С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. ОK
22 ное 2019, 16:34, 4209 прочитания

Ще ми отпечаташ ли печатница?

Гигантски 3D принтери ще създават яхти, мостове, сгради и ракети

  • LinkedIn
  • Twitter
  • Email
  • Качествената журналистика е въпрос на принципи, професионализъм, но и средства. Ако искате да подкрепите стандартите на "Капитал", може да го направите тук. Благодарим.

    Дарение
    Плащането се осъществява чрез ePay.bg
Изследователите са убедени, че използването на големи 3D принтери в корабостроенето значително ще намали производствените разходи и времето за създаване на нови плавателни съдове.
Корабостроенето е досадно и скучно занимание, дори когато става дума за малки плавателни съдове, направени от модерни материали, като например фибростъкло, а не за дървена лодка. Първо трябва да направите калъп на корпуса. След това вътре полагате слой след слой смола и стъклени нишки. Накрая изваждате готовата конструкция и се захващате с довършителните работи. Тези дейности могат да отнемат месеци...

Всичко това обаче скоро може да се промени. Изследователи от университета в Мейн в момента провеждат изпитания с 8-метрова патрулна лодка, създадена от нулата само за 72 часа. Те постигат това, използвайки гигантски 3D принтер.


Откакто влизат в комерсиално производство през 90-те години на миналия век, 3D принтерите по принцип се използват за създаването на малки предмети като прототипи, компоненти за реактивни двигатели или зъбни коронки. В момента идва ред на устройствата с огромни размери. Те са способни да отпечатват много по-големи обекти, отколкото беше възможно досега. И го правят по-бързо.

За да създадат патрулната лодка за нуждите на американската армия, екипът в Мейн работи в сътрудничество с Националната лаборатория Оук Ридж в Тенеси, която помага в разработването на процеса по триизмерно отпечатване и с компанията Ingersoll Machine Tools в Илинойс, която конструира самия принтер. Изследователите от университета са убедени, че използването на подобни големи устройства в корабостроенето ще намали значително производствените разходи и времето за създаване на нови плавателни съдове.

Размерът има значение



Максималният размер на обекта, който може да бъде генериран от даден 3D принтер, се определя от големината на самите отпечатващи устройства. В момента повечето от тях са най-много с размерите на домашен хладилник.

През последните няколко години инженерите експериментират с различни способи за постигане на по-големи мащаби при триизмерното отпечатване, като монтират механизма върху външно скеле. За жалост крайният резултат обикновено е бавно и непрецизно устройство, което генерира груби обекти, нуждаещи се от много допълнителна и скъпа ръчна обработка.

Учените от университета в Мейн обаче преодоляват този проблем. Те монтират дюзата, която полага слоевете от "3D мастилото", върху рамка на подемен кран. Самото мастило представлява разтопена термопластична смола, съдържаща карбонови нишки. Контролирана с помощта на мощен компютър, дюзата се движи хоризонтално (както при всеки процес по триизмерно принтиране) и изгражда желания обект, като генерира тънък слой от субстанцията, изчаква го да се втвърди, издига се малко нагоре, полага още смола и продължава по този начин, докато постигне окончателната форма.

Всичко това може да бъде постигнато със завидна скорост. Принтерът, конструиран от университета в Мейн, е способен да използва до 70 кг термопластична смола на час. В момента той може да създава предмети с дължина 30 метра, ширина 7 м и височина 3 м. Тези пропорции обаче лесно могат да бъдат увеличени, като устройството се монтира на по-голям подемен кран. Също така върху подвижната част, където е монтирана дюзата, може да се добави и автоматизирана фреза, която да отстранява грапавините и да изглажда повърхността.

След като вече са разработили технологията, в момента учените се опитват да подобрят естеството на триизмерното "мастило", така че да го направят по-щадящо околната среда. Вместо да използват карбонови нишки, те смятат да се обърнат към отпадъчната целулоза като заместител. Подобно решение би спечелило подкрепата на "зелените" активисти, тъй като карбоновите нишки обикновено се произвеждат на базата на петролни продукти. Хабиб Агхер, който е един от ръководителите на проекта, твърди, че целта е градивната субстанция за отпечатване да е поне 50% на основата на дървесни продукти. Според него така може да се създаде композитна сплав, която е съизмерима като здравина и тегло с алуминия. В близко бъдеще изследователите също така се надяват да могат да полагат до 230 кг 3D мастило на час. Последното им постижение е отпечатването на отливка за създаването на тавана на лодка. За целта са използвани целулозни нишки и смола, извлечена от царевични отпадъци. И за да има допълнителен "зелен" ефект, матрицата може да бъде рециклирана и материалите да се използват повторно.

Просто натисни print

Създаването на отливки и производствени инструменти ще е важно приложение на големите 3D принтери, твърди д-р Крейг Блу, директор по енергийната ефективност в лабораторията "Оук Ридж". Производството на инструменти е скъпа дейност поради две причини. То изисква специализирани умения, а освен това предметите се произвеждат в единични бройки или малки количества, така че не може да се постигне икономия от мащаба. При триизмерните принтери обаче цената на бройка е горе-долу една и съща, независимо дали произвеждаш един или много предмети.

Технологията предлага и други предимства. Например принтерът, конструиран от "Оук Ридж", е използван от подизпълнители за създаване на специално оформени матрици за бетонни отливки върху фасадата на 45-етажна сграда, построена на мястото на стария захарен завод в Бруклин, Ню Йорк. По принцип подобни матрици се правят от дърво. За създаването им се наемат специалисти, който ги изработват ръчно. Въпросните дървени матрици обаче не са особено издръжливи и се амортизират след 3-4 бетонни отливки. Според д-р Блу обаче 3D отпечатаните аналози, направени от подсилени карбонови нишки, могат да издържат до 200 заливания с цимент.

Лабораторията "Оук Ридж" също така работи по технология, която позволява директното отпечатване на бетонни конструкции. Но тъй като трябва да се използват огромни 3D принтиращи подемни кранове, създаването на небостъргачи и други подобни съоръжения с големи размери очевидно трябва да става не на един път, а на части. Отпечатването на бетонни секции в контролирана фабрична среда и след това сглобяването им на място вероятно ще се окаже по-подходящо, особено когато става дума за изработка на сложни артистични конструкции.

Това е подходът, възприет от Сю Вайгуо и колегите му от университета "Цинхуа" в Пекин. Те използват чифт роботизирани "ръце", чрез които генерират сглобяеми секции от цимент, смесен с полиетиленови влакна. След това бетонните панели са използвани за построяването на 26-метров пешеходен мост над езеро в индустриалната зона на Шанхай. Съоръжението е конструирано така, че да наподобява моста "Анджи" – каменна арка над река Киаохе, провинция Хебей, датираща от около 600 г. сл. н.е. Репликата на античния мост е отпечатана за около 450 часа. Това е доста умерено темпо по стандартите на 3D принтера, използван в корабостроителницата в Мейн, но доста бързо на фона на 10-те години, които са били нужни за построяването на оригинала, и дори в сравнение с бързината на съвременната строителна индустрия. Изследователите са изчислили, че производствените разходи са били около 2/3 от цената на аналогично съоръжение, направено с помощта на конвенционален методи.
Най-трудната задача, с която 3D принтирането се сблъсква, е създаването на обекти от метал.


Все по-големи обекти и по-висока скорост на отпечатване се постигат и чрез други технологии за 3D принтиране. Чад Миркин и колегите му в Северозападния университет в Илинойс са разработили метод, наречен high-area rapid printing (HARP). Тяхното устройство е способно да създава обекти с площ на основата около един квадратен метър и височина 4 м. То постига това, като постепенно "изтегля" плътния обект от малък басейн, пълен с течен полимер.

Въпросният принтер е базиран на съществуващ промишлен процес, но в по-големи мащаби. При него течният полимер се съхранява в съд с прозрачна основа. Всеки слой от предмета, който трябва да бъде отпечатан, се прожектира през нея с ултравиолетови лъчи. Те от своя страна предизвикват химична реакция и втвърдяване на полимера в нужната форма. Готовият слой се захваща за уред, спуснат към повърхността на течната субстанция, и се изтегля нагоре. Процедурата се повтаря, докато целият готов обект не бъде изтеглен от басейна с течен полимер.

Иновацията, която HARP добавя към този процес, е добавянето на тънък филм от смазка, който тече по повърхността на прозрачната основа. Според изследователите субстанцията наподобява течен тефлон и пречи на полимерите да се залепят за долната част на басейна, а също така отнемат топлината, която се генерира при ултравиолетовото втвърдяване. Крайният резултат от това е, че 3D принтерът е способен да работи много по-бързо от преди. Според д-р Миркин той може да създаде за няколко часа обект с размерите на възрастен човешки индивид. Ако използвате конвенционален триизмерен принтер, същото би отнело няколко дни.

Процесът HARP позволява използването на широк диапазон от материали за отпечатване в голям мащаб – става дума за стотици видове различни полимери, които могат да създават твърди, меки или пък гумени обекти. С него могат да се отпечатват и предмети от смоли, съдържащи материали като силициев карбид, който може да се превръща в твърди термоустойчиви керамични сплави. Компоненти, направени от подобен материал, могат да бъдат използвани в най-различни индустрии – направата на автомобили, самолети, дори и сгради. Технологията може да бъде използвана и в още по-големи мащаби, добавя д-р Миркин. Той също така е съосновател на компанията Azul 3D, която се опитва да комерсиализира процеса HARP. Според неговите очаквания първите принтери, използващи тази технология, ще се появят на пазара след около 18 месеца.

Хеви метъл

Най-трудната задача, с която 3D принтирането се сблъсква, е създаването на обекти от метал. Основният способ в случая е работната субстанция да се подава под формата на прах, който да се разтопява чрез лазер или волтова дъга. За да се предпази металът от оксидиране, замърсяване във въздуха или - още по-лошо - от експлозия, този процес трябва да се извършва в херметични камери, пълни с инертен газ. Постигането на нещо подобно в големи мащаби обаче е доста сложно и може да се окаже изключително скъпо начинание.

Въпреки това 3D принтирането на метални обекти напредва. Един от способите за това е използването на големи роботи, оборудвани с MIG електрожени. MIG е съкращение от metal-inert gas. При тази технология работната субстанция се подава под формата на жица, която минава през дюзата на електрожена. От едната страна тя е закачена за източник на високо напрежение и когато бъде допряна до метална повърхност, се разтопява под въздействието на образувалата се волтова дъга. По време на процеса през дюзата на електрожена преминава поток от инертен газ, като например аргон, който защитава метала, докато се втвърдява.

За да превърне електрожена в 3D принтер, роботът многократно извършва заваряване на един и същ участък, полагайки един върху друг слоеве разтопен метал. Въпросният процес се използва от MX3D – холандска компания за триизмерно отпечатване, за създаването на разнообразни метални предмети. Както може да се очаква за фирма от Нидерландия, става дума за леки алуминиеви рамки за велосипеди и дори за 12-метров пешеходен мост, изработен от неръждаема стомана и монтиран над канал в Амстердам.

Базираната в Лос Анджелис компания Relativity Space пък използва големи "електорженни" 3D принтери за изработката на части за космически ракети. Всяко от тези устройства се захранва с жица, изработена от алуминиева сплав. Принтерът я разтопява, използвайки високотемпературна плазмена волтова дъга, след което полага метала на слоеве, защитавайки ги със струя инертен газ. "3D отпечатаните ракети могат да се произвеждат по-бързо и ще са направени от по-малко части в сравнение с конвенционалните", твърдят от Relativity Space. Компанията има големи амбиции. Първите й ракети ще бъдат използвани за извеждане на сателити в Космоса, но нейните основатели се надяват, че един ден производствената инсталация, наречена Stargate, ще може да създава космически апарати директно на повърхността на Марс.

Така че, ако се чудите на какво са способни 3D принтерите, дори небето не е пределната граница.

2019, The Economist Newspaper Limited. All rights reserved

Капитал #47

Текстът е част от новия брой на седмичния Капитал (22 - 28 ноември). В броя ще прочетете още:

- Горе ръцете, долу демокрацията
- Болничните: Всички лъжат, проблемът си стои
- Ново Eleven на борсата

Купете

  • Facebook
  • Twitter
  • Зарче
  • Email
  • Ако този материал Ви е харесал или желаете да изразите съпричастност с конкретната тема или кауза, можете да ни подкрепите с малко финансово дарение.

    Дарение
    Плащането се осъществява чрез ePay.bg

Прочетете и това

Заводът на Schneider Electric в Пловдив става демонстрационна "умна" фабрика Заводът на Schneider Electric в Пловдив става демонстрационна "умна" фабрика

Предприятието е второто на групата в Европа, което въведе системи за оптимизация на производството

8 дек 2019, 3828 прочитания

Rocket Lab успешно изпробва технологии за многократна употреба на ракети Rocket Lab успешно изпробва технологии за многократна употреба на ракети

Частната космическа компания изведе микросателити в орбита за десети пореден път

6 дек 2019, 2290 прочитания

24 часа 7 дни
 
Капитал

Абонирайте се и получавате повече

Капитал
  • Допълнителни издания
  • Остъпки за участие в събития
  • Ваучер за реклама
Още от "Технологии" Затваряне
Internet of Things #15: VIVACOM прави заявка за 5G услуги през 2020 г.

Телекомът демонстрира нагледно как работят мобилните мрежи от пето поколение

Още от Капитал
Бъдещият софийски жк "Галакси"

Срещу необявена цена "Галакси инвестмънт груп" стана собственик на най-големия парцел за строителство в рамките на София

Uber вече не е готин

Лондон удари силно Uber и вече има нови, по-евтини приложения за споделени пътувания

Да пазиш традицията "Под Балкана"

Животновъдната ферма на семейство Кулови край Карлово е затворила целия цикъл на производство

От какво боледува педиатрията

За лечението на 1.2 млн. деца в България се отделят само 11% от бюджета на здравната каса

Камион желание

Отново за мобилните кухни, уличната храна и къде да я опитаме този месец

Кино: "Болка и слава"

Алмодовар вълнуващо за спектакъла на живота и корените на творчеството

X Остават ви 0 свободни статии
0 / 10