УДК 004.9:62                                                                                                               Баяк Богдана

                                                                                                                             м. Вінниця, Україна

ВИКОРИСТАННЯ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 3D-МОДЕЛЮВАННЯ У ПРОФЕСІЙНІЙ ДІЯЛЬНОСТІ ФАХІВЦІВ

Анотація. Отже, 3D-принтери широко використовуються в різних галузях промисловості, що сприяє полегшенню праці людини. Технологією тривимірного друку ми завдячуємо Чарльзу Халлу, який в 1984 році розробив цю технологію для відтворення реальних об’єктів на основі цифрової моделі.

Нині, 3D принтер доступний для кожного, хто в змозі його собі купити.

Abstract. Consequently, 3D printers are widely used in various industries, which contributes to the facilitation of human labor. Thanks to Charles Hall, who in 1984 developed this technology for reproduction of real objects on the basis of a digital model, three-dimensional printing technology.

Currently, 3D printer is available to anyone who is able to buy it for yourself.

Ключові слова. 3D-принтер, 3D-модель, 3D-друк, тривимірне моделювання, графіка, трансплантація, будівництво, одяг, їстівні страви.

Keywords. 3D printer, 3D model, 3D printing, 3D modeling, graphics, transplantation, construction, clothing, edible dishes.

 

Постановка проблеми. У статті розглядається технологія тривимірного друку та 3D-моделювання. В наш час тривимірне моделювання дуже популярне і часто використовуються архітекторами, дизайнерами та інженерами. Комп’ютерна графіка широко використовується при створенні фільмів, реклам, телевізійних передач, ігор і, навіть, картинок. На даний момет без комп'ютерної графіки не виходять в прокат кінострічки, бо вони мають яскравими і реалістичними, з реалістичними спецефектами. Але не тільки це. Можна знайти велику кількість застосувань для 3D- моделювання.

3D друк — одна з форм технологій адитивного виробництва, де тривимірний об'єкт створюється шляхом накладання послідовних шарів матеріалу або ж це пошарове створення фізичного об’єкту на базу віртуальної тривимірної моделі.[1]

Аналіз останніх досліджень. Сергій Назаровець « 3D-принтер в академічній бібліотеці: з досвіду роботи Наукової бібліотеки Національного університету». У статті висвітлено досвід використання 3D-принтера в Науковій бібліотеці Національного університету "Києво-Могилянська академія", а саме його практичне впровадження в начальний процес. Досвід застосування технологій 3D-друку може бути успішно використаний у подібних сервісах інших академічних книгозбірень "Києво-Могилянська академія".

Мета цієї статті. Розповісти читачам про тривимірне моделювання, 3D-принтери та галузі, в яких використовують метод пошарового друку.

Виклад основного матеріалу. 3D-принтер працює на основі комп'ютерної моделі тієї  речі, яку потрібно надрукувати. Для цього за допомогою спеціальних програм потрібно створити модель. Такі програми схожі на графічні редактори – користувач може буквально намалювати те, що йому потрібно надрукувати. Така програма перетворить малюнок в 3D-модель, яка зберігається формату STL. Файл передається на принтер, який має друкувати цю річ.

Але не все так просто. Щоб користуватися тривимірним моделюванням, потрібно мати певні знання і уміння. Потрібно вміти користуватися спеціальними програмами для створення 3D-моделі, а таких програм досить багато. Найпопулярніші серед них для любителів чи новачків є:

• Google SketchUp 2017

• Blender

• AutoCAD

• VariCAD

• Autodesk 3ds Max

Кожна з програм для створення 3D-моделі є унікальною, в кожної є свої плюси і мінуси, тому користувачі вибирають ті програми, якими їм найзручніше користуватися.

 3D-моделювання широко використовується в промисловості, архітектурі, дизайні, медицині, будівництві і, навіть, виготовленні продуктів харчування.

Тривимірні моделі промислового обладнання в теплоенергетиці та автоматизації це конденсатовідвідники, регулятори прямої дії та трубопровідна арматура.

За допомогою 3D-моделювання створюють архітектурні моделі на етапі проектування, промисловий дизайн, дизайн предметів, нових продуктів і упаковки (в рекламних цілях). Ще його використовують для навчання або проведення різних досліджень.

"NIH 3D Print Exchange" містить колекції 3D-моделей клітин, бактерій, вірусів, молекул, а також органів, тканин і частин тіла. Більшість моделей доступні для використання, проте окремі з них захищено ліцензіями Creative Commons, згідно з якими встановлено певні обмеження щодо комерційного обігу, однак моделі можна вільно застосовувати для потреб навчального процесу. Водночас усі моделі, представлені Національним інститутом охорони здоров'я США та іншими державними органами США, є суспільним надбанням і не мають жодних обмежень щодо використання. З ресурсу "NIH 3D Print Exchange" користувачі можуть завантажити готові 3D-моделі, зокрема у популярних форматах STL та VRML, а також замовити виготовлення потрібного зразка, надіславши власний файл з даними чи ввівш унікальний ідентифікатор потрібної хімічної сполуки в одній із відкритих спеціалізованих електронних баз даних, зокрема EMDB, PubChem або PDB. Приміром, унікальний ідентифікатор сполуки хлорофілу визначено за допомогою відкритої бази хімічних сполук, сумішей, речовин "PubChem" (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov), а 3D-модель отримано завдяки веб-сервісу "NIH 3D Print Exchange". Для друку 3D-моделі хлорофілу використано пластик PLA.[2]

За допомогою принтера відбувається   друк запчастин для ремонту, коли їх взагалі не можна придбати або дешевше їх «напечатати»; макети різних споруд, одягу; створення прототипів, дрібних партій різних деталей; оригінальних подарунків, сувенірів;  виготовляють кріплення для меблів, фурнітуру незвичайної форми.

Технології 3D-друку використовуються в медицині. Наприклад, Компанія Oxford Performance Materials в США успішно відновили  шматок черепа пацієнта, роздрукувавши  відсутній фрагмент на 3D-принтері).

Ще використовують у в хірургії та трансплантології.

За матеріалами зарубіжних видань, останнім часом, головним чином в США, здійснюється ряд проектів по 3D-анатомії. Один з них — база даних «Видима людина» (Visible Human Project) Національної бібліотеки медицини, яка складається з 18403D-MR-зображень кріорозтину людини чоловічої та жіночої статі.[3]

З моменту відкриття Х-променів, методи візуалізації в медицині грають важливу роль при виконанні хірургічних процедур. Хоча медична візуалізація починалася з простих рентгенівських знімків з метою виявлення сторонніх об’єктів в організмі людини, перехід до комп’ютерних технологій з’явився проривом в даній області. Техніка візуалізації прогресивно розвивається, і в останнє десятиліття з її допомогою хірург може отримати інформацію не тільки про нормальну анатомію і патологію, а й також про васкуляризацію і функції анатомічних систем. Однак особливо важливим етапом в передопераційній підготовці хірургів є створення тривимірних зображень потрібної анатомічної області. Докладний аналіз одержуваних зображень надає істотну допомогу при плануванні хірургічного лікування, в основі якого лежать техніка і характер оперативного втручання на різних анатомічних структурах. Сучасні методи візуалізації дозволяють визначити локалізацію патологічного вогнища з точністю до 1 мм, хоча в результаті дослідження зазвичай ви- ходить не об’ємне і навіть не фронтальне зображення, а зріз по певній площині. У цій площині в безпосеред- ній близькості один від одного знаходяться зрізи безлічі анатомічних елементів, і впізнати більшість з них в конкретному зрізі внаслідок подібності форм і розмірів і неправильного ракурсу надзвичайно складно.[4]

Технології 3D-моделювання широко використовуються у стоматології. В наш час активно використовуються останні наукові розробки, які дозволяють більш якісно, швидко й ефективно проводити лікування та імплантацію зубів. Одне із таких досягнень – комп'ютерна томографія, за допомогою якої можна побачити та дослідити будову обличчя і зубних рядів на тканинному і клітинному рівні. У ході томографічного дослідження стоматолог отримує вичерпну інформацію про стан кісткової тканини й індивідуальні особливості будови щелепи, що дозволяє створювати зубні протези та імпланти, які ідеально підходять пацієнтові. Такі вироби відрізняє естетичний, природний зовнішній вигляд, вони відповідають анатомічним особливостям будови щелеп та зубних рядів пацієнта, у результаті чого значно зменшується період реабілітації і «звикання».[5]

Тривимірний друк використовують у масштабних будівництвах. Наприклад, у Голландії, за допомогою 3D принтера з’явиться перший спроектований бетонний будинок, також бетонний міст.

Компанія Cazza оголосила про плани побудувати перший в світі хмарочос, роздрукований на 3D-принтері. Висотна будівля буде будуватися з використанням технології, яку в компанії називають «друк за допомогою крана».

В Іспанії вперше в світі відкритий для загального користування пішохідний міст, створений за допомогою технології тривимірного друку. Довжина споруди становить понад 12 метрів.

На 3D-принтері зараз можна надрукувати все що завгодно, так чому б не виготовляти на ньому одяг, повідомляє ДеПо. Таким чином, відпадає необхідність багатьох складних процесів пошиття. І, ймовірно, не за горами той день, коли ми перестанемо ходити по магазинах, якщо нам захочеться оновити гардероб.  Друкувати можна не лише одяг, а й взуття і модні аксесуари. Можливості 3D-принтера дозволяють втілити найбожевільніші ідеї дизайнерів.[6]

Ще зовсім недавно сама ідея винаходу штучної їжі могла висловлюватися хіба що у фантастичних фільмах і творах. Це там ми могли бачити, як з якихось незрозумілих машин на підносі раптом з'являлися їстівні страви, виготовлені взагалі незрозуміло з чого.

Чізбургери і гамбургери, представлені на цих картинках - несправжні, їх не робили в мережі Мак Дональд. Якщо уважно придивитися до їх структури, то ви помітите, що вони як би злиплися і не мають чітких меж і начинки, а все тому, що їх надрукували на 3D принтері. 

 Пристрій, розроблений компанією Systems and Materials Research Corporation, здатний забезпечувати смачне і збалансоване харчування, створене на основі декількох порошків і паст. Спочатку принтер змішує всі інгредієнти в певних пропорціях, після чого отримана субстанція шарами опускається на нагріту пластину в нижній частині пристрою. Технічно, пасти складаються з основних інгредієнтів: білки, вуглеводи і жири, комбінацією яких досягається потрібна консистенція, колір і смак. Поки що не можна надрукувати органічну їжу, таку як апельсин або яблуко, занадто важко відтворити їх "внутрішній устрій", що складається з живих клітин, але це, як стверджують розробники, всього лише питання часу.

 А ось любителі м'яса тепер можуть спати, точніше – їсти, спокійно. М'ясо вже надруковано, причому для цього не довелося вбити жодної тварини, чому дуже раді захисники дикої природи. Смакові якості одержуваного їстівного друкованого відбитка ще викликають багато сумнівів, але представники компанії запевняють, що смак саме той, що і має бути. Провідний розробник пристрою Анджан Контрактор вважає, що незабаром подібні принтери з'являться на кожній кухні, а в магазинах, замість звичної їжі будуть продаватися спеціальні картриджі. Вміст картриджів буде виготовлено таким чином, що термін їх зберігання сягатиме тридцяти років. До того ж компоненти для картриджів виготовити простіше і дешевше, ніж отримувати продукти природним шляхом. На думку розробників, такий метод виготовлення їжі допоможе вирішити проблему голоду на Землі. NASA, у свою чергу, побачили в 3D-друку їжі майбутнє космонавтики. Дешевизна виготовлення, величезні терміни і простота зберігання картриджів, роблять їх кращим варіантом їжі для тривалих космічних перельотів.[7]

Висновок. Сьогодні в наш розмовний лексикон все частіше входять слова 3D-друк і 3D-принтер. 3D-друк – одна з форм технології адитивного виробництва, де тривимірний об'єкт створюється шляхом накладання послідовних шарів матеріалу. 3D-принтер – пристрій, що використовує метод пошарового створення фізичного об'єкта за цифровою 3D-моделлю. 3D-принтери, як правило, швидші, більш доступніші та простіші у використанні, ніж інші технології адитивного виробництва.[8]

Список літератури:

1. Вікіпедія вільна енциклопедія [Електронний ресурс]/ 3D-друк. – Режим доступу:

https://uk.wikipedia.org/wiki/3D-друк/, вільний. – Загл. з екрану. – мова укр 

2. Сергій Назаровець 3D-принтер в академічній бібліотеці: з досвіду роботи Наукової бібліотеки Національного університету "Києво-Могилянська академія"

3. Ventola, C.L. Medical Applications for 3D Printing: Current and Projected Uses. P&T, October . – 2014. – Vol.39, No. 10. – pp. 704–711.

4. Шавшин Олександр Сергійович 3D МОДЕЛЮВАННЯ В ХІРУРГІЇ ТА ТРАНСПЛАНТОЛОГІЇ 

5. Сушич О.В Сучасні технології 3D моделювання

6. Depo.Життя На 3D-принтері вже активно друкують одяг та взуття:

https://www.depo.ua/ukr/life/na-3d-printere-uzhe-vovsyu-pechatayut-odezhdu-i-obuv-03102014140500

7. http://nosivka-syut.at.ua/news/perspektivi_3_d_druku/2013-06-30-161

8.  Андрійчук О.В., к.т.н., доцент, Оласюк П.Я., студент «Застосування технології 3d-друку в будівництві»