Druk 3D: czy projektanci i programiści powinni zwrócić na to uwagę?

Druk 3D nie jest nową technologią, ale ostatnie postępy w kilku dziedzinach sprawiły, że jest bardziej dostępny dla hobbystów i firm. W porównaniu z innymi sektorami technologicznymi jest to wciąż niewielka branża, ale większość analityków zgadza się, że ma duży potencjał. Ale gdzie jest potencjał dla niezależnych projektantów i inżynierów oprogramowania?

Kolega Toptaler zapytał mnie o to kilka tygodni temu, ponieważ zajmowałem się drukowaniem 3D w kilku publikacjach. Nie miałem jasnej odpowiedzi. Nie mogłem po prostu wymienić możliwości biznesowych, ponieważ jest to branża niszowa z ograniczonymi korzyściami i atrakcyjnością na rynku masowym. Co więcej, druk 3D wciąż nie jest dojrzałą technologią, co oznacza, że ​​nie ma zbyt wiele na drodze do standaryzacji i zasobów online dla projektantów i programistów, którzy chcą się zanurzyć.

Nie oznacza to jednak, że nie ma możliwości biznesowych; są tam, ale są ograniczone. W tym poście postaram się wyjaśnić, co wyróżnia branżę druku 3D i czego mogą spodziewać się freelancerzy w przyszłości.

Druk 3D dla hobbystów i firm

Przede wszystkim myślę, że musimy rozróżnić dwie bardzo różne nisze w druku 3D lub w przemyśle wytwarzania przyrostowego.

Na jednym końcu spektrum masz niezliczonych entuzjastów sprzętu, programistów i projektantów pracujących nad projektami open source. Projekt RepRap uosabia to szczupłe i otwarte podejście lepiej niż jakakolwiek podobna inicjatywa w branży. RepRap to skrót od Replicating Rapid Prototyper i jest to w zasadzie inicjatywa opracowania niedrogich drukarek opartych na technologii FFF. Zasadniczo jest to technologia Fused Deposition Modeling (FDM), ale RepRap nie może używać tej nazwy, ponieważ została skomercjalizowana przez Stratasys. Kiedy wygasł patent firmy na FDM, FDM został przyjęty przez społeczność open-source, choć pod inną nazwą.

RepRap skończył w tym roku dziesięć lat, a pierwsze drukarki pojawiły się kilka lat po premierze. Do 2010 roku projekt RepRap był już w fazie projektowania trzeciej generacji, a społeczność RepRap odnotowała znaczny wzrost w ciągu następnych kilku lat.

Jedną z godnych uwagi funkcji, która wyjdzie z inicjatywy RepRap, jest samoreplikacja; ostatecznym celem projektu jest stworzenie drukarki 3D, która w końcu sama się powieli. Jeszcze nas tam nie ma, ale niektóre projekty RepRap pozwalają użytkownikom na wydrukowanie trzech czwartych drukarki. Nadal nie możesz drukować ekstruderów i serw elektrycznych, ale to dopiero początek.

Jednak RepRap nigdy nie miał odnieść sukcesu komercyjnego. Został stworzony jako inicjatywa technologiczna, więc nigdy nie był zorientowany na konsumenta. Chodziło o pionierskie technologie i wprowadzenie ich na rynek hobbystyczny przy niskich kosztach. RepRap nigdy nie miał być dojną krową.

A co z dużym biznesem? Wielu pionierów w branży stało się już ważkimi postaciami druku 3D. Należą do nich Stratasys, 3D Systems, Ultimaker i Printbot. Drukarki RepRap nadal mają duży udział w rynku i nie są wypierane przez zastrzeżone platformy. W rzeczywistości większość dostawców nie ma innego wyjścia, jak przyjąć niektóre standardy RepRap w celu zagwarantowania kompatybilności.

Jednak samo wymienienie firm drukujących 3D i ich udziału w rynku nie daje pełnego obrazu. Na przykład RepRap ogranicza się do technologii FFF, która jest obecnie najbardziej rozpowszechnioną technologią druku 3D. Problem w tym, że drukarki FFF mają wiele ograniczeń, przez co nie mogą być stosowane w wielu branżach.

Różne technologie dla różnych zastosowań

Aby lepiej zorientować się, co tam jest, musimy przyjrzeć się obecnie dostępnym technologiom druku 3D. Może to nie wydawać się interesujące, jeśli nie jesteś maniakiem sprzętowym, ale ważne jest, aby zrozumieć różnicę między różnymi technologiami drukowania (postaram się, aby ta sekcja była jak najkrótsza).

• FFF/FDM zwykle opiera się na termoplastycznym „filamencie” podgrzewanym przez ekstruder drukarki przed nałożeniem na stół roboczy. Większość drukarek FFF opiera się na włóknie z tworzywa sztucznego ABS i PLA, ale najnowsze modele wykorzystują również włókno poliwęglanowe (PC), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE), polistyren wysokoudarowy (HIPS). Niektórzy używają nawet drutu metalowego zamiast plastiku, podczas gdy inni używają trocin do tworzenia quasi-drewnianych przedmiotów. Niektórzy mogą nawet drukować jedzenie, czekoladę, makaron i tak dalej.

• Drukarki granulowane to różne bestie, ponieważ ich materiałem nie jest włókno, ale zwykle sproszkowany metal. Te drukarki są zwykle oparte na technologii laserowej (chociaż nie mają wiele wspólnego z biurową drukarką laserową). Używają potężnego lasera do selektywnego stapiania materiałów ziarnistych. Można to zrobić na kilka sposobów: Drukarki do selektywnego spiekania laserowego (SLS) topią małe cząstki metalu w procesie „spiekania”, podczas gdy drukarki do selektywnego topienia laserowego (SLM) topią proszek. Drukarki do topienia wiązką elektronów (EBM) uderzają w proszek metalowy wiązką elektronów w środowisku próżniowym

• Drukarki stereolitograficzne (SLA) przekształcają płynny surowiec w ciała stałe za pomocą światła. Drukarki te mają szereg zalet, jeśli chodzi o dokładność i zdolność do wytwarzania złożonych obiektów w jednym przejściu, ponieważ wydruki SLA w większości przypadków nie wymagają rozpórek ani podpór. Minusem jest to, że wybór materiałów jest bardzo ograniczony. Są to zazwyczaj egzotyczne płynne polimery i nie można ich używać do drukowania metalu lub czekolady.

Istnieje jeszcze kilka technologii druku 3D, ale nie widzę sensu, aby opisywać je wszystkie na potrzeby tego wpisu na blogu.

Wyzwanie

Dlaczego więc nie bawimy się wszyscy drukarkami 3D w naszych domach i biurach? Dlaczego nie możemy drukować obiektów w taki sam sposób, w jaki drukujemy faktury, arkusze i e-maile? Druk 3D w najbliższym czasie nie wejdzie do głównego nurtu, a oto kilka wyzwań i problemów, które należy najpierw rozwiązać.

• Nieproporcjonalnie drogi sprzęt
• Ograniczona baza użytkowników (w porównaniu do tradycyjnych drukarek)
• Niedojrzała technologia
• Prędkość
• Cena/wydajność, ROI
• Koszty eksploatacji
• Efektywności energetycznej

Z każdą nową generacją drukarki 3D klasy podstawowej stają się nieco tańsze, ale nadal są zbyt drogie dla większości potencjalnych użytkowników. Kupienie drukarki za 200 USD do domu lub biura to jedno, prawdopodobnie będziesz jej często używać, ale to samo niekoniecznie dotyczy drukarek 3D. Ile osób musi drukować dokumenty, a ile musi drukować obiekty 3D?

Technologia się poprawia, ale nadal istnieją poważne ograniczenia. Drukarki 3D wciąż są powolne, wrażliwe na wszelkiego rodzaju niekorzystne warunki, ich „łoża drukujące” są zwykle małe (szczególnie w niedrogich modelach), wybór materiałów jest ograniczony, a filament może być drogi.

Powód, dla którego firmy nie chcą kupować drukarek 3D, jest prosty: ROI. Drukarki 3D nadal nie mogą zbliżyć się do tradycyjnych metod produkcji pod względem szybkości, kosztów i efektywności energetycznej. Nie oznacza to, że przemysł nie przejdzie w przyszłości na druk 3D; już obserwujemy pionierskie rozwiązania, ale drukarki 3D nie sprawią, że tradycyjne techniki produkcyjne staną się wkrótce przestarzałe.

Jest jednak kilka godnych uwagi wyjątków. Kilka lat temu firma General Electric postanowiła zaprojektować i zbudować nową dyszę wtrysku paliwa do silnika turbowentylatorowego nowej generacji CFM LEAP, który z pewnością trafi do setek samolotów pasażerskich. GE ostatecznie zdecydowało się na drukowane w 3D dysze tytanowe. Powód? Nowa dysza drukowana w 3D okazała się o 25 procent lżejsza niż poprzedni projekt i składała się z jednej części zamiast 18 w starej dyszy. Oczekuje się, że trwałość będzie pięciokrotnie wyższa. Dysze te będą stosowane w silnikach wyprodukowanych w 2016 roku i później. GE ma nadzieję, że do końca dekady wyprodukuje ponad 100 000 części wydrukowanych w 3D.

Zespół inżynierów GE postanowił stworzyć działającą replikę jednego z silników firmy, wykorzystując nową technikę druku ziarnistego o nazwie „metalowe topienie laserowe”.

Krótko mówiąc, nie, w najbliższym czasie nie kupisz wydrukowanych w 3D zabawek za 2 dolary, ale będziesz latać samolotami pasażerskimi napędzanymi bardziej wydajnymi i niezawodnymi silnikami, co jest możliwe dzięki drukowaniu 3D. W lokalnym centrum handlowym nie będzie czekolady drukowanej w 3D, przynajmniej na razie, ale dentysta powie Ci, że jedzenie czekolady i tak prawdopodobnie nie jest dobrym pomysłem, zaraz po tym, jak otrzymasz protezę wydrukowaną w 3D.

Jest inny sposób: usługi realizacji druku 3D

Masz więc świetny pomysł na produkt, ale najpierw potrzebujesz małej serii prototypów. Do kogo dzwonisz? Kupujesz kilka drukarek 3D? A może po prostu wysyłasz projekt do usługi realizacji, która wyśle ​​Ci gotowe modele w ciągu kilku dni?

Usługa realizacji druku 3D wydaje się być bezproblemowym wyborem i wydaje się, że jest to kierunek, w którym podąża branża. Wiele firm zajmujących się drukowaniem 3D uruchomiło podobne usługi i współpracuje z innymi liderami branży. Jednym z przykładów tej symbiotycznej relacji jest firma Stratasys Direct Express, która niedawno nawiązała współpracę z Adobe i umożliwiła integrację z programem Photoshop CC, oferując profesjonalnym projektantom kolorowe drukowanie 3D.

Google i Motorola nie zainwestowały miliardów we własne urządzenia do drukowania 3D, kiedy zaprezentowały koncepcję modułowego smartfona Ara. Zlecili produkcję modułów firmie 3D Systems. Ten przykład podkreśla również potencjalną elastyczność wytwarzania addytywnego: Ara opiera się na egzoszkielecie ze stopu wypełnionego różnymi standardowymi modułami, które można wydrukować w 3D. Ponieważ moduły muszą łączyć się z egzoszkieletem, firma 3D Systems opracowała nową technikę osadzania materiałów przewodzących w drukowanych komponentach, co jest dalekie od tradycyjnego prototypowania drukarki 3D.

Usługi realizacji 3D zazwyczaj oferują kilka różnych technologii drukowania, najnowocześniejszy sprzęt i wsparcie. Po co zawracać sobie głowę kupnem drukarki o wartości 2000 USD, skoro możesz po prostu wysłać swoje projekty profesjonalistom i skorzystać z różnych profesjonalnych drukarek, z których niektóre kosztują więcej niż Twój dom? I nie zapominajmy o ekonomii skali; duże usługi mogą i powinny oferować lepszy stosunek ceny do wydajności w porównaniu z drukowaniem we własnym zakresie.

Moim zdaniem to jest droga. Ten prosty model biznesowy ma wiele zalet i trudno jest wyobrazić sobie, jak jednostki i małe firmy mogłyby konkurować na równych zasadach. Pod względem ceny, rozmiaru i zużycia energii profesjonalna drukarka 3D ma więcej wspólnego z prasą drukarską niż LaserJet, a ile osób potrzebuje prasy drukarskiej w swoim domu lub biurze?

(Jednym z moich zirytowanych zwierzątek jest sama nazwa. Kiedy w rozmowie wspominasz o „drukarce”, większość ludzi myśli o swojej domowej drukarce atramentowej lub drukarce biurowej. Chociaż to prawda, że ​​drukarki 3D są drukarkami, nie mają zbyt wiele wspólne z tradycyjnymi drukarkami, a to rozróżnienie jest często pomijane przez laików. Gdybyśmy nadal nazywali je maszynami do wytwarzania przyrostowego, nie stanowiłoby to problemu.)

Druk 3D dla projektantów i programistów

Co to wszystko oznacza dla przeciętnego projektanta wizualnego lub inżyniera oprogramowania? Czy druk 3D zmieni sposób, w jaki prowadzimy działalność? Czy umożliwi szybkie prototypowanie lub nawet tanią produkcję na małą skalę? Kiedy ugotujemy na lunch makaron Barilla wydrukowany w 3D?

Obawiam się, że nie ma prostej odpowiedzi, bo można na to spojrzeć z kilku perspektyw. Wszystko zależy od twoich osobistych upodobań i celów.

Istnieje kilka różnych sposobów, w jakie projektanci i programiści mogą zaangażować się w drukowanie 3D:

• Udział w inicjatywach open source (RepRap)
• Korzystanie z profesjonalnych narzędzi projektowych (Adobe CC)
• Integracja funkcji drukowania z aplikacjami (platforma do drukowania 3D firmy Autodesk Spark)
• Korzystanie z usług realizacji druku 3D
• Integracja usług realizacji druku 3D

Większość inicjatyw typu open source jest skierowana do indywidualnych użytkowników hobbystów. Są również cenne dla edukacji i mogą sprzyjać wielu innowacjom. Minusem jest to, że w tej niszy nie można zarobić dużo pieniędzy. To głównie praca z miłości. Dobrą wiadomością jest to, że poprzeczka jest ustawiona dość nisko; możesz kupić drukarkę klasy podstawowej i mnóstwo plastikowych włókien za mniej niż 500 USD. Za cenę dobrego smartfona można dostać tanią i stosunkowo dobrą drukarkę 3D.

Integracja funkcji projektowania 3D i drukowania może okazać się bardziej opłacalna na dłuższą metę. Projektanci nie muszą wychodzić z siebie, aby eksperymentować z drukowaniem 3D, ponieważ jest on już dostępny za pośrednictwem wiodących pakietów oprogramowania. Wcześniej czy później klient zacznie zadawać pytania dotyczące drukowanych prototypów 3D lub produkcji na małą skalę, więc w zależności od Twojej niszy dobrym pomysłem może być przeprowadzenie badań.

Zostajemy ze słoniem w pokoju: usługi druku 3D.

Outsourcing drukowania 3D za pośrednictwem chmury

Na pierwszy rzut oka usługi realizacji wydają się być odpowiedzią na wszystko. Sprawiają, że profesjonalne usługi są dostępne dla osób fizycznych, start-upów i małych firm, których w innym przypadku nie byłoby stać na niektóre techniki drukowania, takie jak spiekanie laserowe czy stereolitografia. Są praktycznie jedynym realnym sposobem integracji drukowania 3D z szeregiem różnych usług, głównie za pośrednictwem aplikacji mobilnych i internetowych opartych na chmurze.

Więc jakie są wady? Nie ma ich wielu.

Usługi realizacji na skalę przemysłową to stosunkowo nowa koncepcja. Jednak dostępność jest nadal ograniczona. Jasne, jeśli chcesz wydrukować kilkadziesiąt prototypów tytanu w Kalifornii, to nie będzie problemu, ale co zrobić, jeśli musisz zrobić dokładnie to samo w Botswanie lub Bahrajnie? Będzie to droższe, ponieważ wyprodukowane projekty będą musiały zostać wysłane na cały świat. Produkcja na miejscu brzmi dobrze, ale może okazać się zbyt kosztowna

Oczywiście produkcja na miejscu ma wiele zalet; jeśli firma musi szybko iterować i poprawiać projekty, szybkość i wygoda szybkiego prototypowania drukarek 3D nie mogą się równać z usługami drukowania. To stosunkowo wąska nisza, ale w żadnym wypadku nie jest mała. Pracownie projektowe, architekci, inżynierowie, różne działy utrzymania ruchu, logistyka, edukacja; wszyscy potrzebują drukarek na miejscu. Poza tym, jeśli potrzebujesz drukowanej części zamiennej na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, nie możesz zadzwonić do Amazona. Z drugiej strony drukowanie 3D w kosmosie sprawiłoby, że wyczyny załogi Apollo 13 wyglądały mniej imponująco. Nic dziwnego, że NASA już z nimi eksperymentuje w kosmosie.

Warto zauważyć, że drukarki 3D mogą służyć do drukowania nie tylko części zamiennych i elementów pasywnych. Mogą być również używane do drukowania działających komponentów elektrycznych, od głośników po płytki obwodów drukowanych (PCB). Prototypowanie PCB to fajna nisza, ponieważ tradycyjne metody są powolne i drogie. Drukarka 3D ze szpulą przewodzącego żarnika może zwykle wykonać tę sztuczkę na miejscu, na czas i w ramach budżetu.

Mimo to, jeśli chodzi o zastosowania na rynku masowym, są szanse, że ta przestrzeń zostanie zdominowana przez dużych graczy, takich jak Amazon, Stratasys, 3D Systems i być może Hewlett-Packard. W miarę dojrzewania branży dostępność na całym świecie nie powinna stanowić problemu, ceny spadną, a nowy sprzęt zaoferuje nowe możliwości i najwyższą jakość.

Moim zdaniem największym problemem, z jakim boryka się obecnie branża, jest brak przypadków użycia. Jasne, brzmi to wygodnie, ale dla kogo ? Jak sprawić, by produkty drukowane w 3D trafiły w ręce głównego nurtu konsumentów?

To pytanie nie jest tak proste, jak się wydaje, ponieważ produkcja addytywna była w ostatnich latach bardzo popularna. Po prostu spróbuj googlować w przypadku zastosowań drukowania 3D, a zobaczysz, o co mi chodzi: drukowanie 3D wydaje się być odpowiedzią na wszystkie nasze problemy, ale w rzeczywistości większość z nich to szum, oparty na długoterminowych prognozach.

Postanowiłem więc włączyć badania z bezstronnego źródła: brytyjskiego Biura Własności Intelektualnej. Artykuł zatytułowany Aktualny stan i wpływ drukowania 3D w sektorze przemysłowym: analiza sześciu studiów przypadku jest obszerny i analizuje potencjalny wpływ wytwarzania addytywnego na kilka branż: motoryzacyjną, AGD, części zamiennych, towarów dostosowanych do potrzeb klienta, inżynierii odwrotnej , gry i grafika komputerowa.

Towary niestandardowe i projekty oparte na CGI wyróżniają się jako najbardziej realistyczne przypadki użycia dla freelancerów, więc przyjrzyjmy się bliżej.

Spersonalizowana produkcja

Jedną z największych zalet wytwarzania przyrostowego nad tradycyjnymi metodami produkcyjnymi jest możliwość wytwarzania pojedynczych projektów lub małych serii. Jak długo zajęłoby stworzenie plastikowej zabawki przy użyciu tradycyjnej produkcji? Potrzebujesz mnóstwa sprzętu, odlewów i tak dalej. W przypadku drukowania 3D wystarczy wybrać model szkieletowy i kliknąć. Oznacza to, że możliwe jest tworzenie niepowtarzalnych projektów, dostosowanych do potrzeb różnych klientów.

Produkcja przyrostowa może umożliwić przeciętnym konsumentom projektowanie i dostosowywanie różnych produktów przed dokonaniem zakupu. Można to zrobić za pomocą profesjonalnych aplikacji komputerowych, a nawet aplikacji internetowych i mobilnych. Nikt nie oczekuje, że przeciętny konsument zaprojektuje przedmiot od podstaw, ale nawet dziecko może spersonalizować zabawkę za pomocą uproszczonej aplikacji mobilnej.

Taka platforma musiałaby zawierać mnóstwo różnych opcji kolorów lub kalkomanii, wraz z samymi modelami szkieletowymi 3D. Co więcej, powinno być możliwe tworzenie projektów modułowych, więc jeśli dzieci dostosowują samochodzik lub lalkę, mogą wybierać spośród wielu różnych, ale kompatybilnych komponentów, które zostaną zmontowane w celu stworzenia produktu.

Tak, zamiast dostosowywać wirtualne środowiska w aplikacjach i grach, dzieci urodzone dzisiaj będą mogły spersonalizować swoje prawdziwe zabawki lub zamienić swoje postacie z gier wideo w figurki akcji. To trochę sprawia, że ​​żałujesz, że urodziłeś się kilka dekad później, prawda?

Oto kilka spersonalizowanych przypadków użycia drukowania 3D, które są atrakcyjne na rynku masowym:

• Zabawki
• Biżuteria na zamówienie
• Produkty dla majsterkowiczów i hobbystów
• Akcesoria modowe i gadżetowe
• Spersonalizowane urządzenia i artykuły gospodarstwa domowego

Jednak produkty nie muszą być spersonalizowane, aby pasowały do ​​Twojego gustu; mogą być również wykonane tak, aby idealnie pasowały do ​​​​twojej sylwetki, jak szyty na miarę garnitur. Produkty te mogą nie być tak atrakcyjne dla masowego rynku, jak spersonalizowane zabawki, ale to nie czyni ich mniej ekscytującymi. W rzeczywistości uważam je za o wiele bardziej interesujące niż spersonalizowana broszka lub lalka.

Oto tylko kilka przykładów:

• Stomatologia cyfrowa
• Chirurgia (makiety do treningu, zastępcze stawy drukowane w 3D)
• Zaawansowana protetyka
• Skrojony na miarę sprzęt i odzież dla różnych zawodów
• Sprzęt i akcesoria sportowe

Jasne, te aplikacje nie mają takiego samego emocjonalnego uroku jak te, o których wspomniałem wcześniej, ale w ogólnym zarysie mogą być równie dochodowe i ważne, zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę zastosowania medyczne.

Implikacje i przyszłość druku 3D

Więc jaki jest wynik końcowy? Czy druk 3D zmieni krajobraz przemysłowy? Czy to naprawdę kolejna rewolucja przemysłowa?

Druk 3D, czyli wytwarzanie przyrostowe, to bardzo obiecująca, ale niedojrzała technologia. Wyraźnie ma duży potencjał, ale wciąż nie jesteśmy blisko jego realizacji, mimo że branża odnotowuje znaczny wzrost.

W rzeczywistości rynek usług druku 3D, sprzętu i materiałów rośnie od lat w zdrowym, dwucyfrowym tempie. Większość analityków spodziewa się, że do końca dekady rynek podwoi się, przekraczając granicę 10 miliardów dolarów. Może to brzmieć jak dużo pieniędzy, ale spójrzmy na to z odpowiedniej perspektywy: ci sami analitycy spodziewają się, że roczne dostawy smartfonów w 2015 roku będą się mieścić w przedziale 1,3 do 1,4 miliarda jednostek.

Pomijając ten szum, druk 3D jest technologią o ograniczonym atrakcyjności, przynajmniej na tym wczesnym etapie. Jednak w najbliższej przyszłości będziemy nadal obserwować wzrost i rozwój, wspierany przez nowe przypadki użycia. Wiele z tych przypadków użycia i modeli biznesowych będzie opartych na usługach realizacji druku 3D. To dobra wiadomość dla małych firm i osób prywatnych, ponieważ będą one mogły stosunkowo łatwo korzystać z infrastruktury firm trzecich. Nie będą musieli kupować dziesiątek drukarek, po prostu zintegrują kilka API ze swoją platformą i to wszystko.

W krótkim okresie jest to przyszłość druku 3D, przynajmniej z perspektywy rynku masowego.