Андрей Мазур
редактор 
Казалось бы – что можно придумать нового при изготовлении различных предметов или деталей? Их можно вырезать вручную, выточить на станке, наштамповать под прессом, отлить из расплавленного материала в специальной форме. В конец концов – выдуть (как это делают стеклодувы или как изготовляются пластиковые бутылки).
Оказывается, сегодня очень многие вещи можно… напечатать. Так, как печатается текст или изображение на листе бумаги. Скорее всего, большинство читателей хотя бы краем уха, но слышали о 3D-печати. Эта тема сейчас довольно модная. Она мелькает в СМИ лишь немного реже чем ГМО или глобальное потепление.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС
Если говорить сухо, то 3D-печать — это процесс созданияобъемныхпредметов на основе виртуальной (т.е. существующей только в виде программы и набора данных) модели.
Для начала неплохо было бы получить эту самую виртуальную модель. Для этой цели служит 3D-сканер – устройство, анализирующее предмет и затем создающеематематическую модель.
Одни виды сканеров, активные направляют на предмет направленный пучок излучения и потом анализируют отраженные волны. В зависимости от материала и задачи может использоваться видимый свет, лазерный луч, ультразвук, рентгеновское и гамма-излучение. Пассивные сканеры разбираются с отражением естественным отраженного окружающего излучения.
Полученные методом сканирования 3D-модели в дальнейшем могут быть обработаны системами автоматизированного проектирования (САПР).
Предположим, что нужная нам гайке отсканирована, математическая модель ее создана и мирно покоится на жестком диске компьютера.
Дальше в ход идет специальное устройство (3D-принтер). По заданной программе он слой за слоем "выращивает" твердый предмет. Выглядит это так – движущаяся печатающая головка, подобная той, которая применяется в струйных принтерах, следуя командам компьютера, выбрасывает в нужный момент в нужную точку пространства определенное количество материала. Когда сформирован один слой, головка или площадка, на которой находится создаваемый предмет, смещается по вертикали и снова наносится слой материала. И так повторяется до тех пор, пока наша гайка не будет выращена.Попутно заметим, что такое устройство может быть самых разных размеров, в зависимости от того, какие предметы нужно производить.
БЕТОН И ШОКОЛАД. С какими же материалами может работает 3D-принтер? Хорошо, если нам нужно создать пластмассовую деталюшку, которая будет удерживать крышку на унитазе. А если планируется прикрутить нечто в реактивном двигателе? И это нечто будет работать в условиях высоких температур и вибраций?
Сегодня инженерами разработано достаточно много технологий объемной печати, которые позволяют удовлетворить большинство потребностей промышленности, за исключением каких-то совсем уж нестандартных случаев.
В качестве сырья очень распространены различные виды пластмасс. Одним из лучших материалов считается АBC-пластик.Он не токсичен, без запаха, ударопрочен и эластичен. Впродажупоступает в виде порошка или тонких нитей на бобинах.Акрил используется для прозрачных моделей.
Широко применяются гипсовые смеси. Модели из них недолговечны, но дешевы, они отлично передадут форму, структуру и размер оригинального изделия. Поэтому идеально подходят для презентаций, когда нужно показать образцы заказчикам и клиентам. Кроме того, гипсовые модели термостойкостью, и их используют для изготовления форм для литья.
Уже разработанодеревянное волокно для 3D-печати. Оно состоит из частиц древесины и полимера. Материал позволяет получить долговечные и твердые предметы, внешне выглядящие как деревянные и даже имеющие запах свежеспиленного дерева.
Появляются пробные образцы 3D принтеров для работы с бетоном. Этигигантыспособны послойно создать теоретически любые строительные детали и конструкции. Например, один из таких принтеровсможет за сутки "напечатать" жилой двухэтажный дом площадью 200 кв.м.
Однако пластик во многих случаях не сможет заменить металл. При необходимости применяется порошок из меди, алюминия, драгоценных металлов, сплавов.
Ничто не мешает использовать для объемной печати что-нибудь съедобное. Тот же шоколад, например. Благодаря способности какао-массы быстро застывать и твердеть при охлаждении, процесс печати протекает довольно быстро.
Наконец, в последнее время все больше надежд возлагается на печать органов человека… живыми клетками. Такой биопринтербудет работать с клетками различных типов и вспомогательными материалами (коллагеном, ускорителями роста, поддерживающим гидрогелем), которыебудутподдерживать конструкцию до тех пор, пока между клетками не образуются естественные связи.
ПЛАВИМ И ОБЛУЧАЕМ. Осталось еще разобраться – каким образом 3D-принтер управляется с сырьем. Существует несколько технологий, которые мы опишем в самом общем виде.
Технология SLA состоит в том,что на фотополимернаправляется лазерный луч, под действием которого материал твердеет. Примерно так. Как это происходит когда ставят пломбу из фотополимера.
Лазерное спекание порошковых материалов (SLS) является единственной технологией 3D печати, которая может быть использована для изготовления металлических предметов.
Послойная печать расплавленной полимерной нитью (FDM) применяется для получения единичных изделий, а также для изготовления форм для литья металлов.
Облучение ультрафиолетом через (SGC)- создание готовых моделей из слоев распыляемого на рабочую поверхность фоточувствительного пластика. После нанесения тонкого слоя пластика он через особуюфотомаску с изображением очередного сечения обрабатывается ультрафиолетовыми лучами. Полости готового изделия заполняются расплавленным воском, который служит для поддержки следующих слоев.
Используя все эти возможности в зависимости от ситуации, за последние пару лет инженеры умудрились создать на 3D принтерах детали для самолетов и огнестрельного оружия (впрочем, винтовки и пистолеты в сборе – тоже), кровеносные сосуды и протезы для человека, микросхемы и даже… новый клюв для орла.
ЧТО 3D-ПЕЧАТЬ ПРИНЕСЕТ В БУДУЩЕМ
Начало массового использования 3D-печати солидный журнал TheEconomist назвали третьей индустриальной революцией. Первая началась в Великобритании в конце XVIIIв. в виде массовой механизации текстильного производства. Использование станков затем быстро распространилось по всему миру. Вторая промышленная революция произошлас появлением конвейерной линии – так началась эра массового производства в началеXXв.
По мере того, как производство становится цифровым, все виднее становится интересная тенденция: становится выгодно производить вещи в небольших количествах, с большей гибкостью и более низкой долей труда благодаря новым материалам и технологиям (таким, как 3D-печать), и интернет-сервисам. Вполне возможно ситуация, что постепенно самые различные производства будут заменяться 3D-принтерами, которые будут устанавливать в магазинах, а то и вообще в домах.Тем более, что если раньше 3D-принтеры были размером с холодильник то уже сейчас многие из них можно запросто поместить на письменный стол. Как будет выглядеть производство после третьей промышленной революции пока сложно сказать.
Но давайте отвлечемся от производственных проблем. Попробуем спрогнозировать, как изменится жизнь обывателя. Представьте себе ситуацию: вам нужна какая-то безделица – например, зубная щетка, расческа.необычный чехол для смартфона или оригинальная футболка. Сейчас нужно либо идти в магазин, либо делать заказ через интернет-магазин. Но в вашем доме уже есть 3D-принтер. Поэтому достаточно побродить по сайтам, где можно скачать файл – виртуальную модель нужного предмета. После чего даем команду принтеру на печать. Через некоторое время получаем желаемый чехольчик к смартфону. Подобную сценку можно будет увидеть в ближайшие 10-15 лет.
Еще один пример из обыденной жизни. Япония переживает очередное массовое поветрие: памятные фотовытесняет 3D-печать. В больших городах стоят специальные 3D-фотобудки (с 3D-сканером и 3D-принтером), которые вместо фотографийвыдают статуэткус потрясающей детализацией.
Этот сервис уже обзаводится дополнительными услугами: за дополнительную плату вас "оденут" в виртуальные одежды какой-то исторической эпохи или скажем Супермена или женщины-Кошки. Хотя ничего нового в этом мире нет. Старшее поколение еще помнит раскрашенные райцентровскими умельцами черно-белые фотографии в сельских домах, а более молодые застали увлечение "вставлять" детские мордахи в костюмы "золушек" и "прынцев" при помощи фотошопа.
Одна из очевидных областей применения 3D-печати —мелкосерийное производства в отдаленных или труднодоступных районах, куда доставка готовых изделий либо затратна, либо затруднительна. В частности, 3D-принтеры уже применяются для изготовления пластиковых деталей на антарктических станциях.
ПРЕИМУЩЕСТВА
ПРОРЫВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Производство полностью автоматизируется. Исчезнет понятие "дешевая рабочая сила".Поскольку каждый сможет изготовитьнужныйпредмет исчезнет проблема перепроизводства. Не нужны будут огромные складские помещения, сократятся перевозки от мест производства к местам потребления.
НОВАЯ ЭРА В МЕДИЦИНЕ
Уже сейчас 3D-печать позволяет изготовлять совершенные протезы. В будущем шаг за шагом станут "печатать" различные органы человека. Пациентам не придется ждать трансплатации. Заодно есть надежда, что будет выбита почва для "черной трансалантологии" и торговли органами.
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ
Сырье и продукцию 3D-печати можно перерабатывать и использовать вторично. Сокращение крупных производств сократит вредное воздействие на природу
УПРОЩЕНИЕ РЕМОНТА
Вместо того чтобы заказывать сломанные детали пылесоса или автомобиля, платить за их перевозку и ожидатьпоставки, можно за час-полтора распечатать деталь по виотуальной модели из каталога на сайте фирмы-произволителя.
РИСКИ
ХАОС В ЭКОНОМИКЕ
Поскольку каждый сможет изготовить многие предметы не прибегая к услугам промышленных монстров, возможен кризис мировой экономики и рост безработицы. Однако объемная печать не сможет применяться повсюду, многие производства сохранятся и эти страхи несколько преувеличены.
АВТОРСКОЕ ПРАВО
3D-печать создает большие проблемы в области авторского права. Новое дыхание приобретет история с общедоступными музыкальными и видеофайлами. Ведь потенциально каждый встречный-поперечный сможет, узрев на прилавке дизайнерскую вещицу, соорудить ее виртуальную модель и распечатать копию не выплачивая никакой компенсации автору. А отслеживать и удалять загруженные в сеть модели, как показывает опыт просто невозможно.
ДОСТУПНОЕ ОРУЖИЕ
Чертежи множества моделей огнестрельного оружия уже сейчас есть по сети. Да, 3D-оружиепока несовершенно: узлы не выдерживают большого количества выстрелов, взрываются в руках. К сожалению даже такое несоврешенное оружие в руках душевнобольного или фанатика может лишить жизни ни в чем неповинных людей.
Читайте также:
Главные темы