Технология создания объемных металлических объектов на 3D-принтерах может не только изменить промышленный рынок. «Заводы на дому» для изготовления нужных вещей в единственном экземпляре когда-нибудь, наверное, отменят массовое промышленное производство. Но пока метод остается лишь завораживающим экспериментом.
Print on demand – так называется издательская технология, позволяющая напечатать книгу любым тиражом, вплоть до одного экземпляра. Нечто похожее предлагает активно развивающийся сегодня метод 3D-прототипирования, только при его использовании ставится цель не сэкономить на расходных материалах, а создать продукт с уникальными свойствами. Однако оба вида «печати по требованию» лежат в русле одной и той же современной тенденции: вернуть потребление в те формы, в которых оно существовало до промышленной революции конца XVIII века, завершившейся победой массового производства. В будущем, возможно, вернется приоритет производства штучного.
Трехмерная печать может настолько удешевить выпуск отдельных предметов, что их себестоимость окажется ниже, чем при конвейерном производстве. Экономия «на масштабе» – одно из главных достижений промышленной революции – потеряет свою значимость. Если технология 3D-прототипирования разовьется, эффект будет сравним с появлением первых заводов и фабрик. Парадокс лишь в том, что сами фабрики и заводы теоретически могут исчезнуть.
3D-принтеры существуют уже довольно давно, но традиционно использовались они в основном для производства деталей в автомобильной, аэрокосмической и медицинской промышленности. С их помощью создавалась модель детали, служащая образцом дизайна для массовых копий, затем запускалось традиционное конвейерное производство. Сегодня технология 3D-печати сама по себе конкурирует с конвейером, где никто производства, чтобы получить один уникальный объект. На 3D-принтере каждый предмет создается словно впервые, а не появляется по одному и тому же шаблону, что дает широкие возможности для так называемой кастомизации – подгонке и настройке каждой выпускаемой вещи под потребности и вкусы конкретного человека.
Как работает метод 3D-прототипирования в металлообработке? Ученые из амстердамской лаборатории Йориса Лармана создали уникальную технологию 3D-печати металлических изделий. «Печатью» этот процесс можно назвать лишь потому, что трудно подобрать более близкую аналогию. Технология голландских ученых работает без использования каких-либо опорных конструкций, на которых держались бы создаваемые объекты. Металлические предметы в процессе «печати» буквально висят в воздухе.
3D-принтер состоит из двух частей – сварочного аппарата, который плавит и распределяет металл, и роботизированного крана-манипулятора. С помощью экструзии – продавливания расплавленного металла через небольшие отверстия экструдера – тонкие нити металла ненадолго повисают в воздухе, и за это время на них успевают наслоиться другие нити. Во время этого процесса из пересечения продольных, поперечных и диагональных линий-нитей постепенно возникает форма будущей конструкции.
Смелая технология называется MX3D-Metal 3D printing initiative и может использовать для создания трехмерных объектов нержавеющую и обычную сталь, бронзу, алюминий, медь. Изделия из всех этих металлов могут быть созданы без участия опорных конструкций. Авторы проекта пытаются увеличить ассортимент используемых в их технологии металлов, – для этого они разрабатывают новые экструдеры с разными отверстиями для выхода расплавленного металла.
Параллельно создается программное обеспечение для 3D-принтера, которое позволит точнее задавать параметры будущего изделия.
Технология послойного «выращивания» металлических объектов называется аддитивным производством (от англ. add – добавлять). Аддитивная методика печати металлоизделий имеет ряд преимуществ перед традиционным конвейерным производством: она не требует расходов на содержание производственных линий, сокращает объем выбрасываемых в окружающую среду отходов. А главное, 3D-печать обладает большой гибкостью в плане дизайна и позволяет создавать множество новых форм, что особенно важно в самолето- и ракетостроении, медицине и других высокотехнологичных областях.
Но как скоро обычные люди смогут пользоваться 3D-печатью по металлу? Промышленные 3D-принтеры, рабочим материалом для которых служат металлы, пока стоят десятки тысяч долларов. Есть принтеры стоимостью около 1000 долларов, но пока что они умеют работать только с пластиком.
Американский предприниматель и инженер Дэвид Харткоп изготовил принтер под названием Mini Metal Maker, который будет стоить всего 750 долларов. Устройство Харткопа использует для создания трехмерных объектов так называемую металлоглину. Ее изобрели еще в 1990 году в Японии. Этот гибридный материал состоит из мельчайшей металлической крошки, смешанной с водой и органической вязкой эмульсией. Фокус металлоглины в том, что из нее с помощью разнообразных форм можно вылеплять практически что угодно, как из обычной глины. После «лепки» на принтере изделие высушивается и обжигается – аналогия с гончарной глиной все еще актуальна. Но если после обжига условный горшок или блюдо готовы к использованию и обладают определенными, всем известными свойствами, то металлоглина позволяет получить именно вещь из металла. Органическая вязкая добавка при обжиге выгорает, а металлическая стружка плавится и спекается в цельное металлическое изделие.
«Напечатанное» изделие из металлоглины можно обжигать на обычной газовой горелке. После обжига предметы теряют слоистую структуру, характерную для изделий, изготовленных на 3D-принтере. Металлическая крошка спекается довольно плотно, и объекты по прочности практически не отличаются от изделия из цельного металла. Они могут подвергаться такой же обработке: сверлению, шлифованию, распиливанию.
Однако, несмотря на впечатляющие перспективы, которые открывает технология 3D-печати металлоизделий, она по-прежнему отчетливо делится на два направления. Первое, условно говоря, «домашнее», пока еще недостаточно развито, чтобы с помощью личного 3D-принтера можно было бы легко создавать нужные в быту изделия любых форм и характеристик. Промышленное же производство деталей еще долго будет тяготеть к конвейерному способу. Когда-нибудь штучное производство заменит массовое. Скорее всего, в областях, где высокое качество изделий и комплектующих является обязательным, например в компьютерной и медицинской сферах.
Пока же представляется маловероятным, чтобы промышленность отказалась от дешевого и удобного конвейера. Но один переворот в производстве и потреблении 3D-принтер по металлу все же произведет. Технология возродит понятие кустаря-одиночки, который вымер после промышленной революции. Только те мастера, занимавшиеся мелкосерийным производством с применением ручного труда, существовали так, потому что по-другому было нельзя. Новые же «кустари» будут печатать, использовать и продавать свой неповторимый товар, потому что им так хочется.
Иван Шипнигов
