12 ноября 2018

3D-принтеры не совершили революцию, но приносят пользу

Как все прорывные технологии, 3D-принтеры сначала породили большие надежды, потом разочаровали, а теперь им находят применение, несмотря на инженерные, мировоззренческие и бюрократические трудности.


Источник: ТАСС

Не все, что здесь стоит, используется. У меня нет стопроцентной уверенности, что представленные изделия не напечатаны просто так. Допустим, вон те, — откровенничает менеджер одной компании, кивая на соседний стенд в выставочном центре "Сокольники", — только год на рынке, а посмотри, сколько всего напривозили. Это просто фарс". В павильоне, который можно неторопливо обойти по кругу минут за пять, собрались производители и продавцы машин и комплектующих для аддитивного производства, в основном — 3D-принтеров.

Если верить оптимистам, участники выставки "3D Print Expo Москва" вместе с конкурентами и единомышленниками из разных стран когда-нибудь исполнят мечту Карла Маркса: вернут людям собственность на средства производства, освободят от нужды, внушенных рекламщиками желаний или, по крайней мере, жестоких законов рынка, основанных на дефиците. По идее, на 3D-принтерах можно будет самостоятельно и задешево изготовить все что угодно: новую кастрюлю, дом или даже хрящ в колено. Ну или почти все. А сделать это будет не сложнее, чем распечатать заявление на отпуск. Сломаются сами основы капиталистической экономики — наступят другие, счастливые времена.

Выставка действительно чем-то напоминает подпольный революционный кружок, где все друг друга знают:

— Привет, Федор!

— Засвидетельствовал свое почтение. А мы пожадничали на свой стенд.

— И мы присоседились. Ну, мы же разработчики!

Впрочем, хоть эти люди и мечтают о лучшем будущем, переворачивать вверх дном существующий экономический порядок они, судя по всему, не собираются, а вместо "революции" используют другое слово. "Федор станет легендой", — отрекомендовал его собеседник, стоя в окружении крохотных пластмассовых Грута, R2D2 и другой интеллектуальной собственности корпорации Disney.

Как напечатать вещь

3D-печать — это не одна, а несколько технологий. Общее у них — объемная компьютерная модель, лекало, по которому машина автоматически изготавливает нужное изделие. Большинство принтеров печатает методом послойного наплавления (FDM). В печатающую головку, установленную на сервоприводы, подается размягченный материал, как паста — в шариковую ручку. Из головки выдавливается слой толщиной меньше человеческого волоса, материал застывает, сверху накладывается еще один слой — и так до тех пор, пока изделие не будет готово.

В FDM-принтерах обычно используются термопластики, но пластмассовые вещи годятся разве что в качестве прототипов. Вообще-то это не так уж мало, но хочется чего-то большего. Даже игрушки получаются так себе: самый ходовой материал не пачкается, как свечка, но наощупь такой же жирный и зачастую одноцветный. Металлы или керамика — это уже интереснее. Изделия из них почти всегда печатают другим методом: мелкий порошок спекается или плавится лазером. Процесс требует намного больше энергии и длится дольше, оборудование дороже, чем принтеры для пластмассы, дороже и сырье, зато полученные детали можно использовать не только для наглядности, но и в рабочих конструкциях и механизмах.

На сегодня печать пластиками налажена лучше всего, металлами — не настолько, керамикой — еще хуже. Еще есть принтеры, позволяющие делать бетонные конструкции. Правда, в строительной индустрии они пока не востребованы: печать уступает традиционным — более дешевым и быстрым — технологиям. Вот в поселении где-нибудь на Луне или Марсе такой принтер не помешает. И совсем уж фантастически выглядят машины, печатающие живыми клетками. Одна такая недавно сгорела вместе с ракетой "Союз-ФГ" (но эксперименты на орбите все равно состоятся: в декабре на МКС должны доставить другой принтер).

Преимущество 3D-принтеров перед обычными станками заключается в том, что в некоторых отраслях они упрощают производство, позволяют создать уникальные или даже "невозможные" вещи, а в идеале делают и то и другое. Но, как пишет Адам Гринфилд в недавно вышедшей на русском языке книге "Радикальные технологии", для самых страстных поклонников цифрового производства главное не это.

Полностью автоматизированный коммунизм класса люкс

Чуждые коммерческим интересам идеалисты, которые с самого начала увлеклись аддитивными технологиями, и социальные теоретики левого толка видят в 3D-принтерах революционный потенциал. "Если цена на принтеры продолжит падать и они будут шире внедряться в жизнь, издержки производства индивидуальных объектов будут стремиться к нулю. […] На кону стоит окончательное преодоление ограниченности материальных ресурсов. […] полностью изменится все: психология обыденной жизни, структура экономики, форма наших городов", — пересказывает основные идеи технооптимистов Гринфилд. Наступит "полностью автоматизированный коммунизм класса люкс".

Этот образ прекрасного будущего строится на нескольких допущениях. Производство должно быть безотходным, доступным почти везде, осуществляться под заказ, малыми партиями; вещи должны быть составными и изготавливаться из разных материалов, а главное — предполагается, что производство будет стоить очень дешево. Но чтобы приблизить затраты к нулю, грошовыми должны быть и принтеры вместе с программным обеспечением, и сырье, энергия, технические спецификации — те самые лекала для печати. Гринфилд считает, что все эти условия, в принципе, можно выполнить, пускай подчас с огромным трудом.

Пока же 3D-принтеры чаще встречаются там, где развита традиционная промышленность, а не в местах, где они больше всего нужны, например, в развивающихся странах Африки. И даже если у простых людей есть возможность пользоваться такой техникой, они этого не делают: многим сложно преодолеть психологический барьер перед таинственным аппаратом, а зачастую не хватает нужных навыков.

Еще одна преграда — цена: современные модели принтеров дорогие и чересчур специализированные. Чтобы получить обыкновенный тостер, нужно несколько разных машин, а распечатанные детали еще надо собрать — это новые расходы, поэтому тостер проще купить. Наконец, расширение производства, каким бы демократичным оно ни было, потребует дополнительных природных ресурсов, а недра Земли не бесконечные, о чем с каждым годом вспоминают все чаще. Технологии переработки могли бы решить эту проблему, вот только на сегодня они развиты не настолько хорошо.

Но, возможно, главное препятствие перед утопией технооптимистов — в структуре наших чувств, из-за которой мы ощущаем себя полноценными людьми только тогда, когда потребляем. Гринфилд пишет:

Нам знаком эндокринный всплеск искусственно вызванного желания, неутолимая жажда обладания, пустое удовольствие, приносимое даже не использованием или обладанием вещью, но самим актом ее покупки […], и мы знаем, что желание вспыхивает снова после того, как оно лишь на минуту угасло.

Даже если в будущем 3D-печать обеспечит изобилие, одного этого будет недостаточно, чтобы сделать людей счастливее.

Новая психология

До всеобщего благополучия далеко, а разработчики 3D-принтеров тем временем разбираются с приземленными проблемами. На стенде в "Сокольниках" главный разработчик компании 3DSLA.RU Денис Власов вертит в руках диковинную деталь, испещренную дырками: крепеж поворотника космического спутника. Деталь эта придумана для того, чтобы менять психологию инженеров. "Приходит к тебе главный конструктор какого-нибудь завода, ему 70–80 лет, он суперпрофессионал, построил космическую промышленность в России. Берет он в руки эту деталь и говорит: "Хо-хо-хо, ну что это за ...". А ведь так и бывает!" — жалуется Власов.


Источник: ТАСС | Денис Власов

У спутников, понятное дело, нет никаких поворотников — на вымышленной детали разработчики показывают, какие в целом есть преимущества у 3D-печати. Изделие неспроста выглядит так, словно его привезли с планеты насекомых. Его дизайн разработала специальная программа, в которую человек только загрузил необходимые параметры: размер, силу и направление нагрузок, материал и т.п. Десятки углублений появились как бы сами собой, по законам физики: причудливая форма обеспечивает требуемую прочность, но снижает вес поворотника.

Печать металлических деталей выгодна тогда, когда их дорого, долго или вообще невозможно изготовить традиционными методами: литьем, выточкой, штамповкой.

Чтобы фрезерным методом сделать трекбол для управления самолетом, нужно порядка 14 часов, плюс выкидывается порядка 95% материала. Мы поставляем готовые изделия с нашей машины по цене того, что заказчики тратят на заготовку. Они экономят и время, и деньги — им только остается внешняя обработка, — объясняет Власов.

Внешняя обработка требуется затем, чтобы сгладить неаккуратную, шероховатую поверхность напечатанных изделий. Иногда это важно только ради чувства прекрасного, а в других случаях по-другому просто нельзя: механизм не будет работать, как надо. Другой недостаток — поры: они возникают в процессе изготовления, из-за этого свойства детали по горизонтали и вертикали могут быть разными. Различия можно заложить в конструкцию, но, по словам Власова, в промышленности так работать не привыкли. Дополнительная обработка позволяет устранить поры, правда, результат зависит от металла. Иногда физику не победить — инженеры не в силах что-то сделать.

Стандартизировать нестандартное

Разработчикам мешают не только законы природы — много проблем связано с техническими регламентами, стандартизацией и сертификацией. "Процесс регистрации изделия иногда занимает несколько лет. Собирается комиссия, еще одна, третья, проводятся тесты. Степень ответственности очень высокая, и не каждый готов пойти на новшества, даже если они позволят сэкономить и принесут благо", — рассказывает специалист по 3D-оборудованию Константин Лежнев из компании Top 3D Shop.

В России стандартизацией в области аддитивных технологий занимается специальный технический комитет (ТК 182), которым руководят люди из Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) и компании "Наука и инновации" в структуре "Росатома". По словам Власова, в их ГОСТах даны размытые определения и содержатся ошибки, напечатанные изделия нельзя тестировать теми же методами, что обычные детали, — будто стандарты написаны просто затем, чтобы были, для галочки. Это затрудняет внедрение принтеров в промышленности.

Также Власов считает, что необходим отдельный ГОСТ для медицинского применения напечатанных изделий: если использовать изготовленные на принтере детали в хирургии, врачи рискуют попасть в тюрьму. При этом точно такие же детали можно закупать в других странах. "Возьми мою машину, возьми российский порошок, приезжай с этим в финский город Лаппеенранта в 180 км от Петербурга, напечатай там кейдж для позвоночника, ввези как импорт — это изделие будет полностью легально, — объясняет инженер. — Мы не та страна, которая заслуживает ГОСТов, скопированных из Википедии вместе с картинками или с американских стандартов 1980-х годов, ГОСТов, которые не дают полномочий и возможностей нашим разработчикам".

3D-принтеры используют для реставрации памятников, разрушенных Исламским государством (организация запрещена на территории РФ)

Первый зам гендиректора "Науки и инноваций" Алексей Дуб на это ответил, что в ТК 182 входят около 70 государственных, частных компаний и вузов, все они имеют право голоса, а разрабатывать ГОСТы и предлагать их пересмотреть, согласно федеральному закону N 162-ФЗ, могут вообще все заинтересованные лица. Что до длительности проверок на допуск, то, по словам Дуба, иногда изделие попросту не протестировать быстрее, чем за несколько лет, например, когда нужно убедиться в радиационной стойкости детали. "Принципиальных особенностей у аддитивных технологий по этому направлению нет", — подытожил Дуб. В ВИАМ собирались прокомментировать ситуацию с ГОСТами, но за две недели так и не ответили на вопросы ТАСС.  

ГОСТ Р 57591—2017, касающийся обработки данных, вправду подозрительно напоминает статью Additive manufacturing file format в Википедии. И там, и там использована одна и та же иллюстрация. В ГОСТе даны определения терминов, перечисленных в статье, но местами они переведены неправильно. Например, английское слово constellation буквально значит "созвездие", в таком виде оно и попало в государственный стандарт. Но в данном контексте constellation — это когда принтер одновременно печатает несколько одинаковых изделий, расположенных, как булочки в духовке, а не как звезды в небе. Еще в ГОСТе говорится о компьютерном языке разметки XML, но в тегах этого языка допущены ошибки. И это не все странности. Власов предполагает, что ГОСТ написан переводчиком-профаном, а не специалистом.

3D-принтеры в деле

Несмотря на трудности, аддитивные технологии находят применение. "Клиентов достаточно много. На выставке появилось шесть потенциальных заказчиков", — говорит Константин Лежнев, который занимается дорогими принтерами для керамики. Правда, иногда планы разработчиков срываются. "Благодаря Минпромторгу, который очень сильно помогает, в 2016-м мы приняли от 55 до 85 делегаций с заводов и до сих пор записаны в техническом переоснащении 16 предприятий. Но тендеры не объявили ни в 2017-м, ни в 2018 году. Видимо, нет денег. Поэтому мы выпустили дешевую машину за 9,5 млн руб. для малого и среднего бизнеса", — делится Власов.

В московском ортопедическом центре "Персей" принтеры купили всего два месяца назад, после того как освоили 3D-сканирование стоп пациентов. Для сканирования используется отдельное устройство, позволяющее сделать анатомически точную трехмерную модель. Дальше по этой модели вручную изготавливают колодку, а уже с помощью колодки делают индивидуальную ортопедическую обувь, стельки, туторы. По словам маркетолога компании Андрея Анисимова, без этих промежуточных этапов производство идет быстрее, нужно меньше рабочих рук, издержки сократились, но пока на принтерах выполняют только 5% работ: технология в "Персее" обкатана не до конца, и хотелось бы, чтобы машины печатали быстрее.

Еще принтеры используются в ювелирном деле. "Я очень часто использую печать. В 80–90% случаев мне удобнее выполнить в 3D, чем паять или вырезать вручную. Печатаю из ювелирного воска, а потом отливаю в драгоценных металлах. Это помогает делать очень точные формы, а также многие вещи, которые руками так сходу и не смастеришь. Но иногда печатаю и сами детали из пластика, если того требует дизайн, пару раз печатала из керамики. Жаль только, принтеры с необходимым разрешением настолько дорогие, что я не могу себе их позволить, — приходится заказывать печать в специальных конторах с большой наценкой", — рассказывает дизайнер украшений Катя Рабей.

С 3D-принтеров началась история компании "Моторика", производящей протезы: первое функциональное устройство было именно напечатано, а не сделано как-то еще. Сейчас ее разработчики готовят модели, по этим моделям партнерская фирма печатает детали, а в отделе сборки из этих деталей собирают протез. Глава "Моторики" Илья Чех объясняет, что 3D-печать позволяет сделать индивидуальный дизайн, ускоряет дело и обходится дешевле, чем традиционные методы производства. Цена в данном случае особенно важна, потому что любой нуждающийся может получить протез бесплатно — затраты покрываются из государственного Фонда социального страхования.

Местами важные, но в основном незаметные

Вдохновляющие примеры "Персея", Кати Рабей и "Моторики" могут ввести в заблуждение, как и бахвальство некоторых производителей ("Если поставить все принтеры, которые мы производим за год, друг на друга, то они будут выше, чем башня "Эволюция" в Москва-сити", — с важностью и пунктуационными ошибками написано в брошюре одной компании, будто по трехсотметровой стопке машин можно о чем-то судить).

Пусть разработчики наперекор технооптимистам говорят, что аддитивные технологии служат не заменой, а дополнением к традиционным методам вроде литья и штамповки, этой отрасли есть, куда расти. По оценке United Parcel Service of America, в 2015 году на долю 3D-печати приходилось лишь 0,04% мирового производства товаров (данных отдельно по России нет, но, предположительно, цифры еще скромнее). Даже если этот рынок и дальше будет расти на четверть в год, как сейчас, счет все равно будет идти на сотые доли процента. Кое-где принтеры играют важную роль, но в масштабах экономики эта роль теряется.

В последние годы на исследования и разработки в области аддитивных технологий по всему миру тратятся огромные деньги, и постепенно истекают старые патенты, которые ограничивали конкуренцию и тормозили развитие отрасли. Благодаря этому со временем многие недостатки 3D-принтеров удастся устранить, материалов для печати будет все больше, напечатанные вещи будут обходиться дешевле — и использоваться чаще.

Но не все зависит от инженеров. Чтобы принтеры приносили пользу, нужно, чтобы для их применения было меньше препятствий, во всяком случае, преград, появившихся по недоразумению. Не обойтись и без мечтателей. Пусть картины будущего, где люди ни в чем не нуждаются, кажутся прекраснодушными, эти фантазии увлекают 3D-печатью новых людей. А без людей не приживется ни одна технология.

Автор: Марат Кузаев

Рекомендуемые новости