3D-печать: бизнес или развлечение?

Для начала давайте ненадолго погрузимся в историю вопроса и поймём, что же такое 3D-печать или, как её ещё называют, аддитивные технологии, прежде всего определимся с терминологией. Аддитивное производство, или аддитивный технологический процесс (англ. additive manufacturing), — это процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной модели путём добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки).

Этап 1: Рождение идеи

Доктор муниципального промышленного исследовательского института в Нагоя Хидео Кодама подал заявку на регистрацию патента на устройство, которое с помощью УФ-засветки послойно формировало жёсткий объект из фотополимерной смолы.

По сути, он описал современный фотополимерный принтер, однако не смог в течение года, как того требовало патентное право, предоставить необходимые данные для регистрации патента и забросил идею. Тем не менее во многих источниках именно его называют изобретателем технологии 3D-печати.

В 1983 году трое инженеров — Ален Ле Мехо, Оливье де Витт и Жан-Клод Андрэ из французского национального центра научных исследований в попытке создать то, что они называли «фрактальным объектом», пришли к идее использования лазера и мономера, который под воздействием лазера превращался в полимер. Заявку на патент они подали за три недели до американца Чака Хала. Первым объектом, созданным на аппарате, стала винтовая лестница. Технологию инженеры назвали стереолитографией, а патент был одобрен только в 1986 году. Благодаря им самый известный формат файла для 3D-печати и называется STL (от англ. stereolithography). К сожалению, центр научных исследований не разглядел перспектив в изобретении и его коммерциализации, и патент не был использован для создания конечного продукта.

В то же самое время Чак Халл работал в компании, которая делала покрытия для столешниц и мебели при помощи ультрафиолетовых ламп. Производство небольших пластмассовых деталей для прототипирования новых конструкций изделий занимало до двух месяцев. Чаку пришла в голову идея ускорить этот процесс, совместив УФ-технологию и размещение тонкого пластика послойно. В компании ему выделили небольшую лабораторию для экспериментов, где он работал по вечерам и выходным. В качестве материала Чак использовал затвердевающие под воздействием ультрафиолета фотополимеры на акриловой основе. Однажды ночью после месяцев экспериментов он смог наконец напечатать образец и был настолько окрылён удачей, что пошёл домой пешком. Чак показал своё изобретение жене. Это была чашечка для промывки глаза, больше похожая на чашу для причастия, по мнению жены. Она и считается официально первой 3D-печатной моделью в мире и по-прежнему хранится в семье Халл, а после их смерти будет передана в Смитсоновский научно-исследовательский институт в Вашингтоне.

Чак Халл подал патентную заявку 8 августа 1984, и 11 марта 1986 года она была одобрена. Изобретение получило название «Аппарат для создания трёхмерных объектов с помощью стереолитографии». Чак основал свою компанию 3D Systems и в 1988 году выпустил на рынок первый коммерческий 3D-принтер — модель SL1.

Как была изобретена 3D-печать

Ещё один новый способ 3D-печати появился примерно в то же время, что и SLA-печать. Это селективное лазерное спекание SLS, при котором лазер используется для превращения сыпучего порошка (вместо смолы) в твёрдый материал. Разработкой занимались Карл Декард, молодой студент бакалавриата в Техасском университете в Остине, и его преподаватель, профессор, доктор Джо Биман. Причём идея принадлежала Карлу. В 1987 году они вместе основали корпорацию Desk Top Manufacturing (DTM) Corp. Однако пройдёт ещё не менее 20 лет, пока SLS 3D-печать станет коммерчески доступной потребителю. В 2001 году компанию выкупила 3D Systems.

Удивительно, но более простой и дешёвый способ 3D-печати — FDM (Fused Deposition Modelling) — был создан после SLA и SLS, в 1988 году. Его автором стал авиационный инженер Скотт Крамп. Крамп искал простой способ создания игрушечной лягушки для своей дочери и использовал горячий клеевой пистолет: расплавил пластик и разлил его по слоям. Так родилась идея FDM 3D-печати, технологии послойного наплавления пластикой нити. Крамп запатентовал новую идею и стал соучредителем Stratasys вместе со своей женой Лизой Крамп в 1989 году. В 1992 году они выпустили на рынок свой первый серийный продукт — Stratasys 3D Modeler.

Этап 2: 3D-печать становится доступной

Первые создаваемые 3D Systems и Stratasys агрегаты были громоздкими и дорогостоящими. Стоимость одного составляла сотни тысяч долларов, и использовать их могли только крупнейшие компании автомобильной и аэрокосмической отрасли. Принтеры имели массу ограничений и не могли широко применяться. Развитие технологии шло очень медленно. Спустя 20 лет, в 2005 году появился проект RepRap (Replicating Rapid Prototyper) — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов.

Его идейным вдохновителем был доктор Эдриан Бауэр из Университета Бата в Великобритании. Целью проекта было «самокопирование», воспроизведение компонентов самих 3D-принтеров. На фотографии все пластиковые детали «ребёнка» напечатаны на «родителе». Но фактически группа энтузиастов во главе с Эдрианом смогла наконец создать бюджетный 3D-принтер для домашнего или офисного использования.

Идею быстро подхватили трое техногиков из Нью-Йорка и открыли компанию по производству настольных FDM-принтеров — MakerBot. Это и стало вторым поворотным моментом в современной истории 3D-печати.

В 2013 году MakerBot был поглощён Stratasys за 400 млн долларов, и это событие стало пиком первого хайпа 3D-печати, футурологи наперебой рассказывали о том, что 3D-принтеры скоро будут в каждом доме и 3D-печать заменит все другие способы производства, стоящий у вас дома 3D-принтер сможет напечатать iPhone, будет 3D-печатная еда, дома, машины, человеческие органы и многое другое. Этим предсказаниям не суждено было сбыться тогда, да и современные возможности 3D-печати далеки от этого. Разочарование инвесторов было огромным, акции ведущих компаний упали в десятки раз, и началась «зима» 3D-печати.

Примерно на 5–7 лет 3D-печать исчезла с радаров мировых медиа, другие технологии оказались на передовой, и вторая волна интереса к технологии появилась во время эпидемии COVID-19, это было связано с разрывом логистических и производственных цепочек, что привело к жёсткой нехватке определённых товаров, в первую очередь медицинского назначения. И вот тут 3D-печать пришла на помощь продемонстрировав все свои ключевые преимущества. С её помощью и движения энтузиастов «Мейкеры против COVID-19» удалось быстро развернуть производство необходимых товаров, таких как клапаны для аппаратов ИВЛ, защитные экраны или назальные палочки для взятия теста на коронавирус.

Мировые СМИ вновь заговорили об этой технологии как об очень перспективной, да и сама технология продолжала улучшаться, увеличилось количество доступных для печати материалов, скорость печати стала расти, финишное качество изделий становилось всё выше, кроме того, появились различные способы постобработки моделей.

Но на дворе уже 2023 год и хочется понять, как можно использовать 3D-печать для вашего бизнеса и можно ли создать новый бизнес с помощью этой технологии. Для того чтобы это сделать, нужно бросить быстрый взгляд на сами 3D-принтеры. Грубо их можно разделить на три группы: настольные, профессиональные и промышленные. Последнюю категорию мы сразу оставляем в сторону: в ней представлено дорогостоящее производственное оборудование, которое используется в таких сферах, как авиа- и автомобилестроение, космонавтика, и подобных.

Сосредоточимся на первых двух. Разделение, которое я приведу, довольно условно, но тем не менее важно понимать, в чём разница между этими категориями. Настольные 3D-принтеры — это недорогое оборудование стоимостью в пределах от 15 до 150 тысяч рублей, которое справляется с задачей печати моделей в условиях использования дома или в офисе, у каждой конкретной модели есть свои технические особенности, но в целом важно сказать, что эти принтеры не созданы для производственных нужд.

Профессиональные 3D-принтеры созданы для работы в режиме 24/7, а также имеют расширенную функциональность для работы с более широким набором материалов, печати моделей большого размера, печати моделей со сложной геометрией и т. д. Кроме того, они зачастую оснащены широким набором «фич» для более удобного взаимодействия с устройством, например, облачными решениями по удалённому контролю за работой оборудования, встроенным веб-камерами, собственными слайсерами (ПО для подготовки модели к печати) и многим другим. Стоимость таких принтеров может быть от 100 тысяч до 1 млн рублей и более. Какой же бизнес на 3D-печати будет успешным?

Студия 3D-печати

Первое, что приходит на ум, — создание студии 3D-печати. Её бизнес-модель строится на моделировании и печати моделей по заказу клиента. Главный фактор успеха — обеспечение стабильно высокого уровня загрузки оборудования. Для подобного проекта важно ориентироваться на массовое тиражирование, нежели на печать единичных экземпляров, пусть даже больших размеров. Много времени уходит на подготовку модели к печати, проверку модели клиента на ошибки, моделирование, доработку модели под 3D-печать или реверс-инжиниринг, выбор материала, тестовую печать и согласование с заказчиком необходимых изменений. После этого можно определить цену печати одного изделия и предложить её заказчику, цена будет сильно зависеть от тиража. Если в итоге заказчик сделает заказ на печать 10–20 штук этого изделия, заказ будет не рентабельным в силу высокого уровня изначальных трудозатрат.

Строить такую студию можно практически с любым уровнем инвестиций: начинать с одного-двух принтеров, постепенно увеличивая парк оборудования или сразу инвестировать в парк 3D-принтеров, производительность будет зависеть от количества принтеров, которые у вас есть, а это количество можно легко увеличивать в зависимости от поступающего объёма заказов. С точки зрения расходов, владельцам типографии начать такой бизнес будет проще, можно выделить небольшое помещение для размещения 3D-принтеров, нанять одного-двух специалистов по печати, а 3D-моделлера можно взять на аутсорсинг, обработку заказов можно поручить кому-то из менеджеров, проведя дополнительное обучение. Не нужно создавать отдельное юрлицо, в компании уже наверняка есть бухгалтерия, налажен учёт, есть CRM-система, т. е. без большого увеличения постоянных расходов можно открыть новое, перспективное направление бизнеса. Тем не менее придётся инвестировать в сами принтеры, минимальный набор материалов для печати, который будет расширяться по мере получения новых заказов, как минимум один компьютер, возможно, один или несколько 3D-сканеров, оборудование для постобработки моделей. Начать привлекать клиентов можно по существующей клиентской базе и с помощью контекстной рекламы в интернете. Постепенно сформируется пул постоянных клиентов с постоянным объёмом печати, что и является ключевым фактором успеха такого бизнеса. Оборот небольших успешных студий в Москве может составлять 1–2 млн руб., при достаточно высоком уровне рентабельности.

Мелкосерийное производство

Вторая по популярности бизнес-идея — студия, ориентированная на мелкосерийное производство. В данном случае основная задача не найти клиента, а понять, какой продукт будет пользоваться спросом. Примеров таких студий много, и их успех, прежде всего, зависит от качества и оригинальности предлагаемых продуктов. Для наглядности рассмотрим производство форм для изготовления кондитерских изделий. Их легко моделировать, кастомизировать, печатать и продавать. Целевая аудитория этого продукта понятна и устойчива, продукт легко продвигается в соцсетях, себестоимость низкая, и для производства подойдут самые бюджетные 3D-принтеры. Главное тут — оптимальное соотношение количества аппаратов с объёмами производства. Другой популярный пример — аксессуары для геймеров: игровое оружие, маски, элементы костюмов из компьютерных игр для косплееров. Продукт не настолько массовый, но имеет стабильный спрос, и ценовая ниша его существенно выше. Больше времени уйдёт на моделирование и печать, но взамен вы получаете рынки всего мира, так как студия не ограничена локацией вашего региона.

3D-печать медицинских изделий

Третий вариант 3D-печатного производства — медицинский. Сегодня он очень востребованный. Протезы, ортезы, ортопедические стельки, слуховые аппараты, временные коронки, элайнеры, оправы очков сложны в обычном производстве, но 3D-печать упрощает этот процесс. Оборудование здесь подбирается исходя из конкретной задачи. Обычно одна компания сосредоточена на печати конкретной линейки моделей. Накапливаемый опыт позволяет создавать продукт с уникальными свойствами максимально эффективно. В данном направлении бизнес идёт в тандеме с медицинской наукой.

3D-печать арт-объектов

Четвертое место отдадим искусству. 3D-печать скульптур — ещё один способ заработать на этой технологии. Создание арт-объекта большого размера — задача не из лёгких и уж точно не из дешёвых. Тем не менее многие интерьеры или общественные пространства нуждаются в эстетическом апгрейде. Современные скульпторы стали использовать новую технологию в своей работе именно для создания конечных изделий, а не прототипов или макетов, как можно было бы подумать. Для реализации подобной цели нужны крупноформатные принтеры, работающие по технологии FDM (модель формируется из расплавленного пластика). Обычно компьютерная модель делится на части и печатается на нескольких 3D-принтерах, после чего склеивается, шлифуется, грунтуется и красится в нужные цвета, иногда с добавлением фактуры. Это делает скульптуру практически неотличимой от выполненной из природных материалов.

Другим вариантом является демонстрация модели в натуральную величину, без постобработки, что даёт возможность зрителям увидеть 3D-печатную модель на разных этапах её создания.

Текстильное направление

Ну и наконец ещё одна свежая бизнес-идея — это печать фурнитуры для одежды или даже предметов одежды целиком. Для этого разрабатываются шаблоны 3D-печатных тканей, из которых в свою очередь уже можно делать готовые, оригинальные изделия, они могут выполняться под заказ по фигуре конкретного клиента или выпускаться как капсульная или лимитированная коллекция. Также можно печатать аксессуары, пуговицы, застёжки, ремешки, обручи, брошки и т. д., главное — найти спрос на такие изделия, потому что готовых решений, как продвигать такую продукцию на рынок, пока нет.

***

Сложно вместить в одну статью всё многообразие возможностей, которое предлагает 3D-печать энтузиастам этой технологии, но мы видим, что с каждым днём появляется всё больше новых интересных историй её применения. Она даёт импульс для развития новых технологий и привносит инновации в казалось бы такие устоявшиеся сферы, как создание скульптур или изготовление пряников. Как сказал американский изобретатель Чак Халл, запатентовавший первый 3D-принтер: «У меня нет хрустального шара, который расскажет мне, что должно произойти в будущем, но одно я знаю точно: когда умные люди работают над какой-то конкретной задачей, они постепенно продвигаются вперёд».

Об авторе: Александр Корнвейц, основатель компаний «Цветной Мир» и Best3D Print, эксперт в области 3D-печати.