История развития

     В середине 1990-х годов конкуренция в мировой экономике достигла столь высокого уровня, что потребители начали буквально диктовать свои условия производителям. Одинаковые вещи – к примеру, машины или часы – перестали продаваться миллионами штук. Оптимальной стала партия «ширпотребовских» изделий в сто тысяч или даже несколько десятков тысяч экземпляров.
     Настала пора мелкосерийного производства. Однако предприятия столкнулись с тем, что изготовление прототипов, лекал, различных форм, необходимых для выпуска готовой продукции, становится слишком дорогим удовольствием. При миллионной партии цена лекала раскладывается на всю продукцию и составляет незначительную часть общей стоимости. Если же изделий всего несколько тысяч, то традиционный способ разработки и создания формы не позволял сохранять конкурентоспособную цену.
     Тогда-то и начался бум устройств, для изготовления прототипов. Часть из этих станков так и осталась в производственном секторе, но от них протянулась эволюционная ветка, которая привела к появлению офисных принтеров твердотельных объектов. Как и у промышленных систем прототипирования, предназначение этих устройств состоит в быстром изготовлении образцов, позволяющих увидеть, как вещь будет выглядеть в материале.
     В процессе работы над каким-то серьезным архитектурным или техническим проектом часто бывает трудно выявить различные ошибки и недостатки, используя только экран монитора, к тому же не все способны легко ориентироваться в трехмерных проекциях. Имея же реальную физическую модель будущего изделия, полученную при помощи 3d принтера, можно выявить и устранить различные ошибки, скорректировать процесс проектирования.
     Кроме того, прототип отдельного изделия можно использовать в качестве концептуальной модели для визуализации и анализа общей конструкции — вплоть до проведения некоторых функциональных тестов (например, продувки будущего автомобиля в аэродинамической трубе), а общая модель, в свою очередь, может понадобиться для изготовления отдельной инструментальной оснастки.
     К тому же прототип может применяться в маркетинговых целях, для рекламы, при определении стоимости изготовления, а также для того, чтобы быстрее найти взаимопонимание между проектировщиками и заказчиками, сокращая тем самым время выхода продукта на рынок.
     Подчас прототипы представляют поистине уникальные возможности для исследования. Например, компания Порше использовала прозрачную пластиковую модель трансмиссии автомобиля 911 GTI для изучения тока масла. Прозрачная пластмасса позволяла визуально следить за тем, что происходит с маслом, и вносить необходимые изменения в конструкцию трансмиссии. 3d принтер, который «печатает» такие модели, решает одну важную проблему: он экономит время на реализацию идеи. Путь от образа, появившегося в голове инженера, до создания прототипа сократился в несколько раз.
     В условиях конкурентной борьбы между промышленными гигантами выигрыш времени в несколько недель, означает опережающий выход новинки и возможность снять сливки с рынка. Кроме изготовления прототипов принтеры твердотельных объектов используются для быстрого малосерийного производства. После прежних методов прототипирования, существовавших до середины 80-х годов, RP-системы ознаменовали собой переворот в технологии. Вместо того чтобы ждать появления модели на протяжении нескольких недель, конструкторы теперь могут получать их через несколько часов или даже минут при помощи 3d принтера.
     На профессиональном рынке предлагается целый ряд RP-принтеров, значительно различающихся по классам, ценам и возможностям. Дешевле всех стоят монохроматические 3d принтеры, которые делают модели небольшого объема для использования в концептуальном дизайне и быстром прототипировании. Цены таких систем начинаются с нескольких десятков тысяч долларов. Самые дорогие — это производственно-ориентированные системы, которые делают точные цветные модели большого объема. Стоимость таких машин — от сотни тысяч долларов.
     К сожалению, техника для быстрого прототипирования пока не имеет бытового применения, хотя и у рядового пользователя для трехмерного принтера нашлось бы немало работы. Однако если развитие высоких технологий будет идти с такой же скоростью (напомню, что первый лазерный принтер тоже стоил несколько сот тысяч долларов), то, возможно, в ближайшем будущем мы получим бытовой 3d принтер и пакет 3D Paint в придачу.
     А пока уже начали производиться так называемые принтеры твердотельных объектов (Three Dimentional Printer, или 3d Printer) — недорогие системы, которые строят физические модели из доступного материала с помощью одной или нескольких струйных головок подобно обычному принтеру. Как и традиционные RP-машины, 3d принтеры изготавливают реальные модели по виртуальным, используя в основном технологии струйного моделирования (воскообразные материалы) и технологии формирования детали из порошка, который затвердевает при помощи связывающего вещества.
     Пусть недорогие 3d принтеры и не дают высокой точности и прочности готового прототипа, но механических свойств таких моделей вполне достаточно для визуализации. Зато стоимость объекта, изготовленного на таком 3d принтере, всего 5-10 долл. Для размещения такого 3d принтера не требуется ни специальных приспособлений, ни помещений: они могут находиться непосредственно в офисе, у рабочего места 3d художника или конструктора, как и обычный принтер.
     Кроме того, 3d принтеры не используют вредных материалов и процессов. Так, например, 3d принтеры от Z Corporation в качестве строительного материала применяют специальный крахмально-целлюлозный порошок и жидкий клей на водяной основе, который поступает из струйной головки и связывает частицы порошка, формируя контур модели. По окончании построения излишки порошка удаляются. Для увеличения прочности модели имеющиеся пустоты могут быть заполнены жидким воском. При этом скорость является основным отличием этого концептуального устройства, которое изготавливает модели по крайней мере в 10 раз быстрее, чем самые быстрые конкурирующие системы. Деталь может быть изготовлена в период времени от нескольких минут до нескольких часов. Быстрое изготовление прототипов уже стало важнейшей частью процесса проектирования.
     Расширение использования компьютерного твердотельного моделирования обеспечивает быстрое распространение описанных технологий и снижение их рыночных цен. Повышаются качество материалов и точность изготовления моделей. Все это говорит о том, что технологии и системы 3d печати будут занимать все большее место в нашей жизни и в недалеком будущем RP-системы станут доступны любому пользователю и превратятся в привычный инструмент художника и конструктора.
     Действительно, возможности 3d принтеров безграничны. Компания Lockheed продемонстрировала на британском авиашоу в Фарнборо большой беспилотный самолёт, большая часть которого была изготовлена методом трёхмерной печати. Самолёт Polecat — это летающий прототип, призванный показать работоспособность новой для беспилотников технологии — 3d печати. К достоинствам такого изготовления деталей относится не только скорость (чертёж из компьютера в 3d принтере сразу превращается в готовое изделие, без изготовления литьевых форм или чего-то подобного), но и сравнительно низкая стоимость таких деталей, а это — главная цель, которую ставили перед собой создатели Polecat. Кстати, этот аппарат не так уж мал. Размах его крыльев составляет 28 метров. 90% самолёта выполнены из композитных материалов и, в свою очередь, большинство из таких полимерных деталей были изготовлены как раз методом скоростной трёхмерной печати. Необходимо отметить, что Polecat — детище группы Skunk Works, подразделения самых передовых и секретных проектов компании Lockheed, известного, среди много прочего, своим высотным самолётом-шпионом U-2, самым быстрым в мире реактивным самолётом SR-71 и "невидимкой" F-117 от первого замысла до создания Polecat прошло всего 18 месяцев.
     Так вот, учитывая, что технологии малосерийного производства всяческой электроники, вплоть до процессоров, тоже уже широко применяются - похоже, что мы стоим на пороге очередной революции (что, впрочем, и так было понятно). До сих пор скорость транспортировки информации значительно превосходила скорость транспортировки самого вещества. Высказывалась мысль, что нам ни когда не удастся преодолеть этот барьер. Однако если предположить, что уже в недалёком будущем любой сможет скачать себе 3d модель любого устройства и тут же её распечатать, то налицо преодоление этого информационно-вещественного барьера.
     Это означает социально-экономический переворот, не меньший (а может, и больший) чем массовое распространение Интернета (среды мгновенной передачи информации). Таким образом, важнейшими (и чуть ли не единственными) ресурсами, подлежащими продаже, останутся источники энергии и универсальное сырьё для производства вещей, ну и непосредственно эти самые 3d принтеры.