3D-принтер - технологія, яка принесе другу промислову революцію
Що передбачає 3D-друк?
3D-друк - це процес, який десятиліттями використовується в галузі, де його також називають «швидким прототипуванням». Ця технологія з’явилася у 1980-х роках, спочатку використовувалася компаніями з величезним бюджетом, наприклад, в аерокосмічній галузі, або командами Формули-1.
Вони працюють подібно до звичайних принтерів, використовуючи замість чорнила різні матеріали (від пластику до срібла або навіть титану), які вони «друкують» послідовними шарами, тим самим будуючи об’єкт.
3D-принтери дозволяють дизайнерам виготовити прототип за дуже короткий час. Таким чином, його можна швидко протестувати та відремонтувати, значно зменшивши час, необхідний для переходу від етапу прототипу до готового продукту.
Наприклад, виробники автомобілів Формули-1 можуть використовувати високошвидкісні прототипи для створення компонентів з надзвичайно точними формами, таких як спойлери. Виробництво цих складних деталей класичними методами може зайняти кілька тижнів, але використання 3D-принтерів скоротило цей період лише до 48 годин. Таким чином, заощаджений час дозволив виробникам протестувати більше варіантів компонентів і набагато швидше дійти до остаточної версії.
Ще однією перевагою використання 3D-принтерів є їх здатність створювати фігури, які неможливо створити за допомогою техніки масового виробництва. Це дозволяє компаніям вдаватися до біомімікриї, копіюючи наявні в природі форми, щоб отримати більш ефективну продукцію за менших витрат. Одним з таких прикладів є MIT, де дослідники на чолі з Нері Оксман використовували 3D-принтер для виготовлення найлегшого та найміцнішого бетонного стовпа. Виходячи з того, що стебло рослини складається з вертикальних ниток різної щільності, Оксман використовував 3D-принтер для друку конструкції з бетонних ниток з різною щільністю.
На сьогодні ця технологія присутня у більшості дослідницьких лабораторій, що належать компаніям, що виробляють гаджети, будь то бритви, найскладніший смартфон або навіть складні компоненти літальних апаратів. 3D-принтери також можуть створювати великі об'єкти: у 2011 році Urbee став першим автомобілем, зовнішні компоненти якого були створені повністю за допомогою 3D-принтера.
Технологія надзвичайно просунулася за останні 20 років, сьогодні можна друкувати 3D-моделі з 40 видів матеріалів. В результаті цього прогресу 3D-принтери більше не використовуються лише для створення прототипів, а навіть для готової продукції.
Фахівці NASA вважають, що 3D-принтери є ефективним методом виробництва інструментів та запасних частин, необхідних для нормального функціонування Міжнародної космічної станції. На даний момент транспортування кілограма обладнання до SSI коштує близько 20 000 доларів, тому використання 3D-принтера значно скоротить витрати. Більше того, 3D-принтер пропонує гнучкість. Один із дослідників, який співпрацює з НАСА над проектом 3D-друку, Гонсало Мартінес пояснив: "Якби на борту астронавтів "Аполлон-13" був 3D-принтер, відома фраза "Х'юстон, у нас проблема" насправді була б "Х'юстон, у нас проблема, надішліть шаблон для друку інструменту, необхідного для її вирішення".до ".
У 2011 році фахівці космічного агентства США успішно випробували друк інструменту (французького ключа) в умовах нульової гравітації. В результаті NASA оголосило, що має намір оснастити Міжнародну космічну станцію цією технологією в 2014 році.
Принтери стають доступними для ремісників
Незважаючи на те, що 3D-принтери існують десятки років, зараз їх використовують багато людей, котрі захоплені створенням об'єктів, в результаті значного зниження вартості такої системи.
Якщо 3D-принтери, що використовуються в цій галузі, коштують до 1 мільйона доларів, комплекти для виробництва дрібномасштабних предметів можна придбати за цінами від 1300 доларів.
Сьогодні десятки тисяч людей сьогодні використовують цю технологію для проектування та створення об’єктів та запасних частин. Понад 15 000 моделей вже є на найважливішому сайті для любителів 3D-принтерів - Thingiverse. Створені предмети варіюються від корисних, таких як вази, підставки для зубних щіток, до різних ігор (шахові набори, наприклад), до справжніх творів мистецтва або навіть музичних інструментів.
Сайт базується на філософії "з відкритим кодом", що означає, що будь-яка модель, завантажена на сайт, доступна безкоштовно і може бути змінена будь-якою відповідно до власних уподобань.
Об'єкти можна створювати на вашому комп'ютері за допомогою безкоштовних програм, таких як Google Sketchup або TinkerCAD.
Бре Преттіс, генеральний директор однієї з найвідоміших компаній у цій галузі, MakerBot, заявляє, що «ми повинні зробити все можливе, щоб отримати цю технологію в руках нового покоління. Сучасні діти повинні знати "цифровий дизайн", щоб вирішити завтрашні проблеми ".
Компанії 3D-принтерів заявляють, що 2012 рік - це рік, коли модель, вартість якої не перевищуватиме 1000 доларів, буде вперше доступна на ринку, і що ціна такого обладнання впаде, оскільки технологію впроваджує дедалі більше людей.
Найважливішим кроком в історії цієї революційної технології стане момент, коли вона вже не буде лише прерогативою ентузіастів, а використовуватиметься все більшою кількістю людей.
"Якщо ми зможемо демократизувати доступ до цієї технології, наша користувацька база зростатиме", - сказав генеральний директор 3D Systems Абрахам Райхенталь. "Ця технологія опиниться в нашій дитячій спальні. Тривимірний принтер може бути останньою іграшкою, яку ми придбаємо для наших дітей, оскільки вони самі їх створять після цього, цей процес стимулюватиме їх творчість."Reichental претензії.
У період між 2010 і 2011 роками середня ціна 3D-принтерів, вироблених 3D Systems, зменшилася вдвічі, і якщо тенденція збережеться, прогноз Reichental може стати реальністю раніше, ніж ми очікуємо.
Проблема піратства
Хоча технологія тривимірного друку на даний момент використовується в обмеженому масштабі, перші "піратські копії" існуючих продуктів вже почали з'являтися на ринку.
Так, один із найбільших сайтів у світі, присвячений спільному використанню файлів, The Pirate Bay, оголосив 23 січня, що запустить спеціальну категорію, присвячену 3D-моделям. "Ми як суспільство завжди поширювали інформацію і будемо продовжувати це робити. Ми вважаємо, що наступним кроком щодо копіювання буде цифровий формат. Ми віримо, що люди незабаром будуть друкувати свої автомобільні запчастини, і що максимум через 20 років ми завантажуватимемо своє взуття з Інтернету.", Оголошує маніфест Піратської затоки.
"Суспільство отримає величезну користь від цієї технології: більше не буде потреби доставляти велику кількість продуктів у різні куточки земної кулі, більше не буде дітей, примушених працювати, і голодних людей можна буде годувати «друкована» їжа. Ми більше не будемо розповсюджувати лише рецепти, як сьогодні, але навіть їжу », - з оптимізмом закінчується маніфест« піратів ».
На даний момент цифрові моделі, які розповсюджують члени спільноти «Піратська затока», створюються ними самими, але оскільки технологія застосовується дедалі більшою кількістю людей, безумовно, існуватимуть «моделі», що розповсюджуються без дозволу людей чи компаній, що володіють ними. права на ці творіння.
Іншими словами, якщо сьогодні Інтернет сприятиме незаконному копіюванню голлівудських пісень та фільмів, через кілька десятиліть стане можливим "піратство" фізичних продуктів.
Перші проблеми вже почали з’являтися, веб-сайт Thingiverse звинувачує Games Workshop (компанія, що виробляє настільні ігри) у незаконному розміщенні моделі з гри Warhammer, над якою компанія володіє правами інтелектуальної власності.
Незважаючи на те, що Thingiverse зняв друк із сайту, незабаром він з'явився в The Pirate Bay, що є знаком того, що боротьба з піратством у 3D буде принаймні настільки ж складною, як боротьба з незаконним завантаженням музики та фільмів.
3D принтери в медицині
Об’єкти - не єдине творіння 3D-принтерів. Вони також є перспективною технологією для медицини, де їх уже використовують для друку тканин людини і навіть органів.
Демонстрація цієї технології відбулася минулого року на конференції TED у Каліфорнії. Доктор Ентоні Атала за допомогою 3D-принтера надрукував нирку перед публікою.
Оскільки люди живуть довше, регенеративна медицина стає все більш важливою. "За останні 10 років кількість пацієнтів, яким потрібна трансплантація органів, подвоїлася, але кількість донорських органів зросла дуже мало", - пояснив доктор Атала на етапі TED. Ось чому 3D-принтери вважаються потенційним рішенням органної кризи, яка з кожним днем стає все гострішою.
В даний час технологія ще перебуває в зародковому стані, але фармацевтичні компанії все більше інвестують в її вдосконалення. Однією з причин, чому вони цікавляться 3D-принтерами, є їх потенціал для полегшення тестування нових препаратів. Наприклад, якщо компанії можуть друкувати тканини, подібні до печінки людини, це дозволить їм вивчити вплив нових препаратів на неї. Таким чином, шкідливий вплив нового препарату можна спостерігати набагато швидше і за набагато нижчою вартістю, ніж поточні клінічні випробування.
Ще одне нововведення, реалізоване завдяки 3D-принтерам, походить з Бельгії від компанії Materialize, що спеціалізується на виробництві штучних стегон.
Оскільки їм більше не потрібно створювати штучні стегна за допомогою технологій масового виробництва, спеціалісти компанії Materialize можуть змоделювати кожен продукт відповідно до вимог клієнта, відтворюючи природні вигини кісток, що гарантує легше приварювання продукту до природної кістки пацієнта. Крім того, оскільки 3D-принтери мають надзвичайний рівень точності, надруковане штучне стегно має таку саму внутрішню структуру, що і природні кістки, що дозволяє йому бути легшим за звичайні штучні стегна, не впливаючи на його міцність.
Ще одне нововведення, зроблене в Бельгії за допомогою 3D-принтерів, походить від Університету Хассельта. Вперше у світі 83-річній жінці замінили нижню щелепу на спеціальний титановий імплантат, надрукований 3D-принтером. Професор Жуль Поукенс, один із дослідників, залучених до цього досягнення, розповів про зміни, які 3D-принтери вносять у світ медицини: "Технології викликають революцію в медичній галузі. Традиційна хірургічна операція тривала б до 20 годин, а період госпіталізації для відновлення становив би 2-4 тижні, але ця операція тривала лише 4 години, і пацієнт міг бути виписаний через 4 дні.". Спеціалісти університету очікують широкого використання таких імплантатів у майбутньому.
У Німеччині дослідники з Інституту Фраунгофера використовують 3D-принтери для виробництва штучних судин. Вони створюються у два етапи: по-перше, штучні трубки друкуються за допомогою 3D-принтерів, а створені трубки обробляються потужним лазерним променем, щоб надати їм еластичність справжніх вен. Дослідники з Інституту Фраунгофера заявляють, що ці штучні кровоносні судини можна використовувати пацієнтам, які перенесли операцію шунтування коронарних артерій.
Оптимістичні прогнози
Одним з найбільш оптимістичних прихильників 3D-принтерів є винахідник і футуролог Рей Курцвейл. Він стверджує, що рівень впровадження передових технологій останніми роками неухильно зростає, і те саме відбудеться в цьому випадку.
Нещодавно Курцвейл представив своє бачення на заході "Навчання без кордонів" у Лондоні. Якщо сьогодні 3D-принтери застосовуються у відносно невеликій кількості полів, то через 10 років "ми зможемо доставити 3D-принтер у бідну країну, населення якої зможе використовувати його для друку деталей для іншого принтера", - сказав Курцвейл. "Вони зможуть використовувати цей принтер, щоб надрукувати ще два, потім вісім і так далі. Вони зможуть використовувати ці принтери для друку всього, що потрібно для сучасного життя, від компонентів будинку до труб, необхідних для транспортування чистої води або навіть сонячних панелей », - прогнозує Курцвейл.
Студенти, які відвідують Університет особливості Курцвейла, вже працюють над проектуванням будівель, які можна будувати за допомогою 3D-принтерів.
Їх оптимістичне бачення також поділяє головний футуролог Cisco Дейв Еванс. "Ми прямуємо до світу, який відмовиться від моделі «єдиного розміру для всіх» на користь моделі «одного розміру, який підходить одному». Буде можливо створити що завгодно на замовлення, всі об’єкти будуть налаштовані"Каже Еванс. "Подібно до того, як сьогодні ми вважаємо абсолютно природним завантажувати музику з Інтернету, ми будемо сподіватися на завантаження фізичних об'єктів у майбутньому", - сказав Еванс, додавши, що будинки майбутнього можуть включати персональний 3D-принтер.
Не менш оптимістичним є Бре Преттіс, керівник MakerBot: "Моя мета полягає в тому, щоб принтери MakerBot дісталися до Місяця і сприяли створенню бази, яка може вмістити нас". Преттіс вважає, що 3D-принтери зможуть перетворити навіть найбільш песимістичний сценарій на оптимістичний: "Я сподіваюся, що у випадку апокаліптичної події люди будуть готові мати вдома принтери MakerBot, які вони будуть використовувати для виробляє речі, які я вже не можу купити в магазині. Тому я кажу, що MakerBot не продає товар, це насправді змінює майбутнє ".
Вплив 3D-принтерів на суспільство важко передбачити, але деякі важливі наслідки починають формуватися. Таким чином, в даний час більшість продуктів виробляється в країнах з найнижчими виробничими витратами, а потім транспортується через Світовий океан: завдяки 3D-принтерам можна створювати продукцію там, де перебувають клієнти, та можливість налаштовувати творіння відповідно до смак кожного в деяких випадках усуне необхідність масового виробництва.
3D-принтери також обіцяють мати несподіваний вплив на суспільство. Якщо сьогодні люди використовують товари, які вони купують, для побудови своєї ідентичності за допомогою брендів, то в майбутньому особиста ідентичність стане результатом наших власних творінь, зроблених за допомогою 3D-принтерів.
У революції 2D-друкарства знадобилося близько 40 років, щоб винахід Гутенберга поширився по всій Європі, кардинально змінивши суспільство. Подібно до того, як ніхто не передбачав, як друк зменшить вплив католицької церкви на континенті та стимулює появу сучасної науки, зараз неможливо передбачити всіх змін, які відбудеться в результаті цієї нової поліграфічної революції. Безперечно одне: як технологія вдосконалюється, реплікатор- від "Зоряних шляхів" покине сферу художньої літератури, щоб стати інструментом, що використовується у повсякденному житті.