• ширина (второе измерение);
• высота (третье измерение). Рисунок на листе бумаги – это двумерное (плоское) изображение, а вот физические объекты, с которыми ты имеешь дело каждый день, например велосипед, тарелка супа или твой собственный нос, – трёхмерны.
Нарезаем колбасу!
Двумерная печать – это то, что мы обычно подразумеваем, говоря «печать» – например, распечатать что-то на принтере, подсоединённом к компьютеру дома, или в школе, или в библиотеке.
Двумерный принтер:
• Как правило, в двумерном принтере используются специальные чернила для перенесения двумерных изображений на бумагу.
• Двумерный принтер берёт электронный файл, описывающий двумерное изображение – например, фотографию, сделанную цифровой камерой, или документ Word, – и затем электронным способом «нарезает» его на множество очень тонких полосочек. Этот процесс иногда называется «нарезкой колбасы» – по сходству.
• Затем принтер берёт каждый электронный кусочек и аккуратно льёт цветные чернила на соответствующий фрагмент бумаги, чтобы получить точное изображение этого кусочка.
• Затем повторяет эту операцию для следующего кусочка, потом для следующего, и так до тех пор, пока на бумаге не отобразится весь рисунок полностью.
• Художники и кинематографисты заставляют 2D-объекты выглядеть как 3D, используя разные приёмы: в рисунках – перспективу, в фильмах – 3D-спецэффекты. Но это – оптическая иллюзия, а сами изображения двумерны: у них есть только ширина (первое измерение) и высота (второе измерение).
Когда мой сын был маленьким, он как зачарованный следил за принтером, из которого с жужжанием выползали фотографии и письма. А потом, когда мы что-то покупали через интернет, например игрушку, он не сводил глаз с экрана, ожидая, что покупка вот-вот выпрыгнет на него из принтера! Между прочим, с точки зрения четырёхлетки это было вполне логично. Интересно, что сейчас это близко к реальности – по крайней мере, для некоторых видов игрушек.
Как сделать настоящий 3D-объект
При 3D-печати создаётся недвумерный, а настоящий трёхмерный объект. Устройства, которые это делают, называются 3D-принтерами.
• Процесс начинается, как и в случае 2D-печати, с электронного файла. Однако это особый вид файла, который называется «модель системы автоматизированного проектирования» («модель САПР»). Он описывает все до единой детали объекта, выбранного для 3D-печати.
• Если посмотреть на модель САПР выбранного объекта на экране компьютера, вы увидите его так, как увидели бы со стороны, но при этом можете как бы «пролететь сквозь него» и увидеть, как он выглядит с любой точки изнутри самого этого объекта.
• 3D-принтер нарезает модель САПР, как колбасу, на электронные «кусочки» и складывает их один на другой; толщина каждого «кусочка» – около 20 микрон.
• Хотя все эти «кусочки» трёхмерны, потому что наряду с шириной и высотой у них есть толщина (она же длина), 3D-принтер воспринимает каждый «кусочек» как двумерный поперечный срез, точно показывающий, как выглядел бы объект в разрезе.
• 3D-принтер печатает каждый «кусочек колбасы», начиная с нижнего, – как обычный принтер печатал бы двумерные изображения. Но он не льёт чернила на бумагу, а воспроизводит все детали каждого «кусочка» как 20-микронный слой «вещества».
• Материал для каждого «кусочка» высыхает и затвердевает, и 3D-принтер перескакивает на следующий уровень и воспроизводит следующий «кусочек» – как 20-микронный слой на предыдущем.
• Этот процесс повторяется снова и снова, пока все «кусочки» модели САПР не будут напечатаны один поверх другого и, таким образом, будет создан настоящий 3D-объект!
20 микрон, или 1/50 миллиметра, – это примерно 25 % толщины волоса! Таким образом, модель САПР-объекта высотой в 10 см будет нарезана примерно на 5000 электронных кусочков.
Факты про 3D-принтеры
• Самый распространённый материал для 3D-принтеров – это пластик, потому что он в жидком виде легко выдавливается наружу в очень малых количествах и быстро затвердевает. К тому же это идеальный материал для изготовления прототипов (моделей новых вещей, таких как здания или автомобили). Поскольку современные устройства могут использовать несколько разновидностей пластика одновременно и печатать в цвете, прототипы получаются весьма реалистичными. Это пока что основное применение 3D-принтеров.
• Сегодня используются два основных типа 3D-принтеров:
1. Экструзионная машина: материал выдавливается из специальной насадки, примерно как торт покрывают глазурью с помощью кондитерского мешка. Эти принтеры очень удобны при производстве разноцветных изделий, потому что можно с лёгкостью добавлять новые насадки.
2. Станки: чаще всего применяются при работе с металлическим порошком. Порошок засыпается в таком количестве, чтобы заполнить один срез; затем мощный лазер сплавляет порошок в твёрдое состояние в строго определённых местах. Когда модель готова, лишний порошок выметают.
• В ближайшие несколько лет, как думают учёные, машины, использующие пластик, станут более привычными в быту, и мы сможем скачивать из интернета данные о формах и распечатывать их в трёхмерном виде – например, трёхмерные шлемы или игрушки. Представьте себе, можно распечатать собственную статую в виде, например, Гарри Поттера!
• На заводских 3D-принтерах печатают, например, лёгкие и прочные детали для самолётов – а это значит, что самолёты становятся безопаснее и потребляют меньше топлива. В таких принтерах применяются металлы и керамика.
• На 3D-принтере можно распечатать медицинское оборудование, например имплантаты бедренных суставов или зубов или черепные пластины для «латания» отверстий в черепе; трёхмерная печать позволяет изготовить их точно такими, какие требуются конкретному пациенту.
Роботы будущего?
Нынешние 3D-принтеры работают довольно медленно и настроены лишь на несколько определённых материалов. Распечатать целого робота пока что невозможно: для этого понадобились бы сложные взаимосвязанные части, сделанные из самых разных материалов: металлические детали, шестерни и двигатели, магниты, провода, пластмасса, масло, смазка, кремний, золото, даже иттрий и вольфрам! Зато вполне можно было бы изготовить детали для роботов на 3D-принтере на полностью автоматизированном заводе, где один робот затем снял бы эти детали с принтера, другой отполировал бы их, третий произвёл бы сборку…
Роботы на 3D-принтере (и при помощи других технологий) делают роботов?
Может быть, именно так будет выглядеть наше будущее?
Тим
За исключением этих коридоров, комната была совершенно прозрачна. Глянув вниз, они обнаружили, что пол (или потолок?) сделан из того же стеклоподобного материала.