3D- и 4D-печать: объяснение

Описание

Трехмерная и четырехмерная печать изменили способы создания деталей и конструкций. При трехмерной печати материал добавляется слой за слоем для создания объектов. Четырехмерная печать идет на шаг дальше. Она использует "умные" материалы, которые могут менять форму при изменении условий.

История и рынок

Трехмерная печать существует с 1980-х годов. Ранние методы были медленными и дорогими. Со временем цена снизилась, а методы усовершенствовались. Сегодня трехмерная печать является частью многих отраслей промышленности. Ее рынок растет в аэрокосмической промышленности, здравоохранении и автомобилестроении. Четырехмерная печать появилась совсем недавно. Ее корни лежат в исследованиях "умных" материалов и "отзывчивых" конструкций. Рост рынка четырехмерной печати пока не так велик. Однако эксперты ожидают, что ее использование будет расти по мере продолжения исследований. Например, материалы, подстраивающиеся под изменения температуры или влажности, уже используются в современной одежде и строительных материалах.

Популярные области применения

Трехмерная печать находит применение во многих областях. В аэрокосмической отрасли она помогает производить легкие детали, которые позволяют снизить расходы на топливо. В здравоохранении она используется для изготовления индивидуальных протезов и хирургических инструментов, а некоторые автомобильные компании применяют ее для быстрого создания прототипов. С другой стороны, четырехмерная печать открывает перспективы для создания самосборных конструкций. В медицине она используется для создания "умных" стентов, которые расширяются при необходимости. В строительстве материалы могут менять форму в зависимости от изменений окружающей среды. Данные показывают, что с помощью этих технологий небольшие аэрокосмические компании сокращают время выполнения заказа на 50 %. Промышленность также использует эти методы для производства сложных деталей, которые было бы сложно изготовить традиционным способом.

Читать далее: Аддитивное производство в сравнении с традиционным производством

Процесс трехмерной и четырехмерной печати

Процесс трехмерной и четырехмерной печати начинается с цифрового файла. Используется такой инструмент проектирования, как автоматизированное проектирование (CAD). Затем дизайн нарезается на слои с помощью специального программного обеспечения. Трехмерный принтер создает объект, накладывая слои один на другой. При четырехмерной печати процесс аналогичен. Ключевое отличие заключается в используемом материале. Материалы для четырехмерной печати - "умные". Они могут меняться с течением времени при изменении условий, таких как влажность, температура или свет. Процесс печати остается простым. По-прежнему используется послойная система. Однако выбор правильного материала имеет решающее значение для четырехмерной печати.

Технологии трехмерной и четырехмерной печати

В трехмерной печати используется несколько технологий. Моделирование методом плавленого осаждения популярно среди любителей и профессионалов. Оно расплавляет пластик для формирования слоев. Стереолитографияиспользует ультрафиолетовый свет для отверждения смолы. Селективное лазерное спекание использует лазер для сплавления порошкообразного материала. Четырехмерная печать основана на этих трехмерных методах. В ней также используются "умные" материалы: гидрогели, полимеры с памятью формы и металлические сплавы. Эти материалы позволяют напечатанным структурам реагировать на изменения окружающей среды. Данная технология все еще находится на стадии исследований и экспериментов. Многие академические институты и компании работают над тем, чтобы сделать ее использование более практичным. Например, многообещающими являются исследования в области самосборки медицинских устройств, которые в скором времени могут стать обычной практикой.

Сравнительная таблица: Трехмерная и четырехмерная печать

Заключение

Трехмерная печать уже давно стала надежным инструментом во многих отраслях. Она создает объекты слой за слоем и используется в различных областях. Четырехмерная печать добавляет "умные" материалы, которые позволяют изменять их со временем. Обе технологии позволяют создавать сложные конструкции, которые не под силу традиционным методам.

Часто задаваемые вопросы

F: В чем основная разница между трехмерной и четырехмерной печатью?
В: Разница заключается в том, что при четырехмерной печати используются "умные" материалы, которые могут менять форму с течением времени.

F: Какие отрасли промышленности получили наибольшую выгоду от трехмерной печати?
В: Аэрокосмическая промышленность, здравоохранение и автомобильная промышленность получили значительную выгоду от трехмерной печати.

F: Готовы ли продукты с четырехмерной печатью к массовому производству?
В: Нет, четырехмерная печать все еще находится на стадии исследований и раннего применения.