Как работают 3D принтеры ~ Все и ничего

Революционные технологии не обрушиваются на нас как снег на голову, а подступают исподволь, не спеша - до тех пор пока из «возни» всяческих энтузиастов, гиков и стартаперов не вырастает нечто, способное потрясти привычные уклады. Во всяком случае у человечества есть возможность привыкнуть.

Это примерно то, что сейчас происходит в области трехмерной печати - технологии, известной уже более тридцати лет: 3D-принтинг шагает по планете, осваивает новые материалы, масштабы и задачи, порождает сотни технологических стартапов - а мы воспринимаем его уже как что-то обыденное. Между тем это зона по-настоящему «подрывных инноваций»: дайте срок, и 3d-печать навсегда изменит ритейл, логистику и даже существующую промышленную парадигму. Зачем человечеству массовое производство на заводах-гигантах, если почти все необходимое каждый потребитель сможет задешево распечатать на принтере - была бы цифровая модель объекта под рукой? До такого распределенного производства пока еще далеко, но очертания будущего уже явственно угадываются.

Отпечатки реальности
ЗD-печать умеет уже очень многое. Несколько лет назад англичанин Стивен Пауэр попал на мотоцикле в страшную аварию, которая сильно изуродовала его лицо. Казалось, лицевые кости переломаны настолько сильно, что хирургам не удастся восстановить даже подобие его былой внешности. Однако все получилось: врачи отсканировали его череп с помощью томографа, создали объемную компьютерную модель, спроектировали крепежные имплантаты, поддерживающие кости в нужных местах, после чего отпечатали их на 3D-принтере в титане и вживили. Результат? По словам Стива, это изменило его жизнь, позволив вернуться в общество.

Случай Пауэра - лишь один из практически бесконечного списка удивительных и интересных применений 3D-печати - технологии, еще вчера считавшейся экспериментальной, а сегодня стучащейся в дома и офисы.
Способов объемной печати существует множество, но основных - три, и все они были изобретены в 1980-х годах.

Первый «кит» 3d-печати - стереолитография (SLA). Работает все довольно просто: в ванночку, заполненную твердеющим на свету полимером, на небольшую глубину (в доли миллиметра) погружают подложку и лазерным лучом рисуют на ней контуры объекта. Потом подложка опускается, и рисуется новый слой - и так далее, пока в растворе не «вырастает» вся модель.

Другой «кит» - печать расплавленным материалом (FDM): модель рисуется опять-таки слой за слоем каплями расплавленного пластика, которые выдает движущаяся в трех измерениях печатающая головка (ее называют экструдером).

Наконец, третий «кит» - это лазерное спекание (DMLS). Луч мощного лазера рисует модель слой за слоем в тонком (как правило, металлическом) порошке, образуя металлический монолит.

Строго говоря, существуют и другие технологии 3d-печати, но названные три покрывают львиную долю всех применений. У каждой из них свои достоинства и недостатки. Например, DMLS позволяет изготавливать металлические объекты, по качеству не уступающие продукции классической металлургии, однако оборудование обходится весьма дорого. В свою очередь, FDM-принтеры сравнительно дешевы, но их «распечатки» пока не очень прочны и точны. SLA-метод занимает промежуточное положение. Вот почему, классифицируя 3D-принтеры, лучше подразделять их по сферам применения, а не по особенностям конкретной технологии печати.

Серьёзные и не очень
Технологическая гонка 3д-принтеростроителей идет уже давно и набирает обороты. Классификация принтеров вполне сложилась. На вершине - дорогие промышленные установки, внизу - дешевые бытовые, а промежуточное положение занимают устройства, которые принято относить к классу «просьюмерских» (от слияния двух слов - «промышленный» и «консьюмерский», то есть потребительский).

В сегменте промышленных трехмерных принтеров на рынке господствуют два гиганта, с которых 3D-печать и начиналась. Это американские компании 3D Systems и Stratasys. Обе специализируются на производстве дорогих крупных машин, позволяющих быстро изготовить прототип (почему 3D-печать долго и называли «технологией быстрого прототипирования») или уже готовую к эксплуатации деталь для любой отрасли промышленности - от здравоохранения и нефтегазодобычи до автомобиле - и авиастроения и даже «космоса».

Разумеется, промышленные установки способны с большой точностью воспроизводить цифровые модели с допуском менее десятка микрон, производить крупногабаритные детали (серийная техника Stratasys работает с деталями объемом вплоть до кубометра) из самых разных материалов. «Распечатки» получаются гораздо более дешевыми по сравнению с изделиями, производимыми классическими методами - например, при помощи отливки. Самыми ярыми сторонниками объемной печати среди промышленных компаний сегодня считаются Boeing и General Electric. А еще промышленной 3D-печатью всерьез интересуются военные по крайней мере двух держав - США и Китая. Ход их мысли примерно таков: мобильные комплексы 3D-печати позволят в полевых условиях, на месте изготовлять все необходимое для ремонта военной техники - а значит, отпадёт необходимость в больших складах запчастей и сложной логистике.