Магия 3D-принтера: распечатай реальность
В детстве у меня было две одинаковые пластиковые фигурки ниндзя-черепашки Донателло. В то время персональные ПК и 8-битные приставки только начинали появляться в наших квартирах, а моду в игровом мире задавали как раз наклейки и пластмассовые фигурки любимых супергероев. И вот случилось несчастье - одна из черепашек была мной утеряна. Тогда для меня это была потеря из потерь - невосполнимая утрата. Достать новую не представлялось возможности, и мне оставалось лишь горевать, глядя на рисованные комиксы. Тогда я даже не мог себе представить, что произойди такое событие в 2014-ом году, все пошло бы по-другому - я просто напечатал бы новую фигурку на 3D-принтере - некогда фантастическом устройстве, которое в наше время стало доступным почти каждому.
Отпечаток истории
Начало 3D-печати было положено еще в бородато-усатых 80-х годах прошлого века на родине Чака Норриса и Железного Человека - в США. Именно тогда, в промежутке между 84-м и 88-м годами, три различные группы американских ученых создали наиболее популярные и эффективные технологии 3D-печати - SLA, SLS и FDM. Кому-то данное разделение может напомнить три основных вида обычной печати - матричную, струйную и лазерную, но данная аналогия будет верна лишь частично. В мире эффективных технологий 3D-печати нашлось место лишь лазерному и своего рода струйному методу, в то время как аналоги матричного и рядом не лежали возле упомянутой выше тройки. Но давай обо всем поподробнее.
Технология FDM (fused deposition modeling) создана и запатентована несколько позже своих собратьев по печати - в 1988 году ученым Скоттом Крампом. Несмотря на то, что по хронологии FDM ковыляет в нашей троице последней, по массовому распространению на данный момент эта технология первая в мире. Все дело в бабле и простоте - выросшая на «струйной» основе FDM не требует дорогих. лазеров и по сравнению с конкурентами более дешевая в обслуге. Не мудрствуя лукаво, Скотт Крамп сделал свой 3D-принтер по образу и подобию обычного струйного принтера, вот только вместо чернил в печатающую головку подавался пластик. Пройдя стадию полурасплава, пластик слой за слоем укладывался на рабочую поверхность, постепенно застывая и создавая, таким образом, заданный объект.
Изобретатель Энрико Дини создал гигантский трехмерный принтер D-Shape, способный напечатать макет двухэтажного здания, включая комнаты, лестницы, трубы и перегородки. Для производства он использует лишь песок и неорганический компаунд. Не думай, что вся эта конструкция рассыплется, как только туда въедут первые жильцы. Прочность полученного материала сопоставим с железобетоном.
Лазерное шоу
Принципиально другим путем пошел автор технологии SLA (Laser Stereolithography) Чарльз Халл. Взяв за основу величайшее достижение своего времени - лазер, ученый в 1984 году создал абсолютно уникальный 3D-принтер. А мог бы сделать лазерный меч... Его аппарат представлял собой ванночку, наполненную фотополимером (жидким пластиком). При получении задачи на печать объекта, в ванночку опускалась рабочая платформа, а сверху начинал бегать по контурам будущего предмета лазерный луч. Под воздействием тепла лазера жидкий пластик твердел и превращался в привычный для нас твердый пластик. Так миллиметр за миллиметром 3D-принтер Халла с чувством, с толком, с расстановкой создавал заданную вещь. Преимущество метода SLA над методом FDM, по сути, такое же, как и у обычного лазерного принтера над струйным - более высокая скорость печати. Плюс технология SLA обладает точностью на порядок выше, чем у FDM, а значит, 3D-принтеры этой серии могут успешно создавать сложные рельефные предметы без потери качества, чего не скажешь о FDM.
Используй порошок! Он - волшебный
Что касается технологии SLS (Selective Laser Sintering или селективное лазерное спекание), то она появилась на свет, когда ее создатель - техасский ученый Карл Декарт - пытался сделать более простой аналог лазерного 3D-принтера. Такую себе «лайт версию». И в какой-то степени у Карла это получилось - сутью технологии SLS является спекание лазерным лучом непосредственно пластикового порошка в специальной камере. Таким образом, SLS-принтерам не нужны были никакие резервуары с фотополимером или вспомогательные субстанции. Есть порошок, есть лазерный луч, давай пеки что пожелаешь. Однако за видимой простотой кроется ряд изъянов, один из которых - «вредность» производства. Пластиковый порошок летуч, грязен и вреден. Рабочие камеры следует регулярно чистить, а полученные продукты часто необходимо дорабатывать. Как результат - технология SLS отлично подошла для промышленности и фактически не востребована на рынке домашней бытовой техники.
Еще в далеком 1966 году в телесериале Star Trek был впервые продемонстрирован прототип современного ЗD-принтера. С его помощью герои, находясь на космическом корабле, создавали различные продукты питания. В те времена это казалось невозможным, но сегодня стало реальностью.
Один момент - вот ваш патент
Не нужно быть осьминогом Паулем, чтобы предугадать действия счастливых ученых, открывших 3D-печать. Сразу после завершения грандиозной попойки в честь своего изобретения, башковитые американцы бросились патентовать созданные технологии на максимально возможный срок. Таким образом, изобретатели убивали кучу зайцев и одну золотую курочку одновременно - они становились полными монополистами на новом рынке 3D-печати, сулящем им огромные прибыли и безграничный полет фантазии. Именно поэтому дорогостоящие 3D-принтеры всех моделей, выпускавшиеся в ограниченном количестве, в первую очередь попали в цепкие руки промышленных гигантов, готовых платить за жемчужину науки и техники огромные деньги. Простой потребитель, такой как мы с тобой, в этом случае был если не забыт, то отодвинут на очень-очень далекий план. Все, что нам оставалось - это смотреть фантастические фильмы и ждать пока закончатся сроки действия патентов на 3D-печать.
В прошлом году техасские инженеры из Solid Concepts умудрились напечатать на 3D-принтере металлический пистолет. Для демонстрации возможностей промышленной 3D-печати ребята решили изготовить культовый пистолет М1911. Детали его были созданы благодаря технологии прямого лазерного спекания металла (DMLS). Этим методом также пользуется НАСА для печати деталей к своим ракетным двигателям. Правда, стоит отметить, что пружинки к пистолету все же были изготовлены отдельно.
Срочно в печать!
И вот этот светлый день настал. Первым сдала свои позиции FDM Скотта Крампа. Как результат - появление в 2005 году проекта RepRap - инициативы британского доктора наук Адриана Боуера и его боевых товарищей. Грозно размахивая указкой, Боуер объявил свою задачу минимум - создать максимально дешевый 3D-принтер для всех и каждого. Не успели воротилы рынка 3D-печати опомниться, как им пришел поклон из Поднебесной - воспользовавшись окончанием срока действия патента FDM, шустрые китайцы наладили выпуск мощного потока 3D-принтеров. Свою лепту в снижение цены и увеличение доступности для широкой массы пользователей вожделенных 3D-печатников внесли стремительно появляющиеся open source community - независимые интернет-сообщества, на которых люди обменивались чертежами 3D-моделей, спрашивали советы по трехмерной печати и делились собственным опытом.
Под прессом столь мощных экономических атак в течение двух лет цены на 3D-принтеры технологии FDM упали на порядок. Последний гвоздь в крышку гроба FDM-монополии вбила образованная одним из основателей проекта RepRap компания MakerBot - ее аппарат Replicator, по сути, стал тем самым дешевым и доступным домашним 3D-принтером. Немного дольше продержался эксклюзив на SLA- технологии. Патент на лазерную 3D-печать истек в 2014 году, спровоцировав настоящий рыночный бум. Пока что SLA-принтеры еще достаточно дорогие, но китайские мастера снова нам «кагбе намекают», и мы все понимаем...
На сегодняшний день существует три основные отрасли, в которых 3D принтеры наиболее востребованы:
1. Медицина
По подсчетам экспертов, около 800 тысячам человек во всем мире были установлены зубные протезы, отпечатанные на 3D-принтерах, а около 10 миллионов пользуются созданными с помощью 3D-печати слуховыми аппаратами. Кто сказал, что улыбку и слух напечатать невозможно? Сотни хирургов ежедневно практикуют сложные операции на различных анатомических моделях, сделанных... правильно, на 3D-принтере.
Кроме того, постоянно ведется разработка и модернизация ряда так называемых 3D-биопринтеров, в буквальном смысле слова «печатающих» различные части человеческого тела. Посадил печень? Напечатай новую! На данный момент больше всех преуспели в этом деле компания Organovo и группа ученых из Wake Forrest School of Medicine - первые смогли отпечатать кровеносные сосуды, а вторые сделали на биопринтере человеческую кожу.
2. Одежда, обувь и предметы интерьера
В Бельгии компания MGX открыла магазин мебели и интерьера, вся продукция которого была изготовлена на 3D-принтерах. Негде прилечь? Напечатай диван и устраивайся поудобнее. В 2013 году двойной удар нанесли американские компании спортивной одежды - Nike и New Balance. Стремясь переплюнуть друг друга в инновационных разработках, эти спортивные компании заявили, что для многих своих бутс и кроссовок они будут печатать шипы и подошвы только на ЗD-принтерах. При этом New Balance разошлась настолько, что объявила о разработке целой линейки своих кроссов, которые будут целиком и полностью создаваться с помощью трехмерной печати.
3. Тяжелая промышленность и армия
Думаю, никого не удивлю, если скажу, что самыми активными поклонниками внедрения технологий 3D-печати в свою оборонную промышленность являются американцы. Причем любители системы ПРО и кожаных кресел в танках уже перешли от теории к практике. Так, бравые янки уже разработали и опробовали в Афгане Expeditionary Lab Mobile (ELM) - мобильную лабораторию 3D-печати. Эта полезная «волшебная кузница» создавала для американских солдат элементы амуниции и различный предписанный уставом шанцевый инструмент. Не знаю, как ты, но лично я считаю такую идею очень даже перспективной - если кончатся патроны, можно отбиваться от «духов» свежеотпечатанными саперными лопатками и ножами, пока в 3D-принтерах не закончится порошок. Когда заканчивается порошок - это всегда печалька.
В завершение
У технологий 3D-печати потенциал огромен, а возможности практически безграничны. Теперь осталось только дождаться окончания разработки искусственного интеллекта, и тогда можно будет напечатать себе девушку. Хвала высоким технологиям!
