Революция 3D: подобно лесному пожару

Своя история есть и у 3D-печати. Лазер стал применяться в промышленности задолго до того, как интернет изменил мир. С его помощью изготавливались прототипы и модели, используемые при производстве ограниченного числа рабочих компонентов и строительных блоков. В отличие от стандартных процессов литья под давлением, 3D-печать не требует трудоёмкой подготовки форм и приспособлений. Здесь нет ни резки, ни вытачивания, ни сверления.

Социальные и экономические последствия революции 3D-печати уже дают о себе знать, и это неоспоримо. В условиях, когда число и разнообразие товаров постоянно растёт, а их жизненный цикл сокращается, роботы продолжают без устали выполнять порученные им задания с точностью, которая недоступна простым смертным. А это именно то, что нам нужно сегодня.

Технологии 3D-печати отводится очень важная роль в создании инструментальных систем, строительных компонентов, медицинских устройств и товаров широкого потребления. В связи с этим в преддверии международной выставки K 2013, на которой были представлены изделия из пластмассы и каучука, её устроители совместно с Германской ассоциацией производителей машин и установок (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau, VDMA) решили открыть в октябре 2013 г. тематическое направление 3D fab+print, которое будет представлено сразу на нескольких выставках в Дюссельдорфе и наверняка привлечет внимание обозревателей отрасли. К числу этих выставок относятся COMPAMED (12–14 ноября 2014 г.), MEDICA (12–15 ноября 2014 г.), GIFA, METEC, THERMPROCESS и NEWCAST (16–20 июня 2014 г.) и Drupa (31 мая – 10 июня 2016 г.).

3D-принтер Replicator 2, выпускаемый компанией MakerBot, в настоящее время можно приобрести за 1890 евро, а модель 2X для АБС-пластиков — за 2290 евро

Последствия 3D-революции

3D-печать не только вытесняет, перестраивает и с выгодой для себя использует традиционные процессы, но и ускоряет инновации. Моментальное создание твёрдых прототипов и материальных шаблонов сулит немало преимуществ. В потребительском секторе удельные затраты на товары массового потребления всегда будут ниже, чем при производстве на заказ, и в этих условиях какая-то часть производственного процесса может оказаться востребованной самими потребителями. Экономика от этого не пострадает, потому что таким самостоятельным производителям помимо материалов и поддержки нужны ещё и 3D-технологии. Будут создаваться новые направления бизнеса, в том числе сервисы печати для тех, кто не готов инвестировать в 3D-принтеры самостоятельно. Можно вспомнить, какие безумные тарифы на 3D-печать существовали на начальном этапе её становления.

Рождённые в муках

Первым крупным производителем, решившим заняться производством 3D-принтеров, стала Hewlett-Packard. В период с 2010 по 2012 г. HP вступила в союз с израильско-американским производителем Stratasys. Итогом этого сотрудничества стало появление устройств HP Designjet 3D и HP Designjet Color 3D, которых сегодня уже нет на рынке. Похоже, сейчас HP решила предпринять вторую попытку. Генеральный директор HP Мег Уитман лично анонсировала эту инициативу: «В настоящее время 3D-принтеры находятся в зачаточном состоянии. Перед нами открываются отличные возможности, и мы постараемся их использовать. Надеюсь, к середине следующего года у нас уже будет что показать». Впрочем, убеждённость в ближайших перспективах вызывает сомнения, поскольку именно Уитман указывала на то, что до реальной отдачи от этого сектора ещё далеко. Придётся набраться терпения, ведь стоимость 3D-печати для многих продолжает оставаться неподъёмной, а выбор и разнообразие материалов оставляют желать лучшего. Существующие сегодня машины работают ужасно медленно. «Для того, чтобы распечатать тривиальную бутылку, вам понадобится от восьми до десяти часов, — заметила Уитман. — Всё это очень интересно, но больше напоминает наблюдения за тем, как растёт трава».

Версия RepRap 1.0, получившая название Darwin, была выпущена в мае 2008 г. Она стала первым 3D-принтером, умевшим самостоятельно воспроизводить все свои пластиковые компоненты

Впрочем, надежды на то, что скоро «родовые муки» отойдут в прошлое, вполне оправданы. 3D-печать — это не несбыточные мечты, а настоящая революция в технологии производства. Сегодня сфера применения 3D-печати ограничена в основном возможностями систем автоматизированного проектирования, которые по-прежнему ориентированы на лазерную резку, операции на токарных станках и литьевые машины, но со временем в выигрыше от реализации новых идей окажутся все отрасли.

Включение 3D-печати в каноны печатных технологий наряду с высокой, офсетной и цифровой печатью совершенно необходимо, и здесь нельзя ограничиваться полумерами. Нужно пропагандировать её преимущества в вузах, на курсах повышения квалификации, в профессиональных ассоциациях и особенно на предприятиях. Сервисы интернет-печати могут принимать заказы на самые необычные объекты, например, на кофейные кружки и новогодние украшения. Все здесь зависит только от фантазии клиентов, потому что необходимая инфраструктура и квалифицированный персонал уже есть в наличии. Просматривается реальная перспектива извлечения прибыли. Настала пора заняться созданием и совершенствованием моделей ведения бизнеса, ведь что посеешь, то и пожнёшь. А о высоком потенциале лучше всего говорит динамика стоимости акций Stratasys. Десять лет назад они продавались за 7,58 долл. Сегодня за них предлагают уже 114 долл., и конца этой гонке пока не видно.

Обзор рынка

Адриан Боуер | Инженер-механик и математик Адриан Боуер (род. в 1951 г.) преподает механику и машиностроение в университете Бата. Провозглашенный им в 2004 г. манифест «Богатство без денег» положил начало движению RepRap

Познакомиться с трёхмерной печатью сегодня можно относительно легко. Наборы для сборки принтеров и готовые аппараты для начинающих стоят порядка 300 евро. Профессиональные машины продаются по цене от 3 тыс. евро и выше. Однако на цены 3D-принтеров, предназначенных для промышленного применения, оказывается очень сильное давление. Также как и у оборудования для двумерной печати, в секторе 3D можно выделить три основных категории устройств: для домашних пользователей, для профессионалов и для промышленного применения. Свои решения клиентам предлагают около двух десятков производителей из разных стран. Для большинства из них толчком послужил проект RepRap (Replicating Rapid-Prototyper), который был инициирован профессором английского университета Бата Адрианом Боуером и направлен на создание самовоспроизводящихся устройств, предназначенных для 3D-печати. Прототип такого устройства Боуер в целях ускорения его распространения выпустил по лицензии GNU. Затем по его стопам пошли компании Ultimaker и Makibox. Известный американский производитель 3D-принтеров из Нью-Йорка Makerbot ещё не так давно был некоммерческой организацией. Сегодня он является подразделением компании Stratasys, а программный код современной модели 3D-принтера Replicator 2, в отличие от предыдущих моделей, закрыт.

Потерял самостоятельность и английский производитель Bits from Bytes, начинавший свой путь с проекта 3D-принтера RapMan — коммерческой версии продукта с открытым кодом RepRap Darwin. В октябре 2010 г. Bits from Bytes купил лидер потребительского сектора, американская компания 3D Systems. В настоящее время производитель из Южной Каролины работает на полную мощность. Производственные и исследовательские ресурсы основного его предприятия, находящегося в Waterford Business Park в городе Рок-Хилл, фактически исчерпаны, поэтому 3D Systems планирует открыть дополнительный центр на 133 новых рабочих места.

Stratasys mojo | Модель Stratasys mojo, использующая технологию FDM, в настоящее время считается самым маленьким профессиональным 3D-принтером

Cube 381000 | Модель 3D-принтера Cube, предлагаемая компанией 3D Systems за 1600 долл., может использовать в одной печатной операции сразу два материала

В профессиональном секторе безусловным мировым лидером является компания Stratasys. Помимо двух головных офисов в Эден-Прери (Миннесота, США) и Реховоте (Израиль) у нее имеется шесть филиалов, один из которых расположен в немецком городке Райнмюнстере недалеко от Баден-Бадена. Stratasys выпускает продукцию достаточно широкого спектра, начиная от популярных и недорогих настольных 3D-принтеров и заканчивая новейшими производственными системами 3D-печати. Компания предлагает обширный ассортимент специальных материалов, к которым относятся свыше 150 фотополимеров и разновидностей термопластика.

 

Мировым лидером в области промышленных систем лазерного спекания является компания EOS, штаб-квартира которой находится в городе Крайлинг недалеко от Мюнхена. Она была основана в 1989 г. Хансом Лангером и Хансом Штайнбихлером и сегодня поставляет 3D-принтеры, которые используются на производственных линиях MTU, EADS, Daimler и BMW. В Китае 3D-принтерами занимается компания TierTime Technology, основанная в 2003 г. в Пекине и продающая устройства под маркой Inspire. Подводя итог, можно сказать, что возможностей 3D-печати сегодня вполне достаточно для решения самых разных задач, связанных как с налаживанием мелкосерийного производства, так и с выпуском уникальных изделий.

thingiverse screenshot | Платформы наподобие Thingiverse предлагают тысячи шаблонов для систем автоматизированного проектирования, которые можно самостоятельно загружать и распечатывать

Принцип один, подходы разные

В основе 3D-печати, которую называют также «быстрым созданием прототипов» или «аддитивным производством», лежит принцип послойного вывода — аддитивный процесс, с помощью которого объект слой за слоем выстраивается из жидких или порошкообразных субстанций. В ходе физических или химических процессов происходит затвердевание вещества. В качестве расходных материалов обычно фигурируют искусственная смола, пластик, металл, керамика и бумага.

В настоящее время производители применяют разные процессы, которые с фундаментальной точки зрения похожи, но имеют некоторые отличия, связанные с использованием запатентованных технологий. К наиболее популярным относятся процессы выборочной лазерной плавки, электронно-лучевое плавление для металлов, выборочное лазерное спекание для пластиков, стереолитография, DLP (отверждение с помощью DLP-проектора), технология PolyJet для фотополимеров и послойное наложение расплавленной полимерной нити (fused deposition modelling, FDM) для термопластиков. Большинство 3D-принтеров одновременно используют только какой-то один вид материалов или смесей. Однако проводятся и испытания одновременного применения пластиков разной твердости или цветов. Компания Stratasys получила патент на формирование слоев путём плавления, или технологии FDM. В процессе FDM из сопел выдавливаются тонкие полужидкие нити термопластика акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), которые слой за слоем накладываются друг на друга и в конечном итоге принимают форму объекта. При использовании технологии PolyJet фотополимеры подвергаются УФ-облучению и затвердевают, становясь неотличимыми от изделий, полученных методом литья под давлением.

 

Об авторе: Андреа Кён (http://www.pr4print.de), специалист по маркетингу для полиграфической индустрии в Bötel Graphic Communication.