Крупномасштабная 3D-печать включает в себя множество технологий и материалов и применяется во многих областях. На самом деле определение «большой» относительное, фиксированного стандарта нет. Вообще говоря, дома, лодки и крупная мебель — все это большие предметы. Крупномасштабная 3D-печать постепенно становится основной на рынке, поскольку производители, художники и предприятия выбирают 3D-печать для удовлетворения своих потребностей в крупномасштабных продуктах. Разработчики шаг за шагом преодолевают размеры 3D-принтеров, преодолевают технические границы и печатают все больше и больше продуктов. Итак, каковы области применения крупномасштабной 3D-печати? А как насчет больших 3D-принтеров?
Размер продукта часто зависит от технологии и материалов, и необходимо найти баланс между точностью и размером, что делает выбор правильного 3D-принтера ключевым фактором успеха. Программное обеспечение также играет важную роль в создании больших продуктов, так как лучший способ печати больших объектов часто состоит в том, чтобы распечатать их по частям и собрать. Крупномасштабные 3D-печатные продукты включают, помимо прочего, следующие элементы:
● Дисплеи, реквизит и вывески
● Дома и архитектурные элементы
●Промышленные и металлические детали
●Мебель и автомобили
△Центр биоразнообразия Naturalis в Нидерландах имеет собственную лабораторию 3D-печати и использовал два 3D-принтера Builder Extreme 1500 Pro для создания копии тираннозавра рекса.
●Музей динозавров без тираннозавра, конечно же, не настоящий музей! Основываясь на 3D-сканировании настоящей окаменелости тираннозавра, Японский музей динозавров напечатал на 3D-принтере копию 12-метровой длины и 5-метровой высоты в виде большой детали, напечатанной с использованием двух крупномасштабных принтеров Builder Extreme. 3D-принтеры с пластиковой нитью PLA.
● Кураторы музеев, дизайнеры декораций и реквизита, парки развлечений, производители дисплеев для конференций и Всемирных выставок и т. д. также выбирают широкоформатные 3D-принтеры для ускорения производства. В дополнение к преимуществам в скорости и стоимости, программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР) также играет роль. Большой эффект, больше не требуется искусственная скульптура или вторичное создание. Кроме того, доступно огромное разнообразие материалов, от сверхлегкого пеноматериала до чрезвычайно прочного нейлона, наполненного углеродным волокном.
△Художник покрывает гипсом напечатанную на 3D-принтере копию Давида Микеланджело высотой 17-фута, воссозданную для выставки Expo 2020 Dubai.
●Давид, напечатанный на 3D-принтере Микеланджело высотой 17-, был продемонстрирован на выставке Expo 2020 Dubai в целях развития туризма во Флоренции. Для достаточно большого полимерного 3D-принтера невозможно изготовить одну реплику со сверхтонкими деталями, поэтому он был разделен на 14 частей для печати, а затем собран вручную, а мраморная поверхность была окрашена вручную. Внутри напечатанного на 3D-принтере Дэвида находится решетчатая сетчатая структура, которая помогает удерживать его вес всего на уровне 550 кг, но при этом обладает достаточной прочностью для правильной упаковки и доставки.
△Немецкая компания Styles Werbetechnik использует крупномасштабные FDM-принтеры Tractus3D для изготовления букв с подсветкой быстрее, чем традиционные методы.
●Styles Werbetechnik, немецкая компания по производству вывесок, выбрала крупномасштабную технологию 3D-печати для изготовления наружных вывесок. Компания хотела не только ускорить производство, но и изготавливать буквы самостоятельно, а не полагаться на стандартные дизайны букв от зарубежных производителей. В компании говорят, что использование полимерной FDM-печати открывает неограниченные дизайнерские возможности для изготовления контурных букв. Например, глубина букв для световых вывесок ограничена минимум 60 мм в традиционных методах, но может быть уменьшена до 30 мм в 3D-печати. Они также могут работать по вечерам и в выходные дни, что ускоряет время производства, поскольку 3D-принтеры не требуют присутствия во время процесса.
△Смитсоновский музей напечатал на 3D-принтере 120 статуй женщин-лидеров в области STEM в натуральную величину.
В 2022 году Смитсоновский институт в Вашингтоне, округ Колумбия, открыл выставку в честь женщин-ученых, в том числе 120 3D-печатных статуй в натуральную величину. Названная «IfThenSheCan - The Exhibit», это самая большая коллекция женских статуй, каждая из которых была напечатана с использованием технологии FDM.
дома и архитектурные элементы
Когда дело доходит до крупномасштабных проектов 3D-печати, без жилищных проектов не обойтись. В то время как несколько зданий печатаются исключительно с помощью 3D-печати (часто требуются или включаются структурные опоры, такие как стальная арматура или традиционные деревянные конструкции), 3D-печать может быть полезной благодаря своей скорости, экономии труда и долговечности конструкции. Для дома и гостиницы. Ожидается, что мировой рынок строительной 3D-печати вырастет почти на 20 процентов в течение следующих пяти лет.
●Двухэтажное здание на картинке ниже было завершено совместными усилиями архитектурно-дизайнерских и инженерных компаний Hannah and Cive и Peri 3D Construction, которые предоставили 3D-принтеры. Дом площадью 4000-квадратных футов был продан анонимному покупателю, и на его завершение уйдет два года. Портальный принтер Peri Cobod Bod2, ведущий принтер в архитектуре 3D-печати, используется для экструдирования специализированных бетонных смесей для создания лестничных клеток и других функциональных конструкций, и в общей сложности на этот проект было напечатано 330 часов.
картина
△Первый полностью напечатанный на 3D-принтере двухэтажный дом в США находится в Хьюстоне.
●Помимо строительства зданий, 3D-принтеры широко используются для архитектурных элементов, включая фасады и исторические элементы, для реставрации, а также для дизайна интерьера, включая стены, дисплеи и перегородки. Есть даже 3D-печатные полы, 3D-печатные мосты и 3D-печатные искусственные коралловые рифы. Бетоноподобные материалы не единственный вариант в строительстве, полимеры тоже играют роль. Branch Technology специализируется на крупномасштабной 3D-печати с использованием роботизированных полимерных экструдеров, создавая все, от скульптур до космических обитателей. Его инновационная система строительных панелей под названием BranchClad открывает новые возможности для фасадов зданий. Просто взгляните на лунную поверхность, установленную на рабочей стороне нового космического лагеря Космического и ракетного центра США (ниже). Фасады, созданные с использованием цифровых изображений Луны, демонстрируют поразительную точность лунной поверхности. Позитивная форма лунного узора была напечатана на 3D-принтере, а затем окрашена гипсовым материалом.
картина
△Новая лунная стена, напечатанная на 3D-принтере Branch Technology, установлена на стороне нового космического лагеря Космического и ракетного центра США.
Промышленные и металлические детали
картина
△ Металлический 3D-принтер Stargate компании Relativity Space
● Производитель ракет Relativity Space утверждает, что напечатанная на 3D-принтере ракета Terran 1 является самой большой 3D-печатной конструкцией из когда-либо существовавших: ее высота составляет 35,2 метра, а диаметр — 2,3 метра. Ракета нового поколения Terran R не уступает по размерам. Оба напечатаны в 3D на запатентованном металле с использованием 3D-принтера Stargate компании с использованием роботизированной технологии направленного осаждения энергии. Relativity Space заявила, что способность ракеты выдерживать нагрузку при запуске стала огромной победой, продемонстрировав структурную целостность метода 3D-печати металлом.
картина
△Королева Нидерландов Максима официально открыла металлический мост для 3D-печати MX3D.
●Металлический мост через амстердамский канал, спроектированный лабораторией Йориса Лаармана, был напечатан в MX3D с использованием технологии аддитивного производства с использованием роботизированной дуги. «Умный мост» из нержавеющей стали длиной 12-метр включает в себя встроенную сеть датчиков, чтобы помочь амстердамским исследователям изучить роль систем IoT в искусственной среде. Разработанная с использованием методов генеративного проектирования и оптимизации топологии, структура чрезвычайно легкая. Мост MX3D также демонстрирует применение металлической 3D-печати в искусстве и скульптуре.
●Ниже показана еще одна печатная работа MX3D, установленная художниками Мариаграцией Аббальдо и Паоло Альбертелли в Турине, Королевском саду Италии. Скульптура весом 880 кг, получившая название «Китовый проход», изображает плавники кита, проплывающего над землей. Все модели, сделанные в рамках этого проекта, были напечатаны на 3D-принтере.
картина
△ «Китовый перевал» был разработан Мариаграцией Аббальдо и Паоло Альбертелли и напечатан на 3D-принтере компанией MX3D.
● 3D-печать крупными металлами можно использовать во многих отраслях: компании, работающие в морской, нефтегазовой и тяжелой строительной отраслях, могут производить крупные детали быстрее, часто на месте. Например, приведенный ниже морской гребной винт был напечатан на 3D-принтере с использованием технологии WAAM, чтобы получить почти точную форму, которая затем была обработана с более жесткими допусками. В этом случае WAAM заменяет ковку и может производиться ближе к месту, где это необходимо, с использованием меньшего количества сырья.
картина
△Этот морской гребной винт является одним из первых примеров промышленного применения технологии WAAM.
● 3D-печать металлом также может уменьшить вес деталей, поскольку 3D-печать позволяет создавать формы, которые нельзя получить с помощью ковки или литья. По словам производителя принтеров SLM Solutions, деталь шасси самолета (ниже) размером 455 x 295 x 805 мм является первой в мире 3D-печатной деталью с лазерным порошковым покрытием. Эта деталь не только на 15 процентов легче традиционных кованых деталей, но и технология также сокращает время выполнения работ. Поскольку этот компонент является частью системы, передающей нагрузку от колес на конструкцию самолета, для прочности он изготовлен из титана. Выбор материалов придает детали высокие механические свойства, а также коррозионную стойкость без необходимости нанесения покрытия, напечатанного с помощью четырехлазерного SLM 800 3D-принтера. «Аддитивное производство помогает сэкономить время на этапе квалификации и сертификации за счет быстрой доставки деталей для испытаний. Мы можем производить основные компоненты в течение нескольких дней. Использование процесса ковки занимает несколько месяцев».
картина
△Распечатанные на 3D-принтере детали переднего шасси для частных самолетов
3D-печать больших форм для литья металлических деталей является важным применением крупномасштабной 3D-печати. Для металлических промышленных деталей, которые должны быть отлиты, этап изготовления пресс-формы является трудоемким и требует много времени. С помощью песчаных 3D-принтеров производители могут печатать 3D-отливки из песка и формы напрямую, без необходимости в полномасштабных моделях. Voxlejet VX4000 — крупнейший в мире 3D-принтер для литья в песчаные формы. В нем используется технология струйной печати связующего вещества, позволяющая производить не только огромные формы, но и тысячи таких форм за один процесс печати.
картина
△Принтер Voxlejet VX4000 (Источник: Voxeljet)
мебель и транспорт
картина
△Стул, изготовленный цельным куском на 3D-принтере WASP.
● Дизайнеры интерьеров также постепенно выбирают широкоформатную 3D-печать для реализации сложных дизайнов и использования уникальных материалов. Полимеры, особенно переработанный пластик, являются наиболее часто используемыми материалами для 3D-печати мебели, но также можно использовать бетон и металл. Эта школьная парта размером с детскую в Гамбии (ниже) является примером 3D-печати, удовлетворяющей практические потребности. Легкий и прочный, этот дизайн может быть изготовлен из переработанного пластика, что также решает проблему пластиковых отходов. Модель была напечатана на 3D-принтере Magnum в The Industry Sweden из пластика PETG, который обычно используется в бутылках для напитков.
картина
△ Прототип парт для тестирования концепции школьной мебели, напечатанной на 3D-принтере в Гамбии, возможно, с использованием переработанного пластика.
● Есть бесчисленное множество примеров красивых 3D-печатных стульев и столов, в том числе прекрасная коллекция кофейных столиков от NYXO Visionary Design (ниже), сделанных из легкого вспененного PLA, напечатанных на 3D-принтере Colossus XS.
картина
△Серия скульптурных столов Primavera была разработана базирующейся в Дубае архитектурной и дизайнерской фирмой NYXO Visionary Design и напечатана с использованием ColorFabb PLA на принтере Colossus XS (Источник: Colossus)
Вошедшая в Книгу рекордов Гиннеса как самая большая лодка, напечатанная на 3D-принтере, и как самый большой физически напечатанный объект на сегодняшний день, это лодка длиной 7,72 метра, изображенная ниже. Лодка была напечатана в 2019 году Центром перспективных конструкций и композитов Университета штата Мэн. Изготовлен из пластика и древесной целлюлозы. На 3D-печать ушло всего 72 часа, а вес — 2,2 тонны.
картина
△Полностью напечатанная на 3D-принтере лодка в натуральную величину, изготовленная Университетом штата Мэн.
●Производители велосипедов также выбрали технологию 3D-печати для решения проблем сварки в своей производственной цепочке. Цельная рама, напечатанная на 3D-принтере, не только экономит время, но и обеспечивает новые степени свободы дизайна, не ограниченные структурными соединениями. Производитель велосипедов выпускал модели из титана, стали и углеродного волокна. Электровелосипед со стальной рамой от Urwahn был произведен серийно с использованием 3D-печати металлом для достижения баланса формы, функциональности, легкой конструкции и материалов. По словам компании, специальные задние резинки подвешивают задние колеса и создают новый тип комфорта при езде, а стальная рама объединяет двигатель и аккумулятор.
картина
△Электрический велосипед Urwahn со стальной рамой, напечатанный на 3D-принтере
Советы по дизайну и программное обеспечение для больших отпечатков
картина
△3D-печатная статуя высотой 30-фута собрана из 365 отдельных напечатанных на 3D-принтере деталей, каждая из которых печатается на 55 3D-принтерах в течение 28 часов.
Цельная 3D-печать часто является идеальной, потому что она устраняет трудозатраты на сборку, ускоряет производство и улучшает структурную целостность, поскольку нет швов или поверхностей. Однако, если напечатанный объект настолько велик, что вам нужно разделить его на несколько частей, как разделить модель на 3D-отпечатки?
● Для завершения большой 3D-печати вы можете разделить модель непосредственно в программе САПР (например, Fusion360 или Solid Works), преимущество которой заключается в том, что вы можете спроектировать некоторые вспомогательные средства сборки и выравнивания, такие как гвозди, выступы и канавки, выступы и т. д. или отверстия и прорези;
●Если вы просто собираетесь склеивать большие объекты или использовать шурупы (только для более прочных материалов, таких как нейлон, наполненный углеродным волокном), вы можете оставить операцию разделения с помощью инструмента для резки, такого как Cura. Сегментация выполняется быстро и автоматизировано с помощью инструментов сетки Cura;
● При сегментировании цифровой модели вручную избегайте прямого прохода через области детализации или вспомогательные области. избегать разделения в самом слабом месте конструкции,
А именно те области, которые намного тоньше, чем остальная часть модели.
Лучший 3D-принтер большого размера
картина
△GEFERTEC Arc60x WAAM Металлический 3D-принтер (Источник: Gefertec)
Если вы хотите использовать 3D-принтер для создания таких деталей, как большие пластиковые детали, реквизит и знаки, вы можете использовать широкоформатные филаментные 3D-принтеры, которые по сути такие же, как настольные филаментные принтеры. Некоторые принтеры могут печатать прочными материалами инженерного класса.
Если вы хотите стать больше, чем самые большие FDM-принтеры (плюс 1600 x 1200 x 1300), вам понадобится 3D-принтер с роботизированной рукой, с прикрепленной к концу головкой экструдера. Их можно разместить на рельсах или подвесном портале, поэтому теоретически можно печатать в соответствии с размерами доступных рельсов. Мировой рекорд Гиннеса для самого большого 3D-принтера — это портальная экструзионная головка в Университете штата Мэн, размеры которой могут достигать 30,000 x 6700 x 3,000 мм. Однако этот принтер не продается. Еще одним преимуществом роботов-манипуляторов является то, что они часто печатают с использованием полимеров в более экономичной форме гранул.
Размеры полимерных 3D-отпечатков обычно не превышают 1000 мм, за некоторыми исключениями, такими как Kings 1700 Pro и 3D Systems ProX 950, из-за чрезвычайно длительного времени печати. Смола обычно занимает больше времени, чем FDM.
картина
△Бетонный 3D-принтер среднего размера отлично подходит для крупноформатных художественных приложений.
Бетонные 3D-принтеры — это быстро развивающийся рынок не только для домашнего строительства, но и для любого типа бетонной опалубки, мебели, строительства и даже горшков для растений и скульптур. 3D-печать очень больших металлических деталей часто достигается с помощью метода 3D-печати с направленным осаждением энергии, такого как аддитивное производство с использованием электрической дуги (WAAM). В этих методах используется 3D-печатающая головка, установленная на роботизированной руке, которая имеет широкий радиус действия и ограничена только размером руки.
