаз. Ну, не моё это. Всякий раз, как начинала, меня хватало на 1,5 занятия. Может тренажёры как раз и помогут? Решила проверить свою теорию об эффективности перфорационных очков, о которой не перестают спорить знатоки и обыватели с момента появления продукта на рынке. Если не изменяет память, бум был в годах 90-х.

Принцип работы перфорационных очков

Устройство этих тренажёров для глаз очень простое. Представляют они собой темные пластины с дырочками диаметром 12 мм, расположенными в определенном шахматном порядке. На самом деле, есть мнение, что отклонения в диаметре дырочек и порядке их расположения особого значения не имеют, так как принцип работы единый. Заключается он в том, что через мелкие отверстия на сетчатку глаза пучки видимого света поступают точечно, а не рассеянно, как обычно. Сжатые компактные световые лучи быстрее обрабатываются головным мозгом, который перерабатывает их в более четкую картинку. Именно поэтому в этих очках возникает ощущение, что видишь мир вокруг более четко.

Если говорить о механизме действия, то все завязано на аккомодационном аппарате органа зрения. А конкретнее, на цилиарной мышце глаз.

Как работает цилиарная мышцаКак работает цилиарная мышца

Она парная, кольцевидная, состоит из гладкомышечных волокон. Отвечает за изменение кривизны хрусталика глаза, вследствие чего меняется его оптическая сила, а соответственно, и фокусировка. Когда человек носит перфорационные очки, пространство перед глазами затемняется, так как нет рассеянного света, и цилиарной мышце приходится напрягаться, чтобы подстроить кривизну хрусталика для правильной фокусировки. Когда очки снимаются, все возвращается к прежнему. Таким образом, цилиарная мышца учится быстрее адаптироваться к изменению интенсивности световых потоков, за счет чего увеличивается скорость фокусировки. А это способствует меньшему уставанию глаз.

PS: я не профессор, у меня всего лишь среднее медицинское образование (фельдшер). А строение органа зрения очень и очень сложное. Поэтому объяснила, как смогла.

Как я моделировала свои перфорационные очки

Сначала я поискала уроки в интернете. Не нашла ничего про очки. Затем решила, что модель довольно простая, опыт небольшой есть, справлюсь и так. Цель, как и в случае с салфетницами, создать модель максимально простым способом, без лишних сложностей. Именно поэтому я решила отказаться от петлевого крепления дужек и взяла на вооружение шип-пазовый метод. Проблемы со слабой пространственной ориентацией решила с помощью готовых очков взяла солнечные очки сына. По размеру сидят нормально, форма устраивает как раз плотно прилегают и не пропускают лишний свет в отличие от моих собственных. С расчетом размеров в этот раз проблем было меньше.

Процесс моделирования:

1. Нарисовала схему очков на бумаге и обозначила нужные размеры. Будет как подсказка.

2. Создала в Компасе деталь. Нарисовала прямоугольник размерами 140х46 мм. Выдавила на 12 мм, так как форма пластины должна быть вогнутой и будем вырезать нужную толщину из имеющейся массы. Дело в том, что моя попытка выдавить пластину из дуги изначально вогнутой формы провалилась не удалось корректно вырезать даже дырочки.

Основа пластиныОснова пластины

3. Вырезала по нужным размерам область переносицы. Для этого сначала установила вспомогательные линии, так как на определенной длине отрезка нужно было высокое скругление. Прорисовала контур основной линией и вырезала выдавливанием. Высота проёма = 2,5 см, длина основания = 3 см.

Чертёж переносицыЧертёж переносицыРезультат после вырезанияРезультат после вырезания

4. Дальше придала желаемую форму пластинам очков. Рисуем нужный контур основной линией и вырезаем выдавливанием. Можно и скруглить, но мне больше нравится геометрическая форма.

Чертеж контуров для вырезанияЧертеж контуров для вырезанияРезультат после вырезанияРезультат после вырезания

5. Дальше прорисовала пазы по бокам, куда будут вставляться дужки очков. От верха располагаются на расстоянии 7 мм, от бокового края 2 мм (лучше сделать 3). Высота отверстия = 10,3 см, толщина = 2,3 мм (чтобы шип высотой 10 мм и толщиной 2 мм вставился свободно).

6. Прорисовала дырочки. Изначально хотела диаметром 1 мм, но решила, что лучше 1,5 мм для более корректной печати на 3d-принтере. Расстояние между перфорациями = 1 мм (но, когда моделировала, идеальное совмещение Компас мне показал на значении 7 так и не поняла, почему, но ориентировалась по схеме визуально). Чтобы быстро размножить отверстия, сначала прорисовала одну начальную и вторую в шахматном порядке во втором ряду. Выделив две окружности, скопировала по сетке, определила количество элементов и расстояние между ними. Затем удалила лишние отверстия, которые располагаются слишком близко к краям или выходят за них. Отзеркалила сетку для другой пластины. Чтобы убедиться в правильности размеров и расстояний между дырочками, открыла фото перфорационных очков, схожих по форме с моими, и посчитала вручную, сколько их там. Все оказалось в порядке.

В левом углу видна абра-кадабра из вспомогательных линий. Это так я рассчитывала точные расстоянияВ левом углу видна абра-кадабра из вспомогательных линий. Это так я рассчитывала точные расстоянияТакой результат получилсяТакой результат получился

7. Дальше дело оставалось за малым из толщи вырезать вогнутую платину. И вот тут я дошла до слёз и чуть не бросила это занятие) Причем, по своей же глупости. Этот вариант у меня уже был последним, я подкорректировала размеры и учла ошибки предыдущих 5 попыток. Но две дуги и отрезки, соединяющие их, никак не хотели совмещаться и замыкаться в контур. Как так-то? Я ж до этого делала, проблем не возникалоПросидела 1,5 часа, пытаясь совместить точки начала дуги и отрезков. Проступили слезы))) Решила, что не нужны мне эти очки и не буду я заниматься моделированием. Через 15 минут отошла. Убедила себя, что я сильная, что я справлюсь и дойду до конца. Обозначила начало и конец каждой точки вручную, долго и аккуратно. Вуаля получилось! Контур замкнулся. А дальше, на каком-то этапе, когда я прорисовывала дужки, поняла, что у меня тупо были отключены привязки((( Но результат есть, дело пошло дальше.

Не забываем прорисовать замкнутый контур вокруг детали, чтобы корректно вырезать выдавливаниемНе забываем прорисовать замкнутый контур вокруг детали, чтобы корректно вырезать выдавливаниемВырезаем выдавливанием по высоте очков на 45-47 мм. Получается такой результат.Вырезаем выдавливанием по высоте очков на 45-47 мм. Получается такой результат.

8. Прорисовать форму дужек очков после такого стресса было уже проще некуда))) Выдавила на 3 мм. Кстати, создала их не в сборке, а как отдельную деталь.

Контур дужек очковКонтур дужек очковПолучившаяся детальПолучившаяся деталь

9.Скруглила "на глазок" углы. Ребра трогать не стала.

Так уже смотрится симпатичнееТак уже смотрится симпатичнее

10. Вспомнила, что у пластин я не скруглила ничего, доработала. Добавила фаску по верхним углам (для более удобной печати). Скруглила ребра, чтобы не царапали, когда буду носить.

Вид сразу преобразилсяВид сразу преобразился

11. Теперь осталось сделать шипы на дужках, которые будут вставляться в пазы на пластине. НО! Пластина изогнутая, а дужка очков должна вдеваться к ней перпендикулярно. На данном этапе я тоже долго промучилась, но была готова, поэтому боли было меньше))) Я этот нюанс заметила заранее, но не стала скашивать паз, а решила сделать шип под уклоном для большей прочности крепления. Процесс такой: создала сборку, совместила по осям две детали. Пока дужку поставила под прямым углом. Далее на дужке в эскизе рисуем прямоугольник и выдавливаем его до внешнего края объекта (пластин). На этом этапе я еще научилась ловчить с инструментом ориентация.

Готовый шип для пазаГотовый шип для паза

12.Еще пришлось редактировать дужку прилегающий край ровный, под прямым углом, а пластина скошена, соответственно остается небольшое пространство. Отредактировала деталь, изменив выдавливание до ближней поверхности объекта (пластины) в сборке.

13.На завершающем этапе обнаружила, что дужка у очков тоже не прямо-горизонтальная, а изогнута примерно под углом 30 градусов. Здесь уже было проще действовала как с пластиной. Отредактировала эскиз дужек, выдавливание поставила на 10 мм, а не 3. Нарисовала нужные формы и вырезала лишнее.

Готовая дужка для очковГотовая дужка для очков

Вторую дужку рисовать не надо, так как ее можно отзеркалить в слайсере при настройке печати.

Вот и все. Печатаем три детали и собираем перфорационные очки.

На фото неудачный засвет - правая дужка тоже прямая)На фото неудачный засвет - правая дужка тоже прямая)

На печать пластины ушло 3,5 ч, дужек 1 ч 20 мин. Сопло поставили 1,4. Пластик - АБС. Печатали вертикально, причем пластину верх ногами.

Рада, что решила смоделировать очки самостоятельно с нуля

На весь процесс моделирования с попытками 1-6 у меня ушло в общей сложности около 10 часов в несколько подходов. Сейчас я их могу нарисовать меньше чем за час в лёгкую) Но за это время наработала навыки в Компас 3Д, научилась ловчить с разными инструментами, изучила лучше интерфейс и возможности. Улучшилась и пространственная ориентация. Именно так приходит опыт и совершенствуются навыки, которые не потеряются со временем. Многие вещи, которые я смотрела в видеоуроках, забывались сразу после того, как вставала из-за компа) А как моделировала свои первые очки, я не забуду никогда)

Немного об эффективности перфорационных очков

В интернете много пишут о том, что перфорационные очки показаны при миопии (зрение минусовое), астигматизме, начальных стадиях помутнения роговицы, для предотвращения прогрессирования различных патологий и т. д. Я позволю себе не согласиться с этим. У каждого состояния и заболевания есть свои причины, которые выявлены или не выявлены (от нехватки витаминов до нарушения иннервации и деструкции тканей). И если причина не устранена, прогрессирование будет продолжаться в любом случае. А об излечении таким методом и речи не может быть.

Но эффект эти очки в определенных ситуациях могут дать:

  1. Снижение остроты зрения вследствие перенапряжения глаз. Не стоит путать с общим ухудшением зрения. Разницу можно понять так: долго сидели за компом, читали книгу, играли в телефон перед глазами образуется некая пелена, кажется, что стали видеть плохо. Но после отдыха все возвращается в норму. Однако, если это происходит изо дня в день, то постепенно острота зрения становится все хуже и хуже. В данном случае перфорационные очки помогут предотвратить ухудшение.

  2. Предотвращение прогрессирования медикаментозными средствами. Если врач выявил причину, назначил лечение и получилось остановить дальнейшее прогрессирование, то перфорационные очки могут выступать в качестве дополнительного средства для поддержания стабильного состояния.

  3. Профилактика. Здоровым людям эти очки никакого вреда нанести не могут. И чтобы в будущем не получить проблем, особенно если вы часто сидите за компьютером, телефоном, занимаетесь мелкой кропотливой работой, можно для профилактики носить эти тренажеры для глаз. Но если приносят дискомфорт экспериментировать не нужно.

У меня была миопия -4 и -4,5. Делала в 2014 году лазерную операцию на глаза. Но за последние полгода напряженной работы заметила, что зрение стало по-тихоньку падать. И в этих очках я вижу мир намного четче и ярче. Надеваю их, когда смотрю телевизор или фильмы на компе (играть в них, делать домашние дела, читать не рекомендуется, да и неудобно). И глаза реально отдыхают. Сейчас уже через 5 дней заметила, что меньше устают. Совпадение? Самовнушение? Или реальный эффект? Я склоняюсь к последнему варианту. Как бы там ни было, ношу их и результатом довольна. В итоге получился полезный опыт в моделировании и нужная для меня вещица)

В заключение

Я не стала делать видеоурок, как в прошлый раз. И не озвучила все параметры своей модели досконально. Дело в том, что форма лица у каждого индивидуальная, и моделировать нужно под себя. В завершение статьи расскажу о нюансах и своих ошибках:

  1. В качестве ориентира нужно было все же брать взрослые солнечные очки. Детские мне подошли в реале, а смоделированные тренажеры поначалу казались чуть маловаты. Но к этому я привыкла. Следующий раз буду делать длину прямоугольника на 10 мм больше.

  2. Выгнуть пластину нужно было сильнее. Оригинал детских очков не пропускал свет от слова совсем, а тут по бокам все же остался просвет.

  3. Пластик для печати мне выделяют не самый дорогой, но дарёному коню в зубы не смотрят) Я очень благодарна и за эту помощь. Если есть возможность, лучше печатать на более дорогом и качественном пластике. Если приглядеться, на моих очках заметны неровности и шершавость (пришлось даже немного пошкурить некоторые места).

  4. После печати каждую дырочку нужно тщательно проработать тонким острым предметом. Я это сделала маникюрными ножницами.

  5. Когда надеваешь первый раз такие очки-тренажёры, непривычно. Но потом быстро привыкаешь и чувствуешь, что реально все стало не только четче, но и ярче.

  6. Крепление типа "шип-паз" не даёт складывать очки. Можно только разобрать. Но цель стояла сделать все как можно проще, поэтому в следующий раз я буду применять этот же метод крепления. На практике он себя оправдывает, ничего не болтается.

По прошлым статьям мне в комментариях давали много ценных советов и свежих идей. Если есть предложения - с удовольствием все учту, так как все равно собираюсь переделать модель и распечатать себе новый экземпляр перфорационных очков. На этом у меня всё, спасибо за внимание!

Подробнее..

Пепельница-терминатор на 3D-принтере проект от идеи до воплощения

04.03.2021 18:06:42 | Автор: admin

Хотела пепельницу-череп, а получила пепельницу-терминатор. И она оказалась намного лучше, чем я себе представляла. С этим проектом пришла к выводу, что необязательно пыхтеть над программой Компас 3Д в попытках изобрести уникальную модель. Иногда можно отступиться от своих идей во благо красоты и стиля. Хотя первоначальная задумка создать функциональную пепельницу реализовалась. Расскажу обо всем подробнее.

Пепельница-терминатор на 3D-принтереПепельница-терминатор на 3D-принтере

Откуда взялась идея пепельницы

Я не курю, но решила заняться моделированием пепельницы, так как для меня это следующий этап по сложности (после салфетниц и очков). Как человек практичный, изобрела у себя в голове функциональную пепельницу. По конструкции они все однообразные, а курящие люди то и дело теряют/оставляют/ищут свои пачки, зажигалки, спички. Я подумала, почему бы не сделать такую пепельницу, чтобы все аккуратно лежало в одном месте?

Задачу для моделирования усложнила тем, что объект будет с черепом тема вроде актуальная, хотя я сама любовью к ним не пылаю. Такая штука мне дома не нужна, ее придётся кому-то подарить, поэтому собственные вкусовые предпочтения оставила на заднем плане. А вот подружка очень любит черепа и всё такое.

Как я разрабатывала собственную конструкцию

Опыт работы в Компас 3Д уже есть. Продумать каркасную часть не составило труда. Как обычно, нарисовала схему, определила размеры. Правда, размеры определяла примерные, потому что под рукой не было пачек, чтобы точно измерить их длину, ширину, высоту.

Но задумка была такая: круглая пепельница сверху на макушке черепа. Внизу отсек для пачек предполагалось, что туда можно будет даже 2 вместить. Еще нужно место для зажигалки. Для неё придумала сделать отсек сбоку в виде кармашка, а лучше с двух сторон. Ну и на самой чашке пепельницы должны быть выемки для того, чтобы ставить незатушенную или недокуренную сигарету. А еще неплохо было бы добавить крышку.

Сам череп сначала думала вырезать вектором из рисунка, приложить на переднюю панель и выдавить объемы. Потом поразмышляла и решила, что это будет выглядеть слишком просто. Лучше лицо черепа вырежу из готовой модели, так как до скульптурных дизайнерских фигур мне еще далеко. Да и сомневаюсь, можно ли такое вообще в Компасе смастерить. В процессе поиска подходящей модели для 3Д-печати на https://www.thingiverse.com/ вся моя задумка рухнула

Рождение пепельницы-терминатора

Пока просматривала подходящие модели, наткнулась на очень крутую и интересную фигуру терминатора. И тут подумалаа почему бы и нет? Череп в принципе, избитая темаа этот терминаторон выглядит действительно классно.

Терминатор-карандашница - готовая модель для печатиТерминатор-карандашница - готовая модель для печати

Скачала. Сразу скажу, что модель очень сложная и требовательная к ресурсам компьютера. Повертела, посмотрела вырезать лицо как раз можно. Но тут вижу да это ж практически готовая пепельница под мою задумку! И размеры практически идеальны! В итоге было решено просто переделывать эту модель. Такой опыт тоже полезен, и признаюсь честно, мне с этим помогли. В процессе я научилась новым фишкам в Компасе.

Этапы переделки:

1. Вырезали основной объём, оставили подставку и лицевую часть.

Вырезанная детальВырезанная деталь

2. Удлинили элемент выдавливания под свои размеры, чтобы в итоговом варианте ничего не выходило за пределы подставки. Потом замкнули элементом вращения область под чашу. Удлинили выдавливание до нужных размеров вниз под углом, чтобы чаша не проваливалась.

Выдавили "бока" для выемки под чашу пепельницыВыдавили "бока" для выемки под чашу пепельницыЗамкнули инструментом "элемент выдавливания вращением"Замкнули инструментом "элемент выдавливания вращением"

3. Прорисовали бортики высотой 10 мм с толщиной стенок 2 мм.

Место для пачекМесто для пачек

4. Далее в сборке создали деталь чаши. Она, к сожалению, получается не круглой, а овальной. Тут, в принципе, моделить несложно. Глубина стенок до дна = 1,5 см. Потом удлинили нижнюю часть, чтобы вставлялась в отверстие на макушке терминатора. Не пришлось даже придумывать никаких боковых поддержек. Ну и выемку решили сделать одну, так как чаша получилась маленькая и две сигареты туда не влезут. Вот что в итоге получилось.

Подгоняем размеры чаши пепельницыПодгоняем размеры чаши пепельницыЧаша для пеплаЧаша для пеплаИтоговый результатИтоговый результат

Печаталась эта модель долго. Основной корпус 16 часов (на пластике PLA со скоростью 30-45 мм/сек), чаша 3 часа (на пластике ABS). Но результат того стоит. В слайсере задали принудительные поддержки.

Область принудительных поддержекОбласть принудительных поддержек

Вживую пепельница-терминатор выглядит очень круто, на фото передать не получается.

Чтобы снимки получились в более или менее нормальном качестве, фотографировала на фронтальную камеру телефона, она у меня лучше. Поэтому надпись Т-800 отразилась неправильно.

Общий вид спередиОбщий вид спередиВид сбокуВид сбоку

Неожиданно нашлось даже место для зажигалки. Она встала в выемку идеально.

Положение зажигалки в конструкцииПоложение зажигалки в конструкции

Глаза покрасила акриловой краской в 2 слоя.

Готовая пепельница-терминаторГотовая пепельница-терминаторЧаша и корпусЧаша и корпус

Справедливости ради, не забывая свою основную задачу учиться моделировать в 3Д Компасе, я все ж создала первоначально задуманную конструкцию. Но даже доделывать не стала не идет ни в какое сравнение с той красотой, которая получилась.

Предполагаемый каркас пепельницыПредполагаемый каркас пепельницы

Про безопасность

Модель, конечно, выглядит неплохо, и мне даже её жалко было бы использовать под пепельницу. Здесь вопрос вот в чём пластик легоплавкий и стряхивать туда напрямую пепел или оставлять сигареты небезопасно. Решить проблему можно с помощью гипса, хотя вид, мне кажется, уже будет не тот. Мне обещали распечатать пластиком контур для отлива (в слайсере есть такая функция) и сделать точно такую же чашу из гипса. Далее её можно отшлифовать и покрасить чёрной краской. И тогда с безопасностью всё будет нормально.

Итоги проекта

Не буду скрывать, эта модель понравилась не только мне, но и всем, кто её увидел. Причем, для терминатора уже придумали кучу переделок. Кто-то в офисе посмотрел и сказал: Да это же карандашница!. А ведь оригинал как раз и сделан как органайзер. А еще в эту выемку на макушке идеально вмещается мой телефон хорошая подставка.

Единственное, при печати была допущена досадная ошибка забыли уменьшить температуру, из-за чего поддержки намертво прилепились к поверхности подставки. Я, конечно, отскребла это канцелярским ножом, но след остался. Однако, это ошибка не модели, а печати.

Ложка дёгтя)Ложка дёгтя)

Кстати, оставлю ссылки на скачивание. Может, кому-то пригодятся.

Оригинал карандашница.

Переделка пепельница.

Что я извлекла из этого опытаРаньше считала нечестным брать чужие модели и переделывать их. Но если недостаточно навыков, а идея своя собственная, то почему бы и нет? Заодно закрепила навыки работы со скаченными моделями. Редактировать тоже не особо просто, так как нужно пространственное понимание (раньше были проблемы с этим, а сейчас уже более или менее все понимаю, куда привязываться, что выдавливать и т. п.).

Этот терминатор скоро перекочует на новое место жительства, а я продолжу изучение Компас 3Д. И теперь, там, где требуется красивый дизайн, не буду стесняться заимствовать готовые модели, они ведь для того в бесплатном доступе и выложены. Но пока дальнейшие проекты предполагают техническое исполнение, а не художественное, поэтому разработки и модели будут полностью своими. На этом у меня пока все, спасибо за внимание!

Подробнее..

Стенд для испытания некоторых технических решений для 3Д принтера

21.05.2021 14:10:59 | Автор: admin


Собственно, статью решил написать не столько ради демонстрации возможностей, а скорее, как источник некоторых технических решений, возможно, интересных сообществу. Да это и не полноценный обзор устройства, а, как и написано анонс будущего обзора. Но тут уж как завершу проект :)

Итак, что мы имеем. Года полтора назад достался мне на халяву кусок Э-эм Ну то есть 3D принтер Wanhao i3plus. Должен сказать я сам выбрал данный девайс, причем выбирал я не по тех. характеристикам (будем откровенны, у всех девайсов данного ценового диапазона они, мягко говоря, так себе), а привлек меня цветной сенсорный дисплей от компании DWIN, а точнее операционная система на которой он построен. Ну кастомизация там и все такое Да ладно, кого я обманываю, конечно же повелся на свистоперделки.

В общем поигрался пару месяцев. Сделал к нему термокамеру, на фото ниже


Нарисовал свою прошивку для дисплея:






Еще немного поиграл. И убил аналоговые входы контроллера, к которым подключена резистивная тач-панель. Сам принтер работает, дисплей показывает, но сенсор сдох. Ну да ладно, можно отправлять на печать с компа. Ну вот таким образом я и забил на девайс до лучших времен.

Лучшие времена настали месяц назад и таки решил я его немного апгрейдить да и увлекся. Таки остался от былого устройства только мотор подачи филамента, пару кареток, ремни, да винтики со шпунтиками, остальное все совершенно новое. Однако проект пока не завершен, но хочу поделится некоторыми интересными решениями.

Для начала пару слов о самом устройстве. Картезианская система стол Z, экструдер XY. По оси Y ось X двигает два мотора включенных в параллель. Мотор оси X установлен на экструдере. Понимаю, что это плохо для веса последнего, но, как ни странно, мне нужен именно тяжелый экструдер, об этом позже. Пара фоток узла:



Собран из алюминиевых профилей всех возможных видов и размеров, винтиков-шпунтиков, 8мм цилиндрических направляющих, синей изоленты и шерсти кота. Имеет закрытую термокамеру с подогревом с внутренним алюминиевым коробом и внешним ПВХ. Катушка пластика спрятана в выдвижной лоток под камерой. Лоток оборудован собственной системой микроклимата, об этом подробнее ниже. Электроника 32bit MKS Sbase 1.3 + MKS TFT 7.0 Дисплей. Собственно сам дисплей такой:


Дура размером 7 дюймов с разрешением 800x480. Выбор такого дисплея вызван тем, что он построен на стандартном чипе ssd1963 который управляется STM32F407 по стандартной чето-там DMA шине. Короче я на него могу без проблем запилить свою прошивку, что мне и надо. И вообще он зачетный. С ним кстати забавная история связана. Вот приехал он ко мне, я его красиво так распаковал, офигел от размера, включил, еще раз офигел, залез в настройки вайфая (свисток стандартный ESP8266, стандартно втыкается сзади) и ничего не работает. Два дня провозился, оказалось металлическая рамка дисплея процарапала защитную маску платы и коротила своей землей на пин ресета вайфая. Вопиющее рукожопство производителя! Таки ладно, поехали дальше. Прижим подачи экструдера взял небезызвестный MK8


Ну его правда пришлось полностью переработать, но в детали вдаваться не стану. Автолевел столика реализовываю на пьезе под столиком. Срабатывает на 'тук' пипкой по столику. Тут все стандартно: пьеза операционный усилитель с фильтрами по частотам операционный усилитель в режиме компаратора пин на плате для автолевела. Что бы не срабатывал на 'тук' застывшего пластика, торчащего из пипки, экструдер сначала разогревается до рабочей температуры, затем соплю вытирает о войлок и силиконовый барьер. Тоже стандартно. Что бы не стало совсем скучно, кину пару фоток каркаса:




Эти зачетные шторы я купил в магазине около метро О чем это я А, да. Потом я выделил внутренний объем области печати и зашил его дюралевыми листами 1.5мм. Как я заколебался кроить эту люминьку. Сперва ножом для бумаги с обоих сторон оставлял глубокие борозды на листе, затем его гнул туда-суда до тех пор, пока не появлялась трещина, по которой я и двигался пока лист не разламывался полностью. Я знаю про существование электролобзика, но лобзик не знает про существование ровных линий, а ножницы крутят металл в баранку. Короче нож для бумаги, стальная линейка и пару порезанных пальцев дают эффект, сравнимый разве что с лазерной резкой. С дугами правда сложно. Короче обшил я камеру и сварганил э-эм Даже не знаю, как это называется. В общем штука, которая нагревает внутри камеры воздух до определенной температуры и гоняет его по замкнутому контуру. Эдакий калорифер. Собственно, фото самой камеры:


Видно два отверстия в конце камеры. Это и есть контур. В одно отверстие воздух всасывается из другого выходит уже нагретый. Вот крупнее:


В правом отверстии установлен на всос производительный серверный вентилятор. Внутри установил нихромовый нагреватель. Хотел купить готовый, но в радиусе 50 метров от дома не нашел подходящего по параметрам пришлось ехать в Чип и Дип за куском слюды и нихромовой проволокой. собрал примерно похожую конструкцию и запихнул ее внутрь контура:


Оригинальное фото постараюсь выложить в полном обзоре после окончания строительства. А пока ниже на фото сам контур:


В это продолговатой коробочке установлен нагреватель и вентилятор. Слева виден кусок защитной решетки. Посредине мотор оси Z. Если что, то это фото нижней задней части принтера. Здесь же снизу установлен выдвижной лоток для катушки пластика. Лоток нужен не просто для удобства, выше я уже писал, что в нем создается подходящий для хранения пластика микроклимат. Всем известна проблема гигроскопичности пластика. Обычно с ней борются при помощи герметичных пакетов с силикагелем и это нормальное решение. Я пока не изобрел для своего Wanhao тремокамеру, всегда пользовался следующим способом не разрывал полностью пакет с катушкой пластика, а делал маленькое отверстие, через которое просовывал конец пластика. Кое как подобная конструкция защищала катушку. Но что делать если я у мамы рукожоп и пластик уже мокрый. Нормальные пацаны жарят его в духовках, сушилках и иже с ними девайсах. Выход? Выход! Таким образом лоток я сделал герметичным, вколхозил в него несколько видоизмененный термодевайс из термокамеры, воткнул термовлагосенсор и запилил в контур емкость с силикагелем. Алгоритм работы такой: Открываем лоток вставляем катушку пластика загружаем пластик (полуавтоматика об этом ниже) закрываем лоток. Автоматика определяет факт замены катушки и, если лоток закрыт начинает внутри гонять холодный воздух. Если пластик влажный, сенсор это определит и включит нагреватель. Нагретый воздух проходит через фильтр из силикагеля. Вся эта лабуда работает до тех пор, пока влажность не достигнет установленных значений. Процедуру можно выполнить в ручном режиме из меню. Насчет полуавтоматической загрузки пластика. Тут пока я не определился. В первом варианте у меня был прямо в лотке установлен дополнительный мотор подачи пластика. То есть достаточно было просунуть в приемное отверстие конец пластика, как его тут же подхватывал мотор. Но в данном варианте не факт, что хватит места. Ладно, хватит текста вот фото необшитого каркаса лотка:


В передней части лотка виден контур нагрева поток как бы непрерывно обволакивает катушку. Посреди контура отсек для силикагелевого фильтра. Затем на упорный подшипник будет установлен диск под катушку. В общем эту фичу предлагаю взять на вооружение сообществу. Теперь другая фича. В самой термокамере температура может быть достаточно высокой, такое понятное дело не понравится двигателям. Значит двигатели необходимо вынести за пределы термокамеры. Экструдер в том числе. Реализовал я сие таким образом, как видно на фото:


Это алюминиевые пластины с вырезами разного размера, положенные друг на друга особым образом. Подобная конструкция позволяет двигаться головке по двум осям и при этом не нарушать внутренний микроклимат. Вот как это выглядит сверху:


В центре экструдер без кинематики лежит на квадратных листах алюминия. Да это алюминий. Да вижу текст. Нет не читал что там написано. Потому, что это листы от типографского аппарата. Купил в Сделай сам. Нет не дорого :)

На самом деле недостаточно все просто разместить как на фото выше, еще необходимо соответствующие углы всех листов связать резинкой или пружинкой, тогда листы не будут крутиться и перемещение их будет линейно. На фото ниже рядом с блоком нагревателя, в листе алюминия видно отверстие:


Это для обдува детали. Тут я применил не совсем стандартный подход. Время покажет правильность/неправильность подобного решения, а пока опишу саму суть. Возможно кто-то заметил, что на экструдере установлен водоблок а не обычный вентилятор охлаждения. Ну то есть подразумевается использование водяного охлаждения. Дело вовсе не в том, что я собираюсь загружать в экструдер алюминиевую проволоку и надобно бы охлажденьице да помощнее. Нет. Задача попробовать охлаждать длинные мосты и первый слой детали на поддержке ОООЧЕНЬ холодным воздухом. Мосты что бы не прогибались. Первые слои что бы не прилипали к поддержке. ОООЧЕНЬ холодный воздух (относительно конечно) я буду получать при помощи элемента Пельтье, который не столько охлаждает, сколько создает разницу температур по разные стороны от элемента. Соответственно, чтобы получить ОООЧЕНЬ холодную первую поверхность, надо бы хорошенько охладить вторую поверхность, для чего я и использую водяное охлаждение. И снова фотки:

Слева-направо послойно: водоблок, элемент Пельте, самодельный радиатор, MK8 механизм подачи, скоба, мотор подачи.


Справа-налево послойно: водоблок, элемент Пельте, самодельный радиатор, MK8 механизм подачи, скоба, мотор подачи.


Лажа, с которой я столкнулся при изготовлении всей этой лабуды была в том, что я не смог найти подходящего радиатора. Пришлось колхозить из алюминиевого профиля. Но самое страшное то, что его надо было не просто нарезать нужного размера, но и спаять. Алюминий. Спаять. Паяльником. Таки пошел я искать флюсы и припои для алюминия. Накупил реально кучу всего. Три жидких флюса, два каких-то порошка, и два припоя с кадмием (Вообще я отношусь к тому типу людей, который предупреждения об опасности воспринимает примерно так: Хм. Здесь написано, что если я посмотрю на этот порошок, то у меня сначала отвалиться задница, потом вырастут рога и через 12 секунд наступит неминуемая смерть мозга. Ну ок, убедили, в салат его добавлять не стану. Что бы вы понимали, когда изготавливаю платы, я их обезжириваю разумеется в щелочи. Перчатки одевать лень, тем более за десять секунд полоскания ладоней в щелочи с ними ничего не случиться. Но щелочь штука скользкая, потому потом ее нейтрализую, окуная руки после щелочи в кислоту. Я всю эту ахинею к чему пишу. Люди. Кадмий РЕАЛЬНО штука опасная. Это я тупой, случайно до сих пор жив. Но если вы вдруг будете паять люминьку кадмиевым припоем, делайте это ОБЯЗАТЕЛЬНО под вытяжкой!) Короче не сработало Не хочешь в лоб, пойдем хитрым путем. Сделал я гальванованну, разбодяжил купорос электролитом для аккумов, натырил у мамки из удлинителей цветмета, подключил все это к заряднику от мобилки и оасдил слой меди на алюминиевые детали. Теперь можно паять. Вот такую красоту я получил по итогу:



Видно, что таки усилил уголки винтиками-шпунтиками, но средний радиатор между собой спаян.

Работы осталось еще немеряно. Надо собрать все отдельные элементы и механизмы в единое устройство, разместить электронику, провести электрику, обшить лоток, прикрепить дверцу (она у меня кстати на направляющих сдвигается вверх, на ней же размещен экран) и все это дело зашить внешним кожухом. Текущая работа над принтером убила 3 месяца времени, пару пальцев на руках и таки электролобзик. Как уже выше писал, здесь речь идет не о похвастаться: Смотрите какую крутую туку сделал, а в первую очередь хотел рассказать о примененных технических решениях. Опыт использования закрытой термокамеры однозначно говорит в положительную сторону по части печати ABS и другими пластиками, дающими усадку. Что касается обдува ОООЧЕНЬ холодным воздухом, то тут еще необходимы тонкие подстройки.

Ну а на этом пока все. Всем спасибо и надеюсь кому-то будут интересны идеи из проекта.



VPS серверы от Маклаудx быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Подробнее..

Обзор PAT9125 оптического датчика филамента для 3d печати

05.06.2021 22:17:23 | Автор: admin

Добрый день друзья. Сегодня я хотел-бы рассказать вам про датчик филамента PAT9125, а так-же про мой опыт общения с ним.

PAT9125 это оптический датчик который применяется на 3d принтерах Prusa. Этот датчик может отслеживать не только момент окончания филамента но и момент его застревания. Например если у вас возникла тепловая пробка.

Главная проблема датчика, его нельзя подключить напрямую к плате с Marlin. Поскольку Marlin поддерживает только подключение энкодера, а этот датчик должен быть подключен по интерфейсу I2C. Чтобы разрешить эту проблему я использовал attiny85 digispark. Датчик подключается к Attiny а уже Attiny в свою очередь эмулирует работу энкодера.

Настройка Marlin

В файле Configuration.h нужно раскомментировать параметр #define FILAMENT_RUNOUT_SENSOR . А вот параметр #define FIL_RUNOUT_PULLUP лучше закомментировать поскольку у нас ненастоящий енкодер то подтяжка attiny к линии питания будет только мешать работе.

Кроме того нужно раскомментировать параметр #define FILAMENT_RUNOUT_DISTANCE_MM это скажет Marlin что у нас не концевой выключатель, а энкодер. Значение параметра надо уменьшить по умолчанию там стоит 25мм. Чтоб вы понимали сколько это, принтер успеет уложить два слоя калибровочного куба воздухом прежде чем заметит что что-то не так. Я поставил там 5мм можно и меньше но тогда можно столкнутся с ложными срабатываниями.

В файле Configuration_adv.h нужно раскомментировать #define ADVANCED_PAUSE_FEATURE

В файле Pinout вашей платы надо задать пин к которому будет подключен датчик в параметре #define FIL_RUNOUT_PIN.

Особенности работы датчика

Во первых я очень надеялся что поскольку я использую прозрачную трубку для филамента то датчик можно будет одеть прямо на неё и он будет видеть только филамент. Но оказалось, что датчик прекрасно видит эту прозрачную трубку и мне пришлось делать в ней окно.

Следующая особенность касалась уже Attiny. Сначала я подключил принтер к пину P3 и Attiny просто не стала запускаться. То есть без подключения к принтеру все прекрасно работает, а стоит подключить Attiny не стартует. После этого я подключил принтер к пину P5, Attiny загрузилась но порт просто не работал на нем всегда был высокий потенциал, возможно у меня оказалась бракованная Attiny. Все заработало только когда я подключил принтер к пину P1, пин на котором располагается диод.

Также я хочу отметить что датчик отслеживает отдельно движение по оси X и по оси Y. В моем случае используется ось X, но если вы захотите расположить датчик по другому. Например расположить его перпендикулярно движению филамента, то надо в прошивке Attiny заменить ось X на Y.

Ну и датчик сильно подорожал за последние время. Я его покупал на распродаже 11.11 он стоил 500р, а сейчас он стоит 900р почти двукратное подорожание, видимо дефицит полупроводников сказался.

Вот так выглядит мой принтер с датчиком

Прошивка для Attiny https://github.com/Deema35/prusa_sensor_marlin2.0

Ссылка на корпус для датчика https://www.thingiverse.com/thing:4878669

Подробнее..

Флейты, программист и производство

24.01.2021 16:23:06 | Автор: admin

На объединение данных понятий мне потребовалось 5 лет и миллион рублей.

Я запустил производство флейт Пана Arra Lazur и продолжаю его развивать по настоящее время (2021г), при этом являюсь C++ разработчиком, преимущественно в области 3d моделирования для CAD/САПР (систем автоматизированного проектирования) и геометрических ядер.

Мне удалось достигнуть определенных успехов в этом деле и в этой статье я хотел бы поделиться ими, а также результатами проделанных экспериментов.

О панфлейте

Что же такое флейта Пана? Это музыкальный духовой инструмент. Является набором скрепленных между собой трубок различной длины. Музыкант дует на срез (лабиум) с одной стороны, а с другой трубки заткнуты пробками. Полученный внутренний объем трубки (игровой канал) определяет ее ноту.

флейта Пана [0]флейта Пана [0]

Качественное звучание обеспечивается известными техническими аспектами [12], например:

  • Диаметры трубок меняются логарифмически, постепенно от большего к меньшему. Это дает плавность изменения тембра на всем диапазоне звучания.

  • Внутренние поверхности трубок должны быть гладкими, отполированными в зеркало. Это дает легкость звукоизвлечения и чистоту звука.

  • Расстояние между игровыми каналами должно быть минимально. Это дает минимальную ширину инструмента и как следствие, увеличивает максимальную скорость игры.

  • Пробки должны иметь вогнутую поверхность. Чем короче трубка, тем больше степень вогнутости. Это дает мягкость звучания высоких нот.

  • Форма игровых каналов должна быть конусной (сужаться к верху). Это дает отзывчивость инструменту и снижает потребление воздуха музыкантом.

Методы производства

В большинстве своем такие флейты делаются из бамбука или тростника, поскольку этот природный материал уже имеет необходимую форму трубки. Главная проблема в нестабильности - невозможности иметь прогнозируемый, повторяемый результат.

Хранилище бамбуковых трубок на производстве [1]Хранилище бамбуковых трубок на производстве [1]

Более современный подход это вытачивание трубок на токарных станках. Тут основная проблема это очень высокая трудоемкость.

Точение трубок на токарном станке [2]Точение трубок на токарном станке [2]

Массовый и очень дешевый вариант производства это литье пластмасс под давлением [6]. Тут главная проблема это невозможность менять параметры индивидуально под клиента, а также требуется реализация больших партий для амортизации оборудования/пресс-форм.

Литье пластмасс в пресс-формах [6]Литье пластмасс в пресс-формах [6]

Хочется же получить технологию/алгоритм действий, исключающий недостатки вышеописанных подходов, выполнив которые, можно получить флейту высокого качества.

Также хочется иметь гибкость при производстве. Например, индивидуально менять степень изгиба флейты, в зависимости от биомеханики шеи/головы играющего.

Автоматизация

Начал свой путь с написания программы автоматического генератора 3д моделей панфлейт, поскольку подавляющее большинство оборудования, с функцией автоматического изготовления чего-либо, использует эти самые 3д модели.

Так достаточно лишь запустить приложение (.ехе) с новыми параметрами, и получить сразу готовую 3д модель для преобразования в траекторию движения режущего инструмента станка с ЧПУ (числовым программным управлением).

Саму флейту описывают порядка 50ти параметров: диаметры, толщины стенок, высота обвязки и т.д. Легкость перегенерации моделей поощряет эксперименты с этими параметрами и позволяет мне, например, измерив длину челюсти/рук и т.д., оптимизировать габариты/изгиб флейты под музыканта.

Пример 3д моделиПример 3д модели

Далее я начал пробовать различные способы изготовления:

1) Вырезал плоские половинки флейт на фрезерном ЧПУ станке (фрезерование), а затем изгибал их, по известной технологии, при помощи водяного пара [7] (под воздействием влаги и высокой температуры дерево становится пластичным). Написал программу оптимальной расстановки деталей с целью экономии материала [8] и автоматическим запуском расчета управляющей программы для станка.

Фрезерование плоских панфлейтФрезерование плоских панфлейт

На деле оказался невозможным изгиб, потому что во время пропаривания флейта начинает расслаиваться по клеевым швам.

2) Тогда я решил попробовать фрезеровать сразу изогнутые флейты, где весь инструмент распиливается на отдельные трубки, а каждая трубка на две половинки.

Фрезерование изогнутых панфлейтФрезерование изогнутых панфлейт

Подход оказался неудачным из-за необходимости фрезеровать детали с очень высокой точностью, которая недостижима при работе с натуральными материалами (деревом) и ограничениями такого типа оборудования [9].

Неудачный результат фрезерованияНеудачный результат фрезерования

3) А что если попробовать нарезать флейту поперек и затем склеивать полученные куски?
Для этого пришлось дописать функциональность по расчету пересечений 3д объектов и плоскости. Также заиграла новыми красками уже готовая авто-расстановка.

Нарезка панфлейты поперекНарезка панфлейты поперек

При таком подходе оказалось сложно получить точную и аккуратную стыковку слоев между собой. Критичным оказалось еще и отсутствие прочности (древесина легко раскалывается вдоль волокон).

Результаты сборки Результаты сборки

4) Далее решил попробовать наматывать композитные угле- или стеклопластиковые трубки [10], а фрезеровать только деревянную обвязку. На деревянной обвязке с самых краев не лишним будет дополнительный материал, для защиты от разрушения крайних трубок при падении флейты углами на твердые поверхности.

Проектирование карбоновых панфлейтПроектирование карбоновых панфлейт

Суть формовки трубок заключается в намотке стекло-/углеткани на полированные стальные стержни, которые затем напитываются отверждаемым жидким пластиком в вакуумном пакете (метод вакуумной инфузии [11]). Трубки получаются сразу с гладкой внутренней поверхностью, легкие и прочные.

Реквизит для вакуумной инфузииРеквизит для вакуумной инфузии

Фрезеровка плоской части обвязки не отличается от предыдущего способа, но вот фрезеровка изогнутой проблематична. Написал модуль, который нарезает эту часть на кучу небольших деталей, каждая из которых не имеет нависающих частей и может быть отфрезерована за один проход. Теперь уже требуется не просто расставить оптимально в заготовке, но и помнить, где какой кусок, чтобы правильно собрать воедино, так как деталей много и все они похожи друг на друга. Хороший такой пазл получился (:

Результат автоматической расстановкиРезультат автоматической расстановкиРеализация в деревеРеализация в дереве

Проблемой при таком подходе является высокая вероятность собрать неправильно нижнюю часть обвязки. Тонкие части деревянных кусков легко скалываются. Да и вся флейта получается хрупкой.

Стеклопластиковые панфлейтыСтеклопластиковые панфлейты

5) Следующий этап это печать трубок на 3d принтере и возврат к изгибу деревянных частей флейты с помощью водяного пара.

Составляющие напечатанных панфлейтСоставляющие напечатанных панфлейт

При печати возможно придать трубкам сложную, конусную форму с выступами, которая недостижима при формовке на стальных стержнях из-за неизбежного разрушения трубок во время снятия со стержней (так называемый замок).

Для корректного изгибания деревянной обвязки требуется умение предсказывать, какую деталь нужно отфрезеровать, чтобы при изгибе она приобрела задуманную форму (ближняя и дальняя половинки обвязки имеют разную длину и требуются разные алгоритмы их генерации). Для этого пришлось реализовать дополнительный модуль в программе, моделирующий физический изгиб деревянной, тонкой пластины.

Пропаривание: ожидание и реальностьПропаривание: ожидание и реальность

Детали по размерам небольшие и их удается фрезеровать целиком из одной доски и впоследствии успешно изгибать с пропариванием, без расслоений и поломок. Таким образом это рабочая технология сборки флейт, но приходится вручную заниматься шлифованием места стыка трубок и обвязки на торцах.

Напечатанные панфлейтыНапечатанные панфлейты

6) Пока итоговый вариант это 3d печать флейты целиком с использованием композитных пластиков, дерево-наполненным пластиком для обвязки, угле-наполненным пластиком для трубок и фотополимерным пластиком для вставок с торцов (лабиум).

Проект целиком печатаемой панфлейтыПроект целиком печатаемой панфлейтыВзрыв-схемаВзрыв-схема

Потребовались очередные корректировки генератора моделей. При этом для изготовления всех отдельных составляющих достаточно нажать на одну кнопку. А сборка напоминает конструктор лего, где все детали без усилий стыкуются друг с другом. Основной минус в ограниченном наборе возможных материалов.

Сборка трубок с обвязкой и лабиумом Сборка трубок с обвязкой и лабиумом Пример целиком напечатанной панфлейтыПример целиком напечатанной панфлейты

7) Так же хочется отдельно отметить изготовление пробок. Каждая пробка в зависимости от того, для какой ноты она предназначается, имеет свою степень вогнутости дна. Чем меньше длина трубки (чем выше нота), тем сильнее должна быть выпуклость.

3д модель силиконовых пробок3д модель силиконовых пробок

В целом все относительно просто. Изготавливается форма под литье силикона (фрезеровка, печать) и она заполняется силиконом.

Литье силиконаЛитье силикона

Планы, перспективы, потенциал

  • Будет очень удобно, если в пробки будут встроены петли, за которые специальным крюком их можно будет двигать для подстройки нот.

Петли в пробкиПетли в пробки
  • Наматывать карбоновые трубки на отполированные стержни с использованием технологии препрегов (проще, чем вакуумная инфузия), а не печатать их из угле-наполненного пластика [3]. Тогда получиться делать зеркальный внутренний канал.

Карбоновые трубкиКарбоновые трубки
  • Фрезеровать обвязку из ценных пород древесины по уже отработанной технологии с изгибом [4], что просто эстетически красиво и прочнее, чем напечатанный пластик.

Ценные породы древесиныЦенные породы древесины
  • Отливка из латуни лабиума (вставок с торцов) по технологии выжигаемых моделей [5], для долговечного ими удержания заточки.

Литье металлаЛитье металла

Таким образом рендер 3d модели идеальной флейты Пана может выглядеть как-то так:

Проект идеальной панфлейтыПроект идеальной панфлейты

Итого

Удалось получить достаточно автоматизированную технологию изготовления флейт Пана, в которой без дополнительных накладных расходов могут вноситься изменения хоть в каждую выпускаемую единицу товара.

Но не все еще идеально. Есть аспекты, требующие улучшений, в связи с чем планирую продолжать работу над проектом.

P.S.
Фото отчет: https://www.instagram.com/arra.lazur/
Видео материалы: https://www.youtube.com/channel/UCVlFogcnEd2hL9x5DVbyb8Q

Использованные источники:

[0] https://vplate.ru/flejta/pana/

[1] https://sites.google.com/site/radu63353/panflute-shop

[2] https://www.youtube.com/watch?v=CNRBoFL0U28&feature=emb_logo&ab_channel=BradWhite

[3] https://carbonkevlarsupply.com/products/carbon-fiber-tubing-10mm-x-8mm-x-500mm-3k-roll-wrapped-100-carbon-fiber-tube-glos

[4] https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=k4uVozxt6vY&ab_channel=mtmwood

[5] https://lk-casting.ru/izgotovlenie-juvelirnyh-izdelij/

[6] https://3dvision.su/services/lite-plastmass/v-press-formy/

[7] https://woodjig.net/parovaja-gibka/

[8] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%8F

[9] https://prototechasia.com/en/plastic-cnc-machining/questions-cnc-machining

[10] https://www.youtube.com/watch?v=wMJ3b2QhFkk&ab_channel=World4Carp

[11] https://zakbus.ru/vakuumnaya-infuziya/

[12] Флейта Пана: инструмент и техника игры. Денис Климов. Стр 39.

Подробнее..

Рейтинг лучших бесплатных программ для 3D-моделирования (для начинающих) на весну 2021 года

19.04.2021 18:14:05 | Автор: admin

Существуют сотни различных бесплатных программных инструментов для 3D-моделирования для новичков, желающих создать свои собственные 3D-модели. Пользователи могут экспортировать свои модели и либо напечатать их на 3D-принтере, либо разместить в интернете, чтобы другие могли загрузить их бесплатно или за деньги.

Эти программы варьируются от простых в использовании для новичков до профессиональных, на изучение которых могут уйти годы. Поэтому мы создали свой список лучших бесплатных программ для 3D-моделирования, чтобы помочь вам сделать выбор.

Некоторые бесплатные онлайн-программы работают полностью в браузере, другие нужно загрузить. Но все они, по крайней мере в краткосрочной перспективе, бесплатны.

Список лучших бесплатных программ для 3D-моделирования в 2021 году:

1. TinkerCAD лучшая программа для начинающих

2. 3D Slash простая программа для начинающих

3. FreeCAD бесплатная программа с открытым исходным кодом

4. SketchUp

5. Blender расширенная бесплатная программа

6. MeshMixer

7. Fusion 360

8. Vectary

9. SelfCAD

10. BlocksCAD

11. OpenSCAD

12. Wings 3D

Критерии, которые использовались для оценки:

  • Простота использования. Бесплатными программами часто пользуются новички, поэтому это важно.

  • Наличие хорошо проработанного набора инструментов для создания профессиональных 3D-моделей.

  • Наличие новых инструментов, которые дают возможность использовать совершенно новый подход к созданию 3D-дизайнов.

1. TinkerCAD лучшая бесплатная программа для начинающих

Страна разработчика - США. Доступна к работе в браузере.

Это одна из многих программ 3D CAD-гиганта Autodesk, TinkerCAD. Инструмент обманчиво выглядит примитивным, прост в использовании, но снова и снова попадает в топ лучших бесплатных программ.

TinkerCAD позволяет создавать детализированные 3D-модели, используя базовые формы, соединяя их вместе. Процесс обучения намного проще, чем в других программах. Она идеально подходит для новичков и детей, для обучения детей 3D-печати. Ее чаще других используют в школах и классах по всему миру. Можете начать работу за считанные минуты в браузере без загрузки. Более того, можно скачать приложение TinkerCAD и поиграть с моделями на смартфоне или планшете!

Autodesk производит множество программ для различных отраслей. TinkerCAD идеально подходит для начинающих в 3D-дизайне, позволяет сделать что-то классное. Вы можете экспортировать модель в STL и любом другом формате и отправить на печать на 3D-принтере. Как только вы приобретете необходимый опыт, вам может понадобиться более сложная программа, например AutoCAD. Но при этом TinkerCAD остается отличной программой для начала вашей карьеры 3D-дизайнера.

2. 3D Slash простая бесплатная программа для начинающих

Основная версия бесплатная, премиум версия требует оплату $2 в месяц.

Идеально подходит для новичков. 3D Slash не похожа на обычную программу, больше похожа на дружественный, интерактивный 3D-мир, где вы можете создавать, что угодно. Команда разработчиков четко продумала, как сделать пользовательский интерфейс максимально естественным, понятным не дизайнерам, без сложного процесса обучения. Функционал интуитивно понятен и удобен.

В то же время вы не ограничены только базовыми формами. Можете создавать впечатляющие и более сложные объекты. Стандартная версия бесплатная, премиум - с небольшой ежемесячной оплатой. Также доступны школьные и профессиональные тарифные планы.

3. FreeCAD бесплатная программа с открытым исходным кодом

FreeCAD была выпущена еще в 2002 году, и несмотря на то, что все еще находится в стадии бета-тестирования, ее разработка значительно продвинулась. Она предназначена для того, чтобы сделать процесс создания 3D-версий реальных объектов максимально эффективным и простым.

Очень полезная функция - возможность начать со статического 2D-эскиза, из которого затем можно построить конечную 3D-модель. FreeCAD хорошо работает в Windows и Mac, можно легко экспортировать модель в виде файлов STL, OBJ или даже DXF, например, для ЧПУ.

Хотя FreeCAD была разработана в основном для станков, ее можно использовать и для 3D-печати. Более того, FreeCAD - программа с открытым исходным кодом, поэтому можно работать с Python.

FreeCAD идеально подходит для пользователей с некоторым опытом проектирования, так как часть инструментов может оказаться сложной для начинающих. Но в целом это очень мощный бесплатный инструмент для 3D-моделирования.

4. SketchUp

Основная версия бесплатная, версия Pro стоит $299 в год. Страна разработчика США.

Программа - ветеран индустрии программного обеспечения для 3D-моделирования, была создана в 2000 году компанией Lastsoftware. В 2006 году ее выкупил Google, чтобы внедрить этот универсальный и мощный инструмент в свои сервисы. С тех пор она была продана Trimble Inc., которая и предложила бесплатную версию. SketchUp - отличный выбор для начинающих дизайнеров. Ее, как и TinkerCAD, освоить легче, чем большинство других 3D-программ. Содержит практически все инструменты, которые могут понадобиться.

Несмотря на то, что SketchUp пользуются в основном архитекторы, она приобретает все большую популярность в 3D-печати. Инструменты удивительно хорошо подходят создателям 3D-CAD-файлов. Вы можете загрузить расширение SketchUp STL, чтобы создавать файлы в STL.

SketchUp имеет простой интерфейс, не перегруженный информацией. Вы можете легко разобраться в нем за несколько часов и в первый же день создать очень реалистичную 3D-модель.

5. Blender расширенная бесплатная программа

Страна разработчика Нидерланды.

Возможно, это самое популярное программное обеспечение для 3D-дизайна. Blender имеет огромное активное сообщество, которое делится своими STL-файлами и 3D-моделями, а также информацией в интернете. Быстрый поиск Google и YouTube выдаст тысячи ссылок, где пользователи демонстрируют свои 3D-проекты и обмениваются опытом работы в Blender 3D. Такая популярность обусловлена прежде всего тем, что программа на 100% бесплатная и с открытым исходным кодом. В ней можно создать практически все, что угодно. Выбор инструментов огромен.

Процесс обучения более сложный, чем у предыдущих программ. Однако благодаря своему набору инструментов Blender универсальная программа для 3D-моделирования. Она используется в различных областях, начиная от создания VFX для фильмов, видеоигр, дизайна 3D-моделей, заканчивая 3D-печатью. Кроме того, Blender поставляется с интегрированным игровым движком, а также детализированными инструментами для моделирования и возможностью редактирования видео. Это невероятное бесплатное программное обеспечение идеально подходит для разработчиков игр и опытных 3D-моделистов.

6. MeshMixer

Страна разработчика США.

Meshmixer уникальная программа, не вписывающаяся ни в одну конкретную категорию. Еще одна разработка Autodesk, Meshmixer выгодно отличается от конкурентов тем, что позволяет редактировать существующие модели с помощью различных инструментов, включая анимацию, выгибание/заполнение, восстановление. Meshmixer хорошо подходит для модификации конструкций и обеспечения качества. Полезна как для начинающих, так и для экспертов. Позволяет улучшать и готовить свои модели к 3D-печати.

Еще одно важное преимущество программы возможность ее использования в топологической оптимизации. Благодаря простым инструментам, детали можно сделать легче и экономичнее. Это особенно полезно для последующей 3D-печати в таких отраслях, как аэрокосмическая и автомобильная промышленность, где очень важен вес модели.

В целом, Meshmixer - универсальный вариант для тех, кому нужно улучшить 3D-модель. Новички могут изменять свои модели, эксперты - оптимизировать промышленные проекты.

7. Fusion 360

Программа бесплатна для личного пользования в течение года, Pro версия стоит около $500 в год.

Страна разработчика США.

Очередная разработка Autodesk для школ и академических институтов. Это, несомненно, инструмент для экспертов, однако достаточно удобный в использовании для образованного новичка. Fusion 360 - программа для совместного использования, позволяет обмениваться файлами STL через облако для совместного редактирования и оптимизации моделей.

Обладает мощными инструментами для работы практически над любым промышленным 3D-дизайном. Имеет встроенные функции для оценки нагрузки, с которой столкнутся компоненты 3D-модели. Это позволяет дизайнерам находить потенциально слабые места перед печатью. После создания можно легко экспортировать модель в STL-файл или любой другой формат. Программа недавно стала бесплатной для студентов, стартапов и многих других. Если у вас есть некоторый опыт, или вы хотите повысить свои навыки в 3D-дизайне, это 3D-программное обеспечение идеально подойдет.

8. Vectary

Бесплатная программа с премиальными функциями за $12 в месяц.

Vectary появилась в 2014 году и называет себя самой доступной платформой 3D- и AR-дизайна. Это бесплатная веб-программа для 3D-моделирования. Vectary предлагает шаблоны с предварительно отрисованными и освещенными экранами, перед которыми вы можете разместить свои 3D-модели для съемки продукта и других художественных целей. Простой рабочий интерфейс с необходимым набором инструментов делает работу с освещением и моделированием легкой. Вы можете легко экспортировать готовый дизайн или сцену в виде AR-модели.

Бесплатный пакет включает в себя доступ к Vectary Studio для создания и проектирования моделей, а также возможность экспортировать ваши творения в форматы OBJ или STL. Для других форматов вам потребуется обновление. Бесплатно можно создать до 25 проектов, а также получить доступ к библиотеке 3D-активов, материалов и иконок Vectary. Платное обновление дает доступ к инструментам предварительного просмотра AR, а также к функциям совместного использования проектов и командам для лучшей и быстрой обратной связи между несколькими людьми.

9. SelfCAD

Бесплатная программа для сферы образования. Для остальных стоит $4,99 в месяц.

Страна разработчика США.

SelfCAD фокусируется на том, чтобы быть лучшей браузерной бесплатной программой для 3D-моделирования для студентов по всему миру, которую не надо скачивать. Она популярна в американских школах, обучающих студентов 3D-дизайну. Простая и удобная в использовании, требующая короткий период обучения, SelfCAD имеет все необходимые инструменты для создания моделей. Также в ней есть инструменты нарезки для подготовки файлов STL или G-кода к 3D-печати.

SelfCAD - простая программа для 3D-дизайна с очень понятным интерфейсом, подходит новичкам.

10. BlocksCAD

Программа предоставляется бесплатно. Есть платные учебные версии для школ.

Страна разработчика США.

BlocksCAD ориентирована на обучение и была создана для учащихся по модели STEM с 3-го по 8-й классы. Это облачное бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования, которое способствует изучению математики, вычислительного мышления, концепций кодирования и проектирования моделей для 3D-печати.

В свободной галерее имеется широкий выбор проектов, которые можно использовать в личных и классных работах, начиная от снеговиков, ювелирных колец, рыб и даже печально известного кафетерия. Отлично взаимодействует с OpenSCAD, предназначена для простой, веселой и удобной работы для детей. 3D-модели можно создавать с помощью красочных, простых в управлении блоков, и экспортировать либо в виде STL-файлов, либо в виде файлов для открытия и редактирования в OpenSCAD. Для новичков BlocksCAD предлагает обширные учебные пособия по основам 3D-моделирования и использованию 3D-программного обеспечения.

11. OpenSCAD

OpenSCAD бесплатная загружаемая программа. Выглядит устрашающе, поскольку окутывает кодами и скриптами. Это мощный инструмент. Но имейте в виду, что он для тех, кто привык к кодированию. Программа была создана еще в 2010 году Мариусом Кинтелем и Клиффордом Вольфом. Регулярно выходят новые обновления и патчи. OpenSCAD любят 3D-дизайнеры, которые предпочитают скриптовый, а не художественный метод проектирования. Стоит также отметить, что 3D-деталь в OpenSCAD можно создать использую лишь мышь, но это не единственная фишка программы.

В целом, мы впечатлены OpenSCAD: она предлагает что-то новое и бесплатно. Однако необходимо, по крайней мере, промежуточное знание языков сценариев. В противном случае лучше использовать один из других вариантов из нашего списка.

12. Wings 3D

Wings 3D - полностью открытое и бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования, которое активно разрабатывается и совершенствуется с 2001 года. Программа не такая современная и удобная в использовании, как Vectary или TinkerCAD, но очень хорошо работает с персонажами, настольными моделями и другими проектами по созданию 3D моделей. Довольно легко работать с функциями по настройке моделей, например, лепкой, соединением, резкой, сгибанием - просто даже для начинающих.

Каждый пункт меню контекстный, поэтому, когда вы щелкаете правой кнопкой мыши, появляются различные опции в зависимости от того, что вам может понадобиться. Этот продвинутый инструмент экономит время и делает программу отличным инструментом для 3D-моделирования для начинающих и экспертов.

Перевод с сайта 3DSourced https://www.3dsourced.com/rankings/best-free-3d-software/

Подробнее..

Желе для принтера гибридный гидрогель и 3D-печать методом экструзии

19.05.2021 16:06:46 | Автор: admin


Несмотря на свою якобы внезапную популярность в последние годы, аддитивные технологии впервые увидели свет еще в 1971 году. Долгое время 3D-принтеры использовались исключительно для производства функциональных или эстетических прототипов, а сама технология носила название быстрое прототипирование. Стремительное развитие вычислительной техники привело к появлению разных методов реализации аддитивных технологий: от лазерной стереолитографии (SLA) до более знаменитой 3D-печати (3DP). Другой термин, появившийся еще в 1894, это гидрогель полимер, способный поглощать воду (если очень утрировано). У гидрогелей, как и у аддитивных технологий, множество применений: медицина, фармакология и даже энергетика. И вот ученые из университета Северной Каролины решили объединить 3D-печать и гидрогель для создания гидрогелевых структур с желаемыми свойствами. На Хабре была новость об этой разработке, но мы попробуем копнуть глубже. Из чего состоит изучаемый гидрогель, какими свойствами его можно наделить, и что из него можно сделать? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования


Для начала стоит в двух словах пояснить, что такое гидрогель. Это сеть из пересекающихся полимерных цепей, способных равновесно и обратимо набухать в воде и водных растворах. Основой гидрогеля являются гидрофильные молекулы.

Проблема классических гидрогелей, изготовленных из полимерных сетей в воде, состоит в том, что они мягкие и хрупкие, т.е. им не хватает упругости и прочности. Из-за этого применение гидрогелей в различных отраслях (робототехника, тканевая инженерия и т.д.) сильно ограничено.

Эластичность гидрогелевых материалов может быть улучшена путем объединения взаимопроникающих ковалентных и ионных полимерных сетей с образованием сильно растяжимых и прочных структур. Другой метод улучшения механических свойств гидрогелей основан на использовании наполнителей с высоким коэффициентом формы (высокое отношение длины наполнителя к диаметру его поперечного сечения). Это позволяет механически усилить гелевую матрицу. Однако использование наполнителя из материала, отличного от материала матрицы, приводит к возникновению напряжения на поверхностях интерфейсов, которые вызывают образование трещин при деформации или нагревании.

Противоположный метод основан на применении однополимерных композитов или так называемых гомокомпозитов. Мезомасштабная усиливающая сеть гомокомпозитов сделана из материала, который химически идентичен материалу первичной матрицы. Сети гомокомпозитного армирования позволяют модулировать механические свойства первичной (основной) матрицы без напряжения, точек расслоения и т.д. Звучит очень многообещающе, но и тут есть проблема изготовление HHG (от homocomposite hydrogel, т.е. гомокомпозитный гидрогель) является крайне сложным процессом из-за отсутствия методов создания армирующих сетей с тем же химическим составом, что и матрица гидрогеля.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые описывают новый тип HHG, в котором как первичная гелевая матрица, так и армирующая сеть состоят из альгината натрия (SA от sodium alginate; C6H9NaO7). Эти HHG усилены фибриллярной сетью альгинатных мягких дендритных коллоидов (SDC от soft dendritic colloid). SDC это иерархически структурированный класс мягкой материи, синтезированный посредством процесса осаждения, вызванного сдвигом, в турбулентной среде.

Высокая степень разветвления вокруг ядер частиц SDC делает их морфологически похожими на полимерные молекулярные дендримеры. Однако SDC намного больше, чем эти дендримеры. Ученые считают, что иерархически разветвленные SDC могут быть отличным вариантом для эффективного армирования композитных материалов. Важен тот момент, что ответвления SDC покрывают большую площадь поверхности, что может повысить стабильность композита за счет более равномерного распределения нагрузки.

Результаты исследования


Первым делом необходимо было изготовить мягкие дендритные коллоиды из альгината (т.е. SDC), которые должны были послужить армирующими сетками. Для этого было использовано турбулентное осаждение. Для получения SDC гидрогеля раствор альгината (120190 кДа) вводили в водный раствор ионов Ca2+, которые эффективно связывают две -COO- боковые группы на основной цепи альгината ().


Изображение 1

Процесс осаждения приводит к образованию SDC с характерной иерархической морфологией (1b) с разветвлением разного масштаба и поколениями (вторичными ответвлениями) волокон. Фактически SDC состоят из волокон микронного размера, которые многократно разветвляются на все более тонкие волокна. Самый внешний слой (корона), окружающий каждый SDC, состоит из гибких нановолокон, толщина которых может достигать 10 нм (1b). Нановолокна в коронах наделяют их физической адгезией, которая является основным фактором способности дендриколлоидов создавать структурную прочность коллоидной сети. Конечный размер обычных SDC, включая их корону, находится в диапазоне 100500 мкм.

Далее необходимо было оценить вязкоупругие свойства водных суспензий SDC. В первую очередь ученые проверили, образуют ли альгинатные SDC гидрогели коллоидной сети при низких объемных долях в воде. В теории в водных суспензиях контактирующие SDC будут прочно прилипать за счет сил Ван-дер-Ваальса с образованием перколяционной* сети субконтактов разветвленных волокон (2a).
Перколяция* в химии явление протекания или непротекания жидкостей через пористые материалы.

Изображение 2

Оценка модулей накопления (G') и потерь (G) суспензий SDC в линейной вязкоупругой области показала, что SDC имеют сильную склонность к образованию коллоидных сетей.
Динамический модуль*: совокупность динамического модуля G может быть использована, чтобы представить соотношение между колебательным напряжением и нагрузкой:

G = G +iG

где i2 = -1; G модуль накопления; G модуль потерь.
Предел текучести наблюдался в водных суспензиях 0.25 мас.% SDC, т.е. при более низкой концентрации, чем в большинстве типов обычных коллоидных гелей.

Суспензия 1.0 мас.% SDC показала значение G '= 200 Па, тогда как заявленное значение для 1.0 мас.% альгинатных микрогелей должно быть 10100 Па. Т.е. суспензии SDC обладают более выраженными твердоподобными характеристиками, чем суспензии обычных альгинатных частиц.

Непрерывная фаза HHG состоит из молекулярного альгинатного геля, объединенного ионами Ca2+. Первым делом ученые проанализировали свойства молекулярных гидрогелей, содержащих из 1.0 мас.% связанного альгината, но без SDC. Гидрогель был получен путем добавления наночастиц CaCO3 и -лактона D-глюконовой кислоты (GDL) к раствору SA. Поскольку GDL подвергается гидролизу и понижает pH, CaCO3 медленно высвобождал ионы Ca2+. Спустя 2 часа уравновешивания были получены данные касательно вязкоупругих свойств гидрогеля (2c). При концентрации CaCO3 выше 0.05 мас.% гидрогель вел себя как твердое вещество. При дальнейшем введении Ca2+ в гидрогель его жесткость продолжала увеличиваться. Но при CaCO3 выше 0.2 мас.% наблюдался синерезис (старении структуры) гидрогеля с последующим выделением воды. В результате было установлено, что для поддержания стабильности гидрогеля в его составе должно быть 1.0 мас.% SA и 0.1 мас.% CaCO3.

В итоге у исследователей было на руках две составляющие, которые требовали объединения, SA SDC (альгинатные мягкие дендритные коллоиды) и молекулярная матрица SA CMH (альгинатный гель, связанный ионами Ca2+).

Было синтезировано множество гибридных HHG, где общая концентрация SA поддерживалась на постоянном уровне в 1 мас.%, а отношение SDC к CMH варьировалось.


Изображение 3

Все образцы, полученные таким путем, демонстрировали характеристики твердого вещества (3a). Характерные кривые напряжение-деформация (3b), полученные при испытании на механическое растяжение, также демонстрируют, что гибридные HHG имеют большую жесткость, чем гели только из SDC или CMH. На графике 3c показаны данные измерений растяжения-деформации и реометрии всех образцов. Анализ этих данных показывает, что гомокомпозитные системы, содержащие смешанные SDC и CMH, проявляют сильный синергетический эффект. Значения комплексного модуля (G) и модуля Юнга (E) для гомокомпозитных гелей показали трехкратное увеличение с максимумами при низких отношениях SDC к CMH.

Однако это нельзя приписывать исключительно увеличение концентрации Ca2+ в гомокомпозитной системе. Так максимальный модуль сдвига в HHG (G = 950 Па при 0.125 мас.% SDC / 0.875 мас.% CMH) не соответствует самой высокой концентрации Ca2+, поскольку дальнейшее увеличение доли SDC снижает получаемую жесткость HHG.

Следовательно, сильный синергетический эффект, приводящий к увеличению механической прочности HHG, может быть непосредственно связан с физическим переплетением молекулярной SA и коллоидных сетей SDC (3d). Полученная структура сохраняет стабильность в большинстве сред, но может быть легко разрушена путем помещения ее в растворы сильных хелатирующих агентов, таких как ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота; C10H16N2O8).

Ученые отмечают, что еще одной важной особенностью разработанного гибридного гидрогеля является возможность менять кинетику его гелеобразования в зависимости.

Сначала была выполнена проверка зависимости гелеобразования от времени трех вариантов образцов: SDC, CMH и композитный HHG (концентрация SA у всех была одинаковой 1 мас.%).


Изображение 4

На графике 4a представлены результаты анализа чистой суспензии SDC. Видно, что SDC сразу проявляет твердое поведение без добавления CaCO3 или GDL. Это объясняется тем, что формирование этой сети происходит за счет контактного расщепления и переплетения фибриллярных дендриколлоидов.

С другой стороны, чистый CMH сначала проявляет жидкое поведение и постепенно затвердевает по мере высвобождения связывающего агента Ca2+ в результате гидролиза. CMH становится полностью связанной структурой спустя 120 минут (4b).

Важно отметить, что зависимая от времени эволюция HHG напрямую зависит от кинетики, с которой SDC и CMH (основные составные элементы HHG) собираются в сети. Изначально происходит затвердевание HHG из-за гелеобразования механически жесткой сети SDC. Затем формируется более прочный гидрогель, поскольку взаимопроникающая молекулярная сеть CMH становится связанной ионами Ca2+ (4c и 4d).

Эти свойства материала показывают контролируемые начальные напряжения текучести и медленное нарастание эластичности гидрогеля с течением времени. Следовательно, подобный материал можно использовать в 3D-печати, что ученые и решили проверить на следующем этапе исследования.

Факт того, что созданный гидрогель является гомокомпозитной системой, позволяет точно контролировать его свойства. За счет этого такой гидрогель можно использовать в 3D-печати с помощью экструзии, что ранее было крайне сложной задачей. Для примера, оба SDC и CMH не пригодны для экструзии в своей чистой форме, в отличие от гибридного HHG.

Возможность контролировать свойства гидрогеля позволяют создать чернила для экструзии, в которых не зависящие от времени предел текучести и время затвердевания могут быть настроены так, как это угодно человеку.

Синергетический эффект в смешанных композитах SA-SDC.

Поскольку 3D-принтер применяет перепад давления, превышающий предел текучести HHG, экструдированная форма сохраняется за счет быстрого гелеобразования сети SDC (4c, видео выше).


Изображение 5

Важно и то, что разработанный гидрогель можно было использовать для печати в обычных условиях без дополнительной обработки или подготовки материала (). Примечательно, что G чистой суспензии SDC (1500 Па) почти на четыре порядка больше, чем у смеси CMH при до добавления GDL (0.5 Па; 5b).

Несмотря на максимальную жесткость геля HHG, возникающую при более низких относительных соотношениях SDC/CMH (4c), HHG с более высоким относительным содержанием SDC давали больше нитей с улучшенным наслоением (видео ниже).

3D-печать многослойной структуры путем экструзии.

На 5a и 5c показан процесс 3D-печати гомокомпозитного гидрогеля методом прямой экструзии. HHG экструдируется через сопло (25 G, внутренний диаметр 0.26 мм) при 140 кПа, и гель сохраняет свою форму благодаря пределу текучести (80 Па). Дополнительное формирование структур в z-направлении может быть достигнуто путем наложения последовательных слоев, которые, как было обнаружено, хорошо прилегают к нижележащим. Ученым удалось добиться аддитивной печати более 10 слоев гидрогеля в вертикальном направлении без снижения скорости экструзии. После затвердевания (60 минут) готовую напечатанную структуру можно было легко удалить с подложки (5d). Если же есть необходимость в структуре больших размеров, то тут необходима поэтапная экструзия, дающая дополнительное время для затвердевания геля, также необходимо увеличить предел текучести материала за счет изменения состава HHG.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог


В данном труде ученые продемонстрировали свое удивительное творение композитный гидрогель, свойствами которого можно манипулировать в зависимости от потребностей конечного пользователя. Созданный ими гидрогель отлично подходит для 3D-печати посредством экструзии, чем не могли похвастаться предшествующие гидрогели.

Ученые заявляют, что материалы на водной не отличаются особой прочностью, они хрупкие и мягкие, что вполне ожидаемо. Однако, если объединить альгинатные мягкие дендритные коллоиды и альгинатный гель, связанный ионами Ca2+, то можно получить гидрогель с повышенной прочностью. Другими словами, они объединили два разных гидрогеля в один, свойства которого превосходят свойства его составных.

К вариантам применения нового гидрогеля его создатели относят медицину, пищевую промышленность и мягкую робототехнику. Но до полноценного использования еще далеко, так как гидрогель требует доработок. В частности, ученые хотят изменить гидрогель так, чтобы его можно было применять в 3D-печати биомедицинских инъекционных материалов.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. :)

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..

О чем думает промдизайнер при разработке корпуса для электроники

06.11.2020 16:10:59 | Автор: admin

Делимся очередной порцией заметок из жизни промышленных дизайнеров и конструкторов, которые проектируют корпус для новых электронных устройств. Этим летом мы уже делали обзор всех этапов разработки от эскизов до запуска серийного производства. А в этот раз остановимся на типичных ошибках, тонкостях и примерах из практики, которые тогда остались за кадром.

Заметка 1. Делайте дизайн для пользователей, а не для себя

Прежде начать разбор технических аспектов в работе дизайнера важно понимать главное: проблемы большинства новых продуктов для рынка электроники связаны не с техническими ограничениями, а с недостаточным пониманием целевых клиентов и рынка.

На Хабре опубликованы сотни статей о разработке под клиента (Customer Development), проверке гипотез в поле и тестировании прототипов продукта, однако практика показывает, что часть команд все еще отталкивается от своих личных ощущений, а не потребностей целевой аудитории.

Если не забывать о том, что решение задач пользователя это основа любого дизайн-проекта, то технические ограничения не помешают вам добиться цели. Вы сможете с ними справиться. Вам помогут проблемные интервью, на которых вы узнаете о реальных, а не предполагаемых проблемах своих потребителей: дорого, устарело, неудобно, мало/много функций, быстро выходит из строя, неприветливый дизайн, раздражающие цвета, не работает при нужных условиях.

Заметка 2. Учитывайте класс защиты корпуса

При разработке корпуса нужно учитывать климатические условия и интенсивность использования устройства. В некоторых проектах нужно обеспечивать виброзащиту и противоударные свойства корпуса, на других будет достаточно стандартной пыле- и влагозащиты.

Один из важных факторов для промдизайнера IP (International Protection) или степень защиты от пыли и влаги. От этого показателя зависит не только материал, но и конструкция:

Возьмем IP68 и IP30: IP68 можно топить в воде, в нем не будет открытых разъемов; в в устройстве с А IP30 вообще не будет защиты от воды, даже от легких брызг.

Фото: Donald Trung Quoc Don (Ch Hn: ) - Wikimedia Commons - CC BY-SA 4.0 International. Фото: Donald Trung Quoc Don (Ch Hn: ) - Wikimedia Commons - CC BY-SA 4.0 International.

На фото слева телефон с классом защиты IP68, выдерживает свободное падение с высоты 1,8 метра. Справа типовая модель смартфона с защитой от пыли и легких брызг.

Заметка 3. Не забывайте об условиях эксплуатации при нанесении графики и выборе материалов

Еще один важный вопрос: устойчив ли материал к морозу или солнечным лучам? Не будет ли он осветляться? Так, при выборе наклейки для устройства важна не только графика, которую мы печатаем сверху, но также выбор материала наклейки и сам клей. Будет ли он держаться в той температуре, при которой используется устройство?

Простой пример для всех: клавиатура ноутбука. В старых бюджетных моделять спустя какое-то время буквы стирались, и на помощь приходили наклейки. В новых моделях используют более износостойкую краску и специальные защитные покрытия.

При выборе материала для кнопок нужно учесть температуру эксплуатации. Так, эластичные материалы крайне чувствительны к изменению температуры и резко теряют свою эластичность при отрицательных температурах.

Фото: 3D-модель и серийный образец корпуса глубинометраФото: 3D-модель и серийный образец корпуса глубинометра

На фото выше глубиномер для зимней рыбалки с эластичной кнопкой из материала TPU, легко нажимается на морозе.

Заметка 4. У серийного производства свои требования к форме и материалам корпуса

Бывает, заказчик приходит с готовым дизайном корпуса, который отлично смотрится на эскизах и 3D-моделях, но не годится для серийного производства по методу литья под давлением в пресс-форме. Мы уже подробно разбирали этот вопрос в статье про литьевые уклоны и другие тонкости работы с пластмассами.

Если корпус нетехнологичен, т.е. не адаптирован к требованиям производства, тогда дизайнер в паре с конструктором вынуждены предложить иную форму для отливки или найти иной метод изготовления корпуса.

Также у серийного производства свои требования к материалам. Хотя сегодня в ход могут пойти такие нестандартные материалы и технологии как кварцевое стекло, алюминий, древесина и даже обжиг керамики. Да-да, всё это можно использовать в производстве корпусов для электронных устройств. Один из кейсов о серийном производстве корпусов с применением металлов и древесины мы уже публиковали на Хабре, а со стеклом и алюминием мы экспериментировали при при производстве опытных образцов.

Фото: Qoobi Audio Innovations CompanyФото: Qoobi Audio Innovations Company

На фото беспроводной предусилитель на радиолампах, изготовлен из анодированного алюминия с ручной полировкой, внешняя форма это призма из тонкого кварцевого стекла.

Фото: прототипы части корпуса для вставки радиолампФото: прототипы части корпуса для вставки радиоламп

На фото выше предварительные заготовки из металла и пластика (3D-печать), на которых мы проверяли дизайн и конструкцию будущего устройства.

Заметка 5. Ощущения веса и поверхности корпуса нужно проверять на практике

Сам материал это только половина дела, потому что ощущения от материала определяются технологией его обработки. Например, на рельефных выступающих элементах корпуса не всегда возможно получить нужную шероховатость или глянец, и тогда приходится по согласованию с заказчиком менять саму форму, чтобы глянец получился качественный.

А в некоторых проектах глянец, к которому так стремились дизайнеры, может сыграть с ними злую шутку. Например, на устройстве, которое часто держат в руках: мобильные телефоны, ручка или дверца СВЧ, глянцевые кнопки на передней панели любых электронных устройств.

Фото: глянцевый корпус смартфона и матовый прототип рацииФото: глянцевый корпус смартфона и матовый прототип рации

Глянцевый корпус при постоянном контакте с пальцами будет выглядеть грязным, такое решение проигрывает моделям с матовыми покрытиями.

Заметка 6. Размер корпуса может измениться из-за печатной платы и теплового моделирования

Еще один интересный квест, с которым может столкнуться дизайнер при разработке нового устройства необходимость изменить габариты. Такое может случиться из-за теплового моделирования или анализа электромагнитной совместимости, когда компоненты на плате нужно расположить иначе (разнести подальше друг от друга). Плата становится больше и уже не влазит в исходный корпус. Бывают и обратные ситуации, когда при замене компонентов на более новые миниатюрные модели дизайнер может уменьшить всё устройство в целом.

Заметка 7. Себестоимость: крупнее серия дешевле продукт

На этапе эскизирования и моделирования можно предложить самые смелые решения различные материалы и формы, но по факту при расчете стоимости производства могут получиться неподъемные цены для заказчика, и, как следствие, для конечного потребителя. Тогда в ход идут различные методы удешевления. Например, замена металлических вставок на их имитацию металлизированный пластик. Или уход от компонентного литья (это дорого) и использование раздельного литься с последующей склейкой.

Еще один метод оптимизации бюджета на производство сокращение количество частей в корпусе. Чем меньше, тем дешевле.

Также экономить можно при увеличении серийности производства. Например, стоимость прототипов устройства может достигать нескольких тысяч долларов за штуку, а при крупносерийном производстве снизится до нескольких десятков долларов за единицу.

Заметка 8. Эргономика: форма и функция продукта должны соответствовать его целям

Перцентильная криваяПерцентильная кривая

При разработке серийного коммерческого продукта невозмозможно учесть абсолютно всех потенциальных пользователей. Нас людей много, и мы разные. В эргономике используется понятие перцентиля: производители ориентируются на среднее большинство, составляющее 90% популяции, а 5% в начале и в конце графика параметров отсекаются. Например, в магазине обуви редкие обладатели очень маленькой или очень большой стопы не смогут найти себе новую пару.

Тот же принцип действует и на рынке электроники. Руководства по эргономике мобильных устройств рассчитаны на правшей со средними размерами ладоней и пальцев:

UCLA Safety Department: Mobile & Tablet TipsUCLA Safety Department: Mobile & Tablet Tips

И в заключении скажем о функции продукта. Классический пример пульт дистанционного управления для ТВ, большая часть которого покрыта кнопками, которые никто не использует (и редко кто знает для чего они).

Старые модели пультов для ТВ и новая усовершенствованная версияСтарые модели пультов для ТВ и новая усовершенствованная версия

Цель дизайнера довести продукт до такого уровня, когда в нем нет ни одного лишнего элемента.

На сегодня на этом всё. Делитесь в комментариях собственными наблюдениями и фотографиями из сферы промдизайна и разработки конструкции. Будем вместе дополнять этот список заметок.

Подробнее..

Перевод Легенда на ладони создаём крошечный компьютер PDP11

17.02.2021 12:10:47 | Автор: admin
image

Введение


2020 год был странным для всех в мире. Конкретно в моём случае мне пришлось находиться далеко от своего дома в Шанхае, потому что, когда COVID нанёс удар, мы были в Европе, и Китай усложнил процедуру пересечения границ примерно до конца года.

Отсутствие доступа к моей лаборатории и лишь ограниченный доступ к электронному оборудованию сильно сдерживал мои возможности, однако создание новых проектов не исключалось полностью [перевод на Хабре]. После завершения этого проекта я снова попал в проектный вакуум: всё, что у меня было с собой это куча комплектов разработки ESP32 и желание что-нибудь создать.

Поэтому я подумал: почему бы не создать ещё один эмулятор? У меня был подобный опыт, поэтому это не будет слишком сложно, и как только я доберусь до своей лаборатории, то, вероятно, смогу превратить его в ещё одну миниатюрную работающую модель компьютера, похожую на то, что я сделал с крошечным Macintosh Plus [перевод на Хабре]. Но какой компьютер выбрать на сей раз? Меня всегда интересовал PDP11. Хоть у меня никогда его не было (и я даже на нём не работал), в своё время он находился в авангарде компьютерных технологий. Его архитектура набора команд (ISA) повлияла на довольно значительное количество архитектур, появившихся позже, а солидная доля ПО, которое мы используем по сей день, основывается на идеях, впервые реализованных на PDP11.

На случай, если вы не знаете, что такое PDP11: это линейка миникомпьютеров, создававшаяся Digital Equipment Corperation (также известной как Dec или просто Digital), начиная с 1970-х. Линейка компьютеров PDP стала попыткой DEC проникнуть на рынок компьютеров в 60-х. Хотя компьютеры уже существовали, в основном они были крупными мейнфреймами наподобие IBM, используемыми для сверхважных функций типа расчёта зарплаты, ведения бухгалтерии и других финансовых задач бизнеса. Поскольку обычно они стоили очень дорого, для них не было места в научно-исследовательских лабораториях. DEC увидела возможность получения доли рынка при помощи относительно недорогих машин, однако устройства, которые она собиралась продавать, не должны были называться компьютерами, потому что это слово вызывало бы в сознании образы дорогих и недоступных мейнфреймов. Поэтому DEC придумала название Programmable Data Processor (программируемый обработчик данных), или PDP.


Семейство PDP имело довольно долгую жизнь и содержало несколько интересных машин со множеством ISA: от первого 18-битного PDP1 до 12-битного PDP5 и 36-битного PDP10. Из всех этих ISA одной из самых успешных стала PDP11. Линейка PDP11 с 16-битной ISA и ортогональным набором команд на основе регистров использовалась во многих машинах, начиная с первой PDP11/20, созданной в 70-х, до PDP11/94, вышедшей в 90-х. Кроме того, с точки зрения функциональности, у машин было много вариантов использования: PDP11 могли работать с DOS-подобными операционными системами реального времени типа RT-11 или многозадачными ОС типа Unix. Их можно было использовать как однопользовательские машины, многопользовательские серверы и встроенные машины, управляющие механизмами и предоставляющие интерфейс пользователя. Архитектура PDP11 даже добралась до аркадных автоматов: одночиповый вариант PDP11 под названием T11 работал в таких аркадных играх Atari, как Paperboy.

В PDP11 меня привлекло то, что линейка PDP в целом всегда была семейством машин для хакеров. Её представители были достаточно дешёвыми, чтобы люди могли делать с ними всякие забавные штуки, и например первая компьютерная игра, SpaceWar!, была написана на PDP1. Однако она не стала последней, написанной на машине PDP: кроме вышеупомянутых аркадных игр, в далёкой России советский разработчик программ Алексей Пажитнов написал на клоне PDP11 игру Tetris, позже распространившуюся по всему свету.

Благодаря чудесам эмуляции сегодня мы можем использовать историческое ПО PDP11. Один из лучших эмуляторов PDP11 это SIMH, который, похоже, работает на большинстве ОС стандарта POSIX. ESP32 с ESP-IDF имеет довольно приличную совместимость с POSIX, так почему бы не попробовать портировать эмулятор?

Запускаем Tetris


Очевидно, что просто портируем SIMH на ESP32 явное преуменьшение необходимых для проекта усилий. Даже несмотря на то, что SIMH это очень крутая программа, потому что она не использует никаких уникальных API, она всё равно разрабатывалась с расчётом на полнофункциональную рабочую станцию с дешёвой и объёмной ОЗУ. Чтобы заставить работать эмулятор на ESP32 и оставить ещё памяти, которую можно будет использовать как ОЗУ эмулируемой машины, придётся для начала порезать программу.

Основными потерями станут сетевой стек и парсер конфигурации. По сути, SIMH состоит из множества модулей, каждый из которых эмулирует одно или несколько периферийных устройств. Например, каждый обобщённый тип диска имеет свой модуль. То же самое относится к сетевым устройствам, интерфейсам телетайпа, портам принтеров и т.п. Все эти модули соединяются при помощи конфигурации, задаваемой при помощи интерфейса конфигурации, работающего из командной строки. Этот интерфейс конфигурации используется при запуске для сборки нужной пользователю конфигурации PDP11, а также применяется в дальнейшем как интерфейс отладки из командной строки.

Хотя такая модель работы очень удобна и позволяет динамически создавать конфигурации PDP11 и даже менять их на лету, она составляет довольно большую часть кода, и на ESP32 с его ограниченными ресурсами реалистичнее будет жёстко прописать конфигурацию. Сетевой код имеет другую проблему: хоть он и обеспечивает огромное изобилие способов подключений, ни один из них несовместим с тем, что работает в ESP32. Поэтому от этого файла я тоже избавился.

Вырезал я и более мелкие вещи, например, всю необязательную периферию (плёночные приводы, векторные мониторы, считыватели перфокарт и т.д.), чтобы она не занимала места в ОЗУ и во флэш-памяти. Также были урезаны функции отладки: хотя у SIMH есть довольно приятные функции, применимые для отладки любого кода PDP11, в этой версии они нам не понадобятся.

В конечном итоге я изначально собрал голый минимум для того, чтобы запустить Tetris. Конкретно российская версия Tetris запускалась на Электронике-60, клоне PDP11-23, имеющем не более 64 КБ ОЗУ и выполняющем вывод через последовательный порт на терминал 15ИЭ-00-013, который был основан на DEC VT52 с поддержкой кириллицы. В машине работала ОС ФОБОС советский аналог операционной системы RT-11 компании DEC.

Так как конкретно советское железо и ПО в эмуляторе недоступно и не поддерживается, лучшее, что я мог сделать использовать оригинальную западную систему, с которой всё это было скопировано: похоже, русские провели хорошую работу по сохранению перекрёстной совместимости. Поэтому ESP32 был сконфигурирован для эмуляции PDP11-23 с 256 КБ ОЗУ и приводом гибких дисков RX01, что давало мне 256 КБ дискового пространства под операционную систему и файлы игры. При помощи SIMH я на своём ноутбуке создал пустой диск и установил на него RT11. Затем я взял риск с русскими играми, на котором был Tetris, и скопировал двоичный файл. Этот образ диска будет прошит вместе с эмулятором на ESP32. Пока я решил не заморачиваться с терминалом, выбрав вывод консоли PDP11 на отладочный последовательный порт ESP32.

Это позволило мне запустить RT11 и получить доступ к командной строке. Однако запуск Tetris не принёс мне ничего полезного: игра ожидает советский терминал 15ИЭ, а мой современный эмулятор терминала даже не пытается его эмулировать.

К счастью, этот терминал эмулировали в рамках проекта Mame/MESS. Найдя нужные ROM, я смог запустить эмуляцию этой древности, и благодаря возне с конфигурацией и socat мне наконец удалось увидеть оригинальный Tetris, впервые запущенный на ESP32:


Очевидно, что такое решение не особо интересно; нам бы хотелось увидеть Tetris на дисплее, подключенном к ESP32. Используемый мной ESP-Wrover-Kit имеет цветной дисплей 320x240, может, стоит воспользоваться им? 15ИЭ, как и VT-50, с которого он был скопирован, может отображать 24 столбцов на 80 строк текста, то есть на отображение символа останется всего 4x10 пикселей Судя по ROM оригинального 15ИЭ, символы на нём занимали 8x8 пикселей, то есть нам понадобится вжать два горизонтальных пикселя в один К счастью, благодаря некоторым хитростям (в частности, LCD-пиксель, содержащий два горящих ужатых пикселя, я заставил быть ярче, чем LCD-пиксель только с одним ужатым пикселем) эффект оказался на самом деле довольно хорошо читаемым.

Терминал 15ИЭ с определёнными оговорками содержал в себе целый микропроцессор, построенный на дискретной логике. Хоть я и мог выполнить эмуляцию, чтобы приблизиться к реальности, я решил пойти простым путём и только смоделировать на C, как он интерпретирует управляющие символы последовательного потока данных. В конечном итоге получился далёкий от идеального симулятор 15ИЭ, но он достаточно хорош, чтобы отобразить игровое поле Tetris:


Очевидно, что простой демонстрации игрового поля недостаточно, но у платы ESP-Wrover-Kit недостаточно кнопок для управления падающими тетрамино. К счастью, у ESP32 есть Bluetooth и некто под ником Rossum написал эмулятор нескольких 8-битных консолей, способный использовать для ввода Bluetooth-геймпады и клавиатуры. Так как этот код выпущен под открытой лицензией, я смог взять его, избавиться от всего Arduino-подобного (к сожалению при этом потерялась поддержка Wiimote) и вставить его в мой код.

Теперь мне достаточно было найти Bluetooth-геймпад (в качестве которого я использовал один из джой-конов моего Switch) и играть в оригинальную версию Tetris на моей плате разработки ESP32:


Запуск BSD


Итак, теперь у меня есть первая версия Tetris, запущенная на симулируемом PDP-11. Однако это кажется пустой тратой ресурсов: для Tetris достаточно всего нескольких десятков килобайт ОЗУ, а у моего ESP32 есть и внутренняя ОЗУ, и 4 МиБ PSRAM. Почему бы немного не повысить ставки и не попробовать запустить ещё одну новаторскую программу, которая, вероятно, чуть больше подходит под возможности платы ESP32?

Ещё одна программа, впервые запущенная на PDP11, пришла из мира Unix. Хотя сам Unix не был рождён на PDP11 (строго говоря, он был рождён на позаимствованной PDP7, хоть и вскоре его портировали на PDP11), на этом компьютере появился дистрибутив Unix под названием BSD. Возможно, вы узнаете его как BSD Unix, который до сих пор существует в виде FreeBSD, NetBSD и OpenBSD. Кроме того, он стал фундаментом для более потребительских программ, например, Apple iOS и операционной системы линейки игровых консолей Playstation.

Ещё один аспект привлекательности BSD заключается в том, что её самая последняя версия (2.11BSD) содержит полный сетевой стек TCP/IP. Этот стек довольно известен: он частично использовался и в первых версиях Microsoft Windows. С тех пор IPv4 и TCP сильно не изменились, поэтому этот стек по-прежнему должен оставаться рабочим: у меня должно получиться взаимодействовать его с WiFi-интерфейсом ESP32, превратив его в истинно сетевой пример BSD, запущенной на PDP11.

Заставить BSD работать оказалось не так сложно. Сконфигурировать достаточно быструю машину, дать ей жёсткий диск на 1,5 ГиБ (физически расположенный на карте micro-SD, вставленной в разъём ESP-Wrover-Kit) и достаточно памяти вот и всё, что нужно для запуска BSD. Я выполнил установку ОС на жёсткий диск моего ноутбука, поскольку плёночный привод, необходимый для загрузки установочного носителя для BSD, был вырезан из версии SIMH для ESP32. Затем я переместил образ HD на карту micro-SD. Я смог снова использовать код терминала 15ИЭ, потому что он без проблем отображал и английские символы ASCII, и в результате смог увидеть загрузку BSD на своей плате разработки.

Однако я получил только несетевую версию BSD, потому что ранее вырезал из SIMH весь код сетевого интерфейса. (Даже если бы я его оставил его, ESP-IDF не поддерживает ни один предлагаемый способ связи, поэтому он всё равно был бы бесполезен.) К счастью, у ESP-IDF есть удобный и гибкий слой абстракции под названием ESP-NETIF, связывающий вместе сетевые интерфейсы и высокоуровневые вещи типа стеков TCP/IP. Я могу легко реализовать оболочку, получающую Ethernet-пакеты, приходящие от подсистемы WiFi, и перенаправляющую их в SIMH, и наоборот. SIMH уже содержит код для эмуляции Ethernet-карты, поддерживаемой 2.11BSD, поэтому всё должно замечательно работать.

Однако даже если PDP11 теперь способен передавать Ethernet-пакеты непосредственно драйверам WiFi для дальнейшей передачи, у меня всё равно нет хорошего решения для сетевого подключения. Во-первых, PDP11 не понимает таких связанных с WiFi аспектов, как SSID и тому подобное. Во-вторых, DHCP отсутствует в 2.11BSD, как и в его предшественнике BOOTP. Я даже задумался о портировании или реализации DHCP-клиента, однако в спецификациях DHCP есть одна странность требование прямого доступа к сетевым пакетом с обходом слоя TCP/IP. Насколько я знаю, ядро 2.11BSD не имеет поддержки ничего подобного. Хотя я и готов был к серьёзной работе, реализация нового интерфейса ядра на устаревшем десятки лет назад ядре это уже перебор.

Поэтому вместо этого я решил использовать непредусмотренным образом слой ESP-NETIF, чтобы система получила раздвоение личности. У ESP32 будет иметь полный стек TCP/IP с драйверами WiFi и DHCP-клиентом. У PDP11 также будет собственный полнофункциональный стек TCP/IP BSD. Оба стека будут иметь один IP-адрес, получаемый программным обеспечением ESP32 и передаваемый на PDP11. Однако небольшой кусок кода будет решать, какому стеку IP отправлять пакеты, полученные любым из интерфейсов. Это данные DHCP от интерфейса WiFi? Передай их на LwIP. Данные для telnet-сервера на интерфейсе WiFi? Это для PDP11. Код также может самостоятельно интерпретировать некоторые пакеты, приходящие от PDP11. Отправляя эти пакеты, PDP11 может выполнять поиск сетей WiFi, настраивать идентификационные данные WiFi и т.д. Так как PDP11 может передавать эти пакеты как стандартные широковещательные UDP-пакеты, нет необходимости в сложных интерфейсах конфигурирования на уровне ядра.


Эта конфигурация реализуется небольшой программой, запущенной на PDP11: её выполнение позволяет выполнять поиск доступных сетей и подключаться к одной из них. Далее программа автоматически получает данные сети от DHCP-клиента ESP32 LwIP и соответствующим образом конфигурирует сетевой интерфейс BSD. Программа называется wifid, как и говорилось выше, она использует широковещательные UDP-пакеты, подхватываемые написанной мной оболочкой ESP-NETIF. Код за пределами эмулятора подхватывает их и выполняет всю необходимую работу, при необходимости передавая обратно ответ широковещательными пакетами UDP.

Я не особо хотел писать подобный код на древнем компиляторе C, поставлявшемся с 2.11BSD, но, к счастью, это и необязательно: к моему большому удивлению, даже самый новый компилятор GCC замечательно поддерживает архитектуру PDP11. Скомпоновать его с двоичными файлами BSD было чуть сложнее, потребовался хак в виде добавления отсутствующей функции в библиотеки времени выполнения BSD. Кроме того, файлы заголовков, поставляемые 2.11BSD, используют формат, который сегодня справедливо признаётся неверным; поэтому вместо него я накидал ужасную, но работающую смесь заголовков RetroBSD, а также исправленных заголовков 2.11BSD. Конечный результат оказался некрасивым, но вполне рабочим: я могу скомпилировать двоичный файл на ноутбуке, при помощи FTP отправить его или в запущенный на ноутбуке SIMH, или в ESP32, а затем успешно запустить его там. Я считаю это свидетельством того, насколько любим был компьютер PDP11; несмотря на то, что это 50-летняя архитектура, коммерческая жизнь которой завершилась 30 лет назад, она по-прежнему имеет достаточно фанатов, которые отправляют патчи, официально включаемые в современный тулчейн GCC.

После завершения работы мне осталось только изменить один-два скрипта запуска сети для автоматического подключения PDP11 после перезапуска к последней использовавшейся сети. Теперь 2.11BSD имеет все возможности для подключения к любой сети WiFi.



Изготавливаем корпус


Тем временем мне наконец удалось получить документы, чтобы вернуться в Китай. После 14-дневного карантина мы вернулись домой и я получил доступ ко всему своему оборудованию. Настала пора избавиться от платы разработки и вставить эту сборку в красивый корпус!

Но для начала нужно понять, какой форм-фактор использовать. Сам PDP11 продавался во множестве форм-факторов, от огромных шкафов с гигантскими плёночными бобинами до машин PDP, больше всего похожих на PC. Отличаются от PC они тем, что не имеют стандартного интерфейса клавиатуры и монитора: для интерактивной работы необходимо подключать к машине некий внешний последовательный терминал.

DEC VT100 terminal

Поэтому я решил, что устройство, в основном существующее из-за своего внешнего вида и возможности интерактивности, стоит поместить в корпус, который пользователи видели чаще всего: в соответствующий возрасту машины последовательный терминал. Я выбрал DEC VT-100 (на самом деле, более популярный DEC VT-102), потому что он имеет очень красивый промышленный вид и легко узнаваем. Кроме того, это будет не первый случай установки всего PDP11 в этот терминал: линейка VT-100 проектировалась с учётом возможности расширения, и, например, VT-103 мог вмещать в себя небольшую систему PDP11. В случае разрабатываемого мной миниатюрного PDP11 терминал VT-100 обеспечит мне достаточно места для размещения логической платы и чего-нибудь ещё.

Перейдём к проектированию корпуса VT-102. Я взял несколько изображений из Интернета и использовал их для моделирования корпуса в OpenSCAD. Корпус не имеет никаких сложных изгибов, и это хорошо, потому что мне достаточно было для моделирования только фотографий сбоку и спереди. Так я получил модель VT-102 в более-менее реальных размерах, но для миниатюрной версии её, разумеется, нужно было уменьшить. Но насколько уменьшить? Ну, в основном это зависит от выбора дисплея, потому что в корпус должна помещаться передняя панель дисплея; все остальные детали находятся внутри корпуса, поэтому я могу перемещать их как угодно.

Я нашёл на Taobao очень милый 1,8-дюймовый LCD с разрешением 320x240, у которого оказался тот же контроллер, что и у платы разработки. (Также я нашёл 1,3-дюймовый дисплей с разрешением 240x240. Теоретически, благодаря субпиксельному сэмплированию я могу добиться половинного отображения текста, но в целом весь дисплей был слишком маленьким Металлическая штука сверху это разъём Micro-USB.) Поскольку основным ограничением был размер дисплея, теперь я мог уменьшить VT-102 под него. (Так как оригинальный VT-102 имел 12-дюймовый дисплей, моя модель становится копией примерно в масштабе 1/6,6. И это здорово, ведь таким же получился масштаб моей модели MacPlus.)

Так как теперь я знаю размер корпуса, то могу спроектировать электронную схему и спроектировать для неё печатную плату. Плата может располагаться сбоку корпуса, что позволит вывести разъёмы сзади от корпуса. Кроме того, это значит, что гибкую печатную плату LCD можно загнуть под углом 90 градусов и подключить к плате разъёмом. Компоненты печатной платы вполне обычные: мозги в виде модуля ESP32-Wrover, чип CH340 USB-to-serial для программирования флэш-памяти модуля без внешнего подключения программатора, литий-ионная зарядка и LDO 3,3 В. Также там есть разъём для карты micro-SD, которую можно использовать в качестве хранилища для жёсткого диска, а также гибкая печатная плата LCD.

Спустя какое-то время прибыли заказанные компоненты и изготовленная печатная плата. С пайкой разъёма гибкой печатной платы пришлось немного повозиться, но все другие компоненты установились довольно быстро.


Для фиксации LCD и печатной платы я спроектировал разъёмы, в которые должны вставляться углы платы и края LCD. Также я разрезал корпус на верхнюю и нижнюю половины, чтобы печатать их отдельно. У нижней и верхней половин есть соединительные кромки, обеспечивающие соединение без странных трещин. Я добавил два штифта для надёжного крепления половин. Мой принтер достаточно точен для печати приемлемой резьбы M3, поэтому я добавил её. Благодаря этому сборка выполняется очень легко: вставляем LCD, вставляем печатную плату, закрываем корпус, готово. Только если бы не выключатель питания и аккумулятор. Выключатель питания находится так далеко от всего остального (потому что там он выглядит лучше всего...), поэтому я закрепил его эпоксидкой. Что же касается аккумулятора, то я не знал, куда его вставить, поэтому подумал, что просто приклею его на двустороннюю ленту.


На печать корпуса потребовалось довольно много времени, в основном из-за того, что я не понимал, что фотополимер не сможет застывать в нужной форме, когда он слишком холодный. Кроме того, я выбрал цвет, который раньше не использовал, и не хотел, чтобы опоры портили красивую поверхность, поэтому получилось слишком много бракованных напечатанных моделей. Ниже показаны окончательные, сделанные в тёплом помещении и отпечатанные с достаточным временем выдержки.


Базовый цвет печати скорее всего немного не совпал, потому что на большинстве фотографий PDP11 он более желтоватый, но этот фотополимер был ближе всего и сложно найти краску, лучше передающие цвет и текстуру. Однако от фирменной чёрной рамки вокруг ЭЛТ-дисплея я отказаться не мог. Вопрос решился малярным скотчем, аккуратной подрезкой и баллоном чёрной краски.



Итак, всё собрано и закрыто. На самом деле, спереди есть небольшой логотип Digital VT102, для создания которого потребовалось немного чёрной краски, но надпись в результате получилась почти читаемой. Клавиатура перед устройством это крошечная Bluetooth-клавиатура размером с кредитную карту, она немного велика относительно масштаба VT-100, но работает замечательно.


И на этом проект завершён.

Результат



В конечном итоге у меня получилась довольно красивая, созданная на 3D-принтере модель, на которой работает надёжный эмулятор PDP11 с ОС, к которому даже можно получать доступ через Интернет. Если вы хотите создать подобное устройство, то исходный код, проект печатной платы и файлы модели корпуса находятся на Github.
Подробнее..

Перевод Как 3D-печать меняет мир

14.11.2020 20:09:26 | Автор: admin

image


Новая эпоха технической революции


С каждым годом 3D-печать становится всё более массовой. По данным исследовательской группы CONTEXT, в 2015 году был отгружен 500-тысячный 3D-принтер, а к 2017 году продано около миллиона устройств. 3D-печать уже внедряется в качестве производственной технологии. Например, в 2016 году компания General Electric стала продавать авиационные двигатели с топливными форсунками, напечатанными на 3D-принтере. Ракеты Атлас-5 с деталями, напечатанными той же технологией, запустили в космос. Бренды Under Armour и New Balance пустили в продажу небольшие партии спортивной обуви, частично напечатанной на 3D-принтере, а компания Organovo запустила коммерческую биопечать тканей почек человека.


Пока что, это только фундамент. За всю историю человечества было множество технологических революций, каждая из которых проходила через три фазы. Первой идёт концептуализация, когда формируются видения и идеи, которые определяют дальнейший путь. Затем реализация, в течение которой кажущиеся ранее невозможными замыслы начинают частично реализовываться. И третья фаза массовая коммерциализация, когда предприятия осваивают производство и применение новой технологии.


И на какой же фазе находится 3D-печать? Применение 3D-принтера для превращения цифрового файла в физический объект уже получило широкое распространение. Например, в таких областях как инженерия, право, экономика, бизнес, география и искусство. Уже ведутся споры о последствиях обмена цифровыми объектами через интернет, чтобы тут же распечатать их на принтере (допустим огнестрельное оружие). Очевидно, что мы ещё далеки от того дня, когда персональные 3D-принтеры положат конец капитализму, передав производство в руки большинства. Тем не менее, не остаётся сомнений в том, что революция в области 3D-печати добралась до второй фазы реализации.


К сему моменту изобретено достаточно методов изготовления твёрдых объектов путём печати их множеством тонких последовательных слоев. На самом деле, наиболее распространённые технологии 3D-печати существуют уже несколько десятилетий.


Хотя технология продолжает развиваться, предположу, что до последней революционной фазы массовой коммерциализации остаётся около десяти лет. Пионеры 3D-печати уже используют её для изготовления самых разных вещей. Тем не менее, этот рынок по-прежнему остаётся нишевым и ограничен в коммерческом применении. В частности, это компании где занимаются мелкосерийным, штучным производством или товаров, которые невозможно изготовить традиционными методами.


Несмотря на вышеупомянутое, мы должны помнить, что десять лет назад ни один промышленный сектор не сообщал о продаже продуктов, полностью или частично изготовленных с помощью 3D-принтера. Поэтому, происходящее сейчас впечатляет. По мере развития методов 3D-печати и появления новых, а также того, как старые процессы становятся быстрее и дешевле, стоит ожидать, что 3D-печать приблизиться к фазе массовой коммерциализации в конце 2020-х или начале 2030-х годов. Новаторы этой области планируют воспользоваться преимуществами технологии задолго до этого.


Технология 3D-печати


И как же устроена 3D-печать? В значительной степени, она является эволюцией 2D-печати, уже используемой повсеместно в офисах и домах.


Большинство из нас знакомы со струйными или лазерными принтерами, которые позволяют печатать документы или фотографии. Они создают их, управляя нанесением чернил или тонера на поверхность листа бумаги. Подобным образом и 3D-принтеры производят объекты, контролируя размещение и адгезию последовательных слоёв строительного материала в трёхмерном пространстве. По этой причине 3D-печать также известна, как аддитивное производство слоёв (ALM Additive Layer Manufacturing) или аддитивное производство (АП или AM Additive Manufacturing).


Чтобы напечатать объект на таком принтере, потребуется цифровая модель на компьютере. Её можно создать с помощью приложения для автоматизированного проектирования (САПР) или другого ПО под трёхмерное моделирование. Также, цифровая модель может быть захвачена путём сканирования реального объекта 3D-сканером и обработкой с помощью CAD или других программ.


Затем модель необходимо пропустить через ещё одну программу для нарезки, которая разделит цифровой объект на множество слоёв поперечного сечения обычно толщиной около 0,1 мм. Эти цифровые ленты отправляются на 3D-принтер, который изготавливает их одну поверх другой, пока не будет сформирован реальный предмет.


image
3D-модель в Cura популярной программе для нарезки с открытым исходным кодом


image
Та же модель, которую печатает настольный 3D-принтер Ultimaker


image
Готовая игрушка


То, как 3D-принтер вырисовывает объект по одному слою за раз, зависит от технологии, на которой он построен. Существует множество методов 3D-печати и их можно разделить на 4 категории.


  • К первой категории относятся принтеры, которые создают объекты путём экструзии расплавленного полужидкого материала из сопла печатающей головки. Чаще всего это термопластик, который быстро затвердевает, покинув печатающую головку. Другие 3D-принтеры, основанные на экструзии, производят объекты, выводя расплавленный металл или шоколадную глазурь (для печати кулинарных творений). Есть также принтеры, которые используют бетон, керамическую пасту или глину.


  • Вторая категория 3D-принтеров создаёт слои объектов путём выборочного затвердевания жидкой смолы, известной как фотополимер, застывающий при воздействии лазера или другого источника света. Некоторые из таких машин создают слои объектов внутри резервуара с жидкостью. А другие выпускают слой смолы из печатающей головки, и используют ультрафиолет, чтобы закрепить его перед нанесением следующего слоя. Есть приборы, которые смешивают несколько разных фотополимеров в одном задании на печать, что позволяет им выводить цветные объекты, сделанные из нескольких материалов. В частности, один из таких принтеров J750 от Stratasys предлагает палитру из 360 тысяч оттенков и может изготавливать объекты из смеси различных материалов.


  • Третья и самая распространённая категория оборудования создаёт слои, выборочно склеивая гранулы очень тонкого порошка. Такое связывание гранулированных материалов достигается путём нанесения клея на слои порошка или плавлением гранул лазером или другим источником тепла. Существует множество видов порошковой адгезии на основе различных материалов. К ним относятся нейлон, воск, бронза, нержавеющая сталь, кобальт-хром и титан.


  • Последняя категория 3D-принтеров построена на ламинировании. Последовательные слои вырезанной бумаги, металла или пластика склеиваются, образуя твёрдый объект. Если в качестве строительного материала используются листы бумаги они разрезаются лезвием или лазером, затем склеиваются. На них можно распылять краску в процессе печати для создания недорогих полноцветных трёхмерных объектов.



Рынок и применение


3D-печать используется для создания прототипов, изготовления пресс-форм, прямого цифрового и индивидуального производств. Поставщики оборудования, программного обеспечения и материалов для 3D-печати уже обслуживают потребности различных секторов рынка. И сейчас мы рассмотрим эти области применения, чтобы понять, за счёт чего развивается технология трёхмерной печати.


Быстрое прототипирование


Чаще всего 3D-принтеры применяются для быстрого прототипирования (RP Rapid Prototyping). К этому относятся концепты и функциональные прототипы. Концепты представляют собой простые, нефункциональные черновики дизайна продукта (например, бутылка без съёмной крышки) и предназначены для того, чтобы художники могли воссоздать свои идеи в физическом формате. Функциональные прототипы напротив более сложны и позволяют оценить форму, соответствие и функции каждой части продукта перед тем, как пустить его в производство.


Функциональные прототипы и концепты создавались ещё до появления 3D-принтеров с использованием трудоёмких методов и инструментов. Поэтому на их производство нередко уходят много дней, недель или даже месяцев, а стоимость составляет тысячи или десятки тысяч долларов. 3D-принтеры могут создавать концепты и функциональные прототипы за несколько дней или даже часов, и за небольшую часть от стоимости традиционными способами изготовления. К примерам из этой отрасли можно отнести концепты автомобилей для Формулы-1.


Помимо экономии времени и денег, печать прототипов позволяет выводить на рынок улучшенные продукты, поскольку дизайн обычно проходит через множество итераций. Например, производитель термосов Thermos использует 3D-принтеры компании Stratasys для изготовления прототипов за часы, а не дни, и за пятую часть стоимости производства от внешнего поставщика. Поскольку дизайнеры теперь могут создавать столько прототипов, сколько потребуется, компания смогла доработать до совершенства такие характеристики продукта, как крепление крышки и удобство разливки.


Технология 3D-печати в цвете из различных материалов и металлов продолжает развиваться, поэтому ассортимент и качество продуктов, включая их компоненты, которые можно быстро прототипировать, продолжают увеличиваться. Так компания Nano Dimension продемонстрировала настольный 3D-принтер DragonFly 2020, который может изготавливать функциональные прототипы печатных плат. Это оборудование использует струйную технологию для вывода высокопроводящих наночернил и может производить многослойные платы, включая все соединения между слоями. В то время, когда многие компании ждут дни или недели, чтобы получить прототип платы от внешнего поставщика, аппарат напечатает её за считанные часы.


image


Пресс-формы и другие инструменты производства


Помимо прототипов, 3D-принтеры используются для изготовления пресс-форм и других приспособлений для производственного оборудования. Пресс-форма нужна для того, чтобы отливать в ней металлы или пластмассы. Как и прототипы, пресс-формы традиционно изготавливались вручную. Поэтому применение 3D-принтеров поможет сэкономить время и деньги крупным производителям. Например, используя принтеры Fortus компании Stratasys, автомобильный гигант Volvo Trucks из Лиона во Франции сократил время, необходимое для изготовления некоторых комплектующих двигателей с 36 дней до 2.


В августе 2016 года американская Oak Ridge National Laboratory напечатала на 3D-принтере инструмент для торцовки и сверления 5,34 x 1,34 x 0,46 м для компании Boeing. Он применяется при строительстве пассажирских самолётов, и был напечатан из армированного углеродным волокном пластика примерно за 30 часов. Раньше изготовление такой детали заняло бы три месяца. Как объяснил Лео Кристодулу из Boeing: Инструменты аддитивного производства, такие как инструмент для триммирования крыла: сэкономят энергию, время, рабочую силу и производственные затраты. Также они являются частью нашей стратегии по применению технологии 3D-печати в производственных областях.


Ещё одно многообещающее применение производство пресс-форм, используемых для литья металлов. 3D-принтеры способны изготавливать требуемые формы, а также любые дополнительные стержни, необходимые для размещения внутри них. Процесс осуществляется путём нанесения тонких слоёв формовочного песка, которые скрепляются связующим веществом. Полученные в результате 3D-распечатка формы отправляется в литейный цех, где в неё заливают расплавленный металл для получения готового изделия.


ExOne одна из компаний, специализирующихся на производстве 3D-принтеров для аддитивного производства при помощи литейного песка. Как утверждает компания, с помощью 3D-печати форм и стержней из литейного песка производители могут не только сэкономить время и снизить затраты, но также повысить точность и отливать более сложные детали. Это связано с тем, что формам и стержням, напечатанным на 3D-принтере, не требуется постобработка, которая могла нанести им повреждения.


image
Сердечник, отлитый форме, которая изготовлена на 3D-принтере ExOne


3D-принтеры также можно использовать для изготовления пресс-форм, которые нужны для литья пластмассовых деталей под давлением. Такие формы обычно стоят десятки тысяч долларов и традиционно изготавливаются из алюминия. Технически, 3D-принтер уже может изготавливать алюминиевые формы для литья под давлением с помощью металлического порошка. Однако, в настоящее время принтеры изготавливают такие формы из смолы при помощи фотополимеризации. Формы из пластмассы не такие износостойкие, как их алюминиевые аналоги. Однако, они дешевле, быстрее производятся и их можно использовать для изготовления до 200 пластиковых деталей, прежде чем потребуется замена.


Компания Bi-Link, базирующаяся в Блумингдейле штата Иллинойс, занимается 3D-печатью малотиражных пресс-форм для литья под давлением. Она изготавливает детали для производителей электроники и медицинского оборудования по всему миру. Принтер ProJet 3500 HD Max от 3D Systems создаёт форму за часы, вместо недель. Как отметил директор по исследованиям и разработкам Франк Зиберна: Клиенты в восторге от этой услуги. Раньше приходилось ждать две-три недели, чтобы получить только инструменты, не говоря уже о тестовых деталях. С помощью ProJet 3500 HD Max можно изготавливать для одного заказчика четыре различных конструкции в течение шести дней, отправив ему 10-12 деталей для каждой итерации за ночь.


Некоторые компании занимаются созданием машин, способных печатать объекты из воска (или его заменителей), чтобы создавать формы для литья по выплавляемым моделям. Восковой объект печатают на 3D-принтере, затем вокруг него формируют форму из такого материала, как гипс. После форма нагревается, в результате чего воск выгорает и стекает. Затем в форму заливают расплавленный металл или другой жидкий материал для создания готового изделия. Применение 3D-принтеров для создания восковых моделей довольно распространено в производстве ювелирных изделий и других отраслях, специализирующихся на сложных и дорогостоящих предметах. Как и пресс-формы для литья под давлением, восковые образцы являются расходным материалом, поскольку процесс создания готового изделия приводит к их разрушению.


Прямое цифровое производство


На нескольких нишевых рынках, 3D-принтеры уже используются для производства готовых промышленных компонентов и даже потребительских товаров. Такая разработка именуется как прямое цифровое производство (DDM Direct Digital Manufacturing) и приобретает всё большую популярность, например, в авиации. Airbus и Boeing устанавливают десятки тысяч компонентов своих самолётов, напечатанных на 3D-принтере.


К другим отраслям DDM относятся автомобилестроение, медицина, производство ювелирных изделий и обуви. Одним из ведущих пионеров считается Nike. По словам главного операционного директора Эрика Спранка, компания сделала ряд открытий в области дизайна и производства с помощью 3D-печати, которые позволят создавать совершенно новую индивидуальную систему амортизации обуви. С этой целью Nike строит Центр Создания Передовых Продуктов (Advanced Product Creation Center) площадью около 11-ти тысяч квадратных метров для размещения 3D-печати и других технологий проектирования и производства.


image


Вполне возможно, что в будущем с помощью 3D-принтера будет изготавливаться всё что угодно, включая даже человеческие органы. Наиболее заметно это в стоматологии: восковые модели, ортодонтические аппликации, примерки, хирургические шаблоны и модели виниров теперь печатаются на 3D-принтере.


Помимо создания неорганических протезов, существуют биопринтеры, которые наращивают человеческую ткань, накладывая слой за слоем живые клетки. Такая технология может совершить революцию в области медицины, к примеру, убрав очереди в доноростве органов. Компания Organovo пионер биопечати уже продаёт распечатанные ткани печени и почек для использования при тестировании на наркотики.


В дополнение к биопечати тканей вне тела, биопечать на нём или внутри раны уже находится в стадии разработки. Она включает в себя печать слоёв культивированных клеток непосредственно на рану или даже внутри с использованием методов хирургии замочной скважины. Когда такая технология станет достаточно продвинутой, пациенту просто потребуется ввести инструмент в рану, который удалит повреждённые клетки и заменит их новыми. Эти инструменты смогут даже залечить рану, образовавшуюся при их введении.


Индивидуальное производство


Параллельно с ростом промышленной 3D-печати наблюдается рост индивидуального производства. Это все ситуации, когда предприниматель печатает на 3D-принтере собственные вещи, минуя запуск производства на удалённой фабрике. На рынке уже есть несколько сотен профессиональных 3D-принтеров по цене от 230 долларов.


В дополнение к растущему количеству персональных машин, растёт количество бесплатных и платных трёхмерных моделей, которые можно загрузить для распечатки. На ресурсе Thingiverse размещено более миллиона бесплатных моделей некоторые из них можно адаптировать под требования пользователя. Вполне возможно, что предоставление такого контента станет фундаментом для массового персонального производства, поскольку устранит необходимость в творческих и инженерных навыках.


В настоящее время персональные и профессиональные 3D-принтеры ограничены в возможностях применением термопластика или композитов, а также фотополимерных смол. Поэтому ассортимент и качество изделий, которые можно изготовить на таком оборудовании, остаются низкими. При этом, всё большее количество облачных сервисов 3D-печати, таких как Shapeways и i.materialise, позволяют любому загружать 3D-объект, который будет распечатан на промышленном оборудовании. Скорее всего, именно доступ к такой услуге а не продажа персональных 3D-принтеров станет движущей силой для революции индивидуального производства в течение следующих пяти-десяти лет.


Если большинство людей начнёт изготавливать требуемые им продукты самостоятельно это окажет серьёзное влияние на многие отрасли. Компании, торгующие запчастями, уже опасаются угрозы массового изготовления личных вещей. Того же боятся представители транспортного секторов и логистики, потому что это изменит спрос на их услуги.


В 2014 году IBM Institute for Business Value опубликовал отчёт, в котором выделены четыре варианта будущего для индивидуального производства. И сейчас мы кратко с ним ознакомимся.


  • Двумя неизвестными является скорость, с которой будет развиваться технология 3D-печати, и готовность потребителей принять индивидуальное производство. Если технологии будут совершенствоваться медленно, а потребители не станут применять 3D-печать в домашних условиях, тогда мы увидим тихую революцию с постепенными изменениями.


  • Есть и альтернатива: технологии развиваются медленно, но потребители желают стать производителями, тогда нам ждёт производственная революция, когда всё больше необходимых вещей будет изготавливаться мелкими предпринимателями.


  • Ещё один вариант: технология 3D-печати совершит рывок, но потребители оставят её без внимания, тогда такая печать станет основной технологией в промышленном производстве, и не окажет большого влияния на потребительский рынок.


  • И последний ход событий: 3D-печать быстро развивается, а потребители её активно используют, тогда мы станем свидетелями переосмысления потребления. Это означает появление крупных и мелких торговцев, предлагающих продукты, напечатанные на 3D-принтере по вашему запросу. Также появится множество людей, печатающих в своих домах, гаражах, на кухнях или в офисах и ангарах.



Я же предполагаю, что вовлечение потребителей в 3D-печать будет расти вместе с совершенствованием технологии, но медленными темпами. Это означает, что в течение следующих нескольких десятилетий мы постепенно перейдём от тихой революции к производственной революции, а затем и к переосмыслению потребления.


Развитие индустрии 3D-печати


Существуют различные сегменты рынка 3D-печати, и находятся они на разных стадиях развития. Самые первые 3D-принтеры стали изготавливать прототипы в конце 1980-х годов, а использование печати для создания пресс-форм началось только через несколько лет после этого. Задолго до начала 2000-х появились первые готовые продукты и произведения искусства, распечатанные с помощью этой технологии. Наконец, изготовление на заказ стало возможным только в 2007 году с появлением первых 3D-принтеров с открытым исходным кодом, которые частные лица могли себе позволить.


Я считаю, что половина всех прототипов станет изготавливаться на 3D-принтере уже к 2025 году. Однако, трёхмерная печать не единственная технология быстрого прототипирования. Есть случаи, когда традиционные методы лучше подходят для производства прототипов. Невозможно представить, чтобы изобретатели перестали лепить вещи из глины, дерева, бумаги, металла, и всего остального, что есть в доступе на их кухнях, студиях, лабораториях, мастерских и сараях.


Что касается 3D-печати пресс-форм и инструментов производства этот рынок в настоящее время отстаёт от быстрого прототипирования, но очень скоро станет основой аддитивного производства. Предполагаю, что для его насыщения потребуется минимум десятилетие. Поговорив с производителями промышленных 3D-принтеров я в этом убедился. В большинстве отраслей, 3D-печать пресс-форм и других инструментов представляет крупнейшую рыночную возможность.


В прямом цифровом производстве такое только начинает происходить, хотя в настоящее время, это очень нишевый вид деятельности. Однако, в ближайшие десять лет или около того многие отрасли, в первую очередь авиакосмическая промышленность, автомобильный сектор, здравоохранение, мода, обувь и дизайнерские товары, будут использовать 3D-печать в качестве одной из своих основных производственных технологий. Это позволит создавать совершенно новые виды продукции и привлечёт внимание СМИ. И даже в этом случае, через 10 или 20 лет подавляющее большинство объектов в нашей жизни по-прежнему будет производиться традиционными методами.


Точно так же, в течение многих десятилетий изготовление личных вещей будет составлять нишевый сегмент рынка как в индустрии 3D-печати, так и в общемировом производстве. В настоящее время, не более 10% доходов индустрии 3D-печати формируется за счёт продажи персональных принтеров. Многие такие машины продаются компаниям, а не частным лицам. Но это не означает, что продажа персонального оборудования для домашнего использования не представляет рыночных возможностей.


Можно утверждать, что домашнее производство не станет движущей силой революции 3D-печати и многие участники отрасли, с этим согласны. Тем не менее, буду ждать с нетерпением 3D-принтеров за 99 долларов, которые смогут изготавливать небольшие пластиковые предметы, на основе модели, отправленной с планшета или смартфона.


Изготовление новых продуктов новыми способами


Как и предшествовавшая интернет-революция, 3D-печать позволяет компаниям и частным лицам достигать ранее невозможного. И причина не только в создании прототипов и старых вещей новыми способами. Она делает это в соответствии с новыми бизнес-моделями. Давайте обозначим эти ключевые преимущества.


Разовое и мелкосерийное производство


При использовании традиционных методов, разовое и мелкосерийное производство стоит дорого, а зачастую и непомерно. Когда вещи печатаются на принтере, практически нет разницы в стоимости на единицу то есть не важно требуются 1, 100 или 1000 копий, поскольку нет затрат на инструменты и рабочих. Поэтому во многих ситуациях, когда требуется несколько сотен или меньше компонентов, 3D-печать станет наиболее экономичным способом. Именно по этой причине, 3D-печать так широко применяется в быстром прототипировании и находит всё большее применения при производстве пресс-форм и других инструментов.


Джей Лено, который увлекается коллекционированием автомобилей, уже пользуется 3D-печатью для разового производства. В качестве примера: когда на редком концептуальном автомобиле EcoJet потребовалось заменить некоторые сломанные вентиляционные отверстия, он обратился в 3D Systems. Компания отсканировала сломанные детали, отремонтировала их в цифровом виде с помощью программы CAD и отправила полученные данные поставщику услуг Quickparts. Там новые вентиляционные отверстия напечатали на 3D-принтере из лёгкого нейлонового материала с наполнителем из волокон под названием DuraForm HST. В результате были получены надёжные запасные части, у которых соотношение прочности и веса стало лучше, чем у оригинала.


3D-печать используют при изготовлении реквизита для телешоу, кино и театральных постановок. С помощью этой технологии SpaceX печатает камеры двигателя космического корабля Crew Dragon, а NASA напечатала около 70 деталей для марсохода.


Кастомизация и персонализация


Помимо упрощения мелкосерийного производства идентичных вещей, трёхмерная печать позволяет настраивать продукцию в соответствии со вкусами покупателя и его физическими потребностями. Например, компания Robot Bike Co. использует технологию, чтобы изготавливать раму горного велосипеда R160 под заказ. Она создаётся из углеродного волокна, проходящего между титановыми выступами, которые печатаются на 3D-принтерах Renishaw. На сайте Robotbike.co покупатель вводит свой рост, размер ног и размах рук, что позволяет получить раму индивидуально под себя.


Велосипед R160 отличный пример реального продукта, который сочетает в себе детали, напечатанные на 3D-принтере, с другими стандартными компонентами. Это позволяет предложить продукт в соответствии с индивидуальными запросами экономичным способом. Я уверен, что, со временем, многие компании осознают потенциал изделий на заказ путём 3D-печати определённых деталей.


Оптимизация дизайна и сборки


Ещё одно ключевое преимущество 3D-печати состоит в том, что она снимает ограничения традиционных методов производства. Хотя дизайнер может придумать любой дизайн продукта, но если его компоненты нельзя отлить в форму, обработать и собрать продукт никогда не появится на рынке. А в дивном новом мире 3D-печати можно создавать вещи, которые ранее было невозможно изготовить. Например, такой принтер может изготовить цепочку или ожерелье, состоящее из звеньев, которые не имеют разрывов и, следовательно, никогда не разойдутся.


Команда TransFIORmers, участвующая в соревнованиях по мотогонкам, использовала 3D-принтер Renishaw для печати из металла, чтобы изготовить новую подвеску оптимизированной конструкции. Первоначальный вариант вручную изготавливался из стали, и при этом для сборки требовалось двенадцать деталей, которые необходимо сваривать вместе. Но с помощью 3D-печати, команда смогла объединить конструкцию в единый титановый компонент, который не требовал сборки, что привело к снижению веса на 40% критически важной характеристики для гонок.


Используя пластмассовые или полимерные материалы, некоторые принтеры могут создавать рабочие, предварительно собранные, составные механизмы, такие как коробка передач. Традиционно, производство многокомпонентных изделий включает этап окончательной сборки. Но когда вещи напечатаны на 3D-принтере в этом нет необходимости.


Свободный доступ к рынку


Помимо улучшения характеристик продуктов, трёхмерная печать позволит гораздо большему количеству людей стать производителями. Это связано с тем, что стоимость прототипов и производственных инструментов больше не будет чрезмерно высокой, поэтому 3D-печать делает малотиражное производство всё более жизнеспособным. Но что важнее, доступность сервисов услуг 3D-печати позволит практически любому талантливому художнику или дизайнеру найти рынок для своих творений.


Сегодня, частному лицу или даже небольшой компании, очень сложно вывести продукт на рынок, не говоря уже о глобальном масштабе. Одно из немногих исключений это книгоиздание, где автор может создавать и распространять продукт, который печатается по запросу. Например, жители Великобритании могут заказать печатную книгу через Amazon и в течение восьми часов им доставят книгу, напечатанную на складе корпорации. Это нововведение позволяет авторам продавать книги без предварительной печати и распространения.


Аналогичным образом, 3D-печать позволяет отдельным дизайнерам выпускать продукты на рынок без вложений в оборудование и предварительно изготовленные копии. Например, более 8 тысяч дизайнеров уже открыли интернет-магазины на площадке поставщика услуг 3D-печати компании Shapeways. В качестве примера, рассмотрим магазин известного создателя ботов Кидмехано (Kidmechano). Его творением являются Modibot, которые представляют собой постоянно расширяющуюся линейку фигурок, напечатанных на 3D-принтере, с шарнирной конструкцией. Можно сравнить Modibot с Lego или Трансформерами.


image


Кидмехано использует платформу Shapeways для продажи более 400 различных фигурок и аксессуаров ModiBot, включая доспехи и оружие. Цены начинаются от нескольких долларов, и когда заказ сделан, Shapeways печатает всё, что требуется, отправляя готовый продукт покупателю, а Кидмехано его долю выручки.


Цифровое хранение и транспортировка


Помимо обеспечения возможности мелкосерийного производства, экономичности и демократизации доступа к рынку, 3D-печать упростит хранение цифровых объектов и их транспортировку. Это означает, что в будущем станет два варианта отправки посылки. Первый заключается в отправке физического товара курьером или по почте, а второй передачей цифрового файла через интернет для 3D-распечатки на месте получателем.


Многие регулярно публикуют тексты, фотографии и видео в интернете, а благодаря 3D-печати цифровые объекты скоро будут добавлены в социальные сети. Таким образом, делая возможным цифровое хранение и транспортировку, 3D-печать сделает с вещами то, что компьютеры и интернет уже сделали для хранения и передачи информации.


В некоторых отраслях хранилище цифровых объектов уже начинает приносить пользу. Например, большинству стоматологов традиционно приходилось хранить огромное количество гипсовых слепков, снятых с ротовой полости пациентов. Хотя они использовалось только один раз, не было возможности предсказать: потребуются ли они в будущем, что привело к архивам с коробками и шкафами, заваленным гипсовыми моделями. Но теперь стоматологи переходят на цифровые технологии: 3D-сканеры и 3D-принтеры заменяют альгинатные формы и гипсовое литье. Это позволяет сохранять оттиски ротовой полости пациента в цифровом виде, для будущей 3D-распечатки в случае необходимости.


image


Экономия материалов и последствия для экологии


Помимо вышеупомянутых возможностей, 3D-печать экономит материалы производителям, что особенно важно для устойчивого развития. Сегодня, фабрики начинают производство с блока металла или другого сырья, а затем режут его: обрабатывают токарным станком, напильником, сверлом или иным образом, чтобы сформировать окончательный продукт. Напротив, 3D-печать это аддитивная деятельность, которая берёт такое количество материала, из которого состоит готовое изделие. Поэтому, мы получаем значительную экономию сырья, если изготавливать вещи при помощи этой технологии.


Кроме того, продукты 3D-печати могут иметь внутреннюю структуру, оптимизированную под расход минимального количества материалов. К примеру, пластиковые или металлические детали, напечатанные на принтерах, могут изготавливаться с внутренними полостями или открытой решёткой чего почти невозможно добиться с использованием большинства традиционных технологий. Опять же, это приводит к экономии материалов, а также к созданию более лёгких деталей, которые, например, уменьшат потребление топлива самолётов и других транспортных средств.


3D-печать может оказаться краеугольным камнем будущего перехода к местному цифровому производству (LDM Local Digital Manufacturing). Сегодня большая часть производства осуществляется на заводах, удалённых от своих клиентов. Как следствие, на хранение и транспортировку уходят огромные количества нефти и других ресурсов. Учитывая сокращение запасов природных ресурсов и меры по борьбе с изменением климата в течение одного-двух десятилетий, такие способы перевозки и хранение могут оказаться невыполнимыми или культурно неприемлемыми. Таким образом, защита экологии может оказаться силой, стимулирующей массовое внедрение 3D-печати, чтобы способствовать изготовлению товаров на местных производствах.


Трудности можно преодолеть!


Как и любая новая технология, 3D-печать может иметь как негативные, так и позитивные последствия. К примеру, есть опасения, что дальнейшее её развитие сократит рабочие места. И это вполне вероятно для некоторых профессий. В особенности для тех, кто производит прототипы, пресс-формы и инструменты традиционными методами.


Вполне возможно, что занятость в странах, которые готовят продукцию на экспорт, станет сокращаться по мере освоения технологией местными производствами. В своём обращении О положении страны 2013 года президент Обама отметил 3D-печать, как технологию, способную произвести революцию во всём, что мы делаем, и таким образом вернуть рабочие места из Азии обратно в США. Другими словами, глобальные экономические последствия развития 3D-печати были признаны на правительственном уровне одной из крупнейших экономик мира.


Очевидно, что трёхмерная печать поможет создать и новые рабочие места. Пройдет ещё много времени, прежде чем мы сможем печатать готовые продукты на 3D-принтере без помощи квалифицированного специалиста. По мере распространения технологии появятся новые вакансии, и такая занятость будет равномерно распределяться по региону что не характерно для промышленных революций прошлого.


Некоторые отрасли также могут выиграть от распространения 3D-печати. Не в последнюю очередь, логистический сектор уже осознаёт эти возможности. Например, в июле 2014 года, в публикации Почтовой Службы США отмечалось, что оператор услуг может получить огромную выгоду от распространения 3D-печати по причине ожидаемого увеличения доставок мелких посылок. В частности, прогнозировалось, что технология может привести к увеличению доходов местной службы доставки посылок на 486 миллионов долларов в год. Прогноз основывался на предположении, что большинство товаров, напечатанных на 3D-принтере, будут производиться в местных бюро обслуживания, откуда их нужно будет доставлять к домам людей.


Помимо воздействия на занятость, есть ещё две проблемы: нарушение прав интеллектуальной собственности и использование 3D-печати в преступных целях. Уже сейчас можно использовать бытовое оборудование для сканирования объекта, например модели Микки Мауса, а затем печати его пластиковой копии. Подобно тому влиянию, которое музыка в формате mp3 и интернет оказали на музыкальную индустрию, 3D-печать может повлиять на права интеллектуальной собственности.


Что ещё тревожнее, уже возможно напечатать огнестрельное оружие на 3D-принтере. В настоящее время, персональный 3D-принтер за 230 долларов способен изготовить только одноразовый пластиковый пистолет. Но когда появится доступная возможность печати из металла, у нас возникнут серьёзные проблемы.


image


Последнее минное поле, связанное с 3D-печатью и изготовлением личных вещей, это здоровье и безопасность. Сегодня почти все продукты, которые мы покупаем, соответствуют определённым стандартам и проходят испытания. При этом производители несут ответственность за любые несчастные случаи и травмы, которые могут возникнуть в результате выхода их из строя или неисправности. Но кто будет нести ответственность, если, например, ребёнок загрузит бесплатную игрушку с сайта, распечатает её и отдаст младшему а тот проглотит отломанный от неё кусок и задохнётся? Будет ли вина лежать на человеке, разработавшем объект; сайте, через который он был опубликован, производителе 3D-принтера, поставщика расходных материалов или на родителе, который это допустил? Сейчас нет ответа на этот вопрос. И довольно скоро, мы не сможем это игнорировать.


В мире первопроходцев


Революция 3D-печати, как и любая другая технологическая революция продукт действий, энергии и видения тех людей, которые достаточно храбры, чтобы её осуществить. За последние несколько лет мне посчастливилось взять интервью у многих пионеров 3D-печати. И поскольку моя цель захватить ваше воображение, а не сосредотачиваться на деталях и технических подробностях, поэтому я задал им фундаментальный вопрос: Почему вы выбрали именно эту технологию?.


Одним из первых, с кем я общался, стал Ансси Мустонен руководитель финской компании по 3D-печати и дизайну AMD-TEC. По мнению Ансси, 3D-печать позволяет предоставить клиентам качественный уровень обслуживания:


Мы живем в беспокойном мире, но благодаря этой технологии можно предоставить клиентам качественные услуги. Что касается прототипов: у меня нет времени программировать и отправлять заказы внешним поставщикам для получения деталей. 3D-печать не единственный способ изготовления, но она быстрее при создании сложных форм и конфигураций, чем традиционные методы.

Константин Иванов, соучредитель и генеральный директор 3DPrintus.ru, рассказал мне, как технология позволяет предлагать новые виды продуктов и услуг:


3D-печать предоставляет решения, которые находятся на пересечении производства и цифровых технологий интернета. Наши клиенты открыли для себя лёгкий способ создания и производства практически всего. Я уверен, что главное преимущество для них это возможность использовать простой интерфейс, чтобы получить свой продукт.

Гэри Миллер, управляющий директор сервиса услуг печати 3D Print Bureau в Великобритании, рассказал похожую историю, хотя и с осторожностью в прогнозах:


Мы используем 3D-печать, потому что это быстрее: сокращается время выполнения заказа и доступна практически любая геометрия! Я начинал с принтера Objet более десяти лет назад, тогда был всего один материал. Прошли годы, и теперь есть около 2 тысяч материалов для печати. Только представьте, где мы будем через десять лет! Правда, сколько бы сырья у вас ни было, нужно передать его в надёжные руки. Нужен опыт в своей отрасли, чтобы понять, где эта техногия подходит, а где только увеличит стоимость. Раньше, скептически относился к тому, что 3D-печать перейдет в производство, но, в первой половине 2016 года, мы наблюдали прогресс и увеличение заказов. Приятно наблюдать, как развивается 3D-печать и появляются новые материалы.

Один из самых интересных разговоров состоялся с Джоном Коббом, исполнительным вице-президентом по корпоративным вопросам гиганта 3D-печати Stratasys в США. Вскоре после начала разговора, Джон сосредоточился на потенциале технологии для изменения дизайна и распространения продукции:


В 3D-печати много внимания уделяется её адаптации к традиционным производственным процессам. Меняются основы дизайна, что позволяет изменить способ производства продуктов, а затем методы распространения. Представьте, что возникла проблема с водопроводом. Вы фотографируете это на смартфон и отправляете в Home Depot (американская торговая сеть по продаже инструментов для ремонта и стройматериалов). И уже через час или два собираете трубопровод заменив нестандартную деталь. Возможно, на это уйдёт ешё лет пять, но мы уже движемся в этом направлении.

Миранда Бастийнс, директор бельгийской службы 3D-печати i.materialise, сосредоточила внимание на новых рыночных возможностях с другой точки зрения:


Трёхмерная печать помогает создать мир, в котором продукты соответствуют нашим ожиданиям или индивидуальному стилю, и где у каждого есть возможность владеть чем-то уникальным. Вещи не только лучше удовлетворяют потребности и интересы потребителей, но и появляется возможность продавать собственные товары другим. Например, ювелирный дизайнер может предложить новое кольцо мировой аудитории и проверить спрос на дизайн. Если заказов нет это больше не проблема (печать только по запросу) а если есть, то кольца будут распечатаны, доставлены заказчику, а творец получит свою долю выручки.

Люси Бирд, основатель компании Feetz, также признает потенциал 3D-печати для создания продуктов с лучшей посадкой. Feetz это цифровой сапожник, который использует 3D-принтеры для изготовления обуви по индивидуальному заказу. Как сказала мне Люси:


Эта технология меняет способы производства и потребления вещей. Мы можем изготавливать персонализированные продукты расходуя меньше ресурсов, а переработать их будет гораздо проще.

image


Марк Сондерс директор Центра Глобальных Решений (Global Solutions Centres) компании Renishaw, производящей 3D-принтеры. Он также сосредоточился на возможностях, которые технология предлагает производителям:


Всё больше компаний стремятся использовать потенциал 3D-печати для улучшения характеристик продукции, делая её более эффективной и лучше адаптированной к применению. Уникальная возможность создавать сложные геометрические формы из высококачественных материалов открывает огромный потенциал для инноваций как в дизайне продуктов, так и в бизнес-моделях. Мы ожидаем, что аддитивное производство будет играть ключевую роль в дальнейшем развитии процессов и улучшении продуктов.

Наконец, Сильвен Премонт основатель магазинов 3D-принтеров iMakr и сайта My Mini Factory, посвящённого 3D-контенту, отметил, как технология раскрепощает воображение:


Доступность трёхмерной печати даст волю творчеству: мы сможем изобретать, проектировать и изготавливать практически всё в кратчайшие сроки и по невысокой цене. Также появится возможность загружать контент, готовый к печати и легко адаптируемый к собственным потребностям. Следующее поколение будет спрашивать своих родителей: а как вы раньше обходились без 3D-принтера?

Новый рубеж


Как видно из интервью, 3D-печать продолжает вызывать интерес среди её пионеров. И многие крупные производители, применяющие традиционные технологии, уже меняют направление в сторону этой технологии.


Никто не может предсказать будущее 3D-печати. Тем не менее, есть веские основания полагать, что технология окажет радикальное воздействие на многие производственные сектора. В настоящее время большинство 3D-принтеров всё ещё печатают прототипы. Но менее чем через десять лет это изменится. Вполне возможно, что в будущем, десятки миллионов людей станут летать на самолётах с печатными компонентами, стоматологические кабинеты станут оснащать оборудованием, напечатанном на 3D-принтере, и мы будем носить обувь с печатными деталями.




image


Это только первая глава из книги Кристофера Барнатта 3D Printing. Вот, о чём автор поведает в продолжении:


В оставшихся главах книги я намерен исследовать мир 3D-печати, основываясь на конкретных примерах, информацию о поставщиках, исследованиях, отчетах компаний, интервью и других источниках. Также выскажу собственные взгляды и мнение. Но главное предоставлю читателю достаточно информации, чтобы решить, является ли 3D-печать следующей промышленной революцией.


Книгу можно приобрести как в цифровом, так и печатном варианте через сайт автора.
Также, на его ютуб-канале есть записи с выставок TCT Show 2017-2019 годов, на которых представляют последние разработки в 3D-печати.

Подробнее..

Перевод Высокотемпературную 3D-печать в массы

13.11.2020 20:09:06 | Автор: admin


Существует впечатляющее разнообразие термопластиков, которыми можно печатать на настольных 3D-принтерах потребительского класса. Но, несмотря на это, чаще всего пользователи обращаются к нитям из полилактида (PLA). Это не только самый дешёвый из материалов, но и самый простой в работе. Его экструзию можно вести уже при температуре в 180 C, и хорошие результаты можно получить даже без подогрева стола. Минус объектов, напечатанных PLA, в том, что они получаются относительно ломкими и плохо переносят высокие температуры. Для прототипирования или печати компонентов, не испытывающих большие нагрузки, PLA отлично подходит. Однако многие пользователи довольно быстро выходят за рамки его возможностей.

Следующим шагом обычно становится полиэтилентерефталат (PETG). С ним не сильно сложнее работать по сравнению с PLA, при этом он надёжнее и выдерживает более высокие температуры. В целом он лучше подходит для создания деталей с механической нагрузкой. Но если вам нужно изготовить ещё более прочные и жаропрочные детали, вы можете перейти на акрилонитрил бутадиен стирол (ABS), поликарбонат (PC) или нейлон. И вот тут уже начинаются проблемы. Экструзия этих материалов осуществляется при температурах более 250 C, а для достижения наилучших результатов рекомендуется использовать закрытые камеры. Такие принтеры находятся в верхней части диапазона бюджета, с которым готовы работать любители.


Стоимость промышленных 3D-принтеров вроде этого, Apium P220, начинается на отметке в $30 000.

Однако самые дорогие промышленные 3D-принтеры могут использовать ещё более прочные пластики полиэфиримид (PEI) или что-то из семейства полиарилэфиркетонов (PAEK, PEEK, PEKK). Изготовленные из этих пластиков компоненты подходят для аэрокосмического применения, поскольку способны заменить металл, оставаясь при этом гораздо легче.

Такие пластики нужно подвергать экструзии при температурах порядка 400 C, а для работы обязательна герметичная камера, температура в которой постоянно превышает 100 C. Самые дешёвые принтеры такого рода стоят десятки тысяч долларов, а некоторые модели и вовсе обойдутся в шестизначную сумму.

Естественно, не так уж давно то же самое можно было сказать и про все 3D-принтеры. Когда-то такими машинами пользовались только хорошо оснащённые исследовательские лаборатории, а теперь они стоят на верстаках хакеров и любителей во всём мире. Сложно предсказать, начнётся ли такая же гонка с уменьшением цен в случае высокотемпературных 3D-принтеров, однако первые шаги по демократизации технологии уже сделаны.

Инженерные трудности


Проще говоря, машине, поддерживающей эти т.н. инженерные пластики, нужно быть гибридом 3D-принтера и печки. В этом, конечно, и заключается основная проблема. Сам принтер такого типа и качества, которые мы привыкли видеть у себя на столах не выживет в таких условиях. Чтобы потребительский принтер выдавал детали из пластиков PEI и PEEK, его нужно серьёзно переработать. Именно так поступили в НАСА с LulzBot TAZ 4 в 2016-м.


LulzBot TAZ 4, переработанный для поддержки высокотемпературной печати

Сначала нужно было сконструировать изолированный корпус, подходящий для TAZ 4, и установить в него набор инфракрасных ламп по 35 Вт для подогрева. В таких условиях электроника принтера, естественно, перегрелась бы поэтому её пришлось вынести наружу.

Шаговые моторы тоже перегрелись бы. Но вместо того, чтобы выносить их, команда из исследовательского центра Лэнгли решила сделать охлаждающие кожухи на каждом из моторов, через которые должен циркулировать сжатый воздух.

Как и многие настольные 3D-принтеры, TAZ 4 использует несколько распечатанных компонентов. Поскольку они из ABS, они быстро разрушились бы в камере, предназначенной для поддержки PEEK. Их напечатали из PC, но даже этот материал оказался недостаточно стойким для постоянного использования. В классических традициях RepRap команда распечатала последний, третий набор компонентов на самом модифицированном принтере, из пластика PEI, имеющего коммерческое название Ultem.

Удивительно, но у команды не вызвала особых проблем замена сопла принтера на другое, способное проводить экструзию пластика при температуре в 400 C. Популярный экструдер E3D-v6 стоит менее $100, и оказался способен поддерживать такую температуру. Правда, команде пришлось заменить термистор на более качественный, а также подредактировать прошивку Marlin, чтобы она позволила достигать высоких температур. У обычных принтеров слишком высокая температура должна вызывать аварийное отключение.


Результаты печати из пластика Ultem 1010 на переработанном LulzBot TAZ 4.

В итоге в отчёте НАСА было указано, что переработка LulzBot TAZ 4 оказалась полностью успешной. Они отметили, что попытка печати PEI с отключёнными инфракрасными лампами завершилась неудачей расслоением и искривлением модели, чего и следовало ожидать. Они не указали стоимость переделки, однако учитывая, что в то время TAZ 4 стоил $2200, весь проект мог обойтись раз в 10 дешевле аналогичных коммерческих предложений.

Начиная с нуля


Эксперимент НАСА показал, что существующий настольный 3D-принтер можно переделать для печати высокотемпературными инженерными пластиками, притом достаточно недорого. Но вряд ли кто считает, что такой подход является идеальным решением. Здесь задействовано слишком много повторяющихся операций, и инженерам НАСА пришлось отказываться от некоторых решений, сделанных разработчиками LulzBot. И всё равно эксперимент дал ценный базовый уровень для других проектов, создаваемых с нуля.

В сентябре 2020 года команда из Мичиганского технологического университета продемонстрировала Cerberus высокотемпературный 3D-принтер с открытым кодом, способный создавать предметы из PEI и PEKK, стоимость сборки которого составляет всего $1000. Не пытаясь адаптировать существующие конструкции, команда начала разработку с нуля, стремясь к высокотемпературной печати. Вся электроника размещена отдельно от герметичной камеры, использующей киловаттный нагревательный элемент, быстро поднимающий температуру в камере до рабочей.

Все шаговые моторы тоже вынесены за пределы камеры. Кинематика из-за этого становится более сложной, чем в настольных 3D-принтерах, зато Cerberus уже не требует специальной системы охлаждения моторов.









Постройка Cerberus вполне доступна для целеустремлённого любителя. У него упрощённая схема, готовая управляющая электроника на основе Arduino Mega 2560 и RAMPS 1.4, и тот же самый экструдер E3D-v6, что и у TAZ 4. Кроме того, команда выложила чёткие и подробные инструкции по сборке принтера такого в отчёте НАСА не встретить.

Расширяя возможности


Будь то переработка TAZ 4 от НАСА, или новые схемы типа Cerberus, ясно, что технические возможности печати PEI и PEEK в домашней мастерской уже доступны для тех, кому они очень нужны. Пока это не так легко, как купить за $200 3D-принтер на Amazon, однако, если появится спрос, на рынке появятся и более дешёвые машины, основанные на тех же самых принципах. Ситуация не сильно отличается от текущей волны доступных лазерных резаков, выходящей на рынки в последние несколько лет.


Любители со всего мира печатают СИЗ

Есть ли спрос на такие машины? Ещё год назад ответ мог бы отличаться от сегодняшнего. Но в процессе борьбы с пандемией коронавируса существует новый спрос на быстрое изготовление средств индивидуальной защиты (СИЗ), которого никто не мог предвидеть

Как описано в работе про Cerberus, команда увлеклась разработкой доступного высокотемпературного 3D-принтера именно потому, что его можно использовать для печати СИЗ, которые можно стерилизовать высокими температурами. Команда считает, что маски, напечатанные из PEKK, можно не выбрасывать, а использовать повторно.

У компонентов, которые можно печатать, и многократно стерилизовать, очевидно будут и другие потенциальные области применения в медицине. Портативная недорогая машина, способная производить такие компоненты, потенциально способна спасать жизни в таких местах планеты, где невозможен быстрый доступ к запасам и оборудованию.

Критики 3D-печати часто говорили, основным недостатком этих машин является то, что надёжность изготавливаемых ими предметов редко позволяет использовать их для чего-то, кроме грубого прототипирования. Но когда принтер за $1000 начинает выдавать компоненты из материала аэрокосмического класса, мы, вроде бы, невиданными темпами приближаемся к производственной революции.
Подробнее..

Прямое лазерное выращивания процесс

27.11.2020 18:11:38 | Автор: admin
Прямое лазерное выращивание из титанового сплаваПрямое лазерное выращивание из титанового сплава

С идеей разобрались, теперь можно погружаться внутрь. Какие процессы позволяют сформировать металлическое изделие? Что происходит с энергией и материалом? Какие факторы влияют на конечный результат? Чем отличаются разные подходы к решению одних и тех же задач?

Терминология

Прежде чем углубляться в процессы, происходящие при ПЛВ, давайте разберемся с терминологией. Аддитивные технологии это новая область знания, которая сейчас активно развивается. На текущий момент терминология еще не полностью сформировалась, причем не только в России, но и в мире. Сейчас активно разрабатываются профильные ГОСТы, которые частично гармонизированы со стандартами ISO и ASTM, а частично опережают их. Разработкой ГОСТов по аддитивным технологиям занимается технический комитет по стандартизации ТК 182 Аддитивные технологии во главе с ФГУП ВИАМ. Почитать свежие проекты стандартов можно на сайте комитета.

Терминология описана в ГОСТ Р 57558-2017 Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 1. Термины и определения. Этот стандарт гармонизирован со стандартом ISO/ASTM 52900:2015, Additive manufacturing. General principles. Terminology, IDT.

Аддитивное производство (АП, аддитивный технологический процесс, additive manufacturing) - процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки).

Прямое лазерное выращивание относится к классу аддитивных технологий с прямым подводом энергии и материала, которые описываются следующим образом:

Прямой подвод энергии и материала (directed energy deposition) - процесс АП, в котором энергия от внешнего источника используется для соединения материалов путем их сплавления в процессе нанесения.

Отсюда в названии ПЛВ слово прямое. Собирая воедино, получаем:

Технология ПЛВ это аддитивный технологический процесс изготовления деталей по электронной геометрической модели путем наплавки металлического сырья лазерным излучением. В качестве металлического сырья может использоваться как порошок, так и проволока. Хотя скорее всего, когда мы начнем серийно поставлять установки, работающие с проволокой, нам понадобится придумать отдельное название для технологии. Технология ПЛВ позволяет создавать высокоточные заготовки деталей. Однако, почти во всех случаях требуется постобработка - как минимум, это термообработка на снятие напряжений и отрезка от подложки.

Правильным образом порошковые материалы, которые используются в аддитивных технологиях, надо называть металлопорошковыми композициями. Согласно ГОСТ Р Аддитивные технологии. Металлопорошковые композиции. Общие требования.:

Металлопорошковая композиция (МПК) объединенные в общую композицию различные фракции порошка сферической формы одного химического состава. МПК предназначена для использования в АП. Термин рекомендуется применять наравне с термином порошковая композиция для АП по ГОСТ 57558.

Spoiler

А еще иногда используется термин гранулы, он пришел из классической гранульной металлургии. Особенно полезен он в качестве ответа на вопрос что в банке? от товарища лейтенанта, который тормозит вас при попытке пронести банку с порошком на вокзал.

Еще несколько терминов, которые не закреплены в ГОСТах, но будут часто встречаться в статьях:

Технологический инструмент устройство, построенное на базе лазерной технологической головки, которое крепится на фланец промышленного робота и осуществляет наплавку отдельных валиков. Именно перемещение технологического инструмента по определенной траектории задает форму отдельных валиков и создает геометрию детали.

Технологический инструмент для ПЛВТехнологический инструмент для ПЛВ

Сопло подачи порошка устройство, входящее в состав технологического инструмента, основная задача которого создание газопорошковой струи, которая направленным образом переносит порошок в ванну расплава. На фотографии это блестящая медная деталь.

Питатель устройство массового или объемного дозирования МПК и подачи его в сопло по пневматическому шлангу с использованием транспортного газа (аргона).

Подложка кусок листового металла, свариваемого с наплавляемым материалом, который используется как платформа построения при изготовлении детали.

Ванна расплава сварочная ванна жидкого металла, формируемая лазерным излучением на поверхности подложки или предыдущего наплавленного слоя.

Лазерное излучение

Последние 30 лет лазерное излучение активно и широко используется при обработке материалов. Лазерная сварка и резка металлов, наплавка, термоупрочнение, гравировка и очистка. Лазерный луч это универсальный, концентрированный, легко управляемый и автоматизируемый источник нагрева. Существует большое количество лазеров, построенных с использованием разных активных сред. Для обработки металлов необходима большая мощность от 25 Вт до 25 кВт. Такой мощностью обладают СО2-лазеры, дисковые, диодные и волоконные лазеры. На территории России особую популярность получили иттербиевые волоконные лазеры. Это связано с тем, что у нас находится компания ИРЭ-Полюс, дочка американской корпорации IPG Photonics, которая является мировым лидером по производству мощных волоконных лазеров (80% мирового рынка). Надо заметить, что основатель и хозяин IPG российский физик Валентин Павлович Гапонцев.

Я не буду углубляться в физику процесса генерации лазерного излучение, есть отличная статья на википедии.

Волоконный лазер - это низкий серый ящик справа от установкиВолоконный лазер - это низкий серый ящик справа от установки

Для технолога волоконный лазер это черный ящик, из которого выходит желтое транспортное волокно. Ящик может генерировать лазерное излучение с длиной волны 1070 нм (это ближний ИК диапазон) с заданной мощностью. Мощностью можно управлять в диапазоне 10-100% с временем отклика порядка 8 мс. Транспортное волокно гибкое, его можно прокладывать в энергоцепях и кабельных каналах. Транспортное волокно подключается к специальной лазерной технологической головке, оснащенной набором линз, коаксиальной камерой, защитным стеклом и системой мониторинга состояния.

Технологическая головка фокусирует лазерное излучение в небольшое пятно. Размер пятна зависит от диаметра транспортного волокна (обычно 100 мкм) и коэффициента увеличения головки (у нас обычно 2). Таким образом, размер сфокусированного пятна составляет 200 мкм. Такое маленькое пятно используется в лазерной сварке, когда необходимо проплавить 1-5 мм толщины за один проход. Волоконный лазер генерирует гауссов пучок, а это значит, что плотность мощности будет иметь нормальное распределение. Если нужно пятно большего размера можно отойти от фокуса, при этом размер пятна вычисляется с помощью законов геометрической оптики.

Взаимодействие излучения с веществом подложки

Итак, допустим мы хотим наплавить один валик с шириной 2 мм. Для этого технологическая головка настраивается так, чтобы на поверхности подложки размер лазерного пятна составлял 2 мм.

В первом приближении оптимальный размер пятна равен ширине валика, отличия только на титановых сплавах или на широких валиках.

Выращивание на массивной подложкеВыращивание на массивной подложке

Лазерное излучение падает на поверхность подложки. Часть излучения отражается (30-50%), остальное поглощается, и его энергия переходит в тепловую энергию металла. Коэффициент поглощения зависит от состава металла, длины волны излучения и шероховатости поверхности. Сталь, никель, кобальт, титан и другие часто встречающиеся в промышленности металлы хорошо поглощают излучения 1070 нм. А вот если взять чистую медь, алюминий, золото или серебро то из-за высокой электропроводности коэффициент поглощения будет очень низким. Из меди, например, делают зеркала для этой длины волны. А вот если взять более коротковолновое излучение, например 515 или 450 нм, то оно будет в 10 раз лучше поглощаться медью. Поэтому в последние годы сварка меди зелеными и синими лазером мощностью 500-1000 Вт получила широкое распространение в немецком электромобилестроении. Да, такой лазер стоит в 10 раз дороже, чем ИК, но его технологические возможности уникальны.

Перенос тепла

Для того, чтобы наплавить валик, необходимо создать на поверхности подложки ванну расплава. Это значит, что количество энергии, поглощаемое подложкой, должно быть достаточным для разогрева металла выше температуры плавления. Генерируемое тепло стремится покинуть активную зону всеми доступными способами. Основной из них это теплопроводность. Если у нас массивная холодная подложка, то она будет высасывать тепло. Если наоборот, мы уже вырастили часть изделия, то оно прогрелось и тепло уходит не очень охотно.

Ширина наплавляемого валика определяется шириной ванны расплава, которая в свою очередь зависит от набора технологических параметров (мощность, скорость, размер пятна) и от условий теплоотвода (температура, геометрия и состав изделия, его теплоемкость и теплопроводность). При выращивании изделия первые валики на подложке будут узкими за счет хорошего отвода тепла. А потом, по мере прогревания изделия и подложки, они будут становится шире, пока тепловой режим не стабилизируется. По мере выращивания разных элементов детали условия теплоотвода могут изменяться, соответственно, будет плавать и ширина валика. При изготовлении небольших изделий это может быть критично, поэтому производители интегрируют системы адаптивного управления с обратной связью. Например, техническое зрение меряет размер ванны расплава по изображению с коаксиальной камеры и управляет мощностью лазерного излучения с помощью ПИД-регулятора. Нас этот эффект не сильно беспокоит - мы работаем с крупногабаритными изделиями, перегреть которые еще надо постараться.

Подача порошка

Для выращивания изделий используются МПК с фракционным размером 50-150 мкм. Это стандартная фракция, которая широко применяется в самых разных технологиях нанесения покрытий. Такие порошки производятся сотнями и тысячами тонн, и поэтому имеют относительно низкую цену. Это более крупная фракция чем для SLM, и это опять же позволяет получить хорошую цену. Крупный порошок часто идет в отсев при производстве порошков для послойного лазерного сплавления, поэтому производитель продает его в разы дешевле. В отличии от SLM, для нашей технологии не требуется идеальная сферичность или отсутствие саттелитов. Единственное узкое место, которое определяет пригодность фракции и формы порошка, это порошковый питатель, и он довольно всеядный. Порошок должен иметь хоть какую-то текучесть и не иметь частиц более 200 мкм, тогда с ним можно работать. При этом необходимо помнить, что в аддитивных технологиях именно качество порошка определяет механические свойства изделия. Если в порошке присутствуют неметаллические включения они попадут в изделие. Если есть растворенные газы будет газовая пористость. Если есть нарушения химического состава это скажется на прочности или вообще приведет к горячим трещинам.

Качественный порошок выглядит очень красивоКачественный порошок выглядит очень красиво

МПК засыпается в колбу порошкового питателя, который осуществляет массовое дозирование и подачу порошка в сопло. Питатель можно купить готовый, хотя хороший стоит дорого. Основную часть колбу мы покупаем, пневматику, привод, датчик веса и систему управления собираем сами. За счет этого мы можем прецизионно управлять подачей порошка, что очень важно для экономики процесса. Основную стоимость изделия составляет стоимость металлического порошка. Если ты смог поднять КИМ в полтора раза, значит ты только что снизил стоимость изделия в полтора раза. Если ты сыпешь лишний порошок ты в прямом смысле выкидываешь деньги.

По пневматическому шлангу порошок поступает в сопло подачи порошка. Это сердце установки. Это, наверное, самая важная часть, именно она определяет технологические возможности оборудования. Задача сопла сформировать сфокусированную газопорошковую струю, которая доставит максимальное количество порошка в ванну расплава. Есть несколько различных конструкций: щелевые и струйные. У щелевого сопла есть коническая щель между двумя медными деталями, которая формирует струю в форме песочных часов. Струйное сопло подает порошок несколькими отдельными струями. Обычно, щелевое чуть лучше фокусирует, но более нежное, и его нельзя наклонять больше чем на 30 градусов. Струйное индифферентно к наклонам, неубиваемо, но чуть хуже фокусирует. Спроектировать универсальное сопло очень сложно. Приходится выбирать либо хорошая фокусировка, но тогда можно забыть про большие мощности и высокие производительности, либо выбираем производительность и теряем в эффективности. Мы пять лет искали баланс и в этом году наконец его нашли. Без лишней скромности могу сказать, что наше сопло лучшее в мире (для нашего класса задач, естественно=)).

Металлический порошок долетел до ванны расплава и в нее попал. Он захватывается жидким металлом, переплавляется и кристаллизуется. Формируется наплавленный валик. Теперь мы можем запрограммировать робота наплавлять валики друг на друга, и из них сформируется деталь требуемой геометрии. Порошок, который пролетел мимо и не попал в ванну расплава, можно собрать и использовать вторично, но механические свойства от этого станут хуже.

Десерт

Прямое лазерное выращивание это творческий процесс, когда одну и ту же задачу можно решить кучей разных способов. И даже если ты получил в итоге годное изделие это не значит, что ты все сделал правильно. Необходимо всегда четко формулировать исходные требования, искать пути оптимизации временных и материальных затрат, планировать пути развития и обязательно посматривать по сторонам. В качестве примера хочу привести видео двух процессов изготовления одного и того же изделия полой титановой сферы.

Первый исполнитель корейская компания Insstek, которая обладает отличным маркетинговым ресурсом, активно пиарится и продвигается на российском рынке. А вот с техникой у них есть проблемы. Когда дойдет до сравнительных статей, я обязательно расскажу, почему так получается и почему несколько принятых на старте решений формируют облик и возможности оборудования.

Интересные моменты, которые можно вынести из этого видео:

  1. Яркие белые искры, которые вылетают из активной зоны это сгорающие на воздухе титановые порошинки. И да, все остальные производители обоснованно считают, что титановые изделия нужно выращивать только с глобальной защитой, чтобы исключить даже вероятность окисления. Но insstek считает иначе, за что и платится плохими механическими свойствами.

  2. Обратите внимание на кучу вторичного порошка на полиэтиленовом пакете на дне кабины. Килограмм этого порошка стоит 15000 рублей, к слову. О вторичном использовании этого, фактически сгоревшего, порошка речь не идет.

  3. У компании Insstek исторически имеются проблемы с нависающими конструкциями и потолочными перекрытиями, вот и вырастить шарик целиком не получилось. Добавляется операции промежуточной мехобработки и сварки.

А теперь второе видео наше:

Интересные моменты:

  1. Изделие выращивается с одного установа, за одну технологическую операцию. Сама сфера выращивается за одно включение лазера.

  2. Качеством поверхности можно управлять. Для этого изделия технологические параметры адаптировались, чтобы получить минимальную шероховатость, дабы обойтись без механической обработки внутренней и внешней поверхности.

  3. Коэффициент использования материала составил 93%. Мы экономим деньги заказчика.

  4. Производительность. Время подготовки управляющей программы составило 8 часов. Время выращивания еще 6.5. Если потребуется изменить геометрию через два дня новое изделие будет стоять на столе. Никакая традиционная технология так не может.

Заключение

Мы вкратце разобрались с тем, что происходит в активной зоне. Впереди разговор о материалах, оборудовании, наших конкурентах, системе автоматического управления, подготовке управляющих программ, целевых деталях, экономике и паре десятков других, не менее объемных, вещей.

Подробнее..

Небольшой гайд по выбору 3D-принтера для начинающих

28.12.2020 10:22:36 | Автор: admin

Поводом для написания данной статьи послужила статья Я хотел купить недорогой 3D-принтер, но посмотрел YouTube и расхотел, в конце которой автор просит ответить на несколько вопросов. Попробую ответить с точки зрения своего семилетнего опыта 3D-моделера и 3D-печатника. Для начала небольшие предостережения.

В данной статье не будет советов: Покупайте принтер производителя Х - он хороший, а производителя Y - не берите ни в коем случае, только общие рекомендации.

Классификация принтеров неформальная, принятая в отечественном сегменте печатников.

Все написанное основано на личном опыте автора и является его личным мнением.

Если данные предостережения вас не пугают - добро пожаловать под кат.


Для начала представлюсь: меня зовут Максим и первый принтер я купил в далеком 2013 году. Это был китайский клон Makerbot 2 с веселым названием "Migce Cuble".

Фотография из личного архиваФотография из личного архива

В рунете информации по 3D-печати почти не было, только одна тема на Робофоруме и несколько разрозненных статей про то, какая это крутая штука - 3D печать, так что для освоения приходилось много гуглить на английском, придумывать свои костыли и глубоко вникать в физику и технологию работы принтера. Надо отдать должное, в англоязычном сегменте тогда шло активное освоение данной технологии и попадались интересные статьи типа Подбор типа насечек подающей шестерни экструдера под конкретный тип пластика или Определение оптимальной температуры печати с помощью тензодатчика, установленного на экструдере. С тех пор прошло 7 лет. Я успел освоить моделирование, собрать принтер с нуля, немного побыть модератором 3D Today, поработать фриласером в области моделирования и печати, организовать кружок прототипирования для детей и вывести его на российский уровень. Из последних достижений: поволонтерствовал координатором по снабжению пластика в проекте Мейкеры проти ковид. Многое поменялось за это время, в том числе и принтеры в моем домашнем зоопарке. Одно осталось неизменным - вопрос: Что мне купить в качестве первого принтера?.

В настоящее время в домашних условиях в основном используются два типа принтеров: печатающих по технологии FDM (FFF) - послойного наплавления пластика, подающегося в виде прутка и SLA (LCD) - печать фотоотверждающим полимером. Технология FDM более распространена, из-за более низкой стоимости оборудования и расходников, но за последние годы цены на LCD принтеры и смолы для печати значительно снизились и фотополимерная печать по себестоимости и уровню вхождения почти сравнялась с FDM печатью.

SLA и FDMSLA и FDM

Честно скажу, SLA-печатью я почти не занимался и LCD-принтера до сих пор нет в моем домашнем зоопарке (но скоро может появиться), поэтому речь пойдет в основном о FDM принтерах. Их можно разделить на 3 основных категории по типу механики:

Дрыгостолы - принтеры со столом, подвижным по горизонтали. Пожалуй самая распространенная модель принтера. Отличается низкой себестоимостью комплектующих, простотой сборки и настройки, за что любима китайцами и печатниками. К недостаткам относится сложность создания закрытого корпуса и печати тонких высоких деталей, которые начинает шатать по мере увеличения высоты, особенно если деталь печатается из гибкого пластика типа TPU.

Типичные дрыгостолыТипичные дрыгостолы

Кубики - принтеры в которых стол ездит по вертикали. Себестоимость таких принтеров выше, также как и требования к прямоте рук при сборке и настройке. Но правильно сконструированный кубик обеспечивает более высокую скорость печати при сохранении ее качества. При этом конструкцию принтера очень легко сделать закрытой, что позволяет печатать инженерными пластиками типа ABS и Nylon. Этот тип конструкции часто применяется в принтерах полупромышленного и промышленного класса. Некоторые производители умудряются запихать дрыгостол в корпус кубика, но особых плюсов для печатников это не приносит.

Типичные кубикиТипичные кубики

Дельты - принтеры с, так называемой, дельта-кинематикой, когда печатающая головка, с помощью системы тяг крепится к кареткам, перемещающимся по вертикальным направляющим. Себестоимость механики таких принтеров сравнима с себестоимостью дрыгостолов. Могут печатать на очень высоких скоростях. Но очень требовательны к правильности выдерживания размеров, прямоте рук при сборке и настройке, и скорости работы мозгов из-за сложных математических расчетов траектории перемещения головки.

Категорически не рекомендуются в качестве первого принтера, хотя повсеместное применение датчика уровня стола несколько снижает требования к прямоте рук при настройке и работе.

Типичные дельтыТипичные дельты

По доступности на рынке тоже можно выделить 3 основных категории:

Китайцы (дешевые китайские принтеры) - почти всегда конструкторы, даже если приходят в собранном состоянии.

  • К плюсам можно отнести низкую стоимость, широкую распространенность и унифицированность, что позволяет докупать вышедшие из строя детали в ближайшей радиобулошной или на известных китайских сайтах. Популярные модели собирают вокруг относительно большое количество пользователей, которое активно делится наработками в области самостоятельного ремонта и доработки данного типа принтеров. Самые ходовые модели, скорее всего будут печатать прямо из коробки, но потребуют доработок при более-менее долговременной эксплуатации.

  • К минусам относятся качество комплектующих/сборки и необходимость доработки данных принтеров для получения приемлемого качества/скорости печати. Рекомендуется брать модели, уже сформировавшие вокруг себя большое сообщество. Это означает, что большинство недостатков уже выявлено и существуют типовые недорогие методы их решения.

КИТы (наборы для сборки в основном отечественного производства) - гуглятся по словам ZAV, UlTi, Ультумбочка и т.д. Обычно представляют собой набор для сборки фанерного кубика. В последнее время появляются варианты с металлическими корпусами. Поставляются в разных вариантах - начиная от комплекта для сборки корпуса с напечатанными деталями, заканчивая полностью готовыми собранными изделиями.

  • К плюсам можно отнести достаточно хорошую инженерную проработку, возможность самому подобрать комплектующие для механической и электронной частей и сделать принтер полностью под свои требования. При хороших комплектующих обеспечивают быструю, стабильную и качественную печать. По цене выходят несколько дороже китайских принтеров, но дешевле полупрофессиональных принтеров отечественных или европейских/американских производителей.

  • К минусам можно отнести приличные затраты времени на сборку и ожидание комплектующих, если вы решите сэкономить и самостоятельно заказать эти комплектующие у разных продавцов и собрать из них принтер. При сборке требуют прямых рук.

Заводские принтеры (полупрофессиональные принтеры отечественных или американских/европейских производителей). Моделей очень много, конструкции самые разные.

  • Плюсом данного класса принтеров является печать с приемлемым качеством из коробки. В довесок вы получаете надежность в эксплуатации и гарантийную поддержку от производителя.

  • Основной минус - цена. Часто непонятно от каких факторов зависит. Можно купить высококачественный принтер относительно занедорого, а можно задорого взять что-то непонятное. Второй минус - наличие специфических решений, несовместимых с популярными решениями на рынке: это могут быть сопла со своим шагом резьбы, особые вентиляторы, электроника, ремни и даже слайсеры. Некоторые требовательны к качеству пластика, встречаются модели, работающие только на чипированных катушках.

Теперь, когда мы определились с классификацией принтеров можно приступать к процедуре выбора принтера для себя, любимого. Если вы загорелись покупкой 3D-принтера - сначала определитесь для чего вы его собираетесь брать, от этого зависит тип и комплектация принтера. Разберем несколько типовых ситуаций:

Хочу что-нибудь для себя и семьи делать - если не планируете печать изделий из инженерных пластиков, выдерживающих приличные нагрузки и температуры - хватит китайского дрыгостола или кубика. При наличии бюджета и желании разобраться как работает принтер до начала, а не во время печати можно посмотреть в сторону отечественных наборов для сборки - с ними можно получить лучшее качество и безболезненно перейти на инженерные пластики.

Ничего не умею делать руками, но надо. Поэтому хочу принтер, который за меня все делать будет - в этом случае лучше смотреть на полупрофессиональные принтеры. Если бюджета не хватает - можно посмотреть бывшие в употреблении или заказать сборку отечественного набора - обычно производители предлагают такую услугу через посредников. При заказе сборки - смотрите на наличие опыта и положительных отзывов, бывают нюансы.

Хочу на продажу печатать - ферма из однотипных принтеров, в зависимости от бюджета. Если нет бюджета, но есть ресурсы на регулярную настройку/ремонт - можно даже из китайских дрыгостолов. Дополнительно - принтер с большой областью печати, принтер с закрытым корпусом и нагреваемыми столом для печати инженерными пластиками, SLA/LCD-принтер для печати изделий с высокой степенью детализации.

По работе или дома возникает необходимость разработки и печати корпусов и деталей. Если планируются только прототипы небольшого размера - LCD-принтер, если функциональные изделия - закрытый кубик с возможностью печати инженерными пластиками.

Дети подрастают, а это технология будущего, хочу, чтобы освоили - посмотрите, какие принтеры используются на соревнованиях по прототипированию в вашем регионе. Возьмите такой-же. Можно бывший в употреблении.

Хочу фигурки для настолок делать, мелочи красивые для дома - LCD-принтер.

Хочу разобраться, что за технология и как это вообще работает - набор для сборки отечественного производителя. Пока собирать будете - как раз разберетесь.

Денег вообще нет, но печатать хочется, буду сам с нуля собирать - получится лучше и дешевле китайцев. Как не странно нет. Стоимость комплектующих с али выйдет дороже принтера с али. Конечно если есть станочный парк, умение им пользоваться, набор железа, валов и электроники валяющийся в углу мастерской, то может выгореть. Есть варианты построения принтеров из досок и мебельных направляющих, но качество печати у них, мягко говоря, хромает. Например, постройка принтера, изображенного ниже, обошлась его автору по его словам в 80-90 долларов.

Если хотите полностью с нуля собрать свой принтер, то лучше отнестись к этому, как к отдельному хобби и смириться, что получится не сильно дешево. Ну или посмотреть в сторону бывших в употреблении принтеров.

Вообще не знаю зачем мне принтер, но попробовать хочется - китаец или отечественный набор для сборки. Можно бывшие в употреблении. Если не зайдет - всегда можно перепродать.

С типом принтера определились - на что смотреть в первую очередь при покупке?

  • Во первых - на жесткость конструкции - именно от нее зависят точность и скорость печати. Именно в направлении усиления жесткости будут направлены ваши первые доработки китайского принтера, так-как материал сталь пластилин 3 (с) для китайцев считается непозволительной роскошью.В случае покупки отечественных КИТов ситуация чуть получше.

  • Во вторых - если принтер будет стоять в квартире - бесшумные драйвера для шаговых двигателей. 3D-печать процесс не быстрый и наличие постоянной достаточно громкой жужжалки под ухом надоедает.

  • В третьих - наличие подогреваемого стола и простота доработки до корпуса закрытого типа. Со временем придет желание (необходимость) печатать ABS, а на открытом дрыгостоле это сделать проблематично.

  • В четвертых - наличие хорошей системы обдува пластика тоже немаловажно.

  • В пятых - при выборе принтеров с механикой CoreXY, H-Bot или Delta сильно желательно наличие 32-битной платы управления, или столкнетесь с замираниями (фризами) на высоких скоростях печати.

  • В шестых, седьмых, и т.д - в конструкциях принтеров много нюансов. Если что-то непонятно - не стесняйтесь спросить у сообщества.

В любом случае, если собираетесь покупать или уже купили 3D-принтер - начинайте осваивать какой-нибудь 3D-редактор. Самый простой, на мой взгляд - https://www.tinkercad.com. Смоделировать в нем шайбочку или всем известную табличку перевертыш можно без особых усилий.

Со временем его возможностей перестанет хватать - тогда можно перейти на более серьезные САПР. На мой взгляд печатник должен владеть двумя типами редакторов - твердотельником для моделирования технических изделий (САПР) и полигональником (Blender и т.д.) - для моделирования художественных, но многие печатники считают это избыточным и осваивают, только один.

На этом пожалуй закруглюсь - статья и так вышла достаточно объемной, если есть вопросы - с удовольствием отвечу на них в комментариях или в отдельной статье. Сразу говорю - на вопросы типа: что лучше: летающий медведь 5 или ендер 3 отвечать не буду - на эту тему уже сломано немало копий на профильных ресурсах, смысла повторяться не вижу.

С уважением, Максим.

Подробнее..

3D-печать в 2021 году, тренды, бренды и путь на Марс

19.03.2021 10:13:30 | Автор: admin

В этой статье я бы хотел рассказать о последних трендах на рынке 3D-оборудования, какие продукты стали более востребованными, а какие, наоборот, постепенно уходят со сцены.

2020 год стал для всех серьезным испытанием, но, как ни странно, пандемия, как лакмусовая бумажка, проявила самые важные достоинства 3D-печати. Когда нарушились цепочки поставок, эта технология пришла на помощь больницам, испытывающим трудности с масками, клапанами для аппаратов ИВЛ, назальными палочками для взятия ПЦР-тестов и многим другим. Оказалось, что всё это можно печатать в кротчайшие сроки на любых 3D-принтерах от самых простых домашних моделей до промышленных аппаратов. Это решение спасло жизни людей и привлекло огромное внимание к 3D-печати, как к технологии, которая может прийти на помощь в любом месте, в самой сложной ситуации.

Фотополимерная 3D-печать

С точки зрения инноваций, 2020 год стал прорывным для фотополимерной 3D-печати. Я бы сравнил это с 2013 годом, когда компания MakerBot выпустила на рынок первый доступный 3D-принтер для домашнего и офисного использования - MakerBot Replicator 2. В результате многолетних усилий сообщества энтузиастов на свет явились модели, доступные рядовому пользователю. До этого они стоили сотни тысяч долларов и были доступны крупным компаниям. Технологи 21 века бросили вызов инженерам старой школы, и это полностью изменило правила игры.

Сегодня примерно тоже самое можно сказать про фотополимерную 3D-печать по технологии LCD, т.е. создание моделей с помощью засветки смолы LED-лампой через LCD-матрицу. Эта технология не была новой, но она смогла выйти на совершенно новый уровень в связи с внедрением современных моно дисплеев с разрешением 4K. Это одновременно дало возможность увеличить скорость печати, улучшить качество и точность готовых изделий, увеличить максимальный размер изготовляемых моделей, а также снизить цены на принтеры в несколько раз, учитывая, что эти моно дисплеи имеют значительно больший срок службы. Это ли не мечта любого покупателя? Часто ли мы встречаемся с такими чудесами? Все уже привыкли, что каждый новый iPhone слегка лучше предыдущего, но при этом сильно дороже, а тут случилась прямо противоположная ситуация. Возможно, это обусловило взрывной спрос на подобное оборудование, ведь покупатели по всему миру стали в длинные виртуальные очереди в ожидании своих заказов, а социальные сети наполнились восторженными постами о новеньких игрушках (3D-принтерах).

Вторым важнейшим фактором роста рынка стало существенное снижение цен на фотополимерные смолы для 3D-печати и оборудование для постобработки моделей. Цена на смолы упала примерно в два раза за последние 1,5 года, и при этом сильно увеличилось их разнообразие, что, в свою очередь, расширило ассортимент конечных изделий и снизило их себестоимость. Снизилось время печати. На российском рынке литр фотополимера сейчас стоит в среднем 4500 рублей. Здесь стоит обратить внимание на то, что 3D-модели, напечатанные из смолы, также требуют постобработки (промывают в спирте или воде, засвечивают в специальной УФ-камере и т.п.). Высокая стоимость такого дополнительного оборудования также являлась сдерживающим фактором для спроса на принтеры, но в прошлом году появились бюджетные устройства по типу два в одном, которые решают и эту проблему. Цена подобных устройств сейчас не превышает 15000 рублей. Все это вместе дало огромный рост интереса к фотополимерной 3D-печати в разных областях, но прежде всего в стоматологии и производстве ювелирных изделий по индивидуальному заказу (на фото устройства два в одном).

Главной звездой рынка стала малоизвестная тайваньская компания Phrozen. Она первой выпустила модель с разрешением 4K Shuffle 4K, а также бюджетный вариант с моно дисплеем Sonic Mini, и, наконец, первый принтер с моно дисплеем 4K - Sonic 4K. Параллельным курсом с Phrozen двигалась китайская компания из Пекина UNIZ, которая хоть и представила свои разработки чуть раньше, но не смогла сделать свои принтеры достаточно простыми и дешевыми для массового покупателя.

Вдогонку за Phrozen кинулись другие китайские производители, такие как Anycubic, Elegoo, Creality, Wanhao, Flashforge, EPAX, Peopoly и некоторые другие, но пока их модельный ряд не может в полной мере конкурировать с Phrozen. И тем не менее, рынок пережил огромный рост, а результатом роста продаж оборудования закономерно стал рост использования этого оборудования в самых разных отраслях. Ну а собственно зачем вообще нужны такие 3D-принтеры?

Я уже упомянул о применении их в стоматологии и создании ювелирных изделий по индивидуальному заказу, подробнее об этом можно прочитать в наших обзорах (ссылка на обзоры), но это узкоспециальное использование. Что же касается более массового сегмента, то свершившаяся революция больше всего пришлась на руку мейкерам, любителям моделизма, косплеерам, создателям миниатюр, любителям воссоздания сражений в миниатюре и т.п. увлечений.

Многие люди живут своими хобби, и для них возможность получить такой универсальный инструмент, как недорогой, но при этом очень функциональный 3D-принтер для воплощения в жизнь идей, стала настоящим подарком. Особенно во времена пандемии, когда надо было оставаться дома и чем-то себя занять. Два события сошлись в одной точке, и это привело к тому, что в сегменте настольных 3D-принтеров доля фотополимерных моделей составила порядка 30% против не более 10% годом ранее, и тенденция роста этого сегмента продолжается. Сейчас на рынке доступны модели принтеров по цене от 12900 рублей до 135000 рублей, и даже самый бюджетный из них легко справится с любыми задачами вроде печати фигурок из игр или художественных моделей.

Конвейерная 3D-печать

Первой по распространённости стала технология 3D-печати FDM/FFF. Она работает по принципу плавления пластиковой нити и послойному формированию 3D-модели и за последний год не претерпела никаких инноваций. Все ведущие мировые производители впали в своеобразную спячку и, в отсутствии выставок, конференций и других значимых событий, не предъявили рынку никаких значимых новинок. Пожалуй, единственным заметным событием стал анонс появления 3D-принтеров ленточного типа с условно бесконечным размером модели по оси Z. Первым такую модель показал мировой лидер в производстве настольных 3D-принтеров компания Creality, которая в содружестве с известным блогером Наоми Ву (Naomi Sexy Cyborg Wu) представила принтер 3DPrintMill CR-30. А в след за ними свою версию этого решения анонсировал молодой стартап из Германия iFactory3D. В этом году мы увидим битву между этими компаниями за лидерство в этом новом сегменте 3D-печати.

Хотя сама идея использования ленты не новая, она уже довольно давно была представлена принтерами американской компании BlackBelt 3D. До этого она не находила широкого распространения в силу высокой стоимости. Новые же игроки предлагают свои модели в ценовой категории до 100 тысяч рублей, и поэтому их привлекательность будет существенно выше для покупателей. Такое бюджетное решение позволит легко организовать мелкосерийное производство необходимых деталей практически без участия человека, необходимо будет только вовремя устанавливать новые катушки с нитью. Это важный шаг для начала использования 3D-принтеров не только как оборудования для прототипирования, но и как производственного оборудования, что открывает для 3D-печати огромные перспективы.

Ну а пока это только планы на будущее, основные усилия производителей 3D-принтеров направлены на фейс-лифтинг и рестайлинг своих моделей, когда обновленные модели дополняются цветным тачскрин дисплеем, Wi-Fi, веб-камерой и прочим функционалом, напрямую не влияющим на качество и скорость печати. Это в целом улучшает пользовательский опыт и упрощает возможность начала работы с принтером новых пользователей, особенно, из поколения, выросшего в эпоху гаджетов. Однако, это никак не решает основных проблем 3D-печати низкую скорость и недостаточно хорошее качество конечных изделий. Вывод из всего этого можно сделать следующий: возможно, будущее 3D-печати лежит в области новых материалов, и технология FDM/FFF уже достигла своего пика. У нее по-прежнему есть масса преимуществ: прежде всего, низкая стоимость сырья, универсальность (на одном принтере можно создавать абсолютно разные модели), легкость в постобработке, простота использования, что отлично подходит для школьников и студентов, для которых 3D-печать, наряду с 3D-моделированием открывает массу возможностей для будущей профессиональной реализации.

Лидеры рынка 2021

Если говорить об итогах года с коммерческой точки зрения, то, как и ранее, среди производителей в штуках лидирует китайская компания Creality со своим огромным модельным рядом из почти 40 моделей во главе с абсолютным бестселлером - принтером Ender-3. В денежном выражении лидером рынка также остается голландский производитель Ultimaker, принтеры которого считаются эталонными по качеству печати и простоте использования. В России последние годы лидером является компания Picaso 3D, которая в прошлом году начала поставки долгожданной новинки принтера Designer XL Pro. Этот принтер отличает большая область печати и наличие двух экструдеров. Модель сразу стала пользоваться повышенным спросом. Вторым игроком на рынке, как в мире, так и в России, стала в прошлом китайская, а ныне глобальная компания Raise3D, которая выпустила в продажу модель 3D-принтера с двумя независимыми экструдерами Raise3D E2. Система IDEX дает возможность пользователю, с одной стороны, увеличить производительность своего 3D-принтера в два раза за счет наличия двух независимых экструдеров, а, с другой стороны, воспользоваться вторым экструдером для печати растворимых поддержек при создании сложных моделей (подробнее об этой технологии можно почитать в нашем обзоре).

Среди производителей фотополимерных 3D-принтеров в штуках лидирует Phrozen, а вплотную к нему идут Elegoo и Anycubic. Такая ситуация характерна и для России, хотя место не очень известной у нас марки Elegoo занимает исторически популярный брэнд Wanhao. По финансовым показателям лидером остается американская компания FormLabs, принтеры которой работают по технологии SLA (используя лазер для засветки материала), но ее закрытая экосистема с очень дорогими материалами вызывает все больше вопросов у пользователей, тем более что, с точки зрения качества печати, конкуренты из бюджетного сегмента уже нечем не уступают ее моделям. Подробнее о разнице в технологиях можно почитать в нашем обзоре.

3D-печать на Марсе

Ну и наконец пару слов о полетах на Марс. В 2018 году NASA провел конкурс на тему того, как наиболее эффективно можно будет создавать жилые модели для первой человеческой колонии на Марсе. Победителем стала команда из Арканзаса, которая предложила печатать дома на строительном 3D-принтере из имеющихся на планете материалов - смеси из базальтового волокна, добываемого из марсианских пород, и полимолочной кислоты, полученной из растений, выращенных на Марсе.

Красивая история, но вроде бы очень далекая от реальности. В прошлом году на мировой рынок вышел стартап с российскими корнями Mighty Buildings, который уже в этом году начинает производство и поставку домов покупателям в Калифорнии, созданных на строительном 3D-принтере. Получается, что Марсианские хроники обрастают необходимым опытом. Буквально на днях стало известно, что компания закрыла еще один раунд по привлечению инвестиций в размере 40 млн. долларов и планирует расширять производственную базу и увеличивать ассортимент предлагаемых построек.

Итог

Подводя итог, можно сказать, 3D-печать активно развивается в разных направлениях и весь потенциал этой технологии пока не раскрыт. Мы видим, что ее применение развивается в различных отраслях, это и медицина (стоматология, ортопедия, протезирование, трансплантология), и пищевая 3D-печать (шоколад, тесто, желе), строительство (дома, мосты), печать кроссовок, скульптур, лодок, частей двигателей, беспилотников и многого другого. Наверное, потребуются еще сотни патентов, миллиарды долларов инвестиций, появление новых материалов и оборудования для того, чтобы 3D-печать заняла свою нишу в производстве различных товаров, сооружений и устройств, но уже сейчас идет активное внедрение этой технологии в нашу жизнь. Мы уже сейчас летаем на самолетах, в которых есть 3D-печатные детали, ездим на машинах с 3D-печатными компонентами, едим в ресторане напечатанный на 3D-принтере десерт, бегаем в кроссовках с 3D-печатными стельками, играем на 3D-печатной гитаре, созданной специально для вас в единственном экземпляре с учетом всех ваших анатомических и музыкальных особенностей и это все уже сегодня! А что будет завтра, даже сложно предположить. Возможностей безграничный океан Первое, что выдает подсознание, - терминатор. И придет он не из будущего, а из 3D-принтера. Звучит это пока амбициозно и фантастично, но, кажется, ждать осталось недолго.

Александр Корнвейц

Основатель и генеральный директор компании Цветной мир

Подробнее..

Какой бизнес на 3D-печати будет успешным?

24.03.2021 10:15:26 | Автор: admin

Какой же успешный бизнес можно открыть с использованием 3D-принтеров? Оговорюсь сразу, что пока таких примеров немного. Расскажу о некоторых из них.

Студия 3D-печати

Первое, что приходит на ум, создание студии 3D-печати. Ее бизнес-модель строится на моделировании и печати моделей по заказу клиента. Главный фактор успеха обеспечение стабильно высокого уровня загрузки оборудования. Для подобного проекта важнее ориентироваться на массовое тиражирование, нежели на печать единичных экземпляров, пусть даже в больших объемах. Стоимость печати небольшой модели должна быть невысокой, а трудозатраты большие. Основные процессы производства заключаются в качественной разработке технологии печати под каждую конкретную деталь или проект, подбор нужного материала. Модель клиента проверяется на ошибки, выбирается и материал, и принтер. Остается согласовать цену и, собственно, напечатать модель. Необходимо утвердить ее у заказчика, а при необходимости, и доработать.

Строить такую студию можно практически с любым уровнем инвестиций: начинать с одного-двух принтеров, постепенно увеличивая парк оборудования или сразу инвестировать в парк 3D-принтеров. Можно также закупить промышленное оборудование для создания функциональных прототипов и мелкосерийного производства. Но в любом случае, самое важное это правильно выстроить бизнес-модель предприятия.

Мелкосерийное производство

Вторая по популярности бизнес-идея студия, ориентированная на мелкосерийное производство. В данном случае основная задача: не найти клиента, а понять, какой продукт будет пользоваться спросом. Примеров таких студий много, и их успех, прежде всего, зависит от качества и оригинальности предлагаемых продуктов. Для наглядности рассмотрим производство форм для изготовления кондитерских изделий. Их легко моделировать, кастомизировать, печатать и продавать. Целевая аудитория этого продукта понятна и устойчива, продукт легко продвигается в соцсетях, себестоимость низкая, и для производства подойдут самые бюджетные 3D-принтеры. Главное тут - оптимальное соотношение количества аппаратов с объёмами производства. Другой популярный пример: аксессуары для геймеров. Игровое оружие, маски, элементы костюмов из компьютерных игр для косплееров. Продукт не настолько массовый, но стабильно спросовый, и ценовая ниша его существенно выше. Больше времени уйдет на моделирование и печать, но взамен вы получаете рынки всего мира, так как студия не ограничена локацией вашего региона.

3D-печать медицинских изделий

Третий вариант студии 3D-печати медицинский. Сегодня он очень востребованный. Протезы, ортезы, ортопедические стельки, слуховые аппараты, временные коронки, элайнеры, оправы очков сложны в обычном производстве, но наши технологии кратно упрощают этот процесс. Оборудование здесь подбирается исходя из конкретной задачи. Обычно одна компания сосредоточена на печати конкретной линейки моделей. Накапливаемый опыт позволяет создавать продукт с уникальными свойствами максимально эффективно. В данном направлении бизнес идет в тандеме с наукой. Успех предприятия напрямую зависит от новаторских подходов в ортопедии и медицине в целом.

3D-печать арт-объектов

Четверное место отдадим искусству. 3D-печать скульптур еще один способ заработать на этой технологии. Создание арт-объекта большого размера задача не из легких, и уж точно не из дешевых. Тем не менее, многие интерьеры или общественные пространства нуждаются в эстетическом апгрейде. Современные скульпторы стали использовать новую технологию в своей работе именно для создания конечных изделий, а не прототипов или макетов, как можно было бы подумать. Для реализации подобной цели нужны крупноформатные принтеры, работающие по технологии FDM (модель формируется из расплавленного пластика). Обычно компьютерная модель делится на части и печатается на нескольких 3D-принтерах, после чего склеивается, шлифуется, грунтуется и красится в нужные цвета, иногда с добавлением фактуры. Это делает скульптуру практически неотличимой от выполненной из природных материалов.

Другим вариантом является демонстрация модели в натуральную величину, без постобработки, что дает возможность зрителям увидеть 3D-печатную модель на разных этапах ее создания.

Сложно вместить в короткую статью всё многообразие возможностей, которое предлагает 3D-печать энтузиастам этой технологии, но мы видим, что с каждым днем появляется все больше новых интересных историй ее применения. Она дает импульс для развития новых технологий и привносит инновации в, казалось бы, такие устоявшиеся сферы, как создание скульптур или пряников. Как сказал американский изобретатель Чак Халл, запатентовавший первый 3D-принтер: У меня нет хрустального шара, который расскажет мне, что должно произойти в будущем, но одно я знаю точно: когда умные люди работают над какой-то конкретной задачей, они постепенно продвигаются вперед.

Александр Корнвейц

Основатель и генеральный директор компании Цветной мир

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2021, personeltest.ru