Время использования очков – важный показатель

Мы уже рассказывали, что технологий 3D-печати очень много, и регулярно появляются либо новые, либо модификации уже известных, поэтому мы не будем пытаться объять необъятное и подробнее расскажем лишь о наиболее интересных и распространенных.

Начнем, конечно, со стереолитографии, которая исторически была самой первой.

Стереолитография (StereoLithography Apparatus, SLA)

Исходным продуктом является жидкий фотополимер, в который добавлен специальный реагент-отвердитель, и эта смесь напоминает всем известную эпоксидную смолу, только в обычном состоянии она остается жидкой, а полимеризуется и становится твердой под воздействием ультрафиолетового лазера.

Естественно, лазер не может сразу создать всю модель в толще полимера, и речь может идти только о последовательном построении тонкими слоями. Поэтому используется подвижная подложка с отверстиями, которая с помощью микролифта-элеватора погружается в фотополимер на толщину одного слоя, затем лазерный луч засвечивает области, подлежащие отверждению, подложка погружается еще на толщину одного слоя, вновь работает лазер, и так далее.

Не обходится и без существенных сложностей. Во-первых, требования к самому фотополимеру достаточно противоречивы: если он будет густым, то его легче полимеризовать, но сложнее обеспечить ровную поверхность после каждого шага погружения; приходится использовать специальную линейку, которая на каждом шаге проходит по поверхности жидкости и выравнивает ее. Большое количество отвердителя при фиксированной мощности лазера позволит уменьшить необходимое время воздействия, однако неизбежная фоновая засветка «портит» окружающий объем полимера и сокращает возможный срок его использования.

Во-вторых, полная полимеризация каждого слоя заняла бы немало времени, поэтому засветка производится до уровня, при котором слой приобретает лишь минимально необходимую прочность, а впоследствии готовую модель, предварительно промыв от остатков жидкого полимера, приходится облучать мощным источником в специальной камере, чтобы полимеризация достигла 100%.

Плюсы технологии понятны:

• можно получить очень высокое разрешение печати, т. е. достичь хорошей точности при изготовлении моделей, которая по вертикали зависит в основном от возможностей элеватора, погружающего платформу, и обычно составляет 100 мкм, а в лучших аппаратах и меньше, до 25–50 мкм; по горизонтали точность определяется фокусировкой лазерного луча, вполне реальным является диаметр «пятна» в 200 мкм; соответственно и качество поверхности даже без дополнительной обработки получается высоким;
• можно получать очень большие модели, размером до 150×75×55 см и весом до 150 кг;
• механическая прочность получаемых образцов достаточно высока, они могут выдерживать температуру до 100 °С;
• очень мало ограничений на сложность модели и наличие у нее мелких элементов;
• малое количество отходов;
• легкость финишной обработки, если таковая вообще потребуется.

• ограниченный выбор материалов для изготовления моделей;
• невозможность цветной печати и сочетания разных материалов в одном цикле;
• малая скорость печати, максимум 10–20 миллиметров в час по вертикали;
• очень большие габариты и вес: так, один из SLA-аппаратов 3D Systems ProX 950 весит 2,4 тонны при размерах 2,2×1,6×2,26 м.

Хотя мы упомянули ограниченность спектра расходных материалов, но всё же выбор есть, и можно получать модели с разными свойствами: с повышенной термостойкостью, гибкие, с высокой стойкостью к абразивам. Правда, с цветами хуже: доступно очень ограниченное количество, включая белый, серый, а также полупрозрачный.

Но главный минус - высокая цена как самих принтеров (сотни тысяч долларов), так и расходных материалов (две-три тысячи долларов за 10-килограммовый картридж), поэтому сколь-нибудь массово SLA-аппараты не встречаются.

Выборочное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS)

Этот метод появился примерно в то же время, что и SLA, и даже имеет с ним много общего, только вместо жидкости используется порошок с диаметром частиц 50–100 мкм, тонкими равномерными слоями распределяемый в горизонтальной плоскости, а потом лазерный луч спекает участки, подлежащие отверждению на данном слое модели.

Исходные материалы могут быть самые разные: металл, пластик, керамика, стекло, литейный воск. Порошок наносится и разравнивается по поверхности рабочего стола специальным валиком, который при обратном проходе удаляет излишки порошка. Затем работает мощный лазер, спекающий частицы друг с другом и с предыдущим слоем, после чего стол опускается на величину, равную высоте одного слоя. Для снижения мощности лазера, необходимой для спекания, порошок в рабочей камере предварительно нагревается почти до температуры плавления, а сам лазер работает в импульсном режиме, поскольку для спекания важнее пиковая мощность, а не длительность воздействия.

Частицы могут расплавляться полностью или частично (по поверхности). Незапеченный порошок, остающийся вокруг отвердевших слоев, служит поддержкой при создании нависающих элементов модели, поэтому нет необходимости в формировании специальных поддерживающих структур. Но этот порошок по окончании процесса необходимо удалить как из камеры, особенно если следующая модель будет создаваться из другого материала, так и из полостей уже изготовленной модели, что можно сделать лишь после ее полного остывания.

Зачастую требуется финишная обработка - например, полировка, поскольку поверхность может получаться шероховатой или с видимой слоистостью. Кроме того, материал может использоваться не только чистый, но и в смеси с полимером или в виде частиц, покрытых полимером, остатки которого нужно удалить путем выжигания в специальной печи. Для металлов одновременно происходит заполнение возникающих пустот бронзой.

Поскольку речь идет о высоких температурах, необходимых для спекания, процесс происходит в азотной среде с малым содержанием кислорода. При работе с металлами это еще и предотвращает окисление.

Серийно выпускаемые установки SLS позволяют работать с достаточно большими объектами, до 55×55×75 см.

Габариты и вес самих установок, как и SLA, достаточно впечатляющие. Так, аппарат Formiga P100, изображенный на фото, при довольно скромных размерах изготавливаемых моделей (рабочая зона 20×25×33 см) имеет размеры 1,32×1,07×2,2 м при весе 600 кг, и это без учета таких опций, как установки для смешивания порошка и системы очистки-фильтрации. Причем работать P100 может только с пластиками (полиамид, полистирол).

Вариантами технологии являются:

1. Селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting, SLM) , которое используется для работы с чистыми металлами без примесей полимера и позволяет создать готовый образец за один этап.
2. Электронно-лучевое плавление (Electron Beam Melting, EBM) с использованием электронного луча вместо лазера; эта технология требует работы в вакуумной камере, но позволяет использовать даже такие металлы, как титан.

Встречаются и такие названия, как Direct Metal Fabrication (DMF) , а также Direct Manufacturing .

Принтер SPRO 250 Direct Metal производства 3D Systems, который, как понятно из названия, может работать с металлами по технологии SLM, с рабочей камерой 25×24×32 см имеет размер 1,7×0,8×2 метра и вес 1225 кг. Заявленная скорость от 5 до 20 кубических сантиметров в час, и можно сделать вывод, что модель объемом со стакан будет изготавливаться минимум 10 часов.

• широкий спектр материалов, пригодных для использования;
• позволяет создавать очень сложные модели;
• скорость в среднем выше, чем у SLA, и может достигать 30–40 мм в час по вертикали;
• может использоваться не только для создания прототипов, но и для мелкосерийного производства, в т. ч. ювелирных изделий;

• требуются мощный лазер и герметичная камера, в которой создается среда с малым содержанием кислорода;
• меньшее, чем у SLA, максимальное разрешение: минимальная толщина слоя 0,1–0,15 мм (в зависимости от материала может быть и немного менее 0,1 мм); по горизонтали, как и в SLA, точность определяется фокусировкой лазерного луча;
• требуется долгий подготовительный этап для прогрева порошка, а затем нужно ждать остывания полученного образца, чтобы можно было удалить остатки порошка;
• в большинстве случаев требуется финишная обработка.

Цена на установки SLS еще выше, чем SLA, и может достигать миллионов долларов. Однако отметим, что в феврале 2014 года истек срок патентов на технологию SLS, поэтому вполне можно спрогнозировать увеличение количества компаний, предлагающих подобную технику, а соответственно и заметное снижение цен. Тем не менее, вряд ли в ближайшие годы цены снизятся столь существенно, что SLS-печать станет доступной хотя бы малому бизнесу, не говоря уже о частных энтузиастах.

Поскольку материалы очень разнообразны, мы не приводим ориентировочных цен.

Метод многоструйного моделирования (Multi Jet Modeling, MJM)

Принтеры, основанные на данной технологии, выпускаются компанией 3D Systems. В связи с патентными ограничениями есть и названия, используемые другими производителями принтеров: PolyJet (Photopolymer Jetting, компания Stratasys), DODJet (Drop-On-Demand Jet, компания Solidscape). Конечно, отличия не только в названиях, но базовые принципы похожи.

Процесс очень напоминает обычную струйную печать: материал подается через сопла малого диаметра, расположенные рядами на печатающей головке. Количество сопел может быть от нескольких штук до нескольких сотен. Конечно, материал не является жидким при комнатной температуре: сначала он нагревается до температуры плавления (как правило, не очень высокой), затем подается в головку, наносится послойно и застывает. Слои формируются перемещением головки в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение при переходе к следующему слою, как и в предыдущих случаях, обеспечивается опусканием рабочего стола. В варианте DODJet добавляется этап обработки слоя фрезерной головкой.

В качестве материала для MJM-принтеров используют пластики, фотополимеры, специальный воск, а также материалы для медицинских имплантов, зубных слепков и протезов. Возможна и комбинация разных материалов: в отличие от предыдущих двух технологий, выступающие под большим углом элементы моделей или горизонтальные перемычки во избежание провисаний требуют применения поддерживающих структур, которые при финишной обработке приходится удалять. Чтобы не делать это вручную, можно применить для поддержек материал с меньшей температурой плавления, чем для собственно модели, и потом удалить его расплавлением в специальной печи. Другой вариант - использование для поддержек материала, который удаляется растворением в специализированном растворе, а порой и просто в воде.

Использование фотополимера, как и в стереолитографии, потребует отверждения ультрафиолетом, поэтому напечатанный слой засвечивается УФ-лампой. Воск же затвердевает при естественном охлаждении. Конечно, восковые модели не отличаются особой прочностью, но их очень легко использовать при изготовлении форм для литья.

Как и в обычной струйной печати, использование материалов разного цвета позволит создавать за один цикл многоцветные модели, а смешение базовых цветов даст возможность получать множество оттенков. Кроме этого, можно сочетать в одной модели материалы с разными свойствами - например, твердые и эластичные.

Перейдем к примерам.

Компактный принтер Solidscape 3Z max при собственных размерах 56×50×42 см и весе 34 кг позволяет создавать модели размерами до 152×152×101 мм, обеспечивая разрешение 5000×5000 dpi (197×197 точек/мм) по осям X, Y и 8000 dpi (158 точек/мм) по оси Z. Его цена около $50 000, но в линейке 3Z есть и более дешевые модели.

В этих принтерах как раз и используется воск двух типов: более тугоплавкий (95–115 °С) для собственно моделей и легкоплавкий (50–72 °С) для поддерживающих структур, которые потом удаляются при низких температурах с помощью специального раствора.

Приблизительная стоимость: воск для моделей 3Z LabCast - $260–270 за 360 г, воск для поддержек $200–210 за 230 г. Как видите, к очень уж дешевым такие расходные материалы не отнесешь.

• достижимы очень малая толщина слоя (от 16 мкм) и разрешение построения поверхности (до 8000 dpi);
• возможность многоцветной печати и сочетания материалов с разными свойствами;
• принтеры могут быть достаточно компактными, особенно в сравнении с предыдущими двумя технологиями.

• для моделей с нависающими или горизонтально выступающими элементами требуются поддержки, которые приходится тем или иным способом удалять;
• ограниченный выбор материалов для работы.

Послойное склеивание пленок (Laminated Object Manufacturing, LOM)

Тонкие листы материала раскраиваются лазерным лучом или специальным лезвием, а потом тем или иным способом соединяются между собой. Для создания 3D-моделей может использоваться не только пластик, но даже бумага, керамика или металл.

Поскольку разных моделей очень много, рассмотрим один очень характерный пример - цветной 3D-принтер Mcor IRIS, продемонстрированный компанией Mcor Technologies на выставке SolidWorks World 2013. Он использует в качестве материала самые обычные листы бумаги формата А4 или Letter плотностью 160 г/м², которые окрашиваются в необходимый цвет. Разрешение печати 5760×1440×508 точек на дюйм, а максимальный размер создаваемых объектов составляет 256×169×150 мм. При этом обеспечивается полноцветная печать с передачей более миллиона цветов.

На фото изображен 3D-принтер на подставке; габариты самого принтера 95×70×80 см, вес 160 кг. В подставке размером 116×72×94 см и весом еще 150 кг скрывается цветной 2D-принтер.

Создание модели ведется в несколько этапов: на первом пачка бумаги загружается в 2D-принтер и на каждом из листов в цвете печатается нужный слой.

Затем отпечатанные листы переносятся оператором в 3D-принтер, где специальным лезвием на каждом из них делается прорезь по границе нанесенного изображения, а потом листы склеиваются между собой. На третьем этапе оператор вручную удаляет лишнюю бумагу, не содержащую изображения, что для сложных моделей может занять немало времени.

Как вы уже поняли, в процессе работы получается довольно много отходов: если размер данного сечения модели гораздо меньше А4 или Letter, то остальная часть листа пойдет в корзину; помножьте на количество сечений и представьте, сколько бумаги будет выброшено.

Модели получаются очень впечатляющими и довольно прочными, а их себестоимость кажется копеечной - бумага ведь дешевая!

Но ведь потребуется еще и клей для соединения слоев (около $70 за 600 мл), и картриджи с красителями стандартных цветов CMYK (около $700 за набор из 4 картриджей по 320 мл или $195 за каждый картридж по отдельности), которых, по оценке производителя, хватает в среднем на 48 моделей. Получается не так и дешево, а цена самого аппарата впечатляет еще больше: на Западе упоминаются цены от $47 600, а на российском рынке предложения и вовсе начинаются от двух миллионов рублей.

Есть и естественное ограничение на толщину слоя, равную толщине листа бумаги. Это очень хорошо заметно на следующей модели:

На примере Mcor IRIS перечислим основные достоинства и недостатки, многие из которых присущи и другим принтерам, основанным на технологии LOM.

• возможность полноцветной печати с высоким разрешением по осям X и Y;
• доступность и относительная дешевизна главного расходного материала - бумаги;
• можно создавать довольно большие модели;
• для моделей с нависающими или горизонтально выступающими элементами не требуется формирование поддерживающих структур.

• крайне ограниченный набор материалов для создания моделей (в Mcor IRIS - только бумага), а отсюда и ограничения на прочностные и другие свойства создаваемых образцов;
• толщина слоя всецело зависит от толщины используемого листового материала, из-за чего модель порой получается грубой, а механическая обработка для сглаживания возможна не всегда, поскольку может привести к расслоению;
• наличие немалого количества отходов, причем если горизонтальные проекции модели гораздо меньше листа А4/Letter, то отходов получается очень много; избежать этого можно одновременным изготовлением нескольких небольших образцов;
• всегда требуется финишная обработка, связанная с удалением лишнего материала, она лишь может быть проще или сложнее в зависимости от свойств модели; причем если модель имеет полости с ограниченным доступом, то удалить из них лишнее может быть попросту невозможно.

Раз уж мы упомянули полноцветную печать, которая в технологии LOM хоть и реализуется, но всё же на основе обычной 2D-печати, нельзя не рассказать и о трехмерной печати из гипсового композита.

3D Printing (3DP, 3D-печать)

Как и в SLS, основой для будущего объекта является порошок (гипсовый композит), только он не спекается, а послойно склеивается введением связующего вещества.

Для построения очередного слоя модели по всей площади рабочего стола валиком наносится и разравнивается порошок, в который печатающей головкой, напоминающей струйную, по форме данного сечения модели вводится жидкий клей. Кстати: есть упоминания, что головки разрабатываются Hewlett-Packard. Затем стол с уже созданными слоями опускается и процесс повторяется нужное количество раз, а по окончании происходит нагрев для ускорения высыхания клеящего состава. После этого лишний порошок, оставшийся несвязанным, удаляется: в основном автоматически, возвращаясь в бункер для последующей работы, а из сложнодоступных мест - струей воздуха (станция очистки может быть встроена в дорогие модели) или кистью.

Но в получившейся модели остаются поры - пространство между частичками порошка, а поверхность получается шероховатой. Для придания нужных свойств (гладкости, прочности, малой гигроскопичности) ее нужно обработать специальным составом-закрепителем. В его качестве может выступать раствор английской соли (гептагидрат сульфата магния), воск, парафин, цианокрилаты и эпоксидная смола; часть из них можно наносить простым опрыскиванием или погружением, а для других используются специальные станции.

Откуда же берется полноцветная печать, если порошок один и тот же? А очень просто: красители вводятся в связующее вещество, и их смешение позволяет получить от 64 до 390 000 оттенков. Причем некоторые типы закрепителей позволяют сделать цвета очень яркими.

Такой способ используется в серии ZPrinter, выпускавшейся компанией ZCorporation, которая в 2011 году была поглощена 3D Systems, после чего серия получила название ProJet и несколько иной внешний вид. В серию входят и цветные, и монохромные принтеры с размерами рабочих камер до 508×381×229 мм. Толщину слоя можно задавать ступенями от 0,089 до 0,125 мм, а скорость работы может достигать 2700 см³/час.

Младшая модель серии, принтер ProJet 160 (ZPrinter 150), в России продается по цене свыше 700 тысяч рублей, имеет рабочую камеру 236×185×127 мм, единственно возможную толщину слоя 0,1 мм. Габариты аппарата 740×790×1400 мм при весе 165 кг.

Обеспечиваемое этим аппаратом разрешение составляет 300 dpi по оси X, 450 dpi по Y и 250 dpi (т. е. 0,1 мм) по Z. Печатающая головка имеет 304 сопла, а скорость работы 870 см³/час. Поскольку используется композитный гипсовый материал белого цвета, то и модели получаются белыми; возможности цветной печати нет. Восьмикилограммовое ведро порошка стоит около $1000, а набор 2×1 л прозрачной связующей жидкости $600.

Самый дешевый цветной принтер серии, ProJet 260C (ZPrinter 250), обойдется уже примерно в 1,2–1,3 миллиона рублей. Параметры его примерно те же, что и у ProJet 160, а количество доступных цветов ограничено 64. Цена на младший из полноцветных принтеров, ProJet 460Plus (ZPrinter 450), почти вдвое выше.

• позволяет создавать очень сложные модели без поддерживающих структур;
• возможность полноцветной печати с высоким разрешением.

• крайне ограниченное количество материалов, пригодных для использования;
• в ряде случаев требуется финишная обработка, особенно когда нельзя мириться с шероховатой поверхностью;
• малая прочность получившихся образцов даже после обработки закрепляющим составом.

Теперь переходим к технологии, которая в последнее время стала наиболее распространенной, и рассмотрим ее наиболее подробно, поскольку в последующих обзорах мы будем иметь дело с принтерами на основе именно этой технологии.

Послойное наплавление (Fusing Deposition Modeling, FDM)

Как и во всех остальных рассмотренных нами технологиях, модель при FDM-печати создается послойно. Для изготовления очередного слоя термопластичный материал нагревается в печатающей головке до полужидкого состояния и выдавливается в виде нити через сопло с отверстием малого диаметра, оседая на поверхности рабочего стола (для первого слоя) или на предыдущем слое, соединяясь с ним. Головка перемещается в горизонтальной плоскости и постепенно «рисует» нужный слой - контуры и заполнение между ними, после чего происходит вертикальное перемещение (чаще всего опусканием стола, но есть модели, в которых приподнимается головка) на толщину слоя и процесс повторяется до тех пор, пока модель не будет построена полностью.

В качестве расходного материала чаще всего используются различные пластики, хотя есть и модели, позволяющие работать с другими материалами - оловом, сплавами металлов с невысокой температурой плавления и даже шоколадом.

Минусы, присущие данной методике, очевидны:

• невысокая скорость работы (но, собственно, очень уж высокой скоростью не могут похвастать и другие технологии: для построения крупных и сложных моделей требуются многие часы и даже десятки часов);
• небольшая разрешающая способность как по горизонтали, так и по вертикали, что приводит к более или менее заметной слоистости поверхности изготовленной модели;
• проблемы с фиксацией модели на рабочем столе (первый слой должен прилипнуть к поверхности платформы, но так, чтобы готовую модель можно было снять); их пытаются решить разными способами - подогревом рабочего стола, нанесением на него различных покрытий, однако совсем и всегда избежать не получается;
• для нависающих элементов требуется создание поддерживающих структур, которые впоследствии приходится удалять, но даже с учетом этого некоторые модели попросту невозможно сделать на FDM-принтере за один цикл, и приходится разбивать их на детали с последующим соединением склейкой или другим способом.

Таким образом, для очень многих образцов, изготовленных по технологии FDM, потребуется более или менее сложная финишная обработка, которую сложно или невозможно механизировать, поэтому в основном она производится вручную.

Есть и менее очевидные недостатки, например, зависимость прочности от направления, в котором прикладывается усилие. Так, можно сделать образец достаточно прочным на сжатие в направлении, перпендикулярном расположению слоев, но вот на скручивание он будет гораздо менее прочным: возможен разрыв по границе слоев.

Другой момент в той или иной мере присущ любой технологии, связанной с нагревом: это термоусадка, которая приводит к изменению размеров образца после остывания. Конечно, тут много зависит от свойств используемого материала, но порой нельзя примириться даже с изменениями в несколько десятых долей процента.

Далее: технология может показаться безотходной только на первый взгляд. И речь не только о поддерживающих структурах в сложных моделях, немало пластика уходит в отходы даже у опытного оператора при подборе оптимального для конкретной модели режима печати.

Почему же при таком количестве проблем эта технология сейчас стала столь популярной?

Главная и определяющая причина - цена как на сами принтеры, так и на расходные материалы к ним. Первым важным толчком в процессе продвижения FDM-принтеров «в массы» стало истечение в 2009 году срока действия патентов, вследствие чего за пять лет цены на такие принтеры снизились более чем на порядок, а если рассмотреть крайности (самые дорогие до 2009 года и самые дешевые сегодня), то и на два порядка: цена на самые дешевые принтеры китайского производства сегодня составляет всего 300–400 долларов - правда, скорее всего покупатель в них моментально разочаруется. Более приличные принтеры начального уровня сейчас имеют цену уже ближе к $1200–1500.

Вторым немаловажным фактором стало появление проекта RepRap , или Replicating Rapid Prototyper - самовоспроизводящийся механизм быстрого прототипирования. Самовоспроизведение касается изготовления на уже сделанном принтере частей для другого подобного принтера - конечно, не всех, а лишь тех, которые можно создать в рамках данной технологии, всё прочее приходится покупать. И оно не было самоцелью проекта: главной задачей стало создание максимально дешевых моделей принтеров, доступных даже частным энтузиастам, не обремененным излишком денег, но желающим попробовать свои силы в 3D-печати. Более того, самовоспроизводящимися (в сколь-нибудь заметной части всех деталей) были и есть далеко не все прототипы, созданные в рамках RepRap.

Мы не будем заниматься подробным описанием этапов становления проекта RepRap, разбором достоинств и недостатков таких прототипов, как Darwin, Mendel, Prusa Mendel, Huxley. Тема очень обширна, чтобы ее можно было рассмотреть в рамках данного обзора, и мы приводим эти названия только как ключевые слова для поиска информации, которой в интернете очень много.

Конечно, создаваемые таким образом принтеры чаще всего далеки от совершенства даже в рамках технологии FDM, но они позволяют с минимальными финансовыми затратами создать вполне работоспособный аппарат. Нужно отметить: сегодня вовсе не обязательно искать обладателя принтера, чтобы напечатать возможные детали, и бегать по магазинам в поисках остального; предлагаются полные наборы для самостоятельной сборки принтера, так называемые DIY kits (от «Do It Yourself» - сделай это сам), которые позволяют и заметно сэкономить, и избежать лишней беготни и хлопот, да к тому же содержат подробные инструкции по сборке. Но есть простор и для тех, кто не хочет замыкаться в рамки готовых конструкций и желает внести в них что-то свое: есть масса предложений по любым отдельным комплектующим для подобных принтеров.

Еще одна положительная сторона развития проекта RepRap - появление и совершенствование различного программного обеспечения для работы с подобными 3D-принтерами, причем распространяемого свободно. В этом немаловажное отличие от аппаратов, выпускаемых именитыми производителями, которые работают только с собственным ПО.

В принципе, проект не замыкается на технологии FDM, но пока именно она является наиболее доступной, равно как наиболее доступным материалом является пластиковая нить, которая и используется в подавляющем большинстве принтеров, создаваемых на базе разработок RepRap.

Широкое распространение FDM-принтеров привело к увеличению спроса на расходные материалы к ним; предложение не могло не последовать за спросом, и произошло то же самое, что и с самими принтерами: цены рухнули. Если на старых интернет-страницах, посвященных FDM-технологиям, встречаются упоминания цен на уровне 2-3 и даже более сотен евро за килограмм пластиковой нити, то сейчас повсеместно речь идет о десятках евро, и лишь на новые материалы с необычными свойствами цена может достигать сотни долларов или евро за килограмм. Правда, если раньше продавались в основном «фирменные» материалы, то теперь зачастую предлагается нить непонятного происхождения и неопределенного качества, но это неизбежно сопутствует популярности.

Помимо цены, у FDM-принтеров есть другие достоинства, связанные с возможностями технологии. Так, очень легко оснастить принтер второй печатающей головкой, которая может подавать нить из легко удаляемого материала для создании поддержек в сложных моделях. Внеся краситель при изготовлении пластиковой нити, можно получать различные, очень яркие цвета.

Да и сам материал нити может иметь самые разные свойства, поэтому рассмотрим вкратце наиболее распространенные типы.

Пластиковая нить может быть двух стандартных диаметров: 1,75 и 3 мм. Естественно, они не взаимозаменяемы, и выбор нужного диаметра следует уточнять по спецификации принтера. Поставляется пластик на катушках и измеряется не длиной, а весом. Для FDM-принтеров некоторых производителей (например, CubeX от 3D Systems) нужно покупать не катушки, а специальные картриджи с нитью, которые в пересчете на килограмм обходятся заметно дороже, но производитель гарантирует качество материала - словом, всё точно так, как в обычных принтерах: «оригинальная» и «совместимая» расходка.

Для каждого типа материала должны быть известны рабочая температура, до которой должен нагреваться материал в печатающей головке, и температура подогрева рабочего стола (платформы) для лучшего прилипания первого слоя. Эти величины не всегда одинаковы для любого образца нити, сделанной из материала одного типа, поэтому мы указываем примерный диапазон; по идее, оптимальные температуры должны указываться на этикетке катушки или в сопроводительном документе, но это происходит далеко не всегда, и зачастую их приходится подбирать экспериментально.

Основными материалами для FDM-принтеров являются пластики ABS и PLA.

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол, АБС) - это ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом. Сырьем для его производства является нефть. Этот пластик непрозрачный, легко окрашивается в разные цвета.

Достоинства ABS:

• долговечность,
• ударопрочность и относительная эластичность,
• нетоксичность,
• влаго- и маслостойкость,
• стойкость к щелочам и кислотам,
• широкий диапазон эксплуатационных температур: от −40 °С до +90 °С, у модифицированных марок до 103–113 °С.

К достоинствам следует отнести невысокую стоимость, растворимость в ацетоне (что позволяет не только склеивать детали из ABS, но также сглаживать с помощью ацетона неровную поверхность). ABS более жесткий, чем PLA, и потому сохраняет форму при больших нагрузках.

Из недостатков надо упомянуть следующие:

• несовместимость с пищевыми продуктами, особенно горячими, поскольку при определенных условиях (высокой температуре) может выделять циановодород,
• неустойчивость к ультрафиолетовому излучению (т. е. не любит прямых солнечных лучей),
• термоусадка заметно выше, чем у PLA,
• более хрупкий, чем PLA.

Рабочая температура выше, чем у PLA, и находится в диапазоне 210–270 °С. При работе с нитью ABS ощущается слабый запах. Кроме того, для лучшего прилипания первого слоя модели к рабочему столу требуется подогрев стола примерно до 110 градусов.

Про цену: встречаются упоминания $30–40 за килограммовую катушку. Реально цены в России начинаются от 1500 (мелкий опт) до 2000 и более (розница) рублей за килограмм, если речь идет о китайских производителях. ABS-нить от известных фирм, изготовленная в США, может быть в полтора-два раза дороже.

PLA (полилактид, ПЛА) - биоразлагаемый, биосовместимый полиэфир, мономером которого является молочная кислота. Сырьем для производства служат возобновляемые ресурсы - например, кукуруза или сахарный тростник, поэтому материал является нетоксичным и может применяться для производства экологически чистой упаковки и одноразовой посуды, а также в медицине и в средствах личной гигиены.

Сразу отметим: биоразлагаемость вовсе не синоним крайней недолговечности, изделия из PLA вполне жизнеспособны.

Достоинства:

• низкий коэффициент трения, делающий его пригодным для изготовления подшипников скольжения,
• малая термоусадка, особенно в сравнении с ABS,
• менее хрупкий и более вязкий, чем ABS: при одинаковых нагрузках скорее согнется, чем сломается.

Рабочая температура ниже, чем у ABS: около 180–190 °С. Подогрев рабочего стола не является обязательным, но желательно всё же нагревать стол до 50–60 °С.

Недостатки: один из них мы уже упомянули - меньшую, чем у ABS, долговечность. Кроме того, PLA более гигроскопичен, и даже при хранении требует соблюдения режима влажности, иначе может начаться расслоение материала и появление в нем пузырьков, что приведет к дефектам при изготовлении модели. К тому же PLA зачастую немного дороже ABS, хотя цена сильно зависит от производителя и продавца.

Ацетон практически не оказывает воздействия на PLA, его приходится склеивать и обрабатывать дихлорэтаном, хлороформом или другими хлорированными углеводородами, что требует повышенных мер безопасности при работе (но, конечно, и ацетон в этом плане не подарок).

Другие материалы для FDM-печати распространены гораздо меньше.

HIPS (High-impact Polystyrene, ударопрочный полистирол) - материал непрозрачный, жесткий, твердый, стойкий к ударным воздействиям, к морозу и перепадам температур. Растворяется в лимонене - естественном растворителе, извлекаемом из цитрусовых, и потому может использоваться для создания поддерживающих структур, которые не придется удалять механически.

Рабочая температура около 230 °С, цена на 30–50% выше, чем у ABS.

Нейлон легкий, гибкий, устойчивый к химическому воздействию. Детали из него обладают очень низким поверхностным трением.

Рабочая температура выше, чем у PLA: около 240–250 °С. Правда, при этом не выделяется паров или запахов. Стоимость нейлоновой нити в два раза больше, чем PLA или ABS.

PC (Polycarbonate, поликарбонат) - довольно твёрдый полимер, сохраняющий свои свойства в диапазоне температур от −40 °С до 120 °С. Обладает высоким светопропусканием и часто используется в качестве заменителя стекла, а поскольку еще имеет меньшую удельную массу и более высокий коэффициент преломления, то прекрасно подходит для производства линз. Полная биологическая инертность позволяет делать из него даже контактные линзы. Кроме того, из него изготавливают компакт-диски.

Температура печати 260–300 °С. В виде нити для FDM-печати пока выпускается мало, поэтому цена втрое выше, чем у ABS.

Похожими оптическими свойствами обладает PETT (Polyethylene terephthalate, полиэтилентерефталат). Модели из него получаются очень прочными, поскольку слои расплавленного материала отлично склеиваются. Рабочая температура 210–225 °С, стол желательно подогреть до 50–80 °С. Цена около 4500–5000 рублей за килограмм.

Под аббревиатурой PVA (ПВА) могут скрываться два типа материала: поливинилацетат (Polyvinyl Acetate, PVAc) и поливиниловый спирт (Polyvinyl Alcohol, PVAl). По химической формуле они довольно похожи, только в поливиниловом спирте отсутствуют ацетатные группы, и свойства их тоже совпадают - во многом, но не во всем. К сожалению, продавцы зачастую указывают просто «PVA (ПВА)», не делая различий, поэтому мы можем привести только обобщенную примерную цену: 4500–5000 рублей за килограмм нити.

Поливиниловый спирт PVAl требует рабочей температуры около 180–200 °С, дальнейшее ее повышение нежелательно - может начаться пиролиз (термическое разложение). Кроме того, материал очень гигроскопичен, он активно поглощает влагу из воздуха, что создает проблемы и при хранении, и при печати, особенно если диаметр нити 1,75 мм. С другой стороны, это же свойство является очень полезным: поддержки, сделанные из PVAl, растворяются в холодной воде.

Поливинилацетат PVAc всем хорошо известен как составная часть клея ПВА, представляющего собой водную эмульсию этого вещества. Для него требуется немного более низкая рабочая температура: 160–170 градусов. Он также хорошо растворяется в воде.

Все время появляются новые материалы с оригинальными свойствами. Правда, цена на них в первое время может быть очень высокой.

Например, эластомер NinjaFlex позволяет создавать эластичные изделия. Цена около 7500–8000 рублей за килограмм, рабочая температура 210–225 °С, температура стола может быть комнатной или слегка повышенной, до 35–40 °С.

Недавно появившийся материал Laywoo-D3 интересен прежде всего тем, что изделия из него по фактуре напоминают дерево и даже пахнут, как деревянные. Дело в том, что его как раз и делают на основе мелких частиц дерева и связующего полимера. Рабочие температуры могут быть в диапазоне 175–250 °С, подогрев стола не требуется. Причем цвет после застывания будет зависеть от выбранной температуры: чем она выше, тем темнее. Меняя температуру во время печати, можно даже получить подобие годовых колец, как на натуральном дереве. Конечно, и цена на этот материал немалая - около 10 тысяч рублей за килограмм.

Другой экзотический материал, Laybrick , содержит минеральные наполнители и позволяет имитировать изделия из песчаника. Рабочая температура находится в пределах 165–210 °С; на этот раз с повышением температуры можно получить более грубую поверхность для усиления эффекта имитации. Он также не требует подогрева стола, но по окончании печати следует выждать несколько часов, чтобы модель окончательно затвердела, и лишь потом снимать ее. Цена те же 10 тысяч рублей за килограмм.

Конечно, все указанные выше цены являются лишь ориентиром: они могут меняться как по прошествии времени, так и от продавца к продавцу, особенно если покупать не в России, а заказывать за рубежом.

Поскольку наш обзор рассчитан в основном на тех, кто недавно заинтересовался 3D-печатью и пока не имеет собственного опыта работы в этой сфере, отметим: лучше всего начинать с «курса молодого бойца», и даже порекомендуем (по ссылке можно скачать программу курсов и найти контактные координаты). Помимо рассказа о теоретических основах, каждому «курсанту» предоставляется возможность поработать на весьма неплохом FDM-принтере под руководством знающих специалистов. Конечно, курсы коммерческие, т. е. платные, но потраченные деньги быстро окупятся, поскольку вы получите знания о том, как избежать самых частых ошибок, и практический опыт, пусть и небольшой.

На этом мы завершаем обзор, чтобы вскоре перейти к другим аспектам 3D-печати и конкретным моделям принтеров.

Футуристический вертолет проходит низко над головами зрителей, закованные в экзоброню роботизованные морпехи сметают все на своем пути, здоровенный космический шаттл сотрясает воздух ревом двигателей – так близко и устрашающе реально, что непроизвольно вжимаешь голову в плечи.

Недавно вышедший на экраны «Аватар» Джеймса Камерона или трехмерная компьютерная игра заставляют зрителя, сидящего в кресле перед экраном, чувствовать себя участником фантастического действа...

Совсем скоро инопланетные монстры будут прогуливаться в каждом доме, где есть современный домашний кинотеатр.

Но каким же образом плоский экран способен показывать объемную картинку?

Человек в трехмерном объемном пространстве...

Один и тот же объект левым и правым глазом мы видим под разными углами, таким образом формируются два изображения – стереопара. Мозг соединяет обе картинки в одну, которая интерпретируется сознанием как объемная.

Различия в перспективе позволяют мозгу определить размер объекта и расстояние до него. На основании всей этой информации человек получает пространственное представление с правильными пропорциями.

Как возникает объемное изображение

Для того чтобы картинка на экране казалась объемной, каждый глаз зрителя, как в жизни, должен видеть несколько отличающееся изображение, из которых мозг сложит единую трехмерную картину.

Первые фильмы в формате 3Д , созданные с учетом этого принципа, появились на экранах кинотеатров еще в 50-е годы.

Поскольку набирающее популярность телевидение уже тогда составляло серьезную конкуренцию киноиндустрии, дельцы от кинематографа хотели заставить людей оторваться от диванов и направиться в кино, прельщая их визуальными эффектами, которые в то время не мог обеспечить ни один телевизор: цветным изображением, широким экраном, многоканальным звуком и, разумеется, трехмерностью.

Эффект объема при этом создавался несколькими разными способами.

Анаглифический метод (анаглиф – по-гречески «рельефный»). На ранних этапах 3D-кинематографа в прокат выпускались только черно-белые 3D-фильмы. В каждом соответствующим образом оснащенном кинотеатре для их показа использовались два кинопроектора.

Один проецировал фильм через красный фильтр, другой выводил на экран слегка смещенные по горизонтали кинокадры, пропуская их через зеленый фильтр.

Посетители надевали легкие картонные очки, в которые вместо стекол были установлены кусочки красной и зеленой прозрачной пленки, благодаря чему каждый глаз видел только нужную часть изображения, а зрители воспринимали «объемную» картинку.

Однако оба кинопроектора при этом должны быть направлены строго на экран и работать абсолютно синхронно.

В противном случае неизбежно раздвоение изображения и, как следствие, головные боли вместо удовольствия от просмотра – у зрителей.

Подобные очки хорошо подходят и для современных цветных 3D-фильмов , в частности, записанных методом Dolby 3D. В этом случае достаточно одного проектора с установленными перед объективом световыми фильтрами.

Каждый из фильтров пропускает для левого и правого глаза красный и синий свет. Одно изображение имеет синеватый, другое – красноватый оттенок. Световые фильтры в очках пропускают только соответствующие, предназначенные для определенного глаза кадры.

Однако данная технология позволяет добиться лишь незначительного 3D-эффекта , с малой глубиной.

Затворный метод. Оптимален для просмотра цветных фильмов. В отличие от анаглифического этот метод предусматривает попеременную демонстрацию проектором изображений, предназначенных для левого и правого глаза.

Благодаря тому, что чередование изображений осуществляется с высокой частотой – от 30 до 100 раз в секунду – мозг выстраивает целостную пространственную картину и зритель видит на экране цельное трехмерное изображение.

Ранее данный метод назывался NuVision, в настоящее время он чаще именуется XpanD. Для просмотра 3D-фильмов по этому методу используются затворные очки, в которые вместо стекол или фильтров установлены два оптических затвора.

Эти небольшие светопропускающие ЖК-матрицы способны по команде от контроллера менять прозрачность – то затемняясь, то просветляясь в зависимости от того, на какой глаз в данный момент необходимо подать изображение.

Затворный метод используется не только в кинотеатрах: применяется он и в телевизорах, и в компьютерных мониторах. В кинотеатре подача команд осуществляется с помощью ИК-передатчика.

Некоторые модели затворных очков 90-х годов, предназначенных для ПК, подключались к компьютеру с помощью кабеля (современные модели имеют беспроводной интерфейс).

Недостаток данного метода в том, что затворные очки являются сложным электронным устройством, потребляющим электроэнергию. Следовательно, они имеют достаточно высокую (особенно по сравнению с картонными очками) стоимость и значительный вес.

Поляризационный метод. В сфере кино такое решение носит название RealD. Его суть в том, что проектор попеременно демонстрирует кинокадры, в которых световые волны имеют разное направление поляризации светового потока.

В необходимых для просмотра специальных очках установлены фильтры, пропускающие только световые волны, поляризованные определенным образом. Так оба глаза получают изображения с различной информацией, на основании которой мозг формирует объемную картинку.

Поляризационные очки несколько тяжелее картонных, но поскольку они работают без источника электроэнергии, то весят и стоят значительно меньше, чем затворные.

Однако наряду с поляризационными фильтрами, устанавливаемыми на кинопроекторы и в очки, для показа 3D-фильмов по этому методу требуется дорогой экран со специальным покрытием.

На данный момент предпочтение окончательно не отдано ни одному из названных методов. Стоит, однако, отметить, что с двумя проекторами (по анаглифическому методу) работает все меньшее количество кинотеатров.

Как создаются 3D-фильмы

Использование сложных технических приемов требуется уже на этапе съемки, а не только в процессе просмотра 3D-фильмов.

Для создания иллюзии трехмерности каждую сцену необходимо снимать одновременно двумя камерами, с разных ракурсов.

Как и глаза человека, обе камеры размещают близко друг к другу, причем обязательно на одинаковой высоте.

3D-технологии домашнего применения

Для просмотра 3D-фильмов на DVD до сих пор используются простые картонные очки, наследие далеких 50-х. Этим объясняется и скромный результат – плохая цветопередача и недостаточная глубина изображения.

Однако даже современные 3D-технологии привязаны к специальным очкам, и такое положение вещей, по всей видимости, изменится не скоро.

Хотя в 2008 году компания Philips и представила прототип 42-дюймового жидкокристаллического 3D-телевизора, не требующего использования очков, данная технология достигнет своей рыночной зрелости минимум через 3–4 года.

А вот о выпуске 3D-телевизоров, работающих в тандеме с очками, на международной выставке IFA 2009 объявили сразу несколько производителей.

К примеру, Panasonic намерен уже к середине 2010 года выпустить модели телевизоров с поддержкой 3D, так же, как Sony и Loewe, делая ставку на затворный метод.

Компании JVC, Philips и Toshiba также стремятся взойти на «3D-подиум», однако они отдают предпочтение поляризационному методу. LG и Samsung разрабатывают свои устройства на основе обеих технологий.

Контент для 3D

Основным источником трехмерного видеоконтента являются Blu-ray-диски. Контент передается на источник изображения через интерфейс HDMI.

Для этого телевизор и проигрыватель должны поддерживать соответствующие технологии, а также недавно принятый стандарт HDMI 1.4 – одновременную передачу двух потоков данных формата 1080p обеспечивает только он. Пока что устройства с поддержкой HDMI 1.4 можно пересчитать по пальцам.

3D-технологии на компьютере

Первоначально просмотр трехмерного изображения на компьютере был доступен только с помощью очков или специальных шлемов виртуальной реальности. И те и другие были оснащены двумя цветными ЖК-дисплеями – для каждого из глаз.

Качество результирующего изображения при использовании данной технологии зависело от качества применяемых ЖК-экранов.

Однако данные устройства обладали целым рядом недостатков, которые отпугивали большинство покупателей. Кибершлем фирмы Forte, появившийся в середине 90-х, был громоздким, неэффективным и напоминал средневековое орудие пытки.

Скромного разрешения в 640х480 точек для компьютерных программ и игр было явно недостаточно. И хотя позднее были выпущены более совершенные очки, к примеру модель LDI-D 100 фирмы Sony, но даже они были достаточно тяжелыми и вызывали сильный дискомфорт.

Выдержав почти десятилетнюю паузу, технологии формирования стереоизображения на экране монитора вышли на новый этап своего развития. Не может не радовать то обстоятельство, что по крайней мере один из двух крупных производителей графических адаптеров, фирма NVIDIA, разработал нечто инновационное.

Комплекс 3D Vision стоимостью около 6 тыс. руб. включает в себя затворные очки и ИК-передатчик. Однако для создания пространственной 3д картинки при помощи этих очков требуется соответствующее аппаратное обеспечение: ПК должен быть оснащен мощной видеоплатой NVIDIA.

А для того чтобы псевдотрехмерная картинка не мерцала, монитор с разрешением в 1280х1024 точки должен обеспечивать частоту обновления экрана минимум в 120 Гц (по 60 Гц на каждый глаз). Первым ноутбуком, оснащенным данной технологией, стал ASUS G51J 3D.

В настоящее время доступны также так называемые 3D-профили более чем для 350 игр, которые можно скачать с веб-сайта NVIDIA (www.nvidia.ru). В их число входят как современные игры жанра экшн, к примеру Borderlands, так и выпущенные ранее.

В продолжение темы компьютерных игр, альтернативой затворному 3D является поляризационный метод. Для его реализации нужен монитор с поляризационным экраном, например Hyundai W220S.

Объемное изображение становится доступно при наличии любой мощной видеокарты ATI или NVIDIA. Однако при этом разрешение снижается с 1680x1050 до 1680x525 точек, поскольку используется чересстрочный вывод кадров.

По материалам журнала ComputerBild

Раздел постоянно пополняется полезностями:

Напишите свое мнение ниже в комментариях. Обсудим.

В 2010 году технология 3D считалась, пожалуй, наиболее популярной, востребованной и инновационной. Сейчас интерес к 3D подостыл, и с каждым днем находится все больше и больше людей ею недовольных. Впрочем, критика — лишь очередной шаг на пути к прогрессу. В этой статье я расскажу о том, как получается объемное 3D -изображение, и какие технологии для этого используются.

Немного теории:

В основу 3D-технологий положена идея создания двух изображений для каждого глаза пользователя. По идее, создать 3D-контент (фото или видео) легко — достаточно просто объединить 2 камеры в одном устройстве, а затем уже свести воедино полученную с них информацию. Гораздо сложнее «показать 3D», то есть показать каждому глазу «свою» картинку.

Поляризация:

Базовые познания из курса оптики напоминают о том, что создавать «объем» можно с помощью поляризации светового потока. Достаточно пропустить свет через специальные преломляющие свет кристаллы, чтобы создать иллюзию трехмерного изображения. Для просмотра такого изображения потребуется использование специальных поляризационных очков. На принципе поляризации основана технология iМах 3D , используемая в кинотеатрах и неприменимая в домашней электронике.

Анаглиф:

Первые шаги в области 3D-технологий основаны на разделении картинки для каждого глаза по цвету. Такое видео (или изображение) называется анаглифным, а для просмотра анаглифного контента нужны специальные красно-синие очки (для одного глаза — красный фильтр, для другого — синий). Впрочем, при таком подходе хромают цветопередача и качество изображения. Анаглифное видео было популярно в 70-80-х годах прошлого века, но с тех пор уже немало воды утекло, и на дворе XXI век, век инновационных технологий.

Разделение строк:

Идея формировать разные картинки для каждого глаза путем построчного вывода их на экран — гораздо более современная и продвинутая. На ней основана, пожалуй, наиболее широко распространенная 3D-технология XpanD , которая используется как в кинотеатрах, так и 3D-телевизорах и мониторах. Для просмотра 3D-контента необходимы специальные очки, более того, они должны синхронизироваться непосредственно с устройством просмотра.

Синхронизация, как правило, осуществляется через ИК-датчик, расположенный между стеклами очков, ведь, как известно, если закрыть его пальцем (многие проделывали этот трюк в 3D -кинотеатрах ), объемное изображение теряется. Специальные очки (точнее, стекла в них) закрывают для каждого глаза то изображение, которое он не должен видеть — вот так просто и элегантно решена проблема создания объемного изображения.

Параллакс:

Впрочем, для просмотра 3D-контента можно обойтись и без очков. В таком случае экран должен «подготовить» две разных картинки для каждого глаза. Поверх экрана располагается так называемый параллаксный барьер, слой из тонких и точных щелей, отвечающих за то, какую картинку видит тот или иной глаз. Естественно, определенная часть экрана при этом скрыта от каждого из глаз (за этим самым барьером), но, тем не менее, наш мозг и при обработке такого «разорванного» изображения формирует цельную картинку.

К недостаткам этой технологии следует отнести то, что при малейшем сдвиге от оптимальной точки просмотра глаза уже не будут воспринимать изображение как объемное, оно будет просто двоиться или размываться. Экраны с параллаксным барьером используют в портативных устройствах — телефонах, фотоаппаратах и ноутбуках.

Но как же бе недостатков? Ничто в мире не совершенно, не являются исключением и 3D-технологии . Вот перечень основных недостаткой:

• Очки довольно сильно затемняют изображение;
• При просмотре 3D — контента болят глаза;
• Объемный эффект хорошо ощутим только в специально подготовленных видеороликах, чаще всего увиденное 3D-изображение не впечатляет;
• Для просмотра 3D-контента необходим специальный экран (а порой еще и очки);
• Да и распечатать 3D-фотографию, увы, не удастся. Пока..

Наверняка вы каждый уже не раз слышал о 3D фильмах в кинотеатрах, а также о 3D телевизорах, которые уже сегодня активно набирают популярность по всему миру. На данный момент такие телевизоры доступны практически каждому. Современные 3D технологии в телевизорах отличаются от первых трехмерных эффектов, и позволяют пользователям насладиться высококачественным, глубоким и поистине впечатляющим изображением.

Суть технологии трехмерного изображения не изменилась с момента ее открытия, однако средства достижения высококлассных эффектов претерпели существенные изменения. Благодаря этому уже сегодня мы имеем возможность испытать все достоинства 3D технологий прямо у себя дома.

1. Технология 3D в телевизорах

Технология трехмерного изображения не является новинкой, однако настолько доступной она стала только сейчас. Помимо этого, технологии 3Д в телевизорах постоянно развиваются, делая эффекты в фильмах еще более захватывающими и впечатляющими воображение.

В наше время не существует ни одного стандарта трехмерных изображений, причем перспективы каждой из имеющейся технологии, со стороны осуществления, разными изготовителями 3Dтехники оцениваются по-своему. Благодаря этому технологии развиваются параллельно, и нельзя сказать, какая из них лучше или хуже. Это зависит от определенных факторов и обстановки.

1.2. Как работает 3D телевизор

Чтобы понять принцип работы 3D телевизора стоит разобрать саму суть технологии. Для начала нужно отметить, что все объекты в реальном мире имеют три измерения:

• Высота;
• Ширина;
• Глубина.

Благодаря тому, что человек имеет два глаза, появляется возможность реально оценивать все три этих параметра с немного разных перспектив. К примеру, если на близком расстоянии рассматривать какой-либо предмет и поочередно закрывать и открывать сначала левый глаз, а потом правый, можно наглядно увидеть насколько разным представляет один и тот же объект. Это достигается благодаря тому, что глаза располагаются на некотором отдалении друг от друга, что позволяет нам смотреть на объект под разными углами.

Каждый глаз анализирует данные (изображение) и посылает их в мозг. Вот здесь и происходит самое интересное. Мозг человека обрабатывает две разные картинки, полученные с левого и правого глаза, и объединяет их в одно объемное изображение. Именно на таких свойствах и основан телевизор с 3Д эффектом. Другими словами, задача состоит в том, чтобы предоставить каждому глазу разную картинку.

В наше время можно выделить два способа достижения 3D эффекта:

• Пассивная технология, более известная под название – поляризационная, с использованием специальных поляризационных очков;
• Активная технология – с применением специальных очков, оснащенных затворами.

Обе эти технологии позволяют получить достаточно высокое качество 3D эффекта. Однако они имеют принципиально разную технологию достижения этого эффекта.

1.2.1. Телевизор с пассивной 3D технологией

Поляризационная технология основывается на том, чтобы разделить имеющееся изображение на две различные картинки. Из названия уже становится понятно, что суть технологии заключается в поляризационном разделении. Для правильного восприятия такой картинки необходимы специальные поляризационные очки, которые пропускают только определенный спектр излучения.

Телевизор с функцией 3D способен разделять изображение на две разные картинки, а благодаря специальным очкам каждый глаз видит только одну, соответствующую картинку.Далее мозг объединяет полученные картинки и создает трехмерный эффект. Делается это через строчку – первая строчка формирует первую часть изображения для одного глаза, вторая строчка – первая часть, но уже для другого глаза, третья строчка – вторая часть картинки для первого глаза, четвертая строчка – вторая часть изображения для другого глаза и так далее. Проще говоря, четные строчки для левого глаза, а нечетные строчки – для правого.

Для того чтобы картинки не накладывались друг на друга разделение картинки происходит благодаря поляризации. Каждая строчка имеет определенный спектр излучения, который фильтруется очками. Таким образом, получается отдельное изображение для каждого глаза, что позволяет достичь трехмерного эффекта. Если посмотреть на изображение без очков, то мы получи вполне обычную картинку, однако именно поляризационные линзы в очках разделяют изображение и если посмотреть на экран одним глазом через очки, то будет видно изображение через строчку.

1.2.2. Активная технология 3D телевизора

Активная функция 3D в телевизоре предполагает наличие инфракрасного датчика, который подает сигнал на специальные очки, имеющие такой же датчик. При этом на очки передаются все 1080 строк изображения. Реагируя на сигналы с телевизора, активные 3D очки закрывают и открывают поочередно правую и левую линзу. Отсюда и название – активная технология.

Происходит это настолько быстро, что мы не может это заметить. Но поскольку при этом каждый глаз получает отдельную картинку, мозг формирует объемное изображение. Преимуществом такой технологии является тот факт, что такие системы действительно имеют разрешение 1080, что означает возможность просмотра 3DHDTV.

2. Чем отличается активное 3D от пассивного: Видео

Стоит отметить, что в домашних условиях наибольшим распространением пользуются телевизоры с активной технологией 3D. Это объясняется рядом преимуществ. Однако минусом этой технологии является высокая стоимость активных очков. Как правило, в комплекте с телевизором поставляется две пары очков, но если вы захотите пригласить друзей, то вам придется выложить кругленькую сумму на приобретение дополнительных аксессуаров.

Итак, теперь вы знаете,как работает 3Д телевизор. Однако стоит отметить, что независимо от технологии, телевизоры с 3D функцией имеют общие отличия от обычных. Заключаются они в более высоком разрешении, а также в меньшем времени отклика. То есть матрица 3D телевизора обязательно должна иметь частоту обновления экрана не менее 120 Гц – по 60 Гц на каждый глаз. Из-за этих особенностей обычный телевизор не способен воспроизвести 3Dфильм и порадовать зрителя полноценным высококачественным изображением.

Идея 3D-телевидения так же стара, как мир телевидения и кино. Желание получить трёхмерное изображение и создать иллюзию того, что изображение на экране является чем-то большим, чем просто двухмерная картинка, существует с самого момента зарождения кинематографа и телевещания.
К сожалению, 3D-кино и 3D-телевидение всегда оставались на уровне лёгкого увлечения. И проблема всегда состояла в том, что поиск решений для того, чтобы заставить 3D работать, казался совершенно пустой тратой времени. С появлением HD-экранов ситуация начала улучшаться. В данном материале мы посмотрим, как выглядят современные 3D-телевизоры, рассмотрим принципы их работы, а также поможем вам определиться с наиболее подходящим для вас типом таких телевизоров.

Что такое 3D, и как его снимают?

Производство 3D-контента, по большому счёту, происходит именно так, как вы себе можете это представить. Для съёмок фильма в 2D используется одна камера, а для производства 3D-фильма требуется две камеры. Цель состоит в том, чтобы снять два различных и немного раздельных изображения, которые можно будет затем использовать для того, чтобы левый и правый глаз могли получать немного разные картинки происходящего. Такое действие, по сути, повторяет то, как мы видим естественную трёхмерную картину мира.
Для проведения такой «двойной» съёмки многие теле- и кинокомпании используют специальное оборудование, обеспечивающее одновременную работу двух камер. Устройство снабжено системой точного контроля, которая позволяет настраивать и подстраивать камеры для слаженной работы. Данный процесс сам по себе довольно сложен, кроме того, он требует, чтобы камеры и, в первую очередь, их оптическая составляющая, были практически идентичными – именно это и позволит получить наилучший результат. На рынке также имеется несколько видеокамер, снабжённых двухлинзовой системой съёмки. В частности, такие камеры – как для профессиональной, так и для любительской съёмки – поставляют компании Panasonic и Sony.

Разумеется, есть и другие способы съёмки 3D-видео. К примеру, изображение можно сделать трёхмерным в процессе пост-продакшна, особенно, когда речь идёт о фильмах с большим количеством компьютерных эффектов и графики. Поскольку большое количество фильмов снимается с использованием технологии «зелёный экран», сегодня есть много возможностей создавать то, что принято называть «искусственный 3D».

Во всех случаях готовый 3D-фильм состоит из двух отдельных рядов кадров: один ряд – для левого глаза, второй – для правого. А то, каким образом вы можете смотреть данное видео, определяется типами вещательной системы и системы просмотра, на которые мы и предлагаем обратить более пристальное внимание.

Активная 3D-технология

Активная 3D-технология – это система, которая работает на плазменных и жидкокристаллических экранах и требует наличия специальных активных 3D-очков для просмотра трёхмерного изображения. Сегодня эти очки достаточно лёгкие и удобные в использовании, хотя некоторые производители ещё не совсем довели их дизайн и функциональность до совершенства. Частенько данные очки снабжены аккумуляторным блоком, который заряжается при помощи подключаемого через USB зарядного устройства.
В основе данных очков лежит использование специальных линз с жидкокристаллическим верхним слоем. При прохождении через этот слой электрического напряжения линза практически полностью теряет прозрачность, при отсутствии напряжения прозрачность восстанавливается. Тем не менее некоторые световые потери наблюдаются при смотрении через линзу и в момент отсутствия напряжения в жидкокристаллическом слое, что делает видимое через очки изображение на экране телевизора немного темноватым по сравнению с оригиналом.
Для формирования 3D-кар-тинки телевизор последовательно отображает кадры для левого и для правого глаз. При этом очки затемняют линзу для «ненужного» в данный момент глаза. Частота таких затемнений для каждого раза составляет 24, 25 или даже 30 раз в секунду, поэтому вы практически этого не замечаете. Впрочем, отдельные люди жалуются на некоторое ощущение моргания картинки – именно с этим и связано возникновение головных болей у небольшого количества зрителей, использующих 3D-очки.

Большим преимуществом активной системы является то, что она даёт истинное 1080p 3D изображение. Это значит, что, по крайней мере, в плане качества картинки данная система значительно превосходит пассивную 3D-технологию. Однако многое зависит от конкретной ситуации, и есть много причин для того, чтобы полюбить пассивную 3D-систему.

Пассивная 3D-технология

Наибольшим преимуществом пассивной 3D-технологии является то, что очки, необходимые для просмотра изображения в данной системе, являются безумно дешёвыми по сравнению со стоимостью очков с активным затвором.
Впрочем, при домашнем использовании пассивная 3D-система имеет один большой недостаток: разрешение изображения составляет половину от разрешения картинки в активной 3D-технологии. Причина этого состоит в том, что картинки для обоих глаз должны появляться на экране одновременно. На поверхности жидкокристаллического экрана (плазменных панелей для пассивного 3D не существует) размещён специальный фильтр, который по-разному поляризует каждую из строк, формирующих изображение. Таким образом, телевизор одновременно отображает две картинки (для правого и левого глаза), составляющие 3D-изображение: к одной из них относятся чётные строки, к другой – нечётные. Данный процесс называется «чересстрочная развёртка».
Каждая из двух линз, составляющих пассивные 3D-очки, поляризована таким образом, чтобы соответствовать поляризации того или иного набора строк на экране. Таким образом, каждый глаз видит лишь то, что предназначено конкретно для него. Минусом данной технологии является то, что чересстрочная развёртка снижает разрешение картинки: в пассивной 3D-технологии каждый глаз видит картинку с разрешением 1920 x 540 пикселей.

Таким образом, вы получаете полное разрешение по горизонтали, однако лишь половину – по вертикали. Впрочем, на практике это не составляет такой уж большой проблемы. Большинство зрителей считает, что пассивная 3D-технология намного удобнее для длительного использования, и если вокруг вас есть много любителей смотреть фильмы и спортивные трансляции, данная система является наиболее практичной и доступной.

Как 3D-видео передаётся в телевизионных сетях?

Телевизионные вещатели весьма ограничены в плане имеющейся у них ёмкости, поэтому передача полноценного 3D-сигнала, состоящего из двух отдельных потоков, в общем-то, нереальна. Для того чтобы обойти данную проблему, вещатели используют метод, названный «бок о бок». Данный метод заключается в том, чтобы взять пару из кадров, предназначенных для правого и левого глаза, и разместить их на экране бок о бок таким образом, чтоб вместе они заняли ровно столько же места, сколько на экране телевизора занимает стандартное HD-изображение. Если телезритель смотрит такую трансляцию на экране обычного 2D-телевизора, то он видит две практически идентичные картинки, сдавленные с боков так, что всё на них кажется высоким и тонким. В то же время 3D-телевизор разделяет этот «сдвоенный» кадр на две половинки и отображает их согласно принципам, свойственным использованной в нём системы 3D.

В результате мы получаем 3D-изображение, которое технически имеет HD-качество, однако это качество значительно ниже качества Full HD 3D фильма, воспроизводимого с Blu-ray диска. Тем не менее получаемые результаты весьма хороши, и качество 3D-картинки можно считать приемлемым.

Как работает 3D на Blu-ray дисках?

Гораздо в лучшем положении оказывается 3D-видео, будучи записанным на Blu-ray диск. В этом случае вы можете получить картинку в качестве Full HD 3D с разрешением 1080p, но только в случае использования правильного оборудования: пассивные 3D-системы не могут отображать 3D-видео в формате Full HD, на это способны лишь активные системы.
С ростом популярности 3D была разработана новая система видеокомпрессии, которая позволяет значительно экономить объёмы используемой памяти. В итоге на стандартном диске можно разместить большее количество кадров, что крайне необходимо для 3D. Это, в свою очередь, означает, что на таком диске можно сохранять в формате Full HD оба ряда кадров – для правого и левого глаза, без того сжатия, которое мы видим при трансляции сигнала 3D-телевидения. Запись 3D-видео, даже с использованием новой системы компрессии, всё равно требует значительного пространства на диске, что в итоге приводит к отсутствию на диске места для записи дополнительных материалов. Однако это не является такой уж большой проблемой, поскольку в коробку всегда можно положить второй, дополнительный диск, записанный в HD-формате. Видео, состоящее из двух рядов кадров (для правого и левого глаза), отображается на экране вашего телевизора согласно системе, в которой он работает.

3D-кинотеатры против домашних 3D-систем

Существует несколько конкурирующих между собой 3D-форматов, используемых в кинотеатрах. Каждый из кинотеатров волен выбирать систему на собственное усмотрение. Большинство кинотеатров сегодня использует пассивные 3D-системы, и это означает, что им не приходится тратить деньги на дорогие очки с активным затвором для каждого зрительского места. В то же время первые кинотеатры IMAX 3D использовали активные 3D-очки, таким образом, эта система далеко не чужда кинотеатрам.
Для Dolby-кинотеатров существует система, которая является пассивной по своему характеру, однако требует использования более дорогих очков. Преимущество в использовании данной Dolby-системы состоит в том, что для её использования кинотеатру не приходится проводить замену экрана. Вместо этого используются очки со светофильтрами, «заточенными» под определённую длину световой волны, а также вращающийся фильтр, установленный перед проектором, позволяющие направлять картинки в нужный глаз.
Однако, по большому счёту, доминирующим 3D-форматом для кинотеатров является система RealD, которая использует поляризующие фильтры и недорогие очки. Кадры, предназначенные для левого и правого глаза, проецируются на экран через специальный поляризатор, установленный перед объективом кинопроектора. Система RealD предусматривает отдельную передачу кадров для правого и левого глаза – они передаются друг за дружкой с частотой 144 раза в секунду, а очки с поляризованными линзами перед глазами зрителей приводят к тому, что каждый глаз получает в итоге предназначенное лишь ему изображение.

Компания Sony предлагает облегчённый вариант данной системы, в котором используется 4К-проектор для одновременной передачи изображений для левого и правого глаза, при этом для каждого из глаз предназначается картинка с разрешением 2К.

3D-технология, не требующая специальных очков

У производителей телевизоров во всём мире есть одна общая цель: создать такую систему, которая бы не требовала использования очков при просмотре 3D-видео, но при этом создавала бы зрителю полный эффект трёхмерности. Технически это уже возможно, и телевизоры, использующие такие системы, уже в течение нескольких лет демонстрируются в рамках CES и других телевизионных выставок.
Наибольшей проблемой 3D-систем, не требующих использования очков для просмотра видео, является проблема качества. Безусловно, эти системы способны давать 3D-изображение, однако это далеко не то качество картинки, которое вам хотелось бы видеть. Кроме того, для полного погружения в просмотр такого видео вам придётся смотреть на экран под определённым углом, и эксперты, исследующие качество работы таких систем, после проведения испытаний жаловались на лёгкую косоглазость.
Впрочем, в компании Dolby убеждены, что полноценные 4K/3D-телевизоры, не требующие для просмотра очков, должны начать появляться на рынке в 2015 году. Технология Dolby, разработанная в сотрудничестве с Philips, основана на применении дисплеев с повышенным разрешением, используемым для отображения видео в формате 1080p/3D. Для проведения демонстрации технологии на выставке CES 2014 использовался 8K-телевизор производства Sharp. В компании Dolby утверждают, что в новой технологии сведены до минимума все проблемы прежних систем «3D без очков», включая необходимость сидеть перед экраном в определённой точке.

3D-системы на основе шлемов-масок

Одной из сфер, в которой 3D-видео имеет огромный потенциал, является использование 3D-дисплеев, которые можно носить на лице подобно очкам или шлему. В качестве примеров можно назвать такие устройства, как Oculus Rift и Project Morpheus, которые являются 3D-совместимыми масками-шлемами и могут быть использованы в качестве устройств виртуальной реальности.
Помимо заложенного в эти устройства игрового потенциала, в силу наличия в них отдельных экранов для каждого из глаз, можно предположить их использование в качестве устройств, дающих впечатляющий 3D-эффект. Возможно, поначалу зрителям будет немного некомфортно носить на лице такую маску, и потребуется некоторое время для привыкания к ней, однако данные устройства несут в себе невероятный потенциал для реалистичного 3D-видео.

Есть ли будущее у 3D-телевидения?

Сегодня дополнить телевизор 3D-функцией относительно недорого. Для активных 3D-систем стоимость такого усовершенствования не превышает стоимости активных очков. Это значит, что практически все выпускаемые сегодня телевизоры имеют встроенную опцию 3D. Впрочем, это не отменяет использование маркировки «3D» для повышения продаж.
Поскольку Голливуд продолжает снимать фильмы в 3D, этот формат, несомненно, имеет своё место в домах зрителей. Запрос на новые блокбастеры, снятые и записанные в 3D, существует, хоть он и не так велик, как того хотелось бы Голливуду.
Возможно, в один прекрасный день на смену 3D придёт что-то гораздо лучшее – например, голографическое кино. Однако, судя по всему, этот день настанет ещё не скоро.