Трехмерная печать

Р. М. МУХАМАДЕЕВА
ТРЕХМЕРНАЯ ПЕЧАТЬ
Учебное пособие
Москва    Вологда
«Инфра-Инженерия»
2026

УДК 655.15
ББК 36.87
М92
Р е ц е н з е н т ы :
д. т. н., профессор Кокшетауского университета Шокана Уалиханова
Ж. О. Нурмаганбетов;
к. т. н., доцент Кокшетауского университета им. А. Мырзахметова
К. С. Касымжанова
 
Мухамадеева, Р. М.
М92  
Трехмерная печать : учебное пособие / Р. М. Мухамадеева. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2026. - 108 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-3172-9
В доступной форме позволяет ознакомиться с основами трехмерной 
печати. Дает представление о различных способах получения реальных 
трехмерных моделей, а также освещает историю развития аддитивных 
технологий и производителей трехмерных принтеров. 
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по образовательной программе «Профессиональное обучение», а также для инженерных работников производственных предприятий и всех, кто заинтересован трехмерной печатью. 
УДК 655.15
ББК 36.87
ISBN 978-5-9729-3172-9 
‹ Мухамадеева Р. М.,  2026
 
 
 
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2026
 
 
 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2026

Оглавление
Предисловие .............................................................................................. 4
1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ  
ПЕЧАТИ ...................................................................................................... 6
1.1. Основные этапы истории аддитивных технологий........................ 6
1.2. Первые технологии трехмерной печати ........................................ 10
1.3. Принцип аддитивной технологии .................................................. 16
1.4. Различие технологий 3D-печати .................................................... 20
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ .................. 23
2.1. Машины прототипирования ........................................................... 23
2.2. Трехмерная печать .......................................................................... 26
2.3. Трехмерные принтеры ....................................................................38
2.4. Составные части трехмерного принтера .......................................41
2.5. Трехмерная печать металлом .........................................................53
2.6. Трехмерная печать в различных сферах жизни  ........................... 63
3. ТРЕХМЕРНАЯ ПЕЧАТЬ В ОБРАЗОВАНИИ ............................ 74
3.1. 3D-печать в школе ........................................................................... 74
3.2. Трехмерная печать в университетах .............................................. 80
4. ТРЕХМЕРНАЯ ПЕЧАТЬ В СОХРАНЕНИИ  
КУЛЬТУРНО-ИСТОРИЧЕСКОГО НАСЛЕДИЯ .........................85
Заключение ............................................................................................. 98
Литература ............................................................................................ 101

Предисловие
В настоящее время RР-технологии - это очень ёмкое понятие, но общим остается «послойность», т. е. послойное построение прототипа или 
готового изделия по трехмерной модели, полученной с помощью средств 
систем автоматизированного проектирования (САПР) или объемного сканирования имеющихся образцов.
Основное отличие этих технологий от традиционных методов изготовления моделей заключается в том, что модель создается не отделением «лишнего» материала от заготовки, а послойным наращиванием материала, составляющего модель, включая входящие в нее внутренние и даже 
подвижные части. 
Одно из основных достоинств новой технологии - визуализация. Можно предоставить заказчику результаты проектирования не только в виде 
чертежей, но и в виде цветной физической модели, что значительно упрощает восприятие результатов разработки и, очень часто является решающим аргументом при принятии решения о размещении заказа и запуске 
производства.
Во-вторых, разработчик может получить не только собственно модель 
или макет, но и вполне функциональный прототип, который он может собрать с реальными деталями, включить в розетку и проверить не только 
его собираемость, технологичность, дизайн, но и провести предварительные натурные испытания функциональных возможностей изделия, например, полученная модель пылесоса позволяет на короткий срок испытаний 
использовать его по прямому назначению.
Технологии прототипирования стремительно вошли в современную 
промышленность, медицину, дизайн, архитектуру, образование - практически во все сферы материального производства - серийная продукция или 
уникальные (единичные) изделия.
Практически полная автоматизация процессов быстрого прототипирования позволяет получать высококачественные и недорогие модели, изготавливаемые из металлов, пластиков, жидких смол, специальных порошков, гипса, воска, различных листовых материалов (бумаги, алюминия 
и др.). Самое наглядное применение RР-технологий в так называемых - 
3D-принтерах. 

3D-принтер помогает на всех стадиях внедрения новой продукции. 
В первую очередь, это разработка конструкции и дизайна будущего изделия. Полученная модель позволяет оценить конструкцию и эргономичность будущего изделия на ранних стадиях проектирования, а это позволяет избежать серьезных ошибок при внедрении изделия на производство.
Особый интерес вызывает распечатка культурно-исторических объектов в масштабе. В учебном пособии этот раздел представлен наиболее 
подробно.

1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ 
ПОЯВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ 
ПЕЧАТИ
1.1. Основные этапы истории аддитивных 
технологий
Аддитивные технологии, также известные как 3D-печать, прошли долгий путь с момента своего зарождения. Изначально термина «3D-печать» 
не существовало, и инновационные технологии назывались «быстрое прототипирование». 
Новый термин появился в 1995 году благодаря двум студентам Массачусетского технологического института - Джиму Бредту и Тиму Андерсону. Они придумали перестроить работу обычного струйного принтера так, 
чтобы он делал объемное изображение в специальной емкости, после чего 
запатентовали идею и открыли компанию Z Corporation. 
Незадолго до этого, в начале 1980-х, были первые попытки создания 
3D-печатных объектов. В это время инженеры и ученые начали исследовать возможности послойного создания объектов.
1984 - Чарльз Халл разрабатывает метод стереолитографии (SLA), 
который позволяет создавать твердые объекты из жидких фотополимеров 
с использованием ультрафиолетового света.
1986 - Чарльз Халл получает патент на технологию SLA и основывает 
компанию 3D Systems, которая вскоре выпускает первый в мире коммерческий 3D-принтер SLA-1.
Чак Халл (Charles W. Hull; родился 12 мая 1939 года) - американский изобретатель, сооснователь, исполнительный вице-президент 
и главный технический офицер по регенеративной медицине компании 
3D Systems. 
Он является одним из изобретателей SLA 3D-принтера, первой коммерческой технологии быстрого прототипирования и широко используе

мого формата файлов STL. Халл получил более 60 патентов США и других 
патентов в области ионной оптики и быстрого прототипирования.
Рис. 1.1. Чарльз Халл
В 2014 году он был включён в Национальный зал славы изобретателей, 
а в 2017 году стал одним из первых кандидатов в Зал славы TCT. В феврале 2025 года Халл был избран в Национальную академию инженерии.
Сейчас 3D Systems сосредоточена на программируемых системах для 
литья под давлением, которые позволят печатать объекты без предварительного конструирования форм. Помимо работы в 3D Systems, Чак дает лекции 
и выступает на конференциях. Например, он стал одним из главных спикеров на прошлогоднем ASME - международном конгрессе машиностроения.
Чак Халл остается очень скромным человеком. В 2014 году Европейское патентное ведомство вручило ему приз как лучшему изобретателю, 
работающему за пределами Европы. На это он ответил лишь: «Мне приятно получить признание моих заслуг. Я много и упорно работал, чем я и собираюсь заниматься дальше» [4].
В середине 1990-х годов конкуренция в мировой экономике достигла 
столь высокого уровня, что потребители начали буквально диктовать свои 
условия производителям. Такие одинаковые вещи как машины или часы - 
перестали продаваться миллионами штук. Оптимальной стала партия в несколько тысяч.
Настала пора мелкосерийного производства. Однако предприятия столкнулись с тем, что изготовление прототипов, лекал, различных форм, необходимых для выпуска готовой продукции, становится слишком дорого.

В этот момент начался бум устройств, для изготовления прототипов. 
Часть станков так и осталась в производственном секторе, но вверх протянулась эволюционная ветка, которая привела к появлению офисных принтеров твердотельных объектов. Как и у промышленных систем прототипирования, предназначение этих устройств состоит в быстром изготовлении 
образцов, позволяющих увидеть, как она будет выглядеть.
В процессе работы над каким-то серьезным архитектурным или техническим проектом, часто бывает трудно выявить различные ошибки и недостатки, используя только экран монитора, к тому же не все способны легко 
ориентироваться в трехмерных проекциях. Имея же реальную физическую 
модель будущего изделия, можно выявить и устранить различные ошибки, 
скорректировать процесс.
Кроме того, прототип отдельного изделия можно использовать в качестве концептуальной модели для визуализации и анализа общей конструкции - вплоть до проведения некоторых функциональных тестов (например, продувки будущего автомобиля в аэродинамической трубе), а общая 
модель, в свою очередь, может понадобиться для изготовления отдельной 
инструментальной оснастки.
К тому же прототип может применяться в маркетинговых целях, для 
рекламы, при определении стоимости изготовления, а также для того, чтобы быстрее найти взаимопонимание между проектировщиками и заказчиками, сокращая тем самым время выхода продукта на рынок.
Подчас прототипы представляют поистине уникальные возможности 
для исследования. Например, компания Порше использовала прозрачную 
пластиковую модель трансмиссии автомобиля 911 GTI для изучения тока 
масла. 3D-принтер, который «печатает» такие модели, решает одну важную проблему: он экономит время на реализацию идеи. Путь от образа, 
появившегося в голове инженера, до создания прототипа сократился в несколько раз.
В условиях конкурентной борьбы между промышленными гигантами выигрыш времени в несколько недель, означает опережающий выход 
новинки. Кроме изготовления прототипов трехмерные принтеры используются для быстрого малосерийного производства. После прежних методов прототипирования, существовавших до середины 80-х годов, RP-системы ознаменовали собой переворот в технологии. Вместо того чтобы 
ждать появления модели на протяжении нескольких недель, конструкторы теперь могут получать их через несколько часов или даже минут при 
помощи 3D-печати.
Имеются сведения о том, что технология прототипирования была известна в лабораториях оборонной промышленности в середине 20-го века. 
После разрушения военно-промышленного комплекса Германии и невозможности поддержки патента общая идея и характеристика процесса послойного создания деталей стала открытой и доступной для широких масс.

Известные любопытные факты об использовании трехмерной фотографии. В 1904 году Карло Байс получил патент на изобретение процесса 
получения пластиковых объектов. Он предложил использовать фоточувствительный желатин, который от степени освещения экспозиции расширялся в объеме. 
В зависимости от способа соединения слоев, методов нанесения материала уже могут быть определены разновидности технологий. Необходимо отметить, что не существует классической и четко определенной 
классификации аддитивных технологий. В зависимости от страны и фирмы-производителя может даваться свое собственное определение и разделение технологий.
Можно выделить основные технологии, которые явились базовыми 
для большого разнообразия ныне существующих способов послойного наращивания [3]. 
Таблица 1.1
История появления трехмерной печати
Компания
Страна
Технология
Дата 
основания
Дата выпуска 
первой продукции на рынок
3D Systems
США
SLA
1986
1988
EOS
Германия
SLS
1989
1990
Stratasys
США
FDM
1989
1992
ǽ Corp
США
MIT
1991
1996
Основателем компании 3D Systems в 1987 году является Чарльз 
Халл, который запатентовал технологию SLA - Laser Stereolithography, 
иногда можно встретить в литературе аббревиатуру SL. Под действием 
управляемого компьютером излучения происходит затвердевание слоя 
фотополимера толщиной в несколько сотых миллиметра, затем полка для печати опускается вниз и снова покрывается жидкостью. Далее 
все повторяется - в результате ультрафиолетовый луч «рисует» объемную фигуру.
Компания 3D Systems Corporation первоначально была ориентирована 
на машиностроение, но в январе 2012 года был завершен процесс приобретения компаний Z Corporation и Vidar Systems, что в свою очередь, позволило фирме расширить области применения аддитивных технологий. Решения 
компании Z Corporation охватывали весь процесс трёхмерного компьютерного проектирования и моделирования информации о зданиях - BIM, а компания Vidar Systems специализировалась на оборудовании для медицины 
и стоматологии. Таким образом, в настоящий момент 3D Systems - веду

щий поставщик решений в области печатания трёхмерного содержимого: 
3D-принтеров, расходных материалов и услуг по изготовлению нестандартных деталей для самого широкого круга потребителей. 
Что касается фирмы EOS GmbH - Electro Optical Systems, она появилась в 1989 году и была основана Хансом Лангером, как пилотный 
проект для BMW. Метод SLS был изобретен Карлом Декартом в 1986 
году. Направление в аддитивных технологиях - это спекание полимеров, прямое лазерное спекание металлов и лазерное спекание песка. 
Их интересы были в области изготовления прессформ для литья под 
давлением и литейные формы, прототипы и готовые изделия для автомобилестроения. 
Stratasys была основана в 1989 году Скотом Крампом и его женой Лизой. Идея технологии пришли к Крампу в 1988 году, когда он решил сделать игрушку лягушка для своей маленькой дочери из воска свечи с помощью клеевого пистолета, загруженного смесью полиэтилена.
Stratasys Ltd очень известное имя на рынке инновационного оборудования, в начале 2013 года мировые лидеры систем быстрого прототипирования компании Stratasys и Objet, объединились и выбрали марку новой 
компании - Stratasys Ltd.
1.2. Первые технологии трехмерной печати
Итак, технологии, которые были первыми:
SLА - отверждение фотополимерной смолы ультрафиолетовой лампой или лазером. Еще это называют стереолитографией, когда под действием управляемого компьютером излучения происходит затвердевание 
слоя толщиной в несколько сотых миллиметра, при этом полка для модели 
опускается вниз и снова покрывается жидкостью. Каждый слой вычерчивается лазером согласно данным, заложенным в трехмерной цифровой модели. Облучение лазером приводит к полимеризации (т. е. затвердеванию) 
материала в точках соприкосновения с лучом. Толщина слоя для построения детали - это та величина, на которую перемещается полка, это может 
быть от 0,05 мм до 0,15 мм. Ультрафиолетовый луч формирует объемную 
фигуру. Именно такой процесс получил наибольшее распространение среди других систем. Самое существенное его неудобство - необходимость 
создания поддерживающих элементов, если площадь верхнего поперечного сечения детали больше нижнего. Поддержки являются временными 
элементами конструкции, удаляемыми вручную после завершения процесса изготовления.
После завершения постройки изделия промываются для удаления остаточного материала и, при необходимости, подвергаются обработке в ультрафиолетовой печи до полного затвердевания фотополимера.