Настоящее и будущее 3D-печати: проблемы и прогнозы

Александр Ермаков 3 марта

За последние 15 лет 3D-печать прошла путь от курьезной деятельности по созданию мелких сувениров до комплексной технологии, которая готова преобразовать мегаотрасли. Что ее ждет в будущем? 

Современная 3D-печать использует металл и полимеры: твердые или гибкие, жесткие или мягкие, горючие или несгораемые, которые применяются везде — от производства и строительства, медицины и электроники до фэшн-индустрии и даже изобразительного искусства.

Технический вопрос не решен окончательно, поиск дальнейшей оптимизации продолжается непрерывно, но в общих чертах возможности 3D-печати стали обрисовываться: на современных принтерах можно распечатать многоэтажку, мост, ракетную дюзу, титановый скелет, авторское платье, мебель, арт-декор или ювелирные украшения. С накапливаемым опытом и новыми технологиями себестоимость готовой продукции непрерывно сокращается. Цена принтеров за последние пять лет упала на порядок: с десятков тысяч и миллионов до нескольких сотен и даже десятков тысяч долларов.

Все более актуальным становится вопрос практической и маркетинговой стратегии: что именно принесет миру переход от массового к индивидуальному производству? И в каких отраслях можно искать прибыль?

Производство

Прогресс в области 3D-печати металлических деталей продвигается очень быстро. Преимущества перед устаревшими методами колоссальны: математическое моделирование заданных характеристик, моментальное прототипирование, создание форм, ранее недоступных для машинного исполнения, и т.д. Даже если не слушать «апостолов» и энтузиастов 3D-печати, факты говорят сами за себя. Крупнейшие мировые производители — BMW, Mercedes, Volkswagen, Ford — за последние два года вложили миллиарды в развитие новых технологий. Например, GE купил Concept Laser, Siemens объявила о планах сотрудничества с HP и Trumpf, большинство крупных автопроизводителей заявили о своем намерении использовать новое технологическое оборудование для собственного производства уже в ближайшем будущем.

В последнее время специалисты все больше заговорили о приходе 3D-печати в аэрокосмическую отрасль: NASA, Boeing, Airbus, SpaceX — все уже работают с напечатанными частями для своих самолетов и космических кораблей. Европейской агентство по авиационной безопасности (EASA) даже сертифицировала создаваемые на 3D-принтере детали. 3D-технологии в авиакосмической отрасли особенно востребованы, ведь здесь количество единичных деталей измеряется десятками и сотнями. Toyota Camry потребляет миллионы деталей, и в таких объемах их все еще выгоднее штамповать на устаревших станках, другое дело ракеты и самолеты.

Электроника

В Италии разработана технология производства углеродных нанотрубок (УНТ), которые могут быть напечатаны с использованием стандартного коммерческого 3D-принтера. Вы можете подумать, что это просто интересная задача для узкоспециализированных ученых. К счастью, это не так. УНТ — это основа проводящих композитных материалов с улучшенными электрическими свойствами. При добавлении 0,1% УНТ в полимерную смесь электропроводимость материала повышается на три порядка. Для обычных пользователей поясню: при дальнейшем развитии технологии забудьте про провода — 3D-принтер будет печатать детали, изначально включающие в себя проводящие каналы. Над подобными проектами работают десятки компаний по всему миру: например, американская Voxel8 уже разработала специализированный 3D-принтер, который может быть использован для печати не просто проводников, а встраиваемой электроники вообще.

Медицина

Прогресс в области производства и электроники может казаться абстрактным: три последних поколения людей живет в эпоху технологических прорывов, ставших привычным фоном современной жизни. Но 3D-печать способна удивить даже на фоне интернета и Аполлона-11 — скажем, в области медицины. Для примера можно взять компанию Wake Forest, разработавшую комплексную программу по печати клеток, костей и даже органов (ITOP).

ITOP использует родные человеческие клетки для создания на основе их генетического кода органов, которые могут быть хирургическим путем имплантированы в тело человека без риска отторжения. Они уже успели напечатать кости, мышцы и хрящи, используя ITOP, после чего успешно имплантировали их в крыс. Да, пока это лабораторные испытания, но успешные: после нескольких месяцев наблюдения исследователи подтвердили, что имплантированные ткани разработали свою систему кровеносных сосудов и нервов. Следующая стадия — переход к испытаниям на людях, где основатели проекта постараются повторить те же результаты.

В целом, тренд очевиден: наука стремится к заменяемости каждого органа, каждой части человеческого тела. А это сделает возможным лечение подавляющего числа хронических заболеваний или серьезных травм, где потребность в лечении или купировании заменится простой и доступной репликацией.

Революция в материалах

В MIT распечатали на 3D-принтере графеновый лист толщиной в одну молекулу. Это был экспериментальный опыт в рамках создания нового композита с запредельными на данный момент характеристиками: легче воздуха, но в десять раз прочнее стали.

Другая передовая технология — использование в 3D-печати так называемой «керамической пены», характеристики которой (плотность, эластичность, вес) можно менять. Проще говоря, из одного и того же сырья можно напечатать и надувную фигуру, колышущуюся на ветру, и гранитный монумент весом в 4 тонны. Это работа не только над формой, но и над материалом распечатываемых объектов: микроструктурный контроль (с помощью обработки пены) и архитектурный (через моделирование и печать). Теоретическая стадия пройдена, впереди еще несколько лет практических испытаний и усовершенствований.

Еще один революционный прорыв сделан в области лазерного спекания металлов. Новый метод, при котором металлический порошок смешивается в 3D-принтере с полимером на порядок повышает прочность итоговых металлических деталей.

Моделирование

Значительную часть потенциала 3D-печати обеспечивает программная составляющая. Использование софта, вроде AutoCAD, позволяет не только самому строить сложнейшие модели, но и автоматизировать процесс, оставив расчеты и прототипирование на машинный разум. Даже средний компьютер моделирует объекты, которые по массе, прочности, эргономичности превышают устаревшие, разработанные живыми инженерами, конструкции на 50-70%. И даже не столько за счет новых материалов, но в силу большей производственной гибкости по сравнению с литьем, обработкой или штампованием. Конструкции, которые могут быть напечатаны, заменяют сложные составные структуры и улучшают их в разы.

На сегодняшний день программная составляющая развивается даже быстрее, чем технологическая. На рынке появляется новый софт, отвечающий за 3D-сканирование, создание моделей в объемном варианте, прототипирование с «нуля» или оптимизацию готовых образцов. Один из приоритетов для разработчиков нового ПО – максимальная юзабильность, ориентация не только на специалистов, но и на обычных пользователей. В объемной печати важно, чтобы качественное ПО было не только для 3D-принтеров, но и для программ-редакторов, обеспечивая свободу дизайна и массовой кастомизации.

Проблемы

Конечно, при всей перспективности 3D-технологий в этой сфере есть ряд серьезных проблем. С экономической точки зрения главный ограничивающий фактор — стоимость расходных материалов для 3D-печати. Свойства существующих полимеров еще крайне вариативны и пока не отвечают требованиям промышленности, в то время как металлические решения хотя и преодолели технологический порог нужной прочности, по-прежнему ограничены и слишком дороги для повсеместного использования. Сейчас в мире производится всего 40 000 тонн порошковой стали в год, хотя ежегодно и происходит удвоение ее объемов.

Еще один фактор — распространенность самих 3D-принтеров. Вопреки популярной шутке сложные и продвинутые модели пока не могут печатать себя сами. К тому же они сами должны стать быстрее и больше. Третья важная проблема — дефицит хорошо подготовленных дизайнеров, отсутствие опыта, знаний и понимания специфических отраслевых потребностей. Производители и пользователи только нащупывают эффективные каналы связи. К счастью, в последнее время значительно выросло число образовательных программ в этой области.

Наконец, отсутствие массового потребительского рынка. Бизнесу, работающему в сфере 3D-печати, предстоит замещать целые сегменты экономики. А рынок и потребитель пока не готовы перейти в новую формацию, где любой необходимый бытовой предмет можно будет просто заказать через сеть и забрать из маленькой студии на первом этаже его дома.

Прогнозы

  1. 3D-печать в течение ближайших пяти лет войдет в массовый сегмент. Студии печати появятся везде, где есть хотя бы тысяча потенциальных покупателей.
  2. Себестоимость расходных материалов будет неуклонно снижаться как в области полимеров, так и металлических деталей.
  3. 3D-печать очень скоро заменит малосерийное производство чего угодно, при этом произойдет заметное снижение цен из-за сокращения издержек на капитальные инвестиции, затрат на логистику, складские мощности и т.д.
  4. Возникнет объемный рынок 3D-моделирования. Появятся студии, рассчитывающие форму деталей и математические формулы их физических характеристик. Значительная часть чертежей будет находиться в открытом бесплатном доступе, индивидуальные заказы будут платными, но разумными и посильными для самого широкого спектра клиентов.
  5. 3D-печать создаст новый рынок медицинских услуг, где все более частой рекомендацией будет не лечение или купирование симптомов, а замена пораженных органов на новые, выращенные из собственных клеток пациента.
  6. Строительная отрасль переживет значительные метаморфозы, связанные с массовым, индивидуальным, недорогим строительством. Вероятнее всего, будущие проекты будут реализовываться в концепции «новой урбанистики».
  7. Россия войдет на этот рынок без какого-либо заметного отставания от мира, более того, займет прочную нишу в области 3D-моделирования и разработки ПО для печати.

Поделиться
Не пропусти новые публикации

Подписывайтесь, и мы будем один раз в неделю присылать полезные бизнес-советы, аналитические статьи, истории успеха и провала, интервью, а также мнения экспертов на острые темы

Подписаться
651 просмотр
В избранное
Комментарии Написать свой
Спасибо за ваше мнение!

Читайте также

Загрузить еще
loader