Реферат «Технологии промышленной 3 d печати» учащийся 8 класса Глинский Эльмурад Нишанбоевич Баинов Роман Сергеевич, Учитель информатики и математики мбоу «Расцветская сош»
Скачать 141.43 Kb.
|
| Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Расцветкая Средняя Школа», Республика Хакасия, Усть-Абаканский район, поселок Расцвет. Реферат «Технологии промышленной 3D печати» Выполнил: учащийся 8 класса Глинский Эльмурад Нишанбоевич Руководитель: Баинов Роман Сергеевич, Учитель информатики и математики МБОУ «Расцветская СОШ» Предмет: информатика Образовательное учреждение: МБОУ «Расцветская СОШ», пос. Расцвет. Расцвет 2014 Содержание
1. Введение Трёхмерная графика или 3D печать — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), призванных обеспечить пространственно-временную непрерывность получаемых изображений. Больше всего применяется для создания изображений в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности[1]. Цели и задачи. В этом реферате мы хотим подробнее рассмотреть применение данной технологии в различных отраслях промышленности: строительство, авиация, космическая отрасль, медицина, изучить текущее состояние развития технологии и сделать предположения о дальнейшем развитии трехмерной печати. 2Обзор технологий 3D печати. 3D-принтер — устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта. Есть много технологий для создания 3Д объектов на 3д принтере Технологии, применяемые для создания слоев: Лазерная-стереолитография[1] ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик. Лазерное сплавление[1]— при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали. Ламинирование[1]— деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали. Биопринтеры[1] — печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта. Лазерная стереолитография[1]— объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего, объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя. Электронно-лучевая плавка[1] — аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путем плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме. Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы[1] — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета. Как происходит кристаллизация тела: Застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта. Склеивание или спекание порошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельченной бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров. Селективное лазерное спекание-объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путем его плавления под действием лазерного излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого. 3.Применение технологи трехмерной печати в промышленности. 3.1 Трехмерная печать в строительстве Управление военно-морских исследований США и Национальный научный фонд Countour Crafting разрабатывают технологию строительства бетонных зданий с помощью трехмерной печати[2]. Один из авторов новой технологии, профессор Берок Хошневис (Behrokh Khoshnevis) из Университета Южной Калифорнии, заявляет, что строительный принтер может построить здание площадью 230 кв. м всего за один день. При этом принтер может печатать здания в несколько этажей с самой сложной планировкой, какую можно представить. Интерес военных к строительству с помощью трехмерной печати объясняется несовершенством современных технологий строительства, которые не подходят для развертывания в удаленных регионах без соответствующей инфраструктуры. С другой стороны, трехмерный принтер с командой инженеров можно привезти на место с помощью военно-транспортного самолета и уже на месте за неделю возвести надежный укрепленный полевой лагерь. Строительный принтер, как и обычный настольный 3D-принтер, также изготавливает объемные объекты, укладывая сырье слой за слоем. Однако, вместо пластмассы он использует быстро твердеющий бетон, из которого возводится фундамент, стены и крыша здания. Форма постройки может быть любой, причем алгоритм может самостоятельно рассчитывать прочность здания, возводя постройки, способные выдержать давление до 10 000 psi. Для сравнения: обычные постройки выдерживают давление примерно 7000 psi, а сооружения, выдерживающие 14 500 psi и выше, считаются сверхпрочными.  Обычный жилой дом двое операторов строительного 3D-принтера могут возвести за сутки. Плюсом трехмерной печати является и то, что 3D-принтер может работать круглые сутки Голландский архитектор Яняап Рёйссенарс(Janjaap Ruijssenaars) планирует построить двухэтажное здание с помощью технологии 3D-печати, сообщает Los Angeles Times[3]. Здание под названием Landscape House имеет форму ленты Мебиуса - пол в нем постепенно переходит в потолок и обратно. По мнению архитектора, такое сооружение идеально впишется в естественный ландшафт. Для того чтобы построить сооружение архитектор планирует использовать 3D-принтер под названием D-Shape, разработанный итальянским конструкторомЭнрико Дини (Enrico Dini). Используя песок и специальную скрепляющую смесь, данный агрегат способен создавать объекты по прочности не уступающие конструкциям из бетона. Сооруженный из алюминиевых балок D-Shape использует программное обеспечение CAM для управления печатающей головкой. По словам изобретателя машины Дини, ее легко перевезти и можно развернуть в любом удобном месте за несколько часов с помощью всего двух технологов. С помощью D-Shape будут созданы элементы конструкции здания размером 9 x 6 метров, из которых оно будет построено. Каждый элемент будет создан принтером путем склеивания 5-миллиметровых слоев песка.  Проект здания Landscape House[4] По оценке Рёйссенарса, строительство Landscape House обойдется в 4-5 млн евро. В случае успеха архитектор рассчитывает, что копии здания будут возведены по всему миру. Как сообщает BBC, к проекту уже проявили внимание музеи, выставочные центры и частные инвесторы. «В традиционном строительстве вам необходимо сооружать деревянную опалубку, заливать в нее бетон, ждать, когда он застынет, затем разбирать опалубку. На это уходит уйма времени и сил, - заявил архитектор. - Вы можете просто напечатать то, что желаете. Это более простой способ возведения конструкций». После чего Рёйссенарса сказал: «Для меня, как архитектора, печать является отличным способом реализации идеи здания с особенным дизайном, в котором пол и потолок перетекают друг в друга бесконечно». 3.2 3Д принтер в космосе (на МКС). [5] Компания 3D Systems Corporation (США) объявила об успешном испытании трехмерного принтера BFB-3000 в условиях невесомости. Испытания проводились совместно с компанией MADE IN SPACE и свидетельствуют о возможности производства сложных узлов и деталей в условиях космического пространства. 3D-печать резко изменит подход к космическим исследованиям, коммерциализации космических продуктов, а также обеспечению функционирования космических аппаратов. Трехмерный принтер позволяет облегчить создание и обустройство жизненного пространства на орбите, снижая потребность в доставке широкого спектра грузов с Земли. В настоящее время все необходимые в космосе предметы и детали изготавливаются на поверхности планеты, тщательно подгоняются и для проверки стыкуются с макетами корабля или Международной космической станции. Затем они ждут рейса очередного космического корабля, и только после стыковки на орбите космонавты получают требуемые предметы. Трехмерный принтер, способный изготавливать самые сложные по форме предметы, сможет решить множество проблем, например изготовить уплотнения, инструменты и предметы обихода, которые по тем или иным причинам отсутствуют на борту МКС.  Части турбины, изготовленные с помощью трехмерной печати На ближайший год в планах компании 3D Systems Corporation серия испытаний 3D-принтера в условиях невесомости на борту специального самолета и тестирование во время суборбитального полета. 3.3 NASA напечатает на 3Д-принтере части ракеты для полета к Марсу. [6] Инженеры NASA строят крупнейшую ракету, из когда-либо построенных агентством, которая сможет вывести нас за пределы Луны, с использованием 3D-печати. В качестве печатного компонента используется пластик. Для спекания материала используется селективное сплавление лазером. Теперь требуются часы для получения детали, на изготовление которой ранее уходили недели. Прямо сейчас SLS может поднять в космос 70 тонн, но в конечном счете будет в состоянии поднять 130 тонн. Это важно для долгосрочной миссии, которая может занять несколько месяцев. "Когда мы летим на Луну, нам не нужны тяжеловесные ракеты", говорит Болден. "Но нам нужно значительно больше веса [для путешествия к астероиду или Марсу]". Почему 3D печать поможет SLS? Оказывается, легкие пластиковые компоненты справляются со стрессом высокой скорости запуска лучше, чем некоторые тяжелые, свариваемые материалы.  3.4 3Д принтеры для создания деталей для самолётов[7] Обычно на постройку самолета уходит значительное количество времени: месяцы или даже годы. Но все это можно значительно сократить, использовав 3D-принтеры. Во всяком случае, так утверждают студенты Университета Саутгемптона, создавшие недавно первый в мире самолет, напечатанный на принтере - Sulsa.  Назвали они свое детище Sulsa (Southampton University Laser Sintered Aircraft, Выпеченный лазером самолет в Университете Саутгемптона). Название это объясняет место появления этого необычного летательного аппарата и принцип расположенного в упомянутом учебном заведении трехмерного принтера. Лазер в нем разогревает до высоких температур порошок пластика, стали или титана, и слой за слоем создает нужную структуру. В итоге на создание самолета Sulsa у его авторов ушло всего два дня, что значительно меньше, если бы они делали его традиционными методами авиамоделирования. После этого они установили на получившийся каркас летательного аппарата электрический двигатель и запустили его в полет. Правда, Sulsa не идет ни в какое сравнение по размерам с пассажирскими или грузовыми самолетами – размах его крыльев составляет всего полтора метра. Но это все равно не мешает ему носить гордое звание «самолет» и, главное, летать! Энди Кин и Джим Сканлан планируют в будущем создать еще несколько самолетов, напечатанных на 3D-принтере, но уже больших размеров. Понятно, что при нынешнем развитии технологий на таких самолетах людей в воздух не поднимешь, но вот для исследования местности, аэрофотосъемки и военных целей Sulsa и последующие за ним летательные аппараты вполне подойдут. 3.5 создание литий-ионных аккумуляторов на 3-д принторе[8] С помощью создания частей аккумуляторов из чернил, ученый из Гарвардского Института Материаловедения Jennifer Lewis заложила основы для создания литий-ионных аккумуляторов и другой высокотехнологичной электроники с помощью 3-D печати. Хотя технология находится на начельном этапе развития, печать аккумуляторов и других электронных устройств позволит производить новое оборудование, например биомедицинские датчики с автономным источником питания, которые смогут прикрепляться к коже и непрерывно передавать показатели жизнедеятельности на смартфон. Данная технология обеспечит более простое и эффективное производство уже существующих вещей.  Jennifer Lewis  Напечатанное ухо способно улавливать радиочастоты. Lewis предприняла два шага в направлении печати электронных устройств. Во-первых, она разработала чернила, которые могут застывать, превращаясь в аккумуляторы и простые компоненты, включая электроды, провод и антенны. Во-вторых, она разработала насадки и работающие под высоким давлении экструдеры, которые выдавливают аккумуляторы и другие компоненты из промышленного 3-D принтера. В чернилах Lewis используются взвешенные наночастицы желаемого материала – соединения лития для аккумуляторов и серебро для проводов.  Данные материалы смешиваются в растворы, и чернила затвердевают при определенном давлении на выходе из принтера. После печати, материал приобретает твердую форму. Печать аккумулятора из одной единственной насадки занимает несколько минут, но технология 3D печати, разработанная Lewis, позволяет накладывать послойно чернила из сотни насадок одновременно. Печать проводится при комнатной температуре. Это позволяет печатать материалы на пластике без повреждения. Материалы аккумуляторов сами по себе не являются революционными, говорит Lewis: “революционной является технология производства аккумуляторов”. Размер произведенного на 3d принтере аккумулятора составляет около квадратного миллиметра, но по производительности соответствует коммерческим аккумуляторам, поскольку Lewis может обрабатывать микроскопические объекты, располагая объект с точностью до100 нанометров, который отображает структуры более крупных аккумуляторов.  Группа ученых под руководством Lewis имеет восемь патентов за разработку чернил и планирует получить лицензию и вывести данную технологию на рынок в течение ближайших нескольких лет. Хотя она говорит, что изначальный план заключается в обеспечении производителей данными устройствами, она также может производить бюджетные 3D принтеры для любителей. Прочитав это вы видите что 3-д принтеры довольна актуально используется во все направлениях науки, мы не рассмотрели вариант с медицинской точки зрения где печатаются органические клетки. Для её использования требуется принтер и воображение. 3.6 Трехмерная печать в медицине. Например, пластическая оболочка слуховых аппаратов уже давно производится с помощью 3D печати. Однако, электронные устройства производятся раздельно, аккумуляторы же являются тем видом продукции, которую часто заменяют. Если электронные устройства и зарядные аккумуляторы будут печататься вместе, то производство конечного продукта станет более быстрым и эффективным. Крупнейшие современные 3-D принтеры позволяют распечатать деталь высотой в человеческий рост. Неудивительно, что технологиям быстрого прототипирования находится применение и в медицине, а именно, – для воссоздания тех частей человеческого тела, которые были повреждены или пришли в негодность. Материалы, используемые в трехмерной печати, не подходят для замены «сносившейся детали» в нашем организме – но эта технология дает возможность создавать медицинские инструменты, которые изготовляются под заказ для каждого пациента, в соответствии с его недугом и анатомическими особенностями.
На данном этапе мы сделали обзор различных аспектов применения технологий 3-хмерной печати в промышленности. В дальнейшем планируем разработать собственную трехмерную компьютерную модель какого-либо объекта: например деталь механизма или проект архитектурной конструкции. Далее планируем распечатать данные объекты на 3Д принтере, доступ к которому у нас имеется. Но пока не будем раскрывать всех секретов…
В данной работе мы рассмотрели текущее состояние дел в области трехмерной печати и её применения в различных отраслях промышленности: строительстве, космической отрасли, авиастроении, энергетике, медицине. Из обзора становится ясно, что перспективы у данной технологии очень большие. В будущем, при удешевлении самих принтеров, они получат широкое распространение. Это даст возможность людям их использовать повсеместно в повседневной жизни, и на производстве, что удешевит изготовление многих деталей, а как следствие и стоимость конечного продукта той или иной отрасли промышленности. А, например, в медицине, данная технология поможет сделать качественный скачок в развитии протезов и имплантатов, точно повторяющих строение тела человека, а так же в выращивании искусственных органов.
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Урок геометрии и информатики. Тема урока по учебному плану: Построение... ... |  | Материально-техническая база мбоу таловской сош В мбоу таловской сош для осуществления образовательного процесса имеются 4 кабинета начальных классов, кабинеты биологии, технологии,... |
| Конспект непосредственной образовательной деятельности (образовательная... Учитель математики и информатики мбоу «Большеяниковская сош» Урмарского района чр григорьева Аврора Петровна | | Сценарий внеклассного мероприятия «Экскурс в мир аграрных профессий»... Учитель математики и информатики мбоу «Большеяниковская сош» Урмарского района чр григорьева Аврора Петровна |
| Урок математики. 8 класс. Тип урока : урок изучения нового материала.... Методическая разработка урока математики, учитель математики Стратий Е. Г., Мбоу сош №25 | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... |
| Научно- исследовательская конференция «Интерес» Огоняна Георгия Робертовича, г. Краснодар, мбоу сош №63, 11 класс, «мир без интернета». Научный руководитель – Соломенко Елена Сергеевна,... | | Авторская программа элективного курса для 10 класса по биологии Ученицы 7 класса Черногоровой Виолетты Дмитриевны Лисицына Татьяна Петровна учитель математики высшей категории мбоу сош №22, п.... |
| Методика применения умк «Информатика» в преподавании базового курса... При этом увеличивается скорость подачи качественного материала в рамках одного урока | | Элективный курс имеет своей целью знакомство учащихся с основами... Капитонова Т. А., каф математики и методики преподавания сгу им. Н. Г. Чернышевского, Пуйшо Н. В., учитель информатики моу «сош №52»... |
| Конспект урока по теме «Сложен ие и вычитание смешанных чисел». Каунова... Каунова Галина Александровна – учитель математики мбоу «сош №13 с уиоп» г. Губкина Белгородской области | | Урок математики в 6 классе Автор: Никандрова Надежда Витальевна, учитель математики мбоу «Большевыльская сош» Аликовского района |
| «Путешествие в страну Звукобуквию» с применением тестопластики Методическая разработка урока математики, учитель математики Стратий Е. Г., Мбоу сош №25 | | Реферат «Памяти героя», выполнен ученицей 2 «А» класса, мбоу «сош №28» Реферат «Памяти героя», выполнен ученицей 2 «А» класса, мбоу «сош №28» г. Норильска Красноярского края при содействии классного руководителя... |
| Конспект урока по теме «Умножение дробей» фио учителя : Зубенко Надежда... Фио учителя: Зубенко Надежда Александровна – учитель математики в мбоу «Уршельская сош» | | Гуо «Техтинский учебно-педагогический комплекс «Детский сад средняя... Мгу им. А. А. Кулешова по специальности «учитель математики и информатики». В техтинском учебно-педагогическом комплексе учителем... |
