За допомогою графічних комп'ютерних програм конструктори і дизайнери можуть на екрані монітора розглянути своє дітище з усіх боків і навіть зазирнути всередину. Єдине, чого вони були перш позбавлені, - можливість помацати свій твір руками. Тепер цю прогалину усунутий - розроблені на комп'ютерах віртуальні об'єкти перетворюються в реальні предмети за допомогою спеціальних пристроїв, званих 3D-принтерами (від англ. 3-dimentional - тривимірний).
Технологія тривимірної друку вперше з'явилася в 1986 році, коли американець Чарльз Халл запатентував процес, названий їм Стереолітографія. Суть процесу полягає в тому, що комп'ютер «ріже» тривимірний об'єкт на «шари» товщиною в долі міліметра, і кожен шар друкується на принтері в натуральну величину. Роблять це так: підкладку, або платформу, на якій буде перебувати фізичне втілення віртуальної моделі, занурюють в рідкий фотополімер (органічна речовина, що твердіє під дією світла) на глибину, рівну товщині елементарного шару майбутнього виробу. Потім в дію вступає керований комп'ютером ультрафіолетовий лазер і опромінює фотополімер, «малюючи» в ньому зображення першого (нижнього) шару. Після того як полімеризація закінчиться, підкладку опускають і лазер формує другий шар, за ним третій і так далі.
Луч УФ-лазера, відповідно до заданої програми, фокусується на поверхню платформи, покритої тонким шаром рідкої світлочутливої смоли. В результаті фотополімеризації утворюється перший шар шуканого об'єкта.
Сучасні Стереолітографіческая установки дозволяють створювати як зразки об'ємом до 1 м 3 і точністю 0,05-0,15 мм, так і мікрооб'єкти і мікроструктури з дозволом 1-70 мкм. Незважаючи на високу собівартість обладнання та витратних матеріалів, стереолітографірованіе багаторазово прискорює процес виготовлення фізичної моделі: об'єкти (прототипи) будь-якої складності по їх комп'ютерним моделям можуть бути «надруковані» на 3D-принтері всього за кілька годин, максимум - днів. Подібний підхід отримав назву швидкого прототипування і нині став вже стандартом при проведенні науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт.
За допомогою валика на підкладці формують тонкий шар порошку, який потім опромінюють лазером. Відповідно до заданої топологією частки порошку спікається або плавляться, створюючи контур першого шару.
Однак не завжди для виготовлення деталей і моделей годяться полімери. Тому в промисловості нерідко використовують іншу технологію тривимірної печатки - виборче лазерне спікання (ІЛС). Для такого виду «друку» застосовують потужні лазери на вуглекислому газі, випромінювання яких здатне спекать або сплавляти частки порошків самої різної природи - від термопластичних полімерів, воску і звичайного цукру до кераміки, титану, алюмінію і сталей.
Лопатка газової турбіни і її «надрукована» прозора пластикова копія, на якій видно розташування каналів охолодження.
Різноманіття матеріалів дозволяє «друкувати» найрізноманітніші об'єкти. Отримані таким способом вироби, як правило, мають шорстку поверхню і пористу структуру.
Найчастіше лазерне спікання застосовують для двокомпонентних сумішей, наприклад металу з полімером. В цьому випадку легкоплавкий компонент виступає в якості сполучного матеріалу. Після випалу готового виробу частки пластмаси вигорають, а частки металу спікається. При необхідності таку «губчасту» деталь можна просочити металевим розплавом (наприклад, сталь / бронза), що додасть їй відносно однорідну структуру.
Принтер Solar Sinter (вгорі), створений Маркусом Кайзером, використовує енергію концентрованих сонячних променів, щоб спекать піщинки і створювати тим самим тривимірні об'єкти - такі, наприклад, як ємність для води (внизу)
Побудова шару в таких пристроях здійснюється за допомогою однієї або декількох друкуючих головок, подібних до тих, що застосовуються в звичайних струменевих принтерах. Сопла головок розпилюють найдрібніші крапельки клеїть речовини по поверхні порошку, розподіленого тонким шаром на спеціальній платформі. Можливості методу дозволяють комбінувати різні матеріали (гіпс / вода, сталь / акрилова смола, інертні наповнювачі / віск і т. Д.).
За таким же принципом працює дивовижна машина D-shape. за допомогою якої можна будувати будинки заввишки до двох поверхів і площею до 55 м 2. На поверхню фундаменту шаром до 10 мм насипають пісок, змішаний з каталізатором. Після цього по заданій траєкторії проходить друкуюча головка з соплом, через яке подається спеціальне речовина, що клеїть. Отримана суміш «схоплюється», і утворюється матеріал, який не поступається за міцністю бетону. Слідом укладається другий шар, і так, поки не дійде до даху.
За допомогою принтера D-shape можна будувати будинки з будь-якою формою і розташуванням внутрішніх стін, зводити сходи, колони, прикрашати фасад барельєфами.
Архітектори тепер можуть дати волю фантазії, хоча розробники не вказують, як видаляти з будівлі невикористаний пісок, а також як не дозволяти піску висипатися через що формуються дверні та віконні прорізи.
Будівельний 3D-принтер має раму розміром 7,5 × 7,5 м, по якій рухається тримач з друкуючої головкою. У міру зведення будівлі рама піднімається вгору по чотирьом стійок.
Можливості тривимірної друку широко використовують в медицині. За допомогою томографії створюють пошарові зображення досліджуваного органу. На їх основі будують (а точніше - «друкують») фізичну модель, на якій лікарі продумують план хірургічної операції.
3D-принтери знайшли і ще одне застосування: дозволяють створювати імплантати для прискорення післяопераційної регенерації ділянок видаленої кісткової тканини. Лікарі створюють точну тривимірну модель пошкодженої ділянки і «друкують» її з биоразлагаемого сополимера полімолочной і полігликолевою кислот. Для додання міцності отриманий мікропористий зразок покривають тонким шаром кальцій-фосфатної кераміки. Вже через вісім тижнів після імплантації керамічне покриття зростається з краями здорових ділянок кістки, а через півтора року імплантат повністю розпадається, поступаючись місцем регенерованої кісткової тканини.
Модель черепної коробки після трепанації, виготовлена на 3D-принтері, так само як і «латочка», якій закриють отвір, дає можливість хірургам спланувати операцію і провести тренування.
Зовнішній вигляд 3D-принтера Cube і виготовлені з його допомогою вироби.
Для побудови об'ємних моделей в них використовується так званий метод пошарового заливки екструдіруемим розплавом, розроблений ще в кінці 1980-х років. Полімерна нитка, проходячи через сопло термоголовки (екструдера), нагрівається і в вигляді розплаву подається в зону друку, де, застигаючи, формує елементи шуканої структури. Принтер Cube забезпечується картриджами 10 кольорів, яких вистачає, щоб створити 10-12 виробів середнього розміру (максимальний розмір 14 × 14 × 14 см).