Как 3D-принтеры изменят быт и промышленность
Чтобы понять, как выглядит Brain Gear, представьте себе большой будильник, который зачем-то вывернули наизнанку: десяток разноцветных шестеренок закреплен на круглой подставке так, что они образуют единый механизм.Если привести в движение одну деталь, начнут вращаться все остальные. Brain Gear выглядит, как одна из тех вещиц, которыми украшают стол, когда на нем слишком много свободного места. В магазине эту игрушку не купить, зато можно без особого труда изготовить самому – если, конечно, у вас есть современный 3D-принтер.
Brain Gear – больше чем сувенир. Этот механизм – одна из стандартных моделей, с помощью которых производители систем объемной печати демонстрируют возможности своих продуктов. Современный 3D-принтер справляется с изготовлением Brain Gear без особых проблем. Процесс напоминает обычную печать – головка принтера методично двигается из стороны в сторону, слой за слоем формируя объект из специального рабочего материала. Сначала на свет появляется подставка, затем очертания приобретают движущиеся части. Несколько часов – и игрушку можно ставить на полку, никакой дополнительной обработки не требуется.
Разумеется, так можно получать не только шестеренки. 3D-принтер способен буквально на глазах превратить даже очень сложную компьютерную модель в объемный образец. Этим вовсю пользуются архитекторы, которые уже много лет «распечатывают» на 3D-принтерах миниатюрные макеты зданий. А производители обуви давно создают с помощью объемной печати пластиковые прототипы новых продуктов. Такие ботинки нельзя примерить, зато можно подержать в руках и рассмотреть со всех сторон – как раз то, что нужно для работы дизайнерам. 3D-печать уже взяли на вооружение такие известные обувные бренды, как Adidas, Nike, Reebok и Puma. Этот факт – давно не новость. Но совсем недавно о планах массового внедрения объемной печати заявили представители американского промышленного гиганта General Electrics. Причем, на этот раз речь идет совсем не о создании муляжей. В корпорации собираются печатать на 3D-принтерах детали настоящих реактивных двигателей. Эта идея выглядит фантастической только на первый взгляд – опытная партия изделий уже изготовлена.
Для этой цели инженеры General Electrics использовали принтеры, печатающие металлом. Расходным материалом для этих устройств служит мельчайший металлический порошок. Печатающая головка спекает его мощным лазерным лучом, постепенно формируя новую деталь. Сейчас в исследовательском центре корпорации таким образом уже научились производить инжекторы для авиационных двигателей. Эти устройства отвечают за подачу реактивного топлива в камеру сгорания. Некачественно изготовленный инжектор может привести к сбою в двигателе и погубить самолет. 3D-принтеры позволяют значительно упросить производство этих деталей.
Сейчас инжекторы создают при помощи станков. По точности работы эти машины не уступают принтерам, но при этом они способны изготовить сложную деталь лишь по частям. Затем ее приходится собирать воедино примерно из двадцати отдельных компонентов. 3D-принтеры печатают инжекторы целиком, без единого шва. И делают это хорошо. Инженеры General Electrics обещают, что технология будет использоваться в массовом производстве уже через несколько лет. Причем печатать на заводах корпорации собираются не только инжекторы, но и некоторые узлы авиационных турбин. В ближайшее время примеру General Electrics наверняка последуют и другие промышленные гиганты. Новая технология позволяет неплохо сэкономить на производстве. А в больших компаниях хорошо умеют считать деньги.
Даже самые современные станки трудно назвать экономичными – они вырезают детали из заготовок, при этом значительная часть материала превращается в отходы. Потери сырья при таком производстве могут превышать 50%. И хорошо, если речь идет о недорогих металлах и сплавах. А вот как быть, если для изготовления какого-нибудь узла используется совсем не дешевый титан? Объемная печать позволяет забыть обо всех этих расходах. Изготавливая деталь с нуля, 3D-принтер использует минимум материала. По оценке General Electrics, внедрение этой технологии позволит экономить около $25 000 на каждом произведенном двигателе.
Пока же специалисты GE во всю экспериментируют с 3D-печатью в корпоративных целях – например, изготовили с помощью принтера новогодние украшения.
Объемная печать может сделать производство не только экономичным, но и очень гибким. Необходимо внести изменения в конструкцию детали или целого узла? Нет проблем – инженеру достаточно сесть за компьютер и поработать над электронным чертежом. Сразу после этого можно приступать к изготовлению обновленного образца или даже целой серии новых вариантов. Благодаря таким возможностям у технологии объемной печати есть хороший шанс произвести настоящую революцию в промышленности.
К строительству прототипа фабрики будущего уже приступили исследователи из Массачусетского технологического университета. В этом месяце научный центр получил десятимиллионный грант на создание принципиально новой системы производства роботов. По задумке авторов проекта, большинство деталей можно будет печатать на 3D-принтерах, а затем собирать, как конструктор, подключая питание и электронную начинку. Конечно, выпускать роботов можно и по старинке, с помощью станков и конвейера, но перед этим необходимо соответствующим образом настроить громоздкое оборудование. Фабрика будущего позволит быстро ставить новые модели на поток. Настолько быстро, что изготовление сложных машин по индивидуальному заказу перестанет быть очень дорогим удовольствием. Универсальных промышленных роботов сменят непохожие друг на друга уникальные устройства. Они будут способны решать минимум задач – но зато делать это очень хорошо.
Робототехника – это высокая материя. Трехмерная печать способна изменить и нашу повседневную жизнь. Например, превратить обыденные походы по магазинам в исключительно творческий процесс. Представьте себе, что вам нужно купить кресло. И вот какая проблема: за несколько дней так и не удалось найти подходящий вариант. У одних моделей неудобная спинка, у других – слишком узкие подлокотники. В будущем эту проблему можно будет решить просто: взять за основу одно из кресел и переделать на собственный вкус. Прямо в магазине, с помощью несложной компьютерной программы. Не нравятся подлокотники? Просто измените их размер несколькими движениями мышки. В итоге вы получите свой собственный, ни на что не похожий продукт. Причем для его изготовления не потребуется отправлять чертежи на фабрику: 3D-принтер сделает всю работу за несколько часов и кресло можно будет сразу забрать. Мебель – это далеко не все. Со временем, 3D-принтеры научатся работать с самыми разными материалами. Как вам, например, возможность создавать одежду, полагаясь на свой собственный вкус? Причем, рано или поздно такое «ателье» можно будет устроить прямо у себя дома – с каждым годом 3D-принтеры становятся все доступнее и проще.
Над проектами недорогих и компактных устройств для объемной печати работают группы инженеров по всему миру. Если раньше 3D-принтеры напоминали размерами холодильники и банкоматы, то уже сейчас многие аппараты можно запросто поставить на обычный письменный стол. Чтобы снизить себестоимость, создатели бюджетных 3D-принтеров максимально упрощают их дизайн. Одно из таких устройств создают в России – в Зеленоградском нанотехнологическом центре (разработчик – ООО «НПП ИИС»). Этот принтер устроен настолько просто, что его планируют распространять в виде конструктора, из которого можно будет быстро собрать работающее устройство. Разработчики семейства принтеров Rep Rap пошли еще дальше – они предлагают экономить даже на деталях. Уже сейчас устройство, стоящее меньше $1000, способно распечатывать некоторые из собственных компонентов.