3D принтер болашақ технологиясы

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

А. Назарбеков атындағы №87 жалпы орта білім беретін мектебі

Тақырыбы: " 3D принтер болашақ технологиясы"

Дайындаған: Рахматұллаұлы Аңсар

Сынып: 6 «Ғ»

Жетекшісі: Зулпухар Асхат Айтмырзаұлы

Информатика пәні мұғалімі

Секция: Информатика

Бағыты: Информатика

Шымкент- 2021 жыл

" 3D принтер болашақ технологиясы " тақырыбындағы ғылыми жоба жұмысына

Пікір:

Рахматұллаұлы Аңсардың алып отырған тақырыбы қазіргі кезде өзекті әрі қызықты, құпияға толы құбылыс болып табылады. Информатика бойынша ұсынылған "3D принтер - болашақ технологиясы" ғылыми-зерттеу жобасында принтерде басып шығару және 3D басып шығарудың инновациялық әдісінің пайда болуы туралы теориялық ақпарат қарастырылады, бұл адам өмірінің барлық салаларында серпіліс жасайды.

"3D принтер - болашақ технологиясы" информатика бойынша зерттеу жұмысы барысында 6-сынып оқушысы 3D принтердің не екенін және оны адамдар қалай қолданатынын білуді мақсат етті.

"3D принтер - болашақ технологиясы" информатика бойынша зерттеу жұмысында автор 3D принтердің құрылу тарихын сипаттайды, осы құрылғының жұмыс принципін зерттейді, онымен не жасауға болатындығын анықтайды.

Информатика бойынша ұсынылған "3D принтер - болашақтың технологиясы" жобасында автор 3D принтердің мүмкіндіктері қазіргі уақытта өте үлкен деген болжам жасайды, сондықтан болашақта ол адам өмірінің барлық салаларында үлкен сұранысқа ие болуы мүмкін.

Бұл зерттеудің нәтижелері білім беру материалы ретінде, сондай-ақ информатика сабақтары үшін пайдалы болуы мүмкін.

Рахматұллаұлы Аңсардың зерттеу жұмысын жазу барысында көптеген көркем әдебиеттерді, газет-журналдарды, ғаламтордан ізденген. Жұмыс жоспар бойынша жазылып, толық орындалған. Сонымен қатар көп ізденіп, жұмысын өз жас ерекшелігіне сай орындай білген және де нақты деректер негізінде зерттей білген. Жалпы алғанда ғылыми жоба өз дәрежесінде жасалынған деуге болады. Зерттеу жұмысының мазмұндылығы мен мәнділігін ескере отырып, жоғары дәрежеде бағалауға ұсынамын.

Пікір білдіруші: А. Назарбеков атындағы №87 ЖОББМ-нің информатика пәні мұғалімі Зулпухар А

Аннотация

Қазіргі заманғы цифрлық технологиялар өте қарқынды дамып кетті, біздің ата-бабаларымыз мұндай мүмкіндіктер туралы фантастикалық әңгімелер жаза алды. Біз мұндай нәрселерді күнделікті және күнделікті деп санасақ та, бұл ұзақ, тұрақты зерттеулер мен эксперименттердің нәтижесі. 3D басып шығару технологиясы өзінің ізбасарларының санасын оятуды тоқтатпайды. Олар дүкендерде киім сатып алмайтын, бірақ Интернеттен жүктеп, басып шығаратын әлемді сипаттайды. Әркім өз қалауы бойынша заттарды жасай алатын әлем.Үш өлшемді басып шығару әлеуетін кеңінен пайдалану қаражат пен уақытты үнемдейді, сонымен қатар өнімділікті арттырады. 3D басып шығару - бұл мүмкіндіктерді кеңейту құралы. Қазірдің өзінде ол қиын жағдайдағы елдер мен дағдарыстан зардап шеккен аудандардың өмірін өзгертетін бөлшектер мен бұйымдар жасауға мүмкіндік береді. Осылайша, зерттеулер белсенді түрде жүргізілуде және жақын арада - он жылдан кейін – 3D принтерлерді қолдану 100 мкм дәлдігі бар ғимараттардың күрделі үш өлшемді проекциялық модельдерін жасауға мүмкіндік береді деп болжауға болады, бұл әсіресе ғылыми институттар үшін өте маңызды, өйткені енді сіз прототип жасап қана қоймай, оны қолдана аласыз, жүргізілген зерттеулерде оған қолмен де ұстап көруге болады.

Осы мәселе бойынша ғылыми әдебиеттерді талдай отырып, біз оның жүйелі түрде жариялануын таппадық, дегенмен көптеген авторлар 3D принтерлерді құру, дамыту және қолданудың кейбір аспектілерін қарастырды.

Аннотация

Современные цифровые технологии настолько продвинулись вперед, что наши предки могли писать фантастические истории о таких возможностях. Хотя мы считаем такие вещи повседневными и повседневными, это результат длительных, постоянных исследований и экспериментов. Технология 3D-печати не перестает будить умы своих последователей. Они описывают мир, в котором не покупают одежду в магазинах, а скачивают и печатают из интернета. Мир, в котором каждый может создавать вещи по своему усмотрению.Широкое использование потенциала трехмерной печати экономит средства и время, а также повышает производительность. 3D печать-это инструмент расширения возможностей. Уже сейчас он позволяет создавать детали и изделия, которые изменят жизнь стран, находящихся в трудной ситуации, и районов, пострадавших от кризиса.Таким образом, исследования активно ведутся, и можно предположить, что в ближайшее время - через десять лет – использование 3D-принтеров позволит создавать сложные трехмерные проекционные модели зданий с точностью до 100 мкм, что особенно важно для научных институтов, так как теперь можно не только создать прототип, но и использовать его, прикоснуться к нему в проведенных исследованиях.

Анализируя научную литературу по данному вопросу, мы не нашли ее систематического опубликования, хотя многие авторы рассматривали некоторые аспекты создания, разработки и использования 3D-принтеров.

Мазмұны

Кіріспе

Негізгі бөлім

1. Пайда болу тарихы

2. 3D басып шығару принципі

3. 3D басып шығарудың негізгі технологиялары

4. Бұл технологияны өмірдің әртүрлі салаларында қолданудың мәселелері мен перспективалары

5. Қолдану салалары

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе

Бұл жұмыста біз объектілер мен заттарды құрудың жаңа технологиясы — 3D принтерлер және 3D модельдер туралы сөйлесетін боламыз. Пайда болу тарихы сипатталған, құрылғының негізгі принциптері мен технологиялары көрсетілген.

3D басып шығару барған сайын қол жетімді және көптеген мүмкіндіктерді ашады — оң да, теріс те. Сіз 3D басып шығарудың әртүрлі мүмкіндіктерін білесіз.

Күнделікті өмірде 3D бізге жаңа мыңжылдықтың басында келді. Біз бұл анықтаманы кино өнерімен немесе анимациямен байланыстырамыз. Бірақ бұл технология біздің өміріміздің көптеген спектрлерін қамтиды.

Зерттеу жұмысының мақсаты: 3D принтерінің не екенін және оны адамдар қалай қолданатынын білу.

Міндеттері:

1. 3D принтерінің тарихы туралы ақпаратты табу.

2. Осы құрылғының жұмыс принципін зерттеу.

3. Алынған ақпаратты қорытындылау және талдау.

Гипотеза: қазіргі уақытта 3D принтерінің мүмкіндіктері өте үлкен делік, сондықтан болашақта ол үлкен сұранысқа ие болуы мүмкін.

Зерттеу әдістері: Интернеттен алынған ақпаратты зерттеу, бақылау, салыстыру.

Зерттеу нысаны: 3D принтер.

Зерттеу тақырыбы: 3D принтердің мүмкіндіктері.

Зерттеудің өзектілігі: жаңа ақпараттық технологиялар әрдайым өте тез дамып келеді және онсыз қазіргі қоғам мүмкін емес.

Бұл зерттеудің практикалық маңыздылығы: оның білім беру материалы ретінде, сондай-ақ информатика сабақтары үшін пайдалы болуы мүмкін.

Қазіргі заманғы цифрлық технологиялар соншалықты алға ұмтылды, біздің ата-бабаларымыз мұндай мүмкіндіктер туралы фантастикалық әңгімелер жаза алды. Біз мұндай нәрселерді күнделікті және күнделікті деп санасақ та, бұл ұзақ, тұрақты зерттеулер мен эксперименттердің нәтижесі. Ғылымның сөзсіз жетістігі 3D принтерін жасаған күні жүзеге асырылды.

3D басып шығару технологиясы өзінің ізбасарларының санасын оятуды тоқтатпайды. Олар дүкендерде киім сатып алмайтын, бірақ Интернеттен жүктеп, басып шығаратын әлемді сипаттайды. Әркім өз қалауы бойынша заттарды жасай алатын әлем.Үш өлшемді басып шығару әлеуетін кеңінен пайдалану қаражат пен уақытты үнемдейді, сонымен қатар өнімділікті арттырады.

Өзектілігі: практикалық маңыздылығы жоғары зерттеу тақырыптарының бірі - "Қазіргі әлемдегі 3D принтерлер".

Зерттеудің мақсаты - 3D басып шығару технологиясын құру, практикалық қолдану және тиімділігі теориясын теориялық негіздеу.

Зерттеу нысаны - технология әлемінде 3D принтерлерді құру және пайдалану тиімділігі.

Зерттеу тақырыбы - 3D принтерлерді жасау, практикалық қолдану ерекшеліктері.

Зерттеудің қойылған мақсатын іске асыру үшін мынадай міндеттер белгіленген:

Осы мәселе бойынша ғылыми әдебиеттерді талдау.

3D принтерлердің құрылу тарихы мен түрлерін қадағалаңыз;

Басып шығару технологиясының ерекшеліктерін және 3D принтерлердің жұмыс принципін зерттеу;

Осы технологияның жетістіктері мен даму перспективаларын анықтау;

3D принтерлердің пайдалану аймағы мен артықшылықтарын қарастырыңыз;

3D принтерінің денсаулыққа қауіпті екенін анықтаңыз?

3D принтерімен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік техникасын сипаттаңыз.

Қойылған міндеттерді шешу барысында ғылыми зерттеудің келесі әдістері қолданылды: зерттеу мәселесі бойынша ғылыми әдебиеттерді талдау; материалды жүйелі талдау және статистикалық өңдеу.

3D принтердің пайда болу тарихы

ХХ ғасырдың 90-жылдарының ортасына қарай әлемдік экономикада қызықты жағдай қалыптасты: бәсекелес фирмалар өнімді тұтынушылар үшін күресіп қана қоймай, олардың кез-келген тілектерін орындай бастады

Өндіруші зауыттардан сату көлемі бір партияда бірнеше мың данаға дейін қысқарды. Бұл кішігірім өндіріс дәуірінің басталуын белгіледі. Сайып келгенде, компаниялар жаңа және жаңа модельдер үшін пішіндер, үлгілер мен прототиптерді жасау өте қымбат екенін анықтады.

Сонымен қатар, тез және ең аз шығындармен модельдер жасай алатын құрылғылар танымал бола бастайды — CNC машиналары, сандық басқару. Олардың көпшілігі өндіріс саласында қалды, бірақ "эволюцияның" жеке тармағының қарқынды дамуы кеңсе көлемді басып шығару принтерлерінің пайда болуына әкелді – осылайша 3D басып шығарудың даму тарихы басталды.

3D прототипін жасауға арналған алғашқы құрылғы 1986 жылы Чарльз Халл әзірлеген және патенттеген және стереолитографияны қолданатын американдық SLA қондырғысы болды. Әрине, бұл қазіргі заманғы алғашқы 3D принтер емес еді, бірақ ол 3D принтердің қалай жұмыс істейтінін анықтады: Нысандар қабаттарға салынған.

Халл бірден 3D Systems компаниясын құрды, ол Stereolithography Apparatus деп аталатын алғашқы көлемді басып шығару құрылғысын жасады. Кең таралған бұл машинаның алғашқы моделі 1988 жылы жасалған SLA-250 болды. Әрине, мұндай 3D принтер түрлі-түсті емес еді, тек бір түсті шикізатпен жұмыс істеді, бірақ сол кезде бұл ғажайыпқа ұқсас болған.

1990 жылы көлемді "баспа бедерлерін" алудың жаңа әдісі — балқыту әдісі қолданылды. Оны Stratasys компаниясының негізін қалаушы Скотт Крамп 3D басып шығаруды жалғастырған әйгілі адам болды.

3D басып шығаруды дамытудың қазіргі тарихи кезеңі 1993 жылы Solidscape компаниясын құрумен басталды. Ол үш өлшемді принтерлерден бұрын сиялы принтерлер шығарды. 1995 жылы Массачусетс технологиялық институтының екі студенті сиялы принтерді өзгертті. Ол суреттерді қағазда емес, арнайы контейнерде жасаған және олар көлемді болған. Содан кейін "3D басып шығару" ұғымы және алғашқы 3D принтер пайда болды. Бұл әдіс патенттелген және қазір сол студенттер құрған Z Corporation компаниясында, сондай-ақ ExOne-да қолданылады. Z Corp. осы технологияны қолдана отырып, 3D принтерлер шығарады.

3D принтерінің тарихы фотополимерлі сұйық пластикті қолдануға негізделген PolyJet деп аталатын технологияның пайда болуымен жалғасты. Бұл басып шығару әдісімен басы шаммен бірден жарықтандырылған фотополимер қабатын "тартады". Бұл әдіс көптеген жағынан тиімді болды: оның бағасы әлдеқайда төмен, ал жоғары дәлдік тек модельдерді ғана емес, қолдануға дайын бөлшектерді де жасауға мүмкіндік береді.

Уақыт өте келе 3D басып шығару индустриясының дамуы жеделдеді, оның дамуына үлес қосатын жаңа 3D принтер өндірушілері пайда болды, жаңа материалдар мен принциптер қолданылды, құрылғылардың өлшемдері мен бағасы төмендеді-алғашқы 3D принтерлер үлкен болды, бірақ олар үстелге сәйкес келеді (өнеркәсіптік 3D принтерін қоспағанда).

3D басып шығару принципі

Үш өлшемді басып шығарумен фигураны қалыптастыру принципі аддитивті деп аталады (Add сөзінен (ағылш.)- қосу). Бастау үшін болашақ объектінің компьютерлік моделі жасалады. Мұны CAD жүйесінің үш өлшемді графикалық редакторының көмегімен (3D StudioMax, SolidWorks, AutoCAD, Sketch Up) немесе 3D-де нысанды толығымен сканерлеу арқылы жасауға болады. содан кейін арнайы бағдарламалық өнімнің көмегімен сканерленген нысанды қабаттарға бөледі және басып шығару кезінде материалдың қабаттары қолданылатын тізбекті анықтайтын командалар жиынтығы жасалады.

Бұдан әрі, 3D принтер қабат қалыптастырады объект келтірместен, бірте-бірте порция материал. Басып шығару басын X және Y координаттарының екі жүйесінде орналастыра отырып, принтер модельденген электронды схемаға сәйкес материалды қабатпен қабаттайды. Платформаны Z осі бойымен бір қадамға жылжытқан кезде объектінің жаңа деңгейінің құрылысы басталады.

Қосымша өндірісте материал ретінде басып шығару үшін металл қорытпалары, пластик, қағаз, фотополимерлер, минералды қоспалар қолданылуы мүмкін. 3D принтерлердің кейбір түрлері қасиеттері мен түсі бойынша әртүрлі материалдармен бір уақытта жұмыс істей алады.

Үш өлшемді басып шығару технологиялары өте көп. Олар қабаттар мен олардың қосылыстарын қалыптастыру принципінде ерекшеленеді.

Негізгі технологиялар (SLA, SLS, DLP, EBM, HPM)

3D принтерлерде басып шығару қолданылатын материалға байланысты әртүрлі тәсілдермен жүзеге асырылуы мүмкін.

SLA технологиясы. Бұл технология объектілерді жылдам құруға мүмкіндік береді. Технология лазер сәулесі бағытталған фотополимерді қолданады, содан кейін материал қатаяды. Қатайғаннан кейін өнімді оңай өңдеуге болады (желімдеу, бояу және т.б.).

SLS технологиясы. Бұл лазер сәулесінің әсерінен ұнтақ реагенттерін синтездеу. Бұл металл және пластикалық құюға арналған қалыптарды жасауға мүмкіндік беретін технологиялардың бірі.

DLP технологиясы. Бұл салыстырмалы түрде жаңа технология, оны жүзеге асыру үшін стереолитографиялық баспа құралдары қолданылады. Осы типтегі принтерлер жарықпен сандық өңдеуді қолданады. Бұл технологияда үш өлшемді фигураларды жасау үшін фотополимер шайырлары мен DLP проекторы қолданылады.

EBM технологиясы . Бұл технология үш өлшемді нысандарды жасау үшін катодты сәулелік балқытуды қолданады. Жоғары дәлдіктегі бөлшектерді қабаттарға төсеу үшін арнайы материал — металлоглина жасалды. Бұл материал органикалық желім, металл қырыну және су қоспасынан жасалған.

FDM технологиясы. Бұл құрылымдық және жоғары тиімді термопластикадан соңғы модельдерді алуға мүмкіндік береді. Бұл бөлшектердің механикалық, жылу және химиялық беріктігін қамтамасыз ететін жалғыз технология.

Басып шығару технологиясы. Әрекет принципі

Үш өлшемді баспа туралы алғаш рет өткен ғасырдың 80-ші жылдары айтылды. Дәл сол кезде объектілерді жасау үшін арнайы фотополимерлік пластикті қолданатын стереолитография технологиясы пайда болды. Оның мәні келесідей: лазердің әсерінен фотополимер қатып, қатты пластикке айналады. Осылайша, лазер сәулесі болашақ затты сұйық заттан жасай отырып, пиксельмен тартады.

Лазерді қолданатын тағы бір технология "лазерлік синтездеу" деп аталады. Мұндай технологияда жұмыс материалы ретінде лазермен балқу температурасына дейін қыздырылатын және осылайша жалпы массаға сіңірілетін жеңіл балқитын пластик ұнтағы қолданылады. Материал жанбауы және тотықпауы үшін жұмыс камерасына инертті азот газы қосылады.

Екі технология да әдетте өнеркәсіптік өлшемді қондырғыларда қолданылады, ал сиялы басып шығару кішкентай үй модельдері үшін өте жақсы. Сиялы 3D принтер-бұл жұмыс элементі ретінде пластикалық жіпті балқу температурасына дейін қыздыратын арнайы экструдер басын қолданатын құрылғы. Балқытылған пластик саптама арқылы біртіндеп сығылады, содан кейін ол бөлме температурасында қатып қалады. Бұл технология мүлдем қауіпсіз және салыстырмалы түрде арзан (пластиктің килограмы 50-60 доллар тұрады), бұл оның кәсіби емес ортада танымал болуын қамтамасыз етеді.

3D принтерінің негізі-модельді бағдарламаланған қабатты қайта құру. Іске асыру технологиялары әртүрлі болуы мүмкін. Басып шығарудың екі негізгі тәсілі бар: лазер және сия. Бұл опциялар өз кезегінде тар бөлімдерге бөлінеді.

Лазерлік техникада бұл: стереолитография, балқыту, ламинация. Лазерлік стереолитография лазерлік сәулеленудің фотополимерге әсеріне негізделген. Фотополимер-бұл жарық ағынының әсерінен оның қасиеттерін өзгертетін зат. Бұл әдіс басып шығару қабатының биіктігіне (0.1-0.2 мм) фотополимерге батырылған платформаны пайдаланады. Затқа бағдарламаланған сәуле әсер етеді, бұл қабаттың қатаюына әкеледі. Содан кейін платформа біртіндеп төмендетіліп, бүкіл нысанды қабаттарға айналдырады. Алынған 3D объектісінің сапасына қолданылатын фотополимердің сипаттамалары және сәулелену деңгейі әсер етеді.

Лазерлік балқыту сәулеленудің металл немесе пластиктің ұнтақ күйіне әсерін қамтамасыз етеді. Қабат-қабат материал бөліктің қажетті контурына ериді. Ламинаттау әдісі жұмыс материалының қабаттарының жиынтығын қолданады. Берілген бөлім әр қабаттан кесіліп, бүктеу кезінде барлық 3D моделін құрайды. Қабаттар желімделеді.

3D басып шығаруға сиялы тәсілде көптеген бұтақтар бар. Принтердің басы қыздырылған термопластиктің бөлшектерін салқындатылған платформаға сығып алады. Бұл жағдайда қалпына келтірілген объектінің қабаты тез салқындатылып, қатаяды. Тағы бір ұқсас әдіспен ультрафиолет материалды қатайту үшін қолданылады. Лазерлік қорытпа