Третье измерение печати

Вместе с тем технологии широкоформатной цифровой печати стали разрушать рынок широкоформатной аналоговой полиграфии, но при этом они создали и новые перспективные возможности. Рекламно-производственные компании и типографии меняют свои крупноформатные офсетные и трафаретные печатные машины на широкоформатные устройства струйной печати. Типографии приобретают всё больше «шустрых» цифровых электрофотографических и струйных устройств печати, для которых время смены заказов приближается к нулю. Компании, печатающие на ткани, теперь переходят к использованию струйных широкоформатных устройств для сублимационной и прямой печати по тканям (direct to garment, DTG). Эти перемены предоставляют и «бумажным» типографиям, и компаниям, печатающим по тканям, сравнительно недорогую возможность удовлетворить потребности рынка в средних и малых тиражах, позволяют быстро переходить от одного заказа к другому, обеспечивают печать переменной информации и персонализированную.

Заказчикам полиграфических услуг необходимо, чтобы оплаченный ими продукт обеспечивал конкретные результаты. Они готовы больше платить за продвижение с помощью печатных продуктов, если они помогают привлечь и удержать внимание покупателя, обеспечить его лояльность и побудить его совершить покупку. Технологии широкоформатной струйной печати, цифровой печати переменной информации, а также объёмного декорирования дают заказчику решения его задач и обеспечивают необходимое воздействие печатного продукта на потребителя.

Может возникнуть вопрос: какая ещё технология печати станет актуальной для полиграфии в ближайшем будущем? В этой статье рассматриваются несколько путей перехода от технологий «плоской» двумерной печати к технологиям аддитивного (то есть сопровождающегося постепенным добавлением материала) производства 3D-изделий, а также один путь обратного перехода. Также мы рассматриваем вопросы: есть ли на этих путях возможности роста для полиграфических компаний и поставщиков полиграфической техники? Можно ли достичь процветания и предложить привлекательные решения клиентам? Или все эти изменения несут что-то потенциально опасное?

Что-то старое, что-то новое

Первый путь, который мы рассмотрим, — путь интеграции старых и новых технологий. На этом построила свою бизнес-модель полиграфическая компания из штата Вирджиния. В ходе недавно проведённой презентации президент и исполнительный директор Global Printing (Александрия, шт. Вирджиния) Джон Бадингтон раскрыл свой секрет успеха на подверженном резким изменениям полиграфическом рынке.

При построении своей бизнес-стратегии он исходил из того, что его компания занимается не печатью как таковой, а созданием необходимого клиенту маркетингового посыла. Для того чтобы донести этот посыл до потребителя, имеет смысл сочетать разные носители и технологии: полиграфию, социальные сети, веб, мобильные приложения и т. д. Бадингтон подчеркнул роль интеграции и назвал её «первым шагом к инновациям», сравнив этот шаг с первыми шагами ребёнка. Он, уподобляясь Гераклиту, хотя и не ссылаясь на него, утверждает, что инновации никогда не прекращаются и всегда побеждают; что компания или отрасль, испытывающая проблемы, уменьшается в объёме, но инновации снова обеспечивают рост.

Как заметил Бадингтон, для появлении инновации нужна проблема, требующая решения. Компьютеры, интернет, смартфоны, цифровая печать — всё эти нововведения позволили решить какие-то проблемы потребителей и расширить их возможности. Развитие цифровых технологий распространения информации снизило потребность заказчиков и конечных потребителей в «информационной полиграфии» — в печатных газетах, журналах, книгах, бланках и анкетах, каталогах, юридических и деловых документах. А объёмы печати, связанные с изготовлением этикетки и упаковки, маркетинговых и рекламных материалов, вывесок, изделий для оформления мест продаж, выставочных стендов, полиграфических изделий для промышленных нужд, наоборот, по-прежнему растут. То есть ИТ забрали долю рынка у «информационной» полиграфии, а «презентационная» полиграфия, наоборот, по-прежнему процветает. Цифровые технологии подстегнули рост этих секторов полиграфии, поскольку привнесённые ими нововведения повысили эффективность и скорость доставки маркетингового сообщения, и в глазах заказчиков повысили его ценность, при одновременном снижении стоимости печати.

После того как Бадингтон реализовал в Global Printing свою стратегию интеграции полиграфии и ИТ, обороты его компании утроились, в то время как многие другие компании-поставщики полиграфических услуг снизили свои обороты, были поглощены другими компаниями или вообще прекратили свою деятельность (количество полиграфических компаний в США сократилось с более чем 40 тысяч в середине 90-х годов до примерно 24 тысяч в 2013 г.). По словам д-ра Джо Уэбба, в США каждый год регистрируется около 2 тысяч новых компаний, связанных с полиграфическими услугами, и около 3 тысяч таких компаний закрывается. Таким образом, каждый год число полиграфических компаний в стране уменьшается приблизительно на тысячу.

Второй путь, по которому некоторые полиграфические компании идут к изготовлению 3D-объектов, — через промежуточную стадию объёмного декорирования (облагораживания) полиграфической продукции. Наблюдаемый в последнее время рост продаж устройств с функциями облагораживаия и рыночный успех, который обеспечила произведённая ими продукция, подтверждает наличие тенденции среди заказчиков придавать большее значение воздействию печатного изображения на потребителя и меньшее — экономии за счёт более низкой цены. Scodix и MGI продают устройства печати с функциями объёмного декорирования, создающими на оттисках выборочное лакирование, рельефную и металлизированную отделку, привлекающие внимание потребителя и повышающие в его глазах ценность продукта. Roland обеспечивает функции объёмного декорирования в своих широкоформатных плоттерах/каттерах серии LEC со светодиодным отверждением. Эти устройства нашли применение в запечатывании и производстве прототипов, образцов и малых тиражей упаковки и других складных изделий из картона. Mimaki предлагает оборудование с возможностью объёмного декорирования, предназначенное, главным образом, для оформления сувенирной продукции и чехлов для смартфонов. Dainippon Screen обеспечивает функции объёмного декорирования в своём широкоформатном (ширина печати до 2500 мм) УФ-принтере Truepress Jet2500UV. Этот принтер может запечатывать материалы толщиной до 50 мм. Direct Color Systems (DCS) предлагает две модели малоформатных струйных принтеров с возможностью объёмного декорирования плоских поверхностей. Струйные принтеры и от Screen, и от DCS могут печатать выпуклые надписи шрифтом Брайля, удовлетворяющие требованиям американского закона «О лицах с ограниченными возможностями» (ADA), то есть с высотой выпуклых точек знаков 0,6–0,9 мм. DCS продвигает свои струйные УФ-принтеры Direct Jet 1024UVMVP и 1024UVHS с функциями обычной печати и объёмного декорирования среди производителей вывесок и сувенирной продукции. Эти принтеры могут запечатывать материал толщиной до 152 мм; таким образом, они могут создавать эффекты барельефа и тиснения на поверхности изделий и уже собранных коробок, а также на поверхности стендов для выкладки товара. Следующий уровень применения технологий объёмного декорирования — добавление к ним функций аддитивной 3D-печати, что позволит создавать RFID-чипы и наклейки, электронные компоненты, сенсоры, фотоэлектрические элементы и аккумуляторные батареи.

Третий путь перехода к цифровым технологиям создания 3D-изделий подходит для изготовителей вывесок и наружной рекламы, а также элементов оформления витрин. Многие компании, занимающиеся изготовлением вывесок и наружной рекламы, а также оформлением витрин, уже перешли к использованию оборудования с компьютерным управлением, которое используется для изготовления трёхмерных букв, вывесок и элементов витрин. При этом используются цифровые технологии производства в субтрактивном варианте (то есть с постепенным удалением материала с заготовки), поэтому образуется значительное количество отходов. При использовании аддитивных (то есть с добавлением материала) технологий производства 3D-изделий количество образующихся отходов, наоборот, минимально. Знания и навыки, а также ПО, необходимые для проектирования таких 3D-объектов и для создания файлов, загружаемых в компьютеризированное оборудование, очень схожи с теми, что используются при аддитивном изготовлении 3D-объектов. Многие клиенты, заказывающие вывески, начинают заказывать также и изготовление 3D-объектов. Например, архитекторы часто заказывают вывески и элементы оформления для своих проектов. Они также заказывают изготовление, по субтрактивной или по аддитивной технологии, физических 3D-моделей, иллюстрирующих их строительные проекты. Компании, связанные с театральной деятельностью и заказывающие у производителей вывесок и наружной рекламы задники и декорации, заказывают также трёхмерный реквизит, который изготавливается по аддитивной технологии.

Четвёртый путь к цифровым технологиям создания физических 3D-объектов — напрямую. За последнее десятилетие возникло много сервис-бюро, занимающихся цифровым изготовлением 3D-моделей. Архитекторы заказывают в таких сервис-бюро физические 3D-модели для своих проектов.

Врачи получили возможность изготавливать физические 3D-модели частей тела и органов пациента по результатам магнитно-резонансной томографии. Это позволило хирургам разрабатывать методику проведения операции ещё до первого надреза скальпелем. Кроме того, благодаря таким моделям часто исчезает необходимость в проведении диагностических операций. Компании авиационной и автомобильной промышленности пользуются услугами сервис-бюро 3D-печати для создания прототипов своих изделий и для функциональной проверки и доводки будущих изделий, их деталей и частей. Например, GE Aviation в ходе разработки двигателей нового поколения семейства LEAP для реактивных самолётов обратилась к услугам сервис-бюро в пригороде Цинциннати (шт. Огайо) для организации производства деталей по аддитивной технологии. Производители ювелирных украшений заказывают в таких 3D-бюро модели своих изделий из термоплавких материалов вместо восковых моделей, по которым обычно создаются литейные формы. Конструкторские организации заказывают в сервис-бюро изготовление функциональных 3D-моделей-прототипов. Производители игрушек, военной техники, машиностроители, скульпторы и другие заказчики прибегают к услугам сервис-бюро 3D-печати для изготовления моделей, прототипов и готовых изделий. Юридические фирмы также используют физические 3D-модели для того, чтобы проиллюстрировать в суде обстоятельства дела. Некоторые из таких сервис-бюро выросли из компаний, предлагающих обычные полиграфические услуги. Многие из них предлагают услуги как по изготовлению 3D-моделей и прототипов, так и услуги обычной «плоской» цифровой печати.

VCE Solutions Group недавно изучила судьбу более тридцати сервис-бюро 3D-печати. Как оказалось, все они за последнее время выросли, загружены заказами и работают с прибылью. Выяснилось, что ни одно из выбранных нами для исследования 3D-бюро не испытало падения заказов и не было близко к закрытию. Многие из этих сервис-бюро в дополнение к услугам по аддитивному прототипированию и производству предлагают также услуги по изготовлению изделий на станках с ЧПУ, работающих по субтрактивному принципу. Почти все они предлагают изготовление 3D-изделий по нескольким технологиям, в том числе путём стереолитографии (SLA), селективного лазерного спекания (SLS), селективного лазерного плавления (SLM), моделирования методом наплавления (FDM), струйной печати непосредственно полимером, струйной печати порошком с распылением связующего вещества и т. д. Такие сервис-бюро предлагают художникам, конструкторам и их компаниям сравнительно дешёвый способ получения прототипов и физических моделей, не требующий от клиентов расходов на приобретение оборудования, создающего такие 3D-изделия.

Пятый путь для компаний, которые пользуются услугами сервис-бюро 3D-печати, — начать своими силами изготавливать физические 3D-модели и прототипы по цифровой аддитивной технологии, полностью или частично. Именно так поступили в General Electric (GE): в ноябре 2012 г. GE приобрела Morris Technologies и её дочернее предприятие Rapid Quality Manufacturing, занимавшиеся аддитивной печатью. Их бывший владелец Грег Моррис был назначен руководителем направления по технологиям аддитивной печати.

В июле 2014 г. подразделение GE Aviation открыла предприятие в Обурне (шт. Алабама), на котором 300 сотрудников с помощью технологий аддитивного производства, разработанных в Morris Technologies, заняты массовым производством деталей для двигателей реактивных самолётов. По мере того, как компании при использовании аддитивных технологий переходят от изготовления одиночных прототипов к массовому производству, появляется обоснованная идея о стратегической и экономической обоснованности инвестиций в приобретение собственного оборудования, коль скоро ему можно будет обеспечить ежедневную загрузку.

Д-р Тин Тейлор, сотрудник Solutions Group, предлагает ещё один, шестой путь, которым полиграфические компании могли бы прийти на рынок цифрового производства 3D-изделий. Он советует компаниям, предлагающим полиграфические услуги, интересоваться также у своих клиентов: не нужны ли им ещё и услуги по аддитивному созданию 3D-изделий. Если клиенты выразили такое желание, а у полиграфической компании нет оборудования для изготовления нужных клиентам 3D-изделий и нет желания инвестировать в приобретение такого оборудования, компания может обратиться в сервис-бюро, в котором такое оборудование есть. Таким образом, компания и в этом случае удовлетворит потребности своих клиентов, и у клиентов не будет причины искать другого поставщика услуг с собственным оборудованием для цифрового 3D-производства.

Объединяя силы

При интеграции традиционных аналоговых технологий печати, ИТ, цифровой двумерной полиграфии, объёмного декорирования и даже аддитивного 3D-прототипирования и производства появляется возможность использовать преимущества каждой из этих технологий для удовлетворении потребностей заказчиков.

Цифровое объёмное декорирование с возможностями создания рельефов здесь выступает как переходное звено между «плоской» печатью и цифровыми технологиями изготовления 3D-изделий (прототипирования и серийного производства). По мере того как заказчики упаковки и оформления мест продаж открывают для себя маркетинговые преимущества цифровой объёмной отделки с эффектами рельефа и тиснения, компании, предоставляющие услуги печати с объёмной отделкой, осваивают этот растущий рынок и получают всё бóльшую прибыль. Логическим продолжением освоения объёмного декорирования будет переход к производству 3D-изделий, поскольку от упаковки с объёмной отделкой можно перейти к изделиям с дополнительными функциональными возможностями, например, с печатными сенсорами и другими элементами печатной электроники.

Изготовители вывесок и наружной рекламы, особенно применяющие оборудование с компьютеризированным управлением, уже имеют базовый набор знаний, необходимый для перехода к использованию технологий аддитивного 3D-производства, а также зачастую имеют уже и сформировавшийся круг заказчиков, которым была бы интересна и продукция, производимая по этой технологии. Технологии цифрового создания 3D-изделий позволяют добавить создаваемым объектам дополнительное измерение, за счёт чего они будут привлекать внимание. Благодаря оборудованию для аддитивного изготовления изделий производители вывесок и наружной рекламы, а также компании, занимающиеся организацией выставок и мероприятий, могут расширить ассортимент предлагаемой продукции путём включения в него изделий, обладающих дополнительной ценностью и привлекательностью.

Сервис-бюро, предлагающие создание 3D-прототипов и моделей, добиваются успеха по мере того, как клиенты открывают для себя этот новый вид услуг и осознают, какую экономию времени и средств могут дать технологии быстрого 3D-прототипирования и аддитивного производства. Благодаря использованию этих технологий сокращаются время и расходы, связанные с выводом продукта на рынок. Кроме того, поставщики полиграфических услуг могут выполнить запросы клиентов, обратившись в сервис-бюро, что позволяет им избежать расходов, рисков и трудностей с обучением персонала, связанных с обладанием собственным оборудованием и его эксплуатацией.

По мере того, как компании осознают, какую экономию может дать применение технологий аддитивного 3D-производства, они начинают приобретать соответствующее оборудование.

OEM-производители начинают задействовать свои ресурсы и преимущества для удовлетворения потребностей растущего рынка создания 3D-изделий. Hewlett Packard (HP) объявила о намерениях создать своё решение для аддитивной 3D-печати и представила прототип своего первого 3D-принтера Multi Jet Fusion. В компании пообещали, что это устройство будет обладать намного более высокой скоростью работы, потребует меньших расходов на приобретение и эксплуатацию, а также обеспечит более качественный результат по сравнению с аналогичными 3D-принтерами, уже имеющимися на рынке. Konica Minolta (KM) в партнёрстве с MGI направила свои усилия на рынок устройств для двумерной печати и объёмного декорирования, а в партнёрстве с Ceradrop (дочерней компанией MGI) — на рынок устройств по производству печатной электроники и 3D-изделий аддитивным методом. Industrial Inkjet Ltd (IIJ), дистрибьютор печатающих головок KM, также устанавливает головки на собственные устройства двумерной и 3D-печати. Ricoh в течение многих лет поставляла свои пьезоструйные головки Stratasys (бывшей Objet), которая устанавливала их в свои 3D-принтеры для быстрого прототипирования. Ricoh также поставляет свои головки компании 3D Systems для её принтера Projet 4500. Xerox также поставляет компании 3D Systems свои высокотемпературные пьезоструйные печатающие головки, которые устанавливаются на ряде моделей 3D-принтеров серии Projet. Возможно, в EFI тоже рассматривают вопрос о целесообразности адаптации своего ПО Fiery к возникающим потребностям производителей 3D-изделий.

Технология аддитивного изготовления 3D-изделий позволяет получать детали более сложной конструкции без сопутствующего повышения их себестоимости, неизбежного при традиционных технологиях производства, где для этого требовались бы дополнительные операции механической обработки. Кроме того, аддитивные технологии позволяют создавать изделия более сложной конструкции, недостижимой при традиционных субтрактивных технологиях производства. GE Aviation использует производимый по аддитивной технологии топливный инжектор к двигателям семейства LEAP. Этот инжектор отличается сложностью формы тракта прохождения топлива, благодаря чему снижается образование в нём нагара, снижающего срок службы традиционных инжекторов. Инжектор LEAP имеет в пять раз больший срок службы, чем инжекторы, которые производятся по традиционной технологии, и при этом имеет на 25% меньший вес. Технологии аддитивного изготовления 3D-изделий позволяют добиться большего с меньшими усилиями и затратами. Применение этих технологий в аэрокосмической, автомобильной и оборонной промышленности позволяет изготавливать детали меньшего веса, но такой же или ещё большей прочности, чем при применении традиционных технологий. Это приводит к снижению расходов на топливо в процессе эксплуатации. Поскольку многие изделия, производимые по аддитивной технологии, например, инжектор к двигателям LEAP, выпускаются в виде единой детали, производители получают возможность сэкономить за счёт исключения некоторых сборочных операций.

Основное преимущество технологий аддитивного изготовления 3D-изделий, которое обеспечивает их распространение, — намного меньшие потери материала в виде отходов, а также меньший вес получаемых изделий не в ущерб их прочности. Мы становимся свидетелями быстрых революционных изменений, которые требуют перехода к повышению энергоэффективности и соблюдению принципов устойчивого развития. Производители печатной электроники и фотоэлектрических элементов уже применяют методы цифрового выращивания 3D-объектов.

Наличие шести рассмотренных путей перехода поставщиков полиграфических услуг к созданию 3D-изделий, растущий интерес OEM-производителей к этому растущему рынку, экономические и экологические проблемы, стоящие сегодня перед нами, — всё свидетельствует о том, что аддитивное производство 3D-изделий не только останется процветающей отраслью, как сейчас, но и захватит поставщиков услуг двумерной печати, а также компании некоторых других отраслей.

Об авторе: Винсент Кахилл — президент VCE Solutions. Он консультирует компании из списка Fortune 500, а также другие компании, работающие в области аналоговой и цифровой полиграфии. Он также работал руководителем Colorworks, где приобрёл более чем двадцатипятилетний опыт применения специальных видов графики. Ранее Кахилл работал исполнительным директором компании Datametrics Corp., а также руководителем и технологом-разработчиком в компаниях Newhill Technologies и GDI, специализирующихся на применении цифровой печати. Кахилл — автор нескольких статей в SGIA Journal.