Stampa 3D: designer e sviluppatori dovrebbero prenderne atto?

La stampa 3D non è una nuova tecnologia, ma i recenti progressi in diversi campi l'hanno resa più accessibile a hobbisti e aziende. Rispetto ad altri settori tecnologici, è ancora una piccola industria, ma la maggior parte degli analisti concorda sul fatto che abbia molto potenziale. Ma dov'è il potenziale per i designer freelance e gli ingegneri del software?

Un collega Toptaler me lo ha chiesto un paio di settimane fa, perché mi occupavo della stampa 3D per un paio di pubblicazioni. Non avevo una risposta chiara. Non potrei semplicemente elencare le opportunità di business perché questo è un settore di nicchia con un rialzo limitato e un appeal sul mercato di massa. Inoltre, la stampa 3D non è ancora una tecnologia matura, il che significa che non c'è molto in termini di standardizzazione e risorse online per designer e sviluppatori disposti a fare il grande passo.

Tuttavia, questo non significa che non ci siano opportunità di business; sono là fuori, ma sono limitati. In questo post, cercherò di spiegare cosa rende diverso il settore della stampa 3D e cosa possono aspettarsi i freelance andando avanti.

Stampa 3D per hobbisti e aziende

Prima di tutto, penso che dobbiamo distinguere tra due nicchie molto diverse nella stampa 3D o nell'industria della produzione additiva.

A un'estremità dello spettro, ci sono innumerevoli appassionati di hardware, sviluppatori di software e designer che lavorano su progetti open source. Il progetto RepRap incarna questo approccio snello e aperto meglio di qualsiasi iniziativa simile nel settore. RepRap sta per Replicating Rapid Prototyper ed è fondamentalmente un'iniziativa per sviluppare stampanti economiche basate sulla tecnologia di fabbricazione di filamenti fusi (FFF). In sostanza, questa è la tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM), ma RepRap non può usare quel nome perché è stata commercializzata da Stratasys. Quando il brevetto dell'azienda su FDM è scaduto, FDM è stato accolto dalla comunità open source, anche se con un nome diverso.

RepRap ha compiuto dieci anni quest'anno, con le prime stampanti che sono apparse pochi anni dopo il lancio. Nel 2010, il progetto RepRap era al suo progetto di terza generazione e la comunità RepRap ha visto molta crescita negli anni successivi.

Una caratteristica degna di nota che esce dall'iniziativa RepRap è l'auto-replicazione; l'obiettivo finale del progetto è creare una stampante 3D che alla fine si replicherà. Non ci siamo ancora, ma alcuni design RepRap consentono agli utenti di stampare tre quarti della stampante. Non puoi ancora stampare estrusori e servocomandi elettrici, ma è un inizio.

Tuttavia, RepRap non avrebbe mai dovuto essere un successo commerciale. È stato creato come un'iniziativa tecnologica al primo posto, quindi non è mai stato incentrato sul consumatore. Si trattava di aprire la strada a varie tecnologie e portarle sul mercato degli hobbisti a basso costo. RepRap non avrebbe mai dovuto essere una vacca da mungere.

Allora che dire dei grandi affari? Numerosi pionieri del settore sono già diventati dei pesi massimi della stampa 3D. Questi includono Stratasys, 3D Systems, Ultimaker e Printbot. Le stampanti RepRap detengono ancora una grande quota di mercato e non vengono escluse dalle piattaforme proprietarie. In effetti, la maggior parte dei fornitori non ha altra scelta che abbracciare alcuni standard RepRap per garantire la compatibilità.

Tuttavia, elencare semplicemente le società di stampa 3D e le rispettive quote di mercato non dipinge il quadro completo. Ad esempio, RepRap è limitato alla tecnologia FFF, che è la tecnologia di stampa 3D più diffusa oggi. Il problema è che le stampanti FFF hanno molte limitazioni, il che significa che non possono essere utilizzate in molti settori.

Diverse tecnologie per diverse applicazioni

Per avere un'idea migliore di cosa c'è là fuori, dobbiamo dare un'occhiata alle tecnologie di stampa 3D attualmente disponibili. Questo potrebbe non sembrare interessante se non sei un fanatico dell'hardware, ma è importante capire la differenza tra le varie tecnologie di stampa (e cercherò di mantenere questa sezione il più breve possibile).

• FFF/FDM di solito si basa su un "filamento" termoplastico riscaldato dall'estrusore della stampante prima di essere depositato sul letto di stampa. La maggior parte delle stampanti FFF si basa su filamenti di plastica ABS e PLA, ma gli ultimi modelli utilizzano anche filamenti di policarbonato (PC), polietilene ad alta densità (HDPE), polistirene ad alto impatto (HIPS). Alcuni usano persino il filo di metallo invece della plastica, mentre altri usano la segatura per creare oggetti quasi in legno. Alcuni possono persino stampare cibo, cioccolato, pasta e così via.

• Le stampanti granulari sono bestie diverse poiché il loro materiale non è filamento ma, di solito, metallo in polvere. Queste stampanti tendono ad essere basate sulla tecnologia laser (sebbene non abbiano molto in comune con la stampante laser dell'ufficio). Usano un potente laser per fondere selettivamente i materiali granulari. Esistono diversi modi per farlo: le stampanti a sinterizzazione laser selettiva (SLS) fondono piccole particelle di metallo mediante il processo di "sinterizzazione", mentre le stampanti a fusione laser selettiva (SLM) fondono la polvere. Le stampanti a fusione di fascio di elettroni (EBM) colpiscono la polvere di metallo con un raggio di elettroni in un ambiente sotto vuoto

• Le stampanti per stereolitografia (SLA) trasformano la materia prima liquida in solida utilizzando la luce. Queste stampanti presentano una serie di vantaggi, in termini di precisione e capacità di produrre oggetti complessi in un unico passaggio, poiché le stampe SLA non richiedono puntoni o supporti, nella maggior parte dei casi. Lo svantaggio è che la scelta dei materiali è molto limitata. Di solito sono polimeri liquidi esotici e non possono essere usati per stampare metallo o cioccolato.

Ci sono alcune altre tecnologie di stampa 3D là fuori, ma non vedo alcun motivo nel trattarle tutte ai fini di questo post sul blog.

La sfida

Allora perché non giochiamo tutti con le stampanti 3D nelle nostre case e negli uffici? Perché non possiamo stampare oggetti nello stesso modo in cui stampiamo fatture, fogli ed e-mail? La stampa 3D non diventerà presto mainstream e qui ci sono alcune sfide e problemi che devono essere affrontati prima.

• Hardware proibitivamente costoso
• Base utenti limitata (rispetto alle stampanti tradizionali)
• Tecnologia immatura
• Velocità
• Prezzo/prestazioni, ROI
• Costi di gestione
• Efficienza energetica

Con ogni nuova generazione, le stampanti 3D entry-level diventano un po' più economiche, ma sono ancora troppo costose per la maggior parte dei potenziali utenti. Una cosa è acquistare una stampante da $ 200 per la tua casa o il tuo ufficio, probabilmente finirai per usarla molto, ma lo stesso non è necessariamente vero per le stampanti 3D. Quante persone hanno bisogno di stampare documenti e quante hanno bisogno di stampare oggetti 3D?

La tecnologia sta migliorando, ma persistono gravi limiti. Le stampanti 3D sono ancora lente, sono sensibili a tutti i tipi di condizioni avverse, i loro "letti di stampa" tendono ad essere piccoli (soprattutto su modelli economici), la scelta dei materiali è limitata e il filamento può essere costoso.

Il motivo per cui le aziende non si mettono in fila per acquistare stampanti 3D è semplice: il ROI. Le stampanti 3D non possono ancora avvicinarsi ai metodi di produzione tradizionali in termini di velocità, costi ed efficienza energetica. Ciò non significa che l'industria non passerà alla stampa 3D in futuro; stiamo già assistendo ad alcuni sviluppi pionieristici, ma le stampanti 3D non renderanno presto obsolete le tecniche di produzione tradizionali.

Tuttavia, ci sono alcune eccezioni degne di nota. Un paio di anni fa, la General Electric ha deciso di progettare e costruire un nuovo ugello di iniezione del carburante per il suo motore turbofan CFM LEAP di prossima generazione, che è destinato a finire in centinaia di aerei di linea. GE alla fine ha optato per ugelli in titanio stampati in 3D. La ragione? Il nuovo ugello stampato in 3D è risultato più leggero del 25% rispetto al design precedente e consisteva in una singola parte anziché 18 sul vecchio ugello. La durata dovrebbe essere cinque volte migliore. Questi ugelli saranno utilizzati nei motori prodotti nel 2016 e oltre. GE spera di produrre più di 100.000 parti stampate in 3D entro la fine del decennio.

Un team di ingegneri GE ha deciso di creare una replica funzionante di uno dei motori dell'azienda, utilizzando una nuova tecnica di stampa granulare denominata "fusione laser dei metalli".

Per farla breve, no, non comprerai presto giocattoli stampati in 3D per $ 2, ma volerai su aerei di linea alimentati da motori più efficienti e affidabili, resi possibili dalla stampa 3D. Non ci sarà cioccolato stampato in 3D nel tuo centro commerciale locale, almeno non ancora, ma il tuo dentista ti dirà che probabilmente non è comunque una buona idea mangiare cioccolato, subito dopo aver ottenuto la tua protesi stampata in 3D.

C'è un altro modo: i servizi di evasione della stampa 3D

Quindi, hai una grande idea per un prodotto, ma prima hai bisogno di una piccola serie di prototipi. Chi chiami? Compri un sacco di stampanti 3D? Oppure invii semplicemente il design a un servizio di evasione ordini che ti spedirà i modelli completati nel giro di pochi giorni?

Un servizio di evasione ordini di stampa 3D sembra una scelta senza problemi, ed è questa la direzione che sembra prendere il settore. Molte aziende di stampa 3D hanno lanciato servizi simili e stanno collaborando con altri leader del settore. Un esempio di questa relazione simbiotica è Stratasys Direct Express, che ha recentemente collaborato con Adobe e abilitato l'integrazione di Photoshop CC, offrendo la stampa 3D a colori per designer professionisti.

Google e Motorola non hanno investito miliardi nelle proprie strutture di stampa 3D quando hanno presentato il concetto di smartphone modulare Ara. Hanno esternalizzato la produzione di moduli a 3D Systems. Questo esempio sottolinea anche la potenziale flessibilità della produzione additiva: Ara si basa su un esoscheletro in lega riempito con vari moduli standardizzati che potrebbero essere stampati in 3D. Poiché i moduli devono connettersi all'esoscheletro, 3D Systems ha sviluppato una nuova tecnica per depositare materiali conduttivi all'interno dei componenti stampati, che è ben lontana dalla tradizionale prototipazione di stampanti 3D.

I servizi di adempimento 3D di solito offrono diverse tecnologie di stampa, hardware e supporto all'avanguardia. Perché preoccuparsi di acquistare una stampante da $ 2.000 quando puoi semplicemente inviare i tuoi progetti a professionisti e utilizzare una varietà di stampanti professionali, alcune delle quali costano più della tua casa? E non dimentichiamoci dell'economia di scala; i grandi servizi possono e devono offrire un rapporto prezzo/prestazioni superiore rispetto alla stampa interna.

Secondo me, questa è la strada da percorrere. Questo modello di business semplice ha molto da offrire ed è difficile vedere come gli individui e le piccole imprese possano competere su un terreno di gioco uniforme. In termini di prezzo, dimensioni e consumo energetico, una stampante 3D professionale ha più cose in comune con una macchina da stampa rispetto alla tua LaserJet, e quante persone hanno bisogno di una macchina da stampa a casa o in ufficio?

(Uno dei miei fastidi è il nome stesso. Quando menzioni una "stampante" in una conversazione, la maggior parte delle persone pensa alla stampante a getto d'inchiostro di casa o alla stampante per ufficio. Anche se è vero che le stampanti 3D sono stampanti, non hanno molto in comune con le stampanti tradizionali, e questa distinzione è spesso persa dai profani. Se continuassimo a chiamarle macchine per la produzione additiva, questo non sarebbe un problema.)

Stampa 3D per designer e sviluppatori

Cosa significa tutto questo per il visual designer o ingegnere del software medio? La stampa 3D cambierà il nostro modo di fare business? Consentirà la prototipazione rapida o anche la produzione su piccola scala a basso costo? Quando cucineremo per pranzo della pasta Barilla stampata in 3D?

Temo che non ci sia una risposta semplice perché puoi guardarla da diverse prospettive. Tutto dipende dalle tue affinità e obiettivi personali.

Esistono diversi modi in cui designer e sviluppatori possono essere coinvolti nella stampa 3D:

• Partecipazione ad iniziative open source (RepRap)
• Utilizzo di strumenti di progettazione professionali (Adobe CC)
• Integrazione della funzionalità di stampa alle applicazioni (piattaforma di stampa 3D Spark di Autodesk)
• Utilizzo di servizi di evasione ordini di stampa 3D
• Integrazione dei servizi di evasione della stampa 3D

La maggior parte delle iniziative open source sono rivolte a utenti individuali e hobbisti. Sono anche preziosi per l'istruzione e possono promuovere molta innovazione. Lo svantaggio è che non ci sono molti soldi da fare in questa nicchia. È principalmente un lavoro d'amore. La buona notizia è che la barra è piuttosto bassa; puoi ottenere una stampante entry-level e carichi di filamenti di plastica per meno di $ 500. Puoi ottenere una stampante 3D economica e relativamente buona al prezzo di un buon smartphone.

L'integrazione delle capacità di progettazione e stampa 3D potrebbe rivelarsi più redditizia a lungo termine. I designer non devono fare di tutto per sperimentare la stampa 3D perché è già accessibile tramite i principali pacchetti software. Prima o poi, un cliente inizierà a fare domande sui prototipi stampati in 3D o sulla produzione su piccola scala, quindi a seconda della tua nicchia, potrebbe essere una buona idea fare un po' di ricerca.

Rimane l'elefante nella stanza: servizi di adempimento della stampa 3D.

Esternalizzazione della stampa 3D tramite il cloud

A prima vista, i servizi di adempimento sembrano essere la risposta a tutto. Mettono i servizi professionali alla portata di individui, startup e piccole imprese che altrimenti non potrebbero permettersi determinate tecniche di stampa, come la sinterizzazione laser o la stereolitografia. Sono praticamente l'unico modo praticabile per integrare la stampa 3D in una gamma di servizi diversi, principalmente tramite app mobili e Web basate su cloud.

Allora quali sono gli aspetti negativi? Non ce ne sono molti.

I servizi di adempimento su scala industriale sono un concetto relativamente nuovo. Tuttavia, la disponibilità è ancora limitata. Certo, se hai bisogno di stampare qualche dozzina di prototipi in titanio in California non sarà un problema, ma cosa succede se devi fare la stessa identica cosa in Botswana o Bahrain? Sarà più costoso perché i progetti realizzati dovranno essere spediti in tutto il mondo. La produzione in loco suona bene, ma potrebbe rivelarsi proibitivamente costosa

Naturalmente, la produzione in loco ha molto da offrire; se un'azienda ha bisogno di iterare e rivedere rapidamente i progetti, la velocità e la convenienza della prototipazione rapida delle stampanti 3D non possono essere eguagliate dai servizi di stampa. Questa è una nicchia relativamente ristretta, ma non è affatto piccola. Studi di progettazione, architetti, ingegneri, reparti di manutenzione vari, logistica, formazione; hanno tutti bisogno di stampanti in loco. Inoltre, se hai bisogno di un pezzo di ricambio stampato sulla Stazione Spaziale Internazionale, non puoi chiamare esattamente Amazon. In un'altra nota, la stampa 3D nello spazio avrebbe reso meno impressionanti gli exploit dell'equipaggio dell'Apollo 13. Non c'è da stupirsi che la NASA li stia già sperimentando nello spazio.

Vale la pena notare che le stampanti 3D possono essere utilizzate per stampare più di parti di ricambio e componenti passivi. Possono anche essere utilizzati per stampare componenti elettrici funzionanti, dagli altoparlanti ai circuiti stampati (PCB). La prototipazione PCB è una bella nicchia perché i metodi tradizionali sono lenti e costosi. Una stampante 3D con una bobina di filamento conduttivo di solito può fare il trucco in loco, in tempo e con un budget limitato.

Tuttavia, per quanto riguarda le applicazioni del mercato di massa, è probabile che questo spazio sarà dominato da grandi attori come Amazon, Stratasys, 3D Systems e forse Hewlett-Packard. Con la maturazione del settore, la disponibilità mondiale dovrebbe diventare un problema, i prezzi diminuiranno e il nuovo hardware offrirà nuove opportunità e una qualità superiore.

A mio parere, il problema più grande che l'industria deve attualmente affrontare è la mancanza di casi d'uso. Certo, sembra comodo, ma a chi è rivolto ? Come possiamo portare i prodotti stampati in 3D nelle mani dei consumatori tradizionali?

Questa domanda non è così semplice come sembra perché la produzione additiva è stata pubblicizzata negli ultimi anni. Prova a cercare su Google i casi d'uso della stampa 3D e capirai cosa intendo: la stampa 3D sembra essere la risposta a tutti i nostri problemi, ma in realtà la maggior parte è clamore, basato su proiezioni a lungo termine.

Quindi, ho deciso di includere la ricerca da una fonte imparziale: l'Ufficio per la proprietà intellettuale del Regno Unito. Il documento, intitolato The Current Status and Impact of 3D Printing Within the Industrial Sector: An Analysis of Six Case Studies è ampio ed esamina il potenziale impatto della produzione additiva su diversi settori: automobilistico, elettrodomestici, parti di ricambio, beni personalizzati, reverse engineering , giochi e grafica generata dal computer.

I prodotti personalizzati e i design derivati ​​dalla CGI si distinguono come i casi d'uso più realistici per i liberi professionisti, quindi diamo un'occhiata più da vicino.

Produzione personalizzata

Uno dei maggiori vantaggi della produzione additiva rispetto ai metodi di produzione tradizionali è la capacità di produrre progetti unici o piccole serie. Quanto tempo ci vorrebbe per creare un giocattolo di plastica utilizzando la produzione tradizionale? Avresti bisogno di un sacco di equipaggiamento, stampi e quant'altro. Con la stampa 3D, è solo questione di selezionare un wireframe e fare clic. Ciò significa che è possibile produrre design unici, su misura per soddisfare le esigenze di diversi clienti.

La produzione additiva può consentire ai consumatori medi di progettare e personalizzare vari prodotti prima di effettuare un acquisto. Questo può essere fatto utilizzando applicazioni desktop professionali o anche app Web e mobili. Nessuno si aspetta che il consumatore medio progetti un articolo da zero, ma anche un bambino potrebbe personalizzare un giocattolo utilizzando un'app mobile semplificata.

Tale piattaforma dovrebbe includere un sacco di diverse opzioni di colore o decalcomania, insieme agli stessi wireframe 3D. Inoltre, dovrebbe essere possibile creare design modulari, quindi se i bambini stanno personalizzando un'auto o una bambola giocattolo, possono scegliere tra decine di componenti diversi, ma compatibili, che verrebbero assemblati per realizzare il prodotto.

Sì, invece di personalizzare gli ambienti virtuali in app e giochi, i bambini nati oggi potranno personalizzare i loro veri giocattoli o trasformare i loro personaggi dei videogiochi in action figure. Ti fa quasi desiderare di essere nato un paio di decenni dopo, vero?

Ecco alcuni casi d'uso di stampa 3D personalizzati che attirano il mercato di massa:

• Giocattoli
• Gioielli personalizzati
• Prodotti fai da te e hobbisti
• Accessori moda e gadget
• Elettrodomestici e articoli per la casa personalizzati

Tuttavia, i prodotti non devono essere personalizzati in base ai tuoi gusti; potrebbero anche essere realizzati per adattarsi perfettamente al tuo fisico, come un abito su misura. Questi prodotti potrebbero non avere l'attrattiva del mercato di massa dei giocattoli personalizzati, ma ciò non li rende meno eccitanti. In effetti, li trovo molto più interessanti di una spilla o una bambola personalizzata.

Ecco solo alcuni esempi:

• Odontoiatria digitale
• Chirurgia (prototipi per l'allenamento, articolazioni sostitutive stampate in 3D)
• Protesi avanzate
• Attrezzature e abbigliamento su misura per le varie professioni
• Attrezzature e accessori sportivi

Certo, queste applicazioni non hanno quasi lo stesso fascino emotivo di quelle che ho menzionato prima, ma nel grande schema delle cose potrebbero essere altrettanto redditizie e importanti, specialmente se si considerano le applicazioni mediche.

Le implicazioni e il futuro della stampa 3D

Allora, qual è la linea di fondo? La stampa 3D cambierà il panorama industriale? Sarà davvero la prossima rivoluzione industriale?

La stampa 3D, o produzione additiva, è una tecnologia molto promettente, ma immatura. Ha chiaramente un grande potenziale, ma non siamo ancora vicini a realizzarlo, anche se il settore sta registrando una forte crescita.

In effetti, il mercato dei servizi di stampa 3D, dell'hardware e dei materiali è cresciuto a un ritmo salutare a due cifre per anni. La maggior parte degli analisti prevede che il mercato raddoppierà entro la fine del decennio, superando la soglia dei 10 miliardi di dollari. Può sembrare un sacco di soldi, ma mettiamolo in prospettiva: gli stessi analisti si aspettano che le spedizioni annuali di smartphone per il 2015 finiscano tra 1,3 e 1,4 miliardi di unità.

Guardando oltre il clamore, la stampa 3D è una tecnologia con un appeal limitato, almeno in questa fase iniziale. Tuttavia, continueremo a vedere crescita e sviluppo nel prossimo futuro, supportati da nuovi casi d'uso. Molti di questi casi d'uso e modelli di business saranno basati su servizi di evasione ordini di stampa 3D. Questa è una buona notizia per le piccole imprese e i privati, perché saranno in grado di utilizzare l'infrastruttura di terze parti con relativa facilità. Non dovranno acquistare dozzine di stampanti, integreranno semplicemente alcune API nella loro piattaforma e il gioco è fatto.

A breve termine, questo è il futuro della stampa 3D, almeno dal punto di vista del mercato di massa.