Общественно-политический журнал

 

 

Что такое 3D-принтер. О грядущей революции в технологиях и производстве

Представьте себе ситуацию, что вам срочно нужно приобрести стул или стол на кухню. Сейчас вы, скорее всего, направились бы в обычный магазин за этой покупкой. В лучшем случае посмотрели бы товары в сети интернет. Но уже недалек тот день, когда вы сможете получить уникальный стул или стол не просто, не выходя из дома, но даже без какого-либо посредничества со стороны продавцов или службы доставки магазина. Главное, чтобы у вас дома был 3D-принтер.

В профессиональной среде все уже привыкли к 3д-печати, но широкие массы в большинстве просто не знают, что это такое. При этом применений для бизнеса, не относящегося к конструкторской или дизайнерской среде – масса – от архитектурных макетов до эксклюзивных сувениров.

Думаю, в ближайшее время ситуация кардинально не изменится и единственный выход – точечно общаться с потенциальными клиентами», - говорит Александр Скрынник, генеральный директор рекламного агентства ItLooks, имеющего в Санкт-Петербурге свою компанию по 3D-печати. Он отмечает, что бум данной технологии уже не за горами: «Бум наступит тогда, когда технологии сделают еще 1-2 шага вперед, повысив качество, точность, «глянцевость» и снизив себестоимость продукции. Тогда 3д-принтеры действительно совершат революцию, произойдет это, полагаю, уже через  3-5 лет.

Перспективы вроде бы очевидны, но пока я думаю вам далеко не все понятно. Что же, не пугайтесь, технология действительно достаточно сложна. Для начала давайте разберемся с тем, что такое эта самая пресловутая 3D-печать, и какие ее виды существуют на сегодняшний день. А потом уже посмотрим на сферы ее применения сегодня и заглянем в недалекое будущее.

Виды 3D-печати

На сегодняшний день в 3D-печати господствует две принципиально разных технологии – это лазерная и струйная печать. При этом они тоже делятся на виды. Так, лазерная печать подразделяется на три вида: собственно, лазерная печать, лазерное спекание и ламинирование. Во всех этих способах используется своя технология производства продукции. Так, в случае лазерной печати принтер использует жидкий фотополимер, который засвечивается специальной ультрафиолетовой лампой при помощи фотошаблона. Затем все это превращается в твердый материал. Это, конечно, упрощенное описание технологии, но подробное просто выходит за рамки формата данной статьи.

Лазерное спекание проходит несколько иначе – лазер слой за слоем выжигает контур будущей детали на специальном порошке. То есть получается, что производство идет слой за слоем.

Наконец, в случае ламинирования процесс производства состоит из того, что готовый объект создается из большого количества разношерстных слоев, накладываемых друг на друга. Естественно, все это происходит не без помощи лазера.

В струйной печати присутствует два основных способа печати – это застывание материала при охлаждении и спекание порошкообразного материала. В первом случае происходит выдавливание термопластика по каплям на основу будущего продукта, а второй способ по своей сути очень напоминает лазерное спекание. Единственное отличие в том, что в данном случае порошок склеивается с помощью специально предназначенного для этой операции клея.

Это основные способы 3D-печати на сегодня. По каждому из них можно найти множество детальной информации в сети интернете. Так что если вас интересует технический процесс, то рекомендую обратиться к глобальной паутине, а мы поговорим про применение технологии.

На сегодняшний день основным применение 3D-принтеров является быстрое прототипирование. Уже давно установлено, что при разработке какой-то сложной модели ее прототип позволяет сократить вероятность появления ошибок в конечном продукте. Многие крупные компании имеют в своих конструкторских подразделениях 3D-принтеры для разработки быстрых прототипов. Так, в свое время Porsche при помощи прототипа изучала работу тока масла в трансмиссии новой модели автомобиля 911.

Преимуществ у быстрого прототипирования множество. В первую очередь это возможность изменения и доводки прототипов во время изготовления. Все это приводит к тому, что компании имеют возможность учесть все особенности товара еще во время разработки.

Кроме того, сегодня 3D-принтеры востребованы при производстве деталей для малосерийного производства, мелких объектов для домашнего использования, сувениров. Но все это мелочь по сравнению с беспилотным самолетом Polecat от компании Lockheed. Большая часть деталей данного летательного аппарата была изготовлена с применением технологии трехмерной печати.

Фантастика, ставшая реальностью

Совсем недавно, а если быть точнее, то в мае 2008 года произошло знаковое научное событие. Профессор из Университета Бат (Великобритания) Эдриан Боуер и его научный партнер Вик Оливер представили миру новую версию своего самореплицирующегося робота  - Replicating Rapid-prototyper, который в миру получил имя RepRap. Собственно, над этим проектом два сотрудника из Университета Бат работают уже много лет, постоянно представляя новые версии своего детища. В мае 2008 года была представлена знаковая версия RepRap. Все дело в том, что этот робот-3D-принтер научился самостоятельно воспроизводить себя. То есть он может создавать себе подобных без участия человека, а те в свою очередь будут производить подобных себе. Думаю, что у некоторых уже рисуются картины из фильма «Терминатор».

Впрочем, пока паниковать рано. Воспроизвести себя полностью RepRap может только в теории. На практике все микросхемы должны быть представлены человеком (да, производить микросхемы и электронику трехмерные принтеры пока не умеют). Правда, профессор Боуер уже заявил, что времена, когда его детище сможет создавать себе подобных самостоятельно уже не за горами. Почему-то нет повода сомневаться в словах Эдриана Боуера.

Коммерциализация трехмерной печати

Однако, все о чем мы сейчас говорили относиться скорее к прогрессу и науке. Каким образом современный бизнес использует трехмерные принтеры? Пожалуй, в этом плане сразу же вспоминается компания Philips, которая в минувшем году открыла дочернее предприятие под названием Shapeways. Собственно, Shapeways будет заниматься трехмерной печатью, сотрудничая не с компаниями, которым требуются какие-то макеты, а с простыми людьми, желающими произвести какой-то небольшой сувенир.

Схема сотрудничества с Shapeways достаточно проста. Необходимо создать 3D-модель в одном из популярных 3D-редакторов, зарегистрироваться на сайте, и выслать ее в Shapeways. Далее вы выбираете материал, из которого будет изготовлено ваше изделие (это может быть пластик, бронза, гипс и многое другое). Оплачиваете, и все! Ваш заказ будет доставлен по почте. Чего греха таить, данное начинание Philips является первым шагом в массовой популяризации трехмерной печати.

Впрочем, не только в Европе запущен подобный проект. В нашей стране тоже функционирует похожая компания. Рекламное агентство ITLOOKS, существующее с 2003 года, в минувшем году запустило свой центр по 3D-печати в Санкт-Петербурге, который получил имя «Инвент». Глава ITLOOKS Александр Скрынник говорит по этому поводу: «Заинтересовала технология. Захотелось продвигать что-то инновационное, отличное от других. Первыми клиентами стали макетные мастерские».

Создать трехмерную модель игрового персонажа из той же World of Warcraft может любой желающий. Для этого не нужно никаких знаний в области создания 3D-моделей. В сети существуют программы, которые позволяют вычленить прямо из игры того или иного персонажа. Если же у вас есть знакомый дизайнер, то все будет еще интереснее. Вы можете легко и просто прислать в «Инвент» свою 3D-модель и она будет распечатана.

Доступность технологии

До некоторого времени 3D-принтеры были очень дорогим удовольствием, которое мог позволить себе только крупный бизнес. Цены на них начинались со 100 тысяч долларов. Конечно, и сейчас такие продвинутые модели пользуются спросом, но постепенно появляются и более массовые изделия. В частности, одним из таких трехмерных принтеров является модель Desktop Factory, которая стоит всего лишь 5 тысяч долларов. Конечно, у нее есть целый ряд ограничений. Так, она может воспроизводить модели не более 12,7 х 12,7 х 12,7 см. Но это все равно большой шаг вперед. И заявка на то, что уже в ближайшие 10 лет в домах простых людей станут появляться личные 3D-принтеры.

Вспомним, что и компьютеры когда-то были недосягаямыми по цене для обычного пользователя, а сейчас их имеют даже дети.

Перспективы трехмерной печати

Трехмерную печать ждет серьезный скачок уже в ближайшее время: «Упростятся 3д-редакторы, удешевится 3д-печать, сами принтеры станут компактнее, улучшатся свойства используемых материалов и каждый человек сможет изготовить себе, например, уникальный корпус для телефона или брелок, обладающий всеми необходимыми свойствами – прочность, влагостойкость, гибкость и т.д. без грязи, химии и каких-то специальных навыков, просто у себя дома на столе. Это рано или поздно наступит».

Что же, это направление развивается уже достаточно давно. До некоторых пор оно было больше востребовано в промышленных и научных кругах. Но с 2008 года трехмерная печать начала активно внедряться и в повседневную жизнь людей. С легкой руки Philips и ряда других компаний данная технология стала интересна и физическим лицам. Сейчас о ней знают немногие, но это уже вопрос времени.

Примеры возможностей на сегодняшний день

Компания DUS Architects собирается использовать 3D-принтер KamerMaker, чтобы напечатать дом до конца этого года. Смысл затеи заключается в том, что принтер будет печатать компоненты жилища прямо на стройке. Он может печатать структуры из полипропилена габаритами до 2,2х2,2х3,5 м. В будущем он сможет использовать в качестве исходного материала переработанный пластик.

Необходимые компоненты уже были отпечатаны в масштабе 1:20 и проверены. Зачем они это делают? Прежде всего, чтобы показать, что дома можно строить, используя меньше ресурсов, получая меньше отходов и без необходимости транспортировки блоков на стройку.

Фабрика на колесах:

Factory on the road - a Prius, two designers and four 3D printers

Целый месяц Alex Hornstein и Bilal Ghalib колесили по Америке с четырьмя 3d принтерами в багажнике. Они стартанули проект Pocket Factory (карманная фабрика) с целью разработки и продажи товаров сделанных на дешевых 3d принтерах.

Представьте себе, эти два парня могли распечатать ваш iphone на одном из принтеров в багажнике их автомобиля прямо перед вами, и вы можете просто выбрать дизайн и цвет или с вашими инициалами в корпусе. Разве это не увлекательно?

 

15 year-old Laura played 3D printed violin on CNN

Пятнадцатилетняя Лаура сыграла на скрипке, распечатанной на 3d принтере в эфире CNN. Эта одна из трех скрипок подобного образца, но только эта полностью оснащена струнами. Лаура — студентка South West Music School сделала премьерное представление на новостном канале CNN. Это удивительное представление замечательно иллюстрирует потенциал 3d печати, при помощи которой можно воссоздать практически любую вещь.

  • Бельгийские и немецкие ученые успешно имплантировали нижнюю челюсть, напечатанную на 3d принтере.
  • Ученые создали робота динозавра используя 3d принтер.
  • 3d принтер напечатал человеческие ткани для тестирования лекарств.
  • General Electric Co запустила проект GE Garages, производственные ремесленные центры оснащенные лазерными резаками, 3d принтерами, формами для литья. Посетители смогут обучиться основам созданиям прототипов и производственного процесса.
  • Правительство США запустило 60-миллионную образовательно-исследовательскую программу — новый институт 3d печати.
  • The Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) заявила об инвестиции 3.5 миллионов долларов в TechShop, как часть проекта DARPA's new Adaptive Vehicle Make с целью «создать фабрику для быстрого дизайна и реконфигурирования производственных возможностей для поддержки выпуска широкого спектра военной техники».
  • Появилась персональная медицина использующая 3d молекулярный принтер.
  •  Lee Cronin, профессор химии в University of Glasgow использовал 3d принтер для создания реагентов непосредственно в 3d реакционной матрице для инициации химических реакций.
  • Исследователи из KTH Microsystem Technology продемонстрировали новую технологию 3d печати кремневых микро- и наноструктур.
  • Исследователи из Penn создали сосудистую сеть в живых тканях при помощи 3d принтера RepRap и сахара. Тем самым была решена задача создания 3d структуры кровеносных сосудов.
  • Исследователи из University of Exeter в Великобритании разработали процесс основанный на выборочном лазерном плавлении(Selective Laser Melting ) для производства 3d алюминиевых композитных деталей из недорогого металлического порошка.
  • Airbus работают над концептом самолета построенного с помощью гигантского 3д принтера. Самолет планируется построить к 2050 году.
  • Первое напечатанное на 3d принтере оружие AR-15 успешно прошло тестовую стрельбу. Создатель и испытатель, пользователь с псевдонимом «HaveBlue» выложил деталь в открытый доступ на Thingiverse. Этим не на шутку встревожились правительства многих стран.
  • Thiel Foundation анонсирует грант на технологию 3d печати мяса. Совместно с Breakout Labs они планируют применить последние наработки в области создания тканей для съедобного прототипа мяса, который может стать гуманным и устойчивым источником животных белков для потребителей всего мира.
  • Гигантский лазерный 3d принтер видоизменил местное производство. Этот принтер способен создавать сложные формы из титана, никеля, стали, хрома и тд. Размером принтер с небольшой вагон.
  • Изобретатель Kai Parthy разработал волокно для RepRap, с помощью которого можно печатать „древесину“ (точнее - изделия из древесины). Волокно LAYWOO-D3 — это композит из древесины и полимера, содержащий переработанное дерево и безвредный пластик.
  • По прогнозу биопринтинговой компании Modern Meadow в ближайшие пять лет кожаные изделия: сумки, ремни, ботинки и тд., созданные в лабораториях, будут продаваться в супермаркетах. Рынок оценивается в 2.5 триллиона долларов.