3D принтеры. Промышленная революция

Трехмерные принтеры преображают мир на наших глазах. Всесильный Интернет, всего за несколько лет изменивший наши представления о социальных связях и низвергший несколько солидных режимов на далеком Ближнем Востоке, теперь сотрясает основы индустриального производства. Филиалами фабричных цехов становятся обычные городские квартиры. Новая промышленная революция приходит к нам из Интернета.

Бесчисленные творцы Википедии и составители пиратских библиотек наглядно демонстрируют возможности Интернета. Добровольные «муравьи просвещения» уже создали крупнейшую энциклопедию всех времен и народов, а также Безымянную библиотеку, которая когда-нибудь соберет все, что было написано и напечатано во все времена, и любая из книг или статей мгновенно, без всякой оплаты, переместится в любой компьютер или планшет.

Похоже, что эта «история успеха» в скором времени повторится. Но теперь любой из нас, подключившись к Интернету, автоматически получит право не только составлять свою библиотеку или видеоколлекцию, но еще и пополнять перечень домашних вещей, скачивая их схемы из Сети и изготавливая их с помощью персонального 3D-принтера. Дело лишь за малым — за недорогими принтерами, которые в недалеком будущем должны появиться в каждой квартире.

Возможности 3D-печати кажутся безграничными. Едва ли не любой объект можно изготовить подобным способом — имелась бы только его цифровая схема. В Сети уже сейчас создан ряд сайтов, на которых можно приобрести и загрузить в операционную систему принтера подобные схемы. И речь не только о пластиковых тарелках или ложках. Так, заглянув на популярный западный сайт verse.com, я обнаружил, например, комплектующие части портативного квадрокоптера — самостабилизирующегося вертолета с четырьмя роторами, гораздо более устойчивого, чем обычный вертолет. Полет фантазии, приманенной тенетами мировой паутины! Я уж не говорю о таких «мелочах», как запасные детали к детской коляске или протезы.

Выпускник Принстона Марчин Якубовски создал целую социальную сеть, объединяющую инженеров, конструкторов, энтузиастов 3D-печати, которые совместными усилиями разрабатывают Global Village Construction Set — все, что вам нужно в «глобальной деревне». «Мы публикуем в открытом доступе наши 3D чертежи, схемы, видеоинструкции, бюджеты и пользовательские инструкции в нашей открытой Wiki», — подобными словами создатели сайта встречают всех, кто заглянул на эту страницу.

Деревня здесь не только глобальная, но и самая что ни на есть настоящая — поселение для интеллектуалов, решивших пожить артелью или кибуцем где-нибудь под пальмами, пиниями, пихтами. Чтобы не превратить эту сторонку обетованную в захудалую деревушку, нужно во всем подготовиться к жизни вдали от города. Трехмерные принтеры, которыми оснастят себя хуторяне XXI века, начнут штамповать им по принципу «Собери сам» детали необходимых для сельского быта машин — от бульдозеров до промышленных роботов. Якубовски с единомышленниками собирают уже имеющиеся и проверенные на практике схемы нужных конструкций и работают над их улучшением.

3D принтеры. Промышленная революция

Называя «пиратством» скачивание из сети какого-нибудь «Адмирала», многие еще не догадываются, какой джинн дремлет, покачиваясь, как в гамаке, в Мировой паутине. Рано или поздно, на зависть всем адмиралам, он выплывет из темных вод Интернета, ведя за собой целую флотилию линкоров и броненосцев, собранных умельцами где-то на Каймановых островах.

Рынок трехмерной печати — это очень перспективный рынок. Промышленность по преимуществу увлечена массовым выпуском товаров. Важно, чтобы каждое наименование продукции востребовалось тысячами, многими тысячами людей. Появление 3D-принтеров возвращает нас в уютный мир прошлого, эту игрушечную старину, где все предметы обихода изготавливались либо своими руками, либо в своих поместьях, и потому их облик был неповторим. Конечно, и теперь не возбраняется делать что-то самому, но любой материал непослушен неумелым рукам. C 3D — принтерамы у нас появляются искусственные, мастеровитые руки, и все, что нам нужно, — это задать параметры той вещи, что будет изготовлена: расцветку, размеры и прочее. Подобная технология переносит нас в мир, где мы будем окружены особыми — единственными — вещами, мир индивидуального интерьера. Так, с появлением социальных сетей в Интернете каждый из нас получил возможность выпускать в одном-единственном экземпляре журнал о самом себе, пышно иллюстрированный, с приложением аудиофайлов, — свою «страничку» в Сети. Уже сейчас сайт thingi-verse.com пестрит схемами необычных домашних подарков, этими описаниями несуществующих для массового производства вещей.

В основе 3D-печати лежит технология под названием Additive Manufacturing, то есть аддитивное (впору сказать «поэтапное») изготовление. Что это означает?

Какие глаголы вспоминаются вам, когда речь заходит о промышленном производстве? Сверлить, фрезеровать, растачивать… И что еще можно делать на всех этих токарных и фрезерных станках?

Переходя к 3D-печати, сразу же надо отказаться от такого рода технологий, требующих отдельного громоздкого оборудования для каждой производственной операции.

Вот так компьютерная верстка похоронила наборно-отливные машины. Пусть о достоинствах линотипов и монотипов спорят специалисты по истории техники. Свои доводы они защищают, постукивая по компьютерной клавиатуре и немедленно выкладывая аргументы в блогах.

Итак, метод Additive Manufacturing подразумевает, что принтер будет послойно формировать изделие, пока оно не примет свой окончательный вид. 3D-принтеры не наносят на бумагу краску, а «выращивают» объект из пластмассы, металла или других материалов.

3D принтеры. Промышленная революция

Имеются различные модели трехмерных принтеров. Некоторые из них — размером с чемодан, другие — с телефонную будку. Все зависит от величины объекта, который предстоит создать. Все их объединяет одно. Следуя заданной компьютерной программе, которая разлагает предмет, точнее, его пространственную форму, на множество тонких горизонтальных слоев, 3D-принтер заново формирует этот предмет, поочередно воссоздавая один его тончайший слой за другим.

Методы трехмерной печати также заметно разнятся. Можно наносить слой за слоем жидкий материал (например, керамику или пластик), который сразу же застывает. Можно использовать более точный метод — сырьем служит порошковый металл (скажем, сталь, титан, алюминий) -лазерный луч скользит по отдельным слоям и, согласно заданной программе, плавит и склеивает те или иные крупицы друг с другом. В том и другом случае объект послойно растет, причем толщина любого слоя составляет всего несколько сотых долей миллиметра. Внешне этот процесс, в самом деле, отдаленно напоминает печать. На одном и том же аппарате можно «печатать» слуховые протезы, чехлы для мобильных телефонов или обувь, отлитую точно по мерке.

Подобная технология не только позволяет экономить материал, но и дает возможность изготавливать изделия необычной формы, например, с различными внутренними полостями, которые не получить методом простого литья и не выточить, не сделав отверстия в предмете.

Таким образом, трехмерную печать можно использовать для серийного производства сложных изделий, скажем, искусственного тазобедренного сустава с пористой структурой. Такой протез, подогнанный точно под анатомические особенности пациента, быстрее срастается с его костью, чем обычный искусственный сустав. Изготовленный по новой технологии, он будет весить всего 200 граммов. Традиционным способом столь легкий сустав не получить.

Одними из первых преимущества этой технологии осознали именно медики. Так, уже сейчас зубные коронки можно изготавливать с помощью трехмерного принтера. Ведутся работы по созданию искусственной кожи и искусственных почек этим новаторским способом.

Еще недавно технология трехмерной печати занимала определенную, очень узкую нишу. В промышленности давно используются агрегаты, формирующие с помощью лазерного луча изделия из металлического порошка, но стоят эти машины сотни тысяч евро. Соответственно, сам подобный способ производства объектов значительно дороже, чем, например, их изготовление методом литья. На заводах он применяется сейчас только для производства изделий с очень сложной внутренней структурой или же очень дорогих, штучных изделий, а также опытных образцов.

Теперь ниша взломана. Похоже, перед нами и впрямь открываются безграничные возможности. С помощью 3D-принтеров уже изготавливают комплектующие детали для болидов «Формулы-1» вместо того, чтобы отливать их. С их помощью на авиазаводах можно штамповать шарниры для аэробусов. И мало ли на что еще способны эти таинственные трехмерные принтеры?!

Метод есть. Технология готова к применению. Эксперты, оценивая растущий интерес к 3D-принтерам, уверены в том, что их стоимость в недалеком будущем заметно снизится, как это происходило уже с другими желанными новинками эпохи информационной революции. Уже сейчас появились первые доступные по цене трехмерные принтеры, которые можно приобрести для личного пользования. Их стоимость не превышает 1000 евро. Пока они, впрочем, изготавливают изделия только из пластмассы. На таких аппаратах любители что-ли-бо мастерить штампуют у себя на кухне сувенирные игрушки или кофейные чашки по своему образцу.

В 2012 году мировой оборот производителей 3D-принтеров составил, по разным оценкам, от 1,5 до 2,2 миллиарда долларов. К 2019 году он возрастет, по прогнозам, в три раза и превысит шесть миллиардов долларов. Пока эта отрасль промышленности, если строго ее судить, делает первые шаги. Но ее потенциал невероятно велик. Эта технология переживет в ближайшие десятилетия поразительный бум.

3D принтеры. Промышленная революция

Многие предсказывают переворот в промышленности, который произойдет по мере того, как распространится
трехмерная печать. Экспертная комиссия при президенте США уже называет 3D-печать «мегатрендом будущего». Американское правительство вкладывает в развитие новой технологии сотни миллионов долларов. Ее пробуют внедрить в свое производство крупнейшие мировые концерны: «Боинг», «Самсунг», «Сименс», «Кэнон», «Дженерал Электрик».

Впереди, уверены эксперты, несколько лет «штурм-унд-дранга», «бури и натиска», когда 3D-принтеры войдут в моду, как недавно мобильные телефоны или планшеты. Все начнут покупать их. И вот, когда у каждого на столе появится свой 3D-принтер, тогда и начнется самое интересное и непредсказуемое — под этими словами готов подписаться любой специалист.

Развитие трехмерной печати неминуемо затронет многие отрасли промышленности, идет ли речь о производстве готовых изделий или же их комплектующих. В перспективе она упразднит многие производственные операции. Не нужно будет ничего сваривать, склеивать, соединять заклепками и болтами. Все это значительно сокращает расход материала, снижает амортизацию оборудования и, соответственно, позволяет уменьшить издержки. По оценке технологов, при
изготовлении металлических изделии методом трехмерной печати в некоторых случаях удается сократить расход материала в десять раз по сравнению с тем, если бы то же самое изделие изготавливалось методом фрезерования!

Вносить изменения в дизайн товаров станет значительно легче. Ведь для этого не придется останавливать и переналаживать целую производственную линию — достаточно будет чуть изменить программу. Если у изделия выявлены недостатки, столь же легко будет улучшить его. Повторим те же слова: достаточно изменить программу. При появлении любых инноваций их можно будет оперативно внедрять. При этом рентабельным может стать не только массовое производство тех или иных изделий, но даже выпуск малых партий товаров.

Отпадет необходимость производить в Японии или Южной Корее многие виды продукции, которыми славятся тамошние компании. Все эти необходимые комплектующие, запасные детали к электронной технике, ее аксессуары можно будет печатать самим — даже не предприятиям, а пользователям.

Вообще, появление 3D-принтеров значительно облегчает подбор запасных деталей для всего, например, для старых автомобилей и другой техники, новые модели которой появляются каждый год. Любые запчасти можно сразу же отпечатать самим, используя имеющуюся документацию, — даже не предприятиям, а пользователям (опять та же волшебная фраза!). Нет надобности обзванивать магазины и мастерские в поисках нужной детали. Таким образом, эта необычная технология продлевает жизнь, казалось бы, отжившим свое техническим моделям.

Что там запчасти! С развитием трехмерной печати отпадает необходимость в складах, погрузочно-разгрузочных операциях, даже в самом производстве. Промышленные компании могут торговать не готовой продукцией, а компьютерными программами — схемами ее изготовления. Потребитель покупает программу по Интернету, и становится «мэйкером» (maker), «делателем» -мастерит нужный товар у себя дома.

С распространением 3D-принтеров, этих «домашних заводиков», глобалистские тенденции в мировой экономике пойдут на спад. Трехмерная печать, вслед за электронным пиратством, станет верным оружием воинствующего антиглобализма.

Кроме того, трехмерная печать — это безотходное производство. С развитием этой — почти безвредной для окружающей среды — технологии будет сэкономлено значительное количество ресурсов, напрасно расходуемых сегодня.

Футурологи наперебой предлагают самые разные способы применения
3D-принтеров. Так, строители в странах третьего мира, где нередко бывают перебои с поставками нужных материалов, в недалеком будущем примутся прямо на рабочем месте печатать все, что можно изготовить из пластмассы, — от розеток до оконных рам. Со временем, говорят авторы прогнозов, развернется даже производство пластиковых кирпичей, которые будут отличаться отменными теплоизоляционными свойствами.

В ожидании грядущих перемен американские и британские ученые обращаются к правительствам своих стран, призывая их готовиться к новому промышленному перевороту, который рано или поздно разразится, и тогда традиционные производственные отрасли окажутся в глубоком кризисе. Рынок будет наводнен дешевыми фабрикатами, выпущенными теми компаниями, что первыми начнут широко применять новую технологию! Мало того! Неповоротливые заводы и фабрики окажутся неинтересны и покупателям, которые сами примутся штамповать себе необходимые вещи. Вот таким будет «восстание вещей» в XXI веке.

3d

Авторитетный британский еженедельник Economist, проанализировав наметившиеся тенденции, провозгласил недавно «начало третьей промышленной революции». Время первой, время «машинного переворота», пришло во второй половине XVIII века, «когда изменения в промышленности, стимулируемые научными изобретениями и ростом населения, стали совершаться с такой неудержимостью и быстротой, признаков уменьшения которой не видно и сегодня» (Дж. М. Тревельян, «История Англии»), Вторая грянула в начале XX века, с появлением системы разделения труда по Тейлору. Теперь неотвратимо близится время «цифрового машиностроения». К этому надо готовиться всем.

Развитие 3D-печати дает западным странам очередной шанс обогнать в ряде отраслей промышленности ведущие страны Азии, этих «молодых тигров», в несколько прыжков вырвавшихся было вперед. Только ведь тигры не умеют летать, а с началом третьей промышленной революции ведущие компании США и ЕС словно бы обретают крылья, которые помогут им воспарить над конкурентами.

В перспективе мини-фабрики, оснащенные трехмерными принтерами, позволят добиться значительной экономии сырья и сократить издержки на зарплату. Ведь высокоточным принтером без труда могут управлять один-два квалифицированных рабочих. Соответственно, товары, производимые ими, будут стоить дешевле, чем у конкурентов.

Бывший главный редактор журнала Wired, Крис Андерсон, живописует образы нового миропорядка — «децентрализованный мир», в котором множество мелких, независимых фирм будет на равных конкурировать с крупными промышленными компаниями. Его прогнозы основаны исключительно на собственном опыте. В 2009 году он основал фирму 3D-Robotics, занятую производством беспилотных летательных аппаратов, «дронов». В работе ему помогали многочисленные «сетевые энтузиасты». Любой желающий мог воспользоваться программным обеспечением компании, любой мог внести в него изменения. Как ни странно, фирма Андерсона не прогорела, а уже в первый год получила прибыль.

Вот только в этой гонке амбиций, соперничестве силы и прыти мы покамест — запасные игроки, глядящие на все со стороны. Модернизация нашей экономики, похоже, сводится к ленивому, слепому копированию образцов, устаревающих у всех на глазах. Итак, мир ждет «ренессанс инноваций». И — множество проблем!

Например, некоторые футурологи уверены в том, что когда-нибудь с помощью 3D-принтеров можно будет напечатать буквально все. В таком случае
хозяйственные и некоторые другие магазины окажутся в таком же глубоком кризисе, как современные библиотеки. Зачем идти в читальный зал, когда фактически любую книгу или статью можно в считанные минуты выловить в Сети, прочитать и скопировать ее, не покидая дивана? А зачем делать покупки в магазине, если трехмерные принтеры при поддержке той же дьявольски всемогущей Сети быстро «смастерят» вам все необходимое?

Поколеблются даже устои продовольственных супермаркетов. Американская компания Modern Meadow разрабатывает технологию, напоминающую трехмерную печать, которая позволит потребителям самим производить… мясо.

Незаметно на наших глазах совершается великая уравнительная революция, которая превратит любого покупателя в производителя. Первым ее этапом явилось всеобщее распространение персональных компьютеров, «вооружившее» многие сотни миллионов людей. Распространение цифровой связи стало для них чем-то вроде «захвата вокзалов, почты и телеграфа», после чего эта народная революция вступает в решающую фазу. Грядет эпоха цифрового производства. Целые фабрики и заводы, уместившиеся под крышкой 3D-принтера, предлагают каждому потреблять все, что он захочет произвести.

И вот тут, на волне энтузиазма, вынесшей нас далеко в будущее, мы оглянемся, чтобы увидеть, в каких непролазных дебрях юриспруденции мы рискуем оказаться.

Энтузиасты Open Hardware, открытого доступа к программному обеспечению и компьютерной продукции, разрабатывают цифровые схемы производства различных изделий и выкладывают их в открытый доступ в Сеть. Каждый из нас может внести в эту программу какие-то улучшения. Каждый может воспользоваться ею и «отпечатать» то или иное изделие. Между тем, торговля программным обеспечением рассматривается экономистами как один из важнейших источников дохода крупных промышленных компаний в недалеком будущем. Похоже, сторонникам двух тенденций — платного доступа к любому программному продукту и откровенного пиратства — придется столкнуться «не на жизнь, а на смерть» уже не только из-за песенок и книжечек. От исхода этого спора зависит выживание многих промышленных компаний, продукцию которых перестанут покупать только потому, «что все можно найти бесплатно, в Сети». Проблема, над решением которой давно уже бьются издатели книг, газет и журналов, становится «головной болью» для целых отраслей промышленности.

Обширный пиратский «контент», поставки которого уже сейчас не могут пресечь никакие правоохранительные органы, со временем не то что расширится — разольется от горизонта до горизонта, включив почти все возможные бытовые товары. Пиратские схемы их производства будут скачиваться всеми подряд, как сегодня книги из какой-нибудь «Мангусты», воюющей со змеями издательского капитала. Любая квартира грозит стать настоящим складом контрафакта. Кто защитит бренды от массовой подделки, а патентные права — от всеобщего пренебрежения? Кого карать? Что конфисковывать? Всех? Все?

Всякая фирма, строящая свое благосостояние на торговле лицензионным продуктом, например, схемами изготовления товаров, должна быть готова к тому, что в Сети появятся пиратские версии этих программ. Если сейчас прилавки магазинов в России, Индии, Мексике завалены поддельными изделиями, на которых красуются фирменные бренды, то в недалеком будущем на любом «Новом Черкизоне» вы встретите партии «очков от Гуччи», которые подделкой как раз не окажутся, а будут изготовлены на 3D-принтерах с помощью краденой компьютерной программы.

Эксперты предсказывают, что через какое-то время суды будут завалены исками от правообладателей, пострадавших от «наглого печатания» одноразовых тарелок, пластиковых кресел или солнцезащитных очков — подобно тому, как сегодня спешат судиться из-за пиратского распространения песен и фильмов. От предвкушения этих эпохальных тяжб тарелки уже подрагивают, ведь схемы их штамповки тоже просочились в Интернет.

…Провозглашенная многими «третья промышленная революция» пока напоминает о себе одиночными то ли залпами, то ли зарницами, долетающими откуда-то из-за горизонта. Мало у кого есть персональные 3D-принтеры. Работают они пока лишь с пластмассой, поскольку изготавливать на дому продукцию из металла было бы очень дорого. Не способны они и комбинировать различные материалы. На них принципиально не отпечатаешь, например, отвертку с пластиковой рукояткой — только набор рукояток.

Но все меняется на глазах. Трехмерные принтеры готовят новую революцию в технике. В грядущей популярности 3D-принтеров нет ничего удивительного. Ведь третья промышленная революция — это еще и «демократизация производства».