3D-друк: на порозі нової промислової революції

3D-друк разом із альтернативною енергетикою, Інтернетом і біотехнологіями є невід’ємною частиною картини майбутнього, яку представляють нам ЗМІ. За декілька років тривимірний друк стане важливою частиною нашого життя і, як кажуть, прийде в дім до кожного.

Що це таке, та які зміни несе ця технологія? Широку громадськість термін «3D-принтер» дещо вводить в оману. Оскільки всім нам відомі звичайні принтери, то уявлення про них ми переносимо на 3D-принтери, тобто це ніби така штука, яка «друкує речі». Відразу в уяві виникає скринька, яка дзижчить, і з неї виходять черевики, тарілки, шкарпетки... Насправді під словом «3D-принтер» слід розуміти різні пристрої, різних розмірів і різної конструкції. Їх об’єднує здатність створювати предмети методом пошарового нанесення речовини на моделі, створені 3D-редактором. Будь-який прилад, який задовольняє ці критерії, і є 3D-принтером.

Буквально за останні 3-5 років ця технологія зробила стрімкий ривок. Вже створено принтер Contour Crafting, який здатен роздрукувати двоповерховий будинок (90% без внутрішнього оздоблення) за 20 годин, принтер зовні нагадує баштовий кран.

NASA вже випробувало деталь для двигуна J-2X ракети SLS, виготовлену завдяки технології селективної лазерної плавки, та незабаром планує «друкувати» двигуни «під ключ».

Принтери також застосовуватимуть у виробництві нового американського винищувача F-35. 3D-друк активно застосовують у медицині – зубні протези та цілі щелепи, віддруковані 3D-принтерами, не є новиною. Пацієнти вже самостійно друкують протези – протез руки одному хворому обійшовся всього в 150 доларів. Йдеться також про друк внутрішніх органів, де навіть можна використати матеріал «старого» органа, щоб полегшити пересадку. Поки що штучна нирка, надрукована 3D-принтером, живе близько 4-х місяців. Але спостерігачі оптимістично налаштовані щодо перспектив 3D-друку в трансплантології.

Дослідники кажуть, що сьогодні ми перебуваємо на самому початку розповсюдження нової технології. Якщо нічого не зміниться, справжній прорив станеться десь за 10 років. Втім, це може відбутися і раніше. Ця техніка дешевшає, принтер промислової якості у найближчі 2 роки коштуватиме близько 2000 доларів. Дешевшають і матеріали для них, вартість друку кубічного сантиметра продукту з простого матеріалу наближається до 10 центів.

Розширюється також спектр матеріалів. В основному, це пластик різних видів, але використовують також порцеляну, гуму, цемент та метали. 3D-принтери друкують предмети з дрібно подрібненої нержавіючої сталі, потім цей предмет заповнюють, скажімо, бронзою, яка всмоктується в нього, як в губку. Це дозволяє друкувати металеві деталі складної форми.

3D-принтери використовують і в харчовій промисловості, до того ж деякі з них буквально синтезують їжу.

До недоліків 3D-друку слід віднести неможливість відтворити складові деталі, обмежений набір матеріалів, які можна використовувати, крихкість продукту (через шарувату структуру), використання одним принтером лише одного матеріалу. Грубо кажучи, сьогодні ви не зможете надрукувати вдома новий «Мерседес», і навіть процесор для комп’ютера. Але всі ці обмеження не виглядають критичними.

Переваги 3D-друку є очевидними. По-перше, це дешево. По-друге, відбувається кастомізація продукту. Тепер споживач здатен самостійно створити модель об’єкта та роздрукувати його так, як забажає, використовуючи потрібні йому матеріали. По-третє, це відкритість для покращення моделей. Будь-який користувач може запропонувати вдосконалення для існуючих тривимірних моделей або зробити свою версію. Це значно розширює можливості проектування. По-четверте, 3D-друк змінює багато аспектів нашого життя, до того ж у найнесподіваніших місцях. Наприклад, NASA розглядає об’ємний друк як засіб для забезпечення астронавтів всім необхідним на шляху до Марсу. Замість везти з собою запчастини, достатньо взяти принтер і запаси потрібної речовини. Ви можете змінити призначення предмета, додрукувавши необхідні вузли та деталі, якщо це потрібно. Особливо це корисно у військовій справі. Застосовуючи 3D-друк, ви зможете швидко створити невелику армію роботів, а мирний трактор перетворити у танк. Кораблю, скажімо, немає потреби тягти з собою безпілотники, він може надрукувати їх у морі, і так далі.

Фантазувати можна багато, але деякі речі є цілком очевидними. Скажімо, практично неминуче зникне «інтелектуальна власність». Хоча її захисники стверджують, що 3D-моделі можна скачати, використовуючи, приміром, бізнес-модель i-Tunes, але насправді, музична індустрія, яка користується цією моделлю, давно потерпає збитки. І вони лише зростатимуть, тому що неможливо контролювати обмін файлами між користувачами в Інтернеті.

Однак найбільші зміни торкнуться того, що ми називаємо «промисловістю». Промисловість, особливо та, що створює продукти кінцевого споживання, нагадуватиме швидше мануфактури та майстерні, ніж фабрики та заводи.

Уявіть собі, наприклад, взуттєву фабрику епохи 3D-друку. Це, фактично, фабрика та магазин в одному. Споживач замовляє на сайті взуття свого розміру, вибирає фасон і матеріали. Він може також надіслати власну модель взуття, щоб фабрика його виготовила. Коли замовлення буде готове, його відправлять вам поштою. Фабрика являтиме собою інтернет-сайт і приміщення з декількома принтерами, які друкують з різних матеріалів.

Такі фабрики вже існують. Наприклад, берлінська FabGate приймає замовлення на виготовлення предметів, які представлені на її сайті. Таке підприємство – це набір принтерів для різних завдань. Об’єднуючим фактором тут є не кінцевий продукт, як на фабриках традиційного типу, а економія у використанні загального приміщення, комунікацій, електроенергії та об’єднання можливостей принтерів різного типу. Така фабрика не обов’язково повинна займати одне спільне приміщення, вона цілком може бути розподіленою. Однією з бізнес-моделей для 3D-друку можна розглядати модель сучасного таксі, коли один і той самий автомобіль використовується різними службами таксі в різний час. Іншими словами, «фабрика» – це служба зі збору замовлень і пошуку найоптимальніших рішень для них, а таксі – це 3D-принтер.

Звісно, тривимірний друк не замінить одразу всю промисловість. Швидше за все, відбуватиметься взаємне проникнення елементів моделей одна в іншу. Приміром, друк з дрібно подрібненої нержавіючої сталі, про яку я згадував на початку цієї статті, потребує обладнання для плавки бронзи та різноманітних пристосувань для того, щоб віддрукована принтером складна деталь могла «насититися» розплавленою бронзою. В багатьох інших випадках «старе» та «нове» ще тривалий час йтимуть пліч-о-пліч.

Але в будь-якому разі відбудеться наступне – подальший розвиток технологій вже неможливий без 3D-друку. Жодна технологія не існує «сама по собі», поява та еволюція технологій залежить від обставин часу та місця. Історики кажуть, що на початку автомобілебудівництва електромобіль мав ті ж самі шанси стати основним видом транспорту, що й авто з бензиновим двигуном. У даному випадку напрямок еволюції визначила наявність інфраструктури для бензинових двигунів у вигляді аптек, де продавали керосин. Аптеки були першими заправками. Електромобілі таких заправок не мали, тому подальший розвиток вирушив у напрямку бензинових двигунів.

Сьогодні нам здається, що єдиний можливий засіб виробництва складних предметів – це той вид організації виробництва, до якого ми звикли. Але він з’явився у світі, де не існувало 3D-друку. Немає жодної потреби намагатися відтворити вже існуючі ланцюги виробництва, просто замінивши верстати на 3D-принтери, та й ніхто цього не робитиме. Пошук нових рішень спрямують на створення нових ланцюжків з урахуванням можливостей 3D-друку. Не потрібно «роздруковувати» новий «Мерседес», слід лише розробити засіб для пересування, який можна «роздрукувати». І, до речі, вже були повідомлення про міський автомобіль, створений за допомогою 3D-друку.