В третье тысячелетие - трехмерными принтерами

Архив

Какие бывают принтеры? Ответ знает любой школьник: матричные, лазерные и струйные. Любой школьник, возможно, не знает о сублимационных, твердокрасочных, принтерах с термобумагой, с термопереносом красителя и еще бог весть каких разновидностях. Но это все - деление по принципу действия. Что же касается назначения этих устройств, то они сегодня печатают не только текст и фотографии на бумаге или пленке.

Итак, принтеры используются для:

- печати на конвертах;
- печати на аудио- и видеокассетах;
- печати на компакт-дисках;
- печати различных чеков, этикеток, билетов, пропусков и т.п.;
- печати штрих-кодов и штрих-кодовых этикеток;
- нанесения обозначений элементов на печатных платах;
- печати на коробках и контейнерах;
- печати на кредитных, телефонных, SIM- и прочих пластиковых картах;
- аркировки кабелей и труб;
- нанесения VIN (автомобильные идентификационные номера);
- маркировки замков и ключей;
- маркировки деревьев;
- печати на теннисных мячиках и шариках для пинг-понга.
Это, разумеется, далеко не все. Не правда ли, некоторые применения довольно нетривиальны? Еще одно применение принтерным технологиям нашел наш читатель Алексей Климов, но ему я предоставляю возможность рассказать об этом самому в заметке "Твердая зеленая копия".

А что же происходит сегодня с технологиями?

Матричная печать быстро уходит со сцены домашних устройств, вытесненная технологией струйной. Тем не менее, предсказывать матричным принтерам скорое забвение нельзя: вспомните, к примеру, о кассовых аппаратах. Технология, можно сказать, достигла вершины, и сейчас борьба идет разве что за увеличение надежности и уменьшение размеров матричных печатающих механизмов. Попытки приспособить матричную печать для получения цветных и полутоновых изображений сегодня полностью пресечены струйными технологиями, и в ближайшие годы матричные принтеры, видимо, останутся только в роли недорогих регистрирующих устройств.

Технология струйной печати, наоборот, находится в самом расцвете, потеснив даже сублимационную. Сегодня только полный невежда не знает, на чем лучше всего печатать цветные фотографии. Тем не менее, движение к идеалу продолжается - в направлении расширения диапазона передаваемых цветов, уменьшения зависимости качества отпечатка от структуры бумаги и улучшения алгоритмов работы драйверов. Гонка за максимальным разрешением благополучно завершилась на отметке около 600-800 dpi, перейдя в несколько иное качество: теперь разрешение наращивается не в "лоб", а хитрыми способами типа управления размером точки, что позволяет подстраивать технологию под изображение и отказаться от обратного. Технологию термического воздействия на краситель для формирования капли дополняет технология пьезоэлектрическая, которая, преодолев "детские болезни", перешла от использования одиночных пьезоэлементов к многослойным керамическим "бутербродам", допускающим гораздо более гибкое управление процессом каплеобразования и обеспечив формирование капель объемом всего 3-6 пиколитров. На смену четырехцветному процессу печати пришел шестицветный, устранив известную проблему заметности точек красителя на светлых участках изображения.

Лазерная печать продолжает удерживать позиции там, где нужна высокая производительность, и тоже потихоньку подбирается к полихромным изображениям, уже освоив основные цвета. Кроме новых применений, у лазерной технологии есть еще резервы для борьбы за снижение стоимости и отпечатка, и самих принтеров, а вот в области полноцветной печати у нее уже появился реальный конкурент в лице твердокрасочной технологии (представителем которой является, например, описанный в "Огороде" Tektronix Phaser (см. "КТ" #312).

Твердокрасочная печать, представляющая собой комбинацию струйной и лазерной технологий, стремится вобрать в себя достижения и той, и другой. И здесь, в отличие от известной поговорки, погоня за двумя зайцами пока удачна. Так, например, разработчикам уже удалось отказаться от промежуточных поверхностей, переносящих краситель, без чего никак не могут обходиться принтеры лазерные, а насыщенности и малой растекаемости краски могут позавидовать любые гиганты струйной индустрии.

Ну и, наконец, следовало бы дать ответ на наш "вопрос недели", касающийся трехмерных принтеров. Такие технологии действительно существуют, хотя вместо понятия "трехмерной печати" на Западе уже утвердился термин RP (Rapid Prototyping). Разработками в этой области и производством самих устройств занимаются компании 3D Systems, Formus, Stratasys, Z Corp, а также исследовательские центры при университетах (как обычно, Массачусетский технологический, Мичиганский, технологический университет в Хельсинки и др.).

Подобные устройства применяются в основном для быстрого получения прототипов узлов и деталей, разрабатываемых с помощью CAD-систем. Все-таки автоматизированная разработка - это одно, а "взять пощупать" - совсем другое, и последнее для человека как-то привычнее. В качестве основы для "печати" прототипов используются термопластичные полимерные материалы в виде пластин или "проволоки" толщиной несколько миллиметров, специальные порошки или компаунды.

Сам процесс "печати", например в моделях компании Stratasys, представляет собой послойное формирование прототипа с помощью сопла, перемещающегося под управлением компьютера в двух горизонтальных плоскостях и подающего размягченное рабочее вещество. Перемещение на один шаг в вертикальной плоскости выполняется после "печати" каждого слоя. Изготавливаемая деталь может быть как цельной, так и полой, поскольку способ послойного изготовления обеспечивает воспроизведение любой формы. Следует заметить, что полученная деталь не нуждается в последующей механической обработке. Изготовление модели занимает от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от сложности объекта. Существующие сегодня устройства позволяют изготавливать трехмерные детали размером несколько десятков сантиметров с разрешением 0,1-0,5 мм. Толщина слоев, из которых формируется деталь, также находится в пределах нескольких десятых долей миллиметра. Устройство может "печатать" материалом различного цвета, хотя переключение цветов в процессе работы выполняется не быстро.

Компания Z Corp использует похожую технологию, но модель формируется из порошка, который может после изготовления модели пропитываться специальным закрепляющим составом. К сожалению, такой способ не допускает управления цветом, и после изготовления макет приходится красить.

Для управления подобными системами применяется специальное программное обеспечение совместно с одной из CAD-систем. Трехмерный объект с помощью CAD "разрезается" на горизонтальные слои (обычно это файлы *.stl), после чего специальное ПО, используя слои, управляет "печатной головкой" и производит послойное же формирование макета.

Среди покупателей подобного оборудования (а цена "принтера" составляет несколько десятков тысяч долларов) мелькают такие известные имена, как Pratt & Whitney, Motorola, Toyota, NASA, Whirlpool, Kodak и много менее известных. Кто знает, может, в следующем тысячелетии подобная техника займет место и на рабочем столе рядового пользователя, который сможет сделать трехмерным цифровым фотоаппаратом снимок и сразу же воспроизвести его в виде трехмерного же макета.