Широкомасштабний 3D-друк включає різноманітні технології та матеріали та застосовується в багатьох сферах. Насправді визначення «великий» є відносним, і немає фіксованого стандарту. Взагалі кажучи, будинки, човни та великі меблі — це великі предмети. Масштабний 3D-друк поступово стає основним на ринку, оскільки виробники, митці та компанії вибирають 3D-друк для задоволення своїх потреб у великомасштабних продуктах. Розробники крок за кроком долають розміри 3D-принтерів, долають технічні межі та друкують все більші продукти. Тож які сфери застосування широкомасштабного 3D-друку? А як щодо великих 3D-принтерів?
Розмір продукту часто залежить від технології та матеріалів, і необхідно знайти баланс між точністю та розміром, що робить вибір правильного 3D-принтера ключовим фактором успіху. Програмне забезпечення також відіграє важливу роль у створенні великих продуктів, оскільки найкращий спосіб друкувати великі об’єкти – часто друкувати їх по частинах і збирати їх. Широкомасштабні 3D-друковані продукти включають, але не обмежуються наступними елементами:
● Дисплеї, реквізити та вивіски
● Будинки та архітектурні елементи
●Промислові та металеві деталі
●Меблі та транспортні засоби
△Центр біорізноманіття Naturalis у Нідерландах має власну лабораторію 3D-друку та використав два 3D-принтери Builder Extreme 1500 Pro 3D, щоб зробити копію тиранозавра рекса.
●Музей динозаврів без Тиранозавра Рекса — це точно не справжній музей! На основі 3D-сканування фактичної скам’янілості T. rex Японський музей динозаврів 3D-надрукував 12-метрову копію 5-метрової висоти як велику частину, надруковану за допомогою двох великомасштабних пристроїв Builder Extreme 3D-принтери з пластиковою ниткою PLA.
●Куратори музеїв, дизайнери декорацій і реквізиту, парки розваг, виробники дисплеїв для конференцій і Всесвітніх виставок тощо також обирають широкоформатні 3D-принтери для прискорення виробництва. На додаток до переваг у швидкості та вартості, програмне забезпечення автоматизованого проектування (CAD) також відіграє важливу роль Чудовий ефект, більше не потрібні жодні штучні скульптури чи вторинні твори. Крім того, доступна величезна різноманітність матеріалів, від надлегкої піни до надзвичайно міцного нейлону, наповненого вуглецевим волокном.
△Художник покриває штукатуркою 17-футову копію Давида Мікеланджело, відтворену на 3D-друкі для Expo 2020 Dubai
●Цей 17-надрукований на 3D-принтері «Давид» Мікеланджело був представлений на Expo 2020 в Дубаї з метою сприяння розвитку туризму у Флоренції. Для досить великого полімерного 3D-принтера неможливо виготовити одну копію з надтонкими деталями, тому її розділили на 14 частин, які можна роздрукувати, а потім зібрали вручну, а мармурову зовнішню частину розписали вручну. Усередині надрукованого на 3D-принтері Давида є гратчаста сітчаста структура, яка допомагає утримувати його вагу лише на рівні 550 кг, але має міцність, щоб правильно упакувати та відправити.
△Germany's Styles Werbetechnik використовує широкоформатні FDM-принтери Tractus3D для виготовлення світлових знаків швидше, ніж традиційними методами
●Styles Werbetechnik, німецька компанія з виробництва вивісок, обрала широкомасштабну технологію 3D-друку для виготовлення зовнішніх вивісок. Компанія не тільки хотіла прискорити виробництво, але й хотіла робити листи власними силами, а не покладатися на стандартні дизайни літер від закордонних виробників. У компанії кажуть, що використання полімерного FDM-друку дає необмежені дизайнерські можливості для виготовлення контурних букв. Наприклад, глибина літер для світлових вивісок обмежена мінімум 60 мм у традиційних методах, але може бути зменшена до 30 мм у 3D-друкі. Вони також можуть працювати ввечері та у вихідні, прискорюючи час виробництва, оскільки 3D-принтери не потребують догляду під час процесу.
△Смітсонівський музей надрукував 3D 120 статуй жінок-лідерів у галузі STEM у натуральну величину
У 2022 році Смітсонівський інститут у Вашингтоні, округ Колумбія, відкрив виставку на честь жінок-вчених, включаючи 120 статуй, надрукованих на 3D-друкі в натуральну величину. Під назвою «IfThenSheCan – The Exhibit» це найбільша в історії колекція жіночих статуй, кожна з яких була надрукована за технологією FDM.
будинків та архітектурних елементів
Коли мова заходить про масштабні проекти 3D-друку, безумовно, проекти житла є незамінними. Хоча небагато будівель друкуються виключно на 3D (часто потребують або включають структурні опори, такі як сталева арматура або традиційні дерев’яні конструкції), 3D-друк може служити завдяки своїй швидкості, економії праці та довговічності конструкції. Для дому та готелю. Очікується, що світовий ринок будівельного 3D-друку зросте майже на 20 відсотків протягом наступних п’яти років.
●Двоповерхова будівля на зображенні нижче була спільно завершена архітектурно-проектними та інженерними компаніями Hannah and Cive і Peri 3D Construction, які надали 3D-принтери. Будинок площею 4000-квадратних футів було продано анонімному учаснику торгів, і будівництво займе загалом два роки. Козловий принтер Peri Cobod Bod2, провідний принтер в архітектурі 3D-друку, використовується для екструдування спеціалізованих бетонних сумішей для створення сходових кліток та інших функціональних конструкцій, і загалом на цей проект було надруковано 330 годин.
картина
△Перший повністю надрукований на 3D-принтері двоповерховий будинок у США розташований у Х’юстоні
●Крім будівництва будівель, 3D-принтери широко використовуються для архітектурних елементів, зокрема фасадів та історичних об’єктів для реставрації, а також для дизайну інтер’єру, зокрема стін, дисплеїв і міжкімнатних перегородок. Є навіть 3D-друковані підлоги, 3D-друковані мости та 3D-друковані штучні коралові рифи. Бетоноподібні матеріали – не єдиний варіант у будівництві, свою роль відіграють і полімери. Branch Technology спеціалізується на широкомасштабному 3D-друкі за допомогою роботизованих полімерних екструдерів, створюючи все від скульптур до космічних місць існування. Його інноваційна система будівельних панелей під назвою BranchClad відкриває нові можливості для фасадів будівель. Просто подивіться на місячну поверхню, встановлену на робочій стороні нового космічного табору Ракетно-космічного центру США (нижче). Створені за допомогою цифрового сканування Місяця, фасади демонструють дивовижну точність місячної поверхні. Позитивну форму місячного візерунка надрукували на 3D, а потім пофарбували ліпним матеріалом.
картина
△Нова тривимірна місячна стіна від Branch Technology встановлена збоку від нового космічного табору Космічного та ракетного центру США
Промислові та металеві частини
картина
△Металевий 3D-принтер Stargate від Relativity Space
● Виробник ракет Relativity Space стверджує, що його надрукована на 3D-принтері ракета Terran 1 є найбільшою конструкцією, надрукованою на 3D-вимірі, у висоту 35,2 метра та 2,3 метра в діаметрі. Ракета нового покоління Terran R настільки ж велика. Обидва вони надруковані в 3D на фірмовому металі за допомогою 3D-принтера Stargate компанії з використанням роботизованої технології спрямованого осадження енергії. У Relativity Space заявили, що здатність ракети витримувати навантаження під час запуску була величезною перемогою, демонструючи структурну цілісність її методу 3D-друку з металу.
картина
△Королева Нідерландів Максима офіційно відкрила металевий міст 3D-друку MX3D.
●Металевий міст через Амстердамський канал, розроблений лабораторією Йоріса Лаармана, був надрукований MX3D за допомогою роботизованої дугової технології адитивного виробництва. «Розумний міст» із нержавіючої сталі довжиною 12- має вбудовану сенсорну мережу, яка допомагає амстердамським дослідникам вивчати роль систем Інтернету речей у створеному середовищі. Розроблена з використанням методів генеративного проектування та оптимізації топології, структура надзвичайно легка. Міст MX3D також демонструє застосування металевого 3D-друку в мистецтві та скульптурі.
●Нижче наведено ще один MX3D-друк, встановлений художниками Маріаграцією Аббальдо та Паоло Альбертеллі в Турині, Королівському саду Італії. Скульптура вагою 880 кілограмів, яка отримала назву «Китовий прохід», демонструє плавники кита, що пролітає з землі. Усі моделі, виготовлені під час цього проекту, були надруковані на 3D.
картина
△«Whale Pass» розроблено Маріаграцією Аббальдо та Паоло Альбертеллі та надруковано 3D компанією MX3D
●Великий металевий 3D-друк можна використовувати в багатьох галузях промисловості, а компанії, що займаються судноплавством, нафтогазовою промисловістю та важким будівельним обладнанням, можуть виготовляти великі деталі швидше, часто на місці. Наприклад, наведений нижче морський гвинт був надрукований на 3D-принтері за допомогою технології WAAM, щоб створити майже чисту форму, яку потім обробили з більш жорсткими допусками. У цьому випадку WAAM замінює кування, і його можна зробити ближче до місця, де це необхідно, використовуючи менше сировини.
картина
△Цей морський гвинт є одним із перших прикладів промислового застосування технології WAAM
●3D-друк на металі також може зменшити вагу деталей, оскільки 3D-друк може створювати форми, яких неможливо отримати куванням чи литтям. За словами виробника принтерів SLM Solutions, частина шасі літака (внизу) розміром 455 x 295 x 805 мм є першою в світі деталлю, надрукованою на 3D-технології лазерного порошкового синтезу. Деталь не тільки на 15 відсотків легша за традиційні ковані деталі, але й технологія також скорочує час виконання робіт. Оскільки компонент є частиною системи, яка передає навантаження від коліс на конструкцію літака, він виготовлений із титану для міцності. Вибір матеріалів надає деталі сильні механічні властивості та водночас стійкість до корозії без необхідності нанесення покриття, надрукованого за допомогою квадролазерного принтера SLM 800 3D. «Адитивне виробництво допомагає заощадити час на етапі кваліфікації та сертифікації, швидко доставляючи деталі для випробувань. Ми можемо виготовити основні компоненти протягом кількох днів, використання процесу кування займає кілька місяців».
картина
△3D-друковані деталі передніх шасі для приватних літаків
3D-друк великих форм для лиття металевих деталей є важливим застосуванням великомасштабного 3D-друку. Для металевих промислових деталей, які повинні бути відлиті, етап виготовлення форми є трудомістким і трудомістким. За допомогою піщаних 3D-принтерів виробники можуть 3D-друкувати піщані виливки та форми безпосередньо без потреби в повномасштабних моделях. VX4000 від Voxlejet є найбільшим у світі 3D-принтером для лиття в пісок, який використовує технологію струминної обробки зв’язувальним матеріалом для виготовлення не лише величезних форм, але й тисяч їх за один процес друку.
картина
△Принтер Voxlejet VX4000 (Джерело: Voxeljet)
меблі та транспортні засоби
картина
△Крісло, виготовлене цільним за допомогою 3D-принтера WASP.
●Дизайнери інтер’єрів також поступово обирають широкоформатний 3D-друк для реалізації складних дизайнів і використання унікальних матеріалів. Полімери, особливо перероблений пластик, є найбільш часто використовуваними матеріалами для 3D-друкованих меблів, але також можна використовувати бетон і метал. Ця шкільна парта дитячого розміру в Гамбії (нижче) є прикладом 3D-друку, який відповідає практичним потребам. Легкий і міцний, цей дизайн можна виготовити з переробленого пластику, що також вирішує проблему пластикових відходів. Модель була надрукована на 3D-принтері Magnum у The Industry Sweden із пластику PETG, який зазвичай використовується у пляшках для напоїв.
картина
△ Прототип парт для тестування концепції шкільних меблів, надрукованих на 3D, у Гамбії, можливо, з використанням переробленого пластику
●Існує незліченна кількість прикладів красивих 3D-друкованих стільців і столів, у тому числі чудова колекція журнальних столиків NYXO Visionary Design (нижче), виготовлена з легкого спіненого PLA, надрукованого на 3D-принтері Colossus XS.
картина
△Серія скульптурних столів Primavera була розроблена дубайською фірмою NYXO Visionary Design, що займається архітектурою та дизайном продукції, і надрукована за допомогою ColorFabb PLA на принтері Colossus XS (Джерело: Colossus)
Човен, надрукований на 3D-принтері, зображений нижче, довжиною 7,72 метра, увійшов до Книги рекордів Гіннеса як найбільший 3D-друкований човен і найбільший фізично 3D-друкований об’єкт. Човен був надрукований у 2019 році Центром передових структур і композитів Університету Мен. Виготовляється з пластику і деревної целюлози. На 3D-друк знадобилося лише 72 години, а вага – 2,2 тонни.
картина
△Повністю 3D-друкований човен у натуральну величину, виготовлений Університетом Мен
●Виробники велосипедів також обрали технологію 3D-друку для вирішення проблем зі зварюванням у своєму виробничому ланцюжку. Цільна 3D-друкована рама не тільки економить час, але й надає новий ступінь свободи дизайну, не обмежений структурними з’єднаннями. Виробник велосипедів виготовив моделі з композитів з титану, сталі та вуглецевого волокна. Наведений нижче електровелосипед зі сталевою рамою від Urwahn був масово виготовлений за допомогою металевого 3D-друку для досягнення балансу форми, функціональності, легкої конструкції та матеріалів. Спеціальні задні пружки підвішують задні колеса та створюють новий тип комфорту під час їзди, тоді як сталевий каркас інтегрує двигун та акумулятор, кажуть у компанії.
картина
△Електричний велосипед Urwahn зі сталевою рамою, надрукований на 3D-принтері
Поради щодо дизайну та програмне забезпечення для великих відбитків
картина
△Надрукована на 3D-друкі статуя заввишки 30-фут складається з 365 окремих надрукованих на 3D-принтерах частин, і друк кожної частини на 55 3D-принтері займає 28 годин
Цілісний 3D-друк часто є ідеальним, оскільки він усуває роботу зі складання, прискорює виробництво та покращує структурну цілісність, оскільки немає швів або поверхонь. Однак, якщо надрукований об’єкт настільки великий, що вам потрібно розділити його на кілька частин, як розділити модель на 3D-відбитки?
●Щоб завершити великий 3D-друк, ви можете розділити модель безпосередньо в програмному забезпеченні САПР (наприклад, Fusion360 або Solid Works), перевага якого полягає в тому, що ви можете створити деякі допоміжні засоби для складання та вирівнювання, такі як цвяхи, виступи та канавки, губи, або отвори та прорізи;
●Якщо ви просто збираєтеся склеювати великі об’єкти разом або використовувати гвинти (тільки для міцніших матеріалів, таких як нейлон, наповнений вуглецевим волокном), ви можете залишити операцію розрізання інструменту для нарізання, наприклад Cura. Сегментація виконується швидко та автоматизовано за допомогою інструментів сітки Cura;
● Під час сегментування цифрової моделі вручну уникайте переходу безпосередньо через зони деталей або опорні області. уникайте розколу в найслабшому місці конструкції,
А саме тих ділянок, які значно тонші за решту моделі.
Найкращий 3D-принтер великого розміру
картина
△Металевий 3D-принтер GEFERTEC Arc60x WAAM (Джерело: Gefertec)
Якщо ви хочете використовувати 3D-принтер для створення таких деталей, як великі пластикові деталі, реквізити та знаки, ви можете використовувати широкоформатні нитяні 3D-принтери, які, по суті, такі ж, як настільні нитяні принтери. Деякі принтери можуть друкувати з технічних міцних матеріалів.
Якщо ви хочете бути більшими, ніж найбільші принтери FDM (плюс 1600 x 1200 x 1300), вам знадобиться 3D-принтер з роботизованою рукою, роботизованою рукою з прикріпленою до кінця головкою екструдера. Їх можна розміщувати на рейках або на верхній платформі, тож теоретично можна друкувати за розміром доступних рейок. Книгу рекордів Гіннеса щодо найбільшого 3D-принтера становить портальна екструзійна головка в Університеті Мен, яка може досягати 30000 x 6700 x 3000 мм. Однак цей принтер не продається. Ще одна перевага роботизованих принтерів полягає в тому, що вони часто друкують з використанням полімерів у більш економічній формі гранул
Розмір 3D-друку на полімерній основі зазвичай не може перевищувати 1,000мм, за кількома винятками, такими як Kings 1700 Pro і 3D Systems ProX 950 через надзвичайно тривалий час друку. Смола зазвичай займає більше часу, ніж FDM.
картина
△Бетонний 3D-принтер середнього розміру чудово підходить для широкоформатних художніх додатків
Бетонні 3D-принтери — це бурхливий ринок не лише для будівництва будинків, але й для будь-якого типу бетонної опалубки, меблів, конструкцій і навіть горщиків і скульптур. 3D-друк дуже великих металевих деталей часто досягається за допомогою техніки 3D-друку спрямованого енергетичного нанесення, такої як електродугове адитивне виробництво (WAAM). У цих методах використовується 3D-друкарська головка, встановлена на роботізованій руці, яка має широкий радіус дії та обмежена лише розміром руки.
