Imprimarea 3D: Ar trebui ca designerii și dezvoltatorii să țină seama?

Imprimarea 3D nu este o tehnologie nouă, dar progresele recente din mai multe domenii au făcut-o mai accesibilă pasionaților și companiilor. În comparație cu alte sectoare tehnologice, este încă o industrie mică, dar majoritatea analiștilor sunt de acord că are mult potențial. Dar unde este potențialul pentru designerii și inginerii de software independenți?

Un coleg Toptaler mi-a întrebat asta acum câteva săptămâni, pentru că obișnuiam să acopere imprimarea 3D pentru câteva publicații. Nu am avut un răspuns clar. Nu aș putea enumera oportunități de afaceri, deoarece aceasta este o industrie de nișă cu un avantaj limitat și un atractiv pe piața de masă. În plus, imprimarea 3D nu este încă o tehnologie matură, ceea ce înseamnă că nu există prea multe în calea standardizării și a resurselor online pentru designeri și dezvoltatori dornici să facă pasul.

Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că nu există oportunități de afaceri; sunt acolo, dar sunt limitate. În această postare, voi încerca să explic ce face ca industria imprimării 3D să fie diferită și la ce se pot aștepta freelancerii de a merge mai departe.

Imprimare 3D pentru pasionați și afaceri

În primul rând, cred că trebuie să facem distincția între două nișe foarte diferite în industria imprimării 3D sau a producției aditive.

La un capăt al spectrului, aveți nenumărați entuziaști de hardware, dezvoltatori de software și designeri care lucrează la proiecte open-source. Proiectul RepRap întruchipează această abordare slabă și deschisă mai bine decât orice inițiativă similară din industrie. RepRap înseamnă Replicating Rapid Prototyper și este practic o inițiativă de dezvoltare a imprimantelor ieftine bazate pe tehnologia de fabricare a filamentului fuzionat (FFF). În esență, aceasta este tehnologia Fused Deposition Modeling (FDM), dar RepRap nu poate folosi acest nume, deoarece a fost comercializat de Stratasys. Când brevetul companiei privind FDM a expirat, FDM a fost îmbrățișat de comunitatea open-source, deși sub un alt nume.

RepRap a împlinit zece ani în acest an, primele imprimante apărând la câțiva ani de la lansare. Până în 2010, proiectul RepRap era la a treia generație de design, iar comunitatea RepRap a cunoscut o creștere semnificativă în următorii câțiva ani.

O caracteristică demnă de remarcat care iese din inițiativa RepRap este auto-replicarea; Scopul final al proiectului este de a crea o imprimantă 3D care se va replica în cele din urmă. Nu suntem încă acolo, dar unele modele RepRap permit utilizatorilor să imprime trei sferturi din imprimantă. Încă nu poți imprima extrudere și servomotoare electrice, dar este un început.

Cu toate acestea, RepRap nu trebuia să fie niciodată un succes comercial. A fost creat ca o inițiativă pe primul loc în tehnologie, așa că nu a fost niciodată centrată pe consumator. Totul a fost de a iniția diverse tehnologii și de a le aduce pe piața pasionaților la costuri reduse. RepRap nu a trebuit niciodată să fie o vacă de bani.

Deci, ce zici de afacerile mari? O serie de pionieri din industrie au devenit deja grele ale imprimării 3D. Acestea includ Stratasys, 3D Systems, Ultimaker și Printbot. Imprimantele RepRap dețin încă o cotă mare de piață și nu sunt smulse de platformele proprietare. De fapt, majoritatea furnizorilor nu au de ales decât să îmbrățișeze unele standarde RepRap pentru a garanta compatibilitatea.

Cu toate acestea, simpla enumerare a companiilor de imprimare 3D și a cotei lor de piață nu prezintă imaginea completă. De exemplu, RepRap se limitează la tehnologia FFF, care este cea mai răspândită tehnologie de imprimare 3D în prezent. Problema este că imprimantele FFF au o mulțime de limitări, ceea ce înseamnă că nu pot fi utilizate în multe industrii.

Diferite tehnologii pentru diferite aplicații

Pentru a ne face o idee mai bună despre ceea ce există, trebuie să aruncăm o privire asupra tehnologiilor de imprimare 3D disponibile în prezent. Acest lucru s-ar putea să nu pară interesant dacă nu sunteți un pasionat de hardware, dar este important să înțelegeți diferența dintre diferitele tehnologii de imprimare (și voi încerca să păstrez această secțiune cât mai succint posibil).

• FFF/FDM se bazează de obicei pe „filament” termoplastic încălzit de extruderul imprimantei înainte de a fi depus pe patul de imprimare. Majoritatea imprimantelor FFF se bazează pe filament de plastic ABS și PLA, dar cele mai recente modele folosesc și filament de policarbonat (PC), polietilenă de înaltă densitate (HDPE), polistiren de mare impact (HIPS). Unii folosesc chiar și sârmă de metal în loc de plastic, în timp ce alții folosesc rumeguș pentru a crea obiecte cvasi-lemn. Unii pot imprima chiar alimente, ciocolată, paste și așa mai departe.

• Imprimantele granulare sunt animale diferite, deoarece materialul lor nu este filament, ci, de obicei, metal sub formă de pulbere. Aceste imprimante tind să se bazeze pe tehnologia laser (deși nu au multe în comun cu imprimanta laser de birou). Ei folosesc un laser puternic pentru a fuziona selectiv materialele granulare. Există mai multe moduri de a face acest lucru: Imprimantele cu sinterizare selectivă cu laser (SLS) topesc particulele mici de metal prin procesul de „sinterizare”, în timp ce imprimantele cu topire selectivă cu laser (SLM) topesc pulberea. Imprimantele cu topire cu fascicul de electroni (EBM) lovesc pulberea metalică cu un fascicul de electroni într-un mediu de vid

• Imprimantele stereolitografice (SLA) transformă materia primă lichidă în solide folosind lumină. Aceste imprimante au o serie de avantaje, în ceea ce privește acuratețea și capacitatea de a produce obiecte complexe într-o singură trecere, deoarece printurile SLA nu necesită suporturi sau suporturi, în majoritatea cazurilor. Dezavantajul este că alegerea materialelor este foarte limitată. Sunt de obicei polimeri lichizi exotici și nu pot fi utilizați pentru a imprima metal sau ciocolată.

Mai există câteva tehnologii de imprimare 3D, dar nu văd niciun rost să le acopăr pe toate în scopul acestei postări pe blog.

Provocarea

Deci, de ce nu ne jucăm cu toții cu imprimantele 3D în casele și birourile noastre? De ce nu putem imprima obiecte în același mod în care tipărim facturile, foile și e-mailurile? Imprimarea 3D nu se va generaliza în curând și iată câteva provocări și probleme care trebuie abordate mai întâi.

• Hardware prohibitiv de scump
• Baza limitată de utilizatori (comparativ cu imprimantele tradiționale)
• Tehnologia imature
• Viteză
• Preț/performanță, ROI
• Costuri de funcționare
• Eficienta energetica

Cu fiecare nouă generație, imprimantele 3D entry-level devin puțin mai ieftine, dar sunt încă prea scumpe pentru majoritatea potențialilor utilizatori. Un lucru este să cumperi o imprimantă de 200 de dolari pentru acasă sau la birou, probabil că vei ajunge să o folosești foarte mult, dar nu același lucru este neapărat valabil și pentru imprimantele 3D. Câți oameni trebuie să imprime documente și câți trebuie să imprime obiecte 3D?

Tehnologia se îmbunătățește, dar persistă limitări serioase. Imprimantele 3D sunt încă lente, sunt sensibile la tot felul de condiții adverse, „paturile de imprimare” lor tind să fie mici (mai ales pe modele ieftine), alegerea materialelor este limitată și filamentul poate fi costisitor.

Motivul pentru care companiile nu fac coadă pentru a cumpăra imprimante 3D este simplu: rentabilitatea investiției. Imprimantele 3D încă nu se pot apropia de metodele tradiționale de fabricație în ceea ce privește viteza, costul și eficiența energetică. Acest lucru nu înseamnă că industria nu va trece la imprimarea 3D în viitor; vedem deja unele dezvoltări de pionierat, dar imprimantele 3D nu vor face ca tehnicile tradiționale de fabricație să fie învechite în curând.

Cu toate acestea, există câteva excepții demne de remarcat. În urmă cu câțiva ani, General Electric și-a propus să proiecteze și să construiască o nouă duză de injecție de combustibil pentru următoarea generație a motorului cu turboventilator CFM LEAP, care va ajunge în sute de avioane de linie. GE s-a hotărât în ​​cele din urmă pe duze de titan imprimate 3D. Motivul? Noua duză imprimată 3D a ajuns să fie cu 25% mai ușoară decât designul anterior și a constat dintr-o singură piesă în loc de 18 pe vechea duză. Durabilitatea este de așteptat să fie de cinci ori mai bună. Aceste duze vor fi folosite la motoarele fabricate în 2016 și ulterior. GE speră să producă peste 100.000 de piese imprimate 3D până la sfârșitul deceniului.

O echipă de ingineri GE a decis să creeze o replică funcțională a unuia dintre motoarele companiei, folosind o nouă tehnică de imprimare granulară denumită „topire cu laser metal”.

Pe scurt, nu, nu veți cumpăra jucării imprimate 3D pentru 2 USD în curând, dar veți zbura cu avioane propulsate de motoare mai eficiente și mai fiabile, posibile prin imprimarea 3D. Nu va exista nicio ciocolată imprimată 3D în mall-ul tău local, cel puțin nu încă, dar dentistul tău îți va spune că probabil nu este o idee bună să mănânci ciocolată oricum, imediat după ce îți iei proteza imprimată 3D.

Există o altă cale: servicii de realizare a imprimării 3D

Deci, aveți o idee grozavă pentru un produs, dar mai întâi aveți nevoie de o serie mică de prototipuri. pe cine suni? Cumperi o grămadă de imprimante 3D? Sau pur și simplu trimiteți designul unui serviciu de execuție care vă va livra modelele finalizate în câteva zile?

Un serviciu de realizare a imprimării 3D pare o alegere fără probleme și aceasta este direcția pe care pare să o ia industria. Multe ținute de imprimare 3D au lansat servicii similare și colaborează cu alți lideri din industrie. Un exemplu al acestei relații simbiotice este Stratasys Direct Express, care a încheiat recent un parteneriat cu Adobe și a activat integrarea Photoshop CC, oferind imprimare 3D color pentru designeri profesioniști.

Google și Motorola nu au investit miliarde în propriile lor facilități de imprimare 3D când au dezvăluit conceptul de smartphone modular Ara. Au externalizat producția de module către 3D Systems. Acest exemplu subliniază, de asemenea, potențiala flexibilitate a producției aditive: Ara se bazează pe un exoschelet din aliaj umplut cu diverse module standardizate care ar putea fi imprimate 3D. Deoarece modulele trebuie să se conecteze la exoschelet, 3D Systems a dezvoltat o nouă tehnică de depunere a materialelor conductoare în componentele imprimate, care este departe de prototiparea tradițională a imprimantei 3D.

Serviciile de realizare 3D oferă de obicei mai multe tehnologii de imprimare diferite, hardware de ultimă oră și asistență. De ce să vă deranjați să obțineți o imprimantă de 2.000 USD când puteți pur și simplu să vă trimiteți desenele profesioniștilor și să utilizați oricare dintre o varietate de imprimante profesionale, dintre care unele costă mai mult decât acasă? Și să nu uităm de economia de scară; serviciile mari pot și ar trebui să ofere un raport preț/performanță superior în comparație cu tipărirea internă.

După părerea mea, aceasta este calea de urmat. Acest model de afaceri simplu are multe de oferit și este greu de văzut cum oamenii și întreprinderile mici ar putea concura pe un teren de joc egal. În ceea ce privește prețul, dimensiunea și consumul de energie, o imprimantă 3D profesională are mai multe în comun cu o mașină de tipar decât LaserJet și câți oameni au nevoie de o presă de tipar în casa sau la birou?

(Una dintre nemulțumirile mele este numele în sine. Când menționezi o „imprimantă” în conversație, majoritatea oamenilor se gândesc la imprimanta lor cu jet de cerneală de acasă sau la imprimanta de birou. Deși este adevărat că imprimantele 3D sunt imprimante, nu au prea multe în comună cu imprimantele tradiționale, iar această distincție este adesea pierdută pentru profani. Dacă am continua să le numim mașini de producție aditivă, aceasta nu ar fi o problemă.)

Imprimare 3D pentru designeri și dezvoltatori

Ce înseamnă toate acestea pentru designerul vizual sau inginer de software obișnuit? Va schimba imprimarea 3D modul în care facem afaceri? Va permite prototiparea rapidă sau chiar producția ieftină la scară mică? Când vom găti niște paste Barilla imprimate 3D pentru prânz?

Mă tem că nu există un răspuns simplu pentru că îl poți privi din mai multe perspective. Totul depinde de afinitățile și obiectivele tale personale.

Există câteva moduri diferite în care designerii și dezvoltatorii pot fi implicați în imprimarea 3D:

• Participarea la inițiative open-source (RepRap)
• Utilizarea instrumentelor profesionale de proiectare (Adobe CC)
• Integrarea funcționalității de imprimare în aplicații (platforma de printare Spark 3D a Autodesk)
• Utilizarea serviciilor de realizare a imprimării 3D
• Integrarea serviciilor de realizare a imprimării 3D

Cele mai multe inițiative open-source sunt orientate către utilizatori individuali, pasionați. Ele sunt, de asemenea, valoroase pentru educație și pot stimula multă inovație. Dezavantajul este că nu sunt mulți bani de făcut în această nișă. Este în mare parte o muncă de dragoste. Vestea bună este că bara este setata destul de jos; puteți obține o imprimantă entry-level și o mulțime de filamente de plastic pentru mai puțin de 500 USD. Puteți obține o imprimantă 3D ieftină și relativ bună la prețul unui smartphone bun.

Integrarea capacităților de proiectare și imprimare 3D s-ar putea dovedi mai profitabilă pe termen lung. Designerii nu trebuie să facă tot posibilul să experimenteze imprimarea 3D, deoarece este deja accesibilă prin pachete software de top. Mai devreme sau mai târziu, un client va începe să pună întrebări despre prototipurile imprimate 3D sau despre producția la scară mică, așa că, în funcție de nișa dvs., ar putea fi o idee bună să faceți puțină cercetare.

Rămânem cu elefantul în cameră: servicii de realizare prin imprimare 3D.

Externalizarea imprimării 3D prin cloud

La prima vedere, serviciile de fulfilment par a fi răspunsul la toate. Ei pun serviciile profesionale la îndemâna persoanelor fizice, a startup-urilor și a întreprinderilor mici care altfel nu și-ar putea permite anumite tehnici de imprimare, cum ar fi sinterizarea cu laser sau stereolitografia. Ele sunt practic singura modalitate viabilă de a integra imprimarea 3D într-o gamă de servicii diferite, în principal prin intermediul aplicațiilor mobile și web bazate pe cloud.

Deci care sunt dezavantajele? Nu sunt multe.

Serviciile de realizare la scară industrială sunt un concept relativ nou. Cu toate acestea, disponibilitatea este încă limitată. Sigur, dacă trebuie să imprimați câteva zeci de prototipuri de titan în California, nu va fi o problemă, dar ce se întâmplă dacă trebuie să faceți exact același lucru în Botswana sau Bahrain? Va fi mai scump, deoarece modelele fabricate vor trebui să fie expediate pe tot globul. Fabricarea la fața locului sună bine, dar s-ar putea dovedi prohibitiv de costisitoare

Desigur, producția la fața locului are multe de dorit; dacă o afacere trebuie să repete și să revizuiască rapid design-urile, atunci viteza și comoditatea prototipării rapide a imprimantelor 3D nu pot fi egalate de serviciile de imprimare. Aceasta este o nișă relativ strânsă, dar nu este deloc mică. Studiouri de proiectare, arhitecți, ingineri, diverse departamente de întreținere, logistică, educație; toți au nevoie de imprimante la fața locului. În plus, dacă aveți nevoie de o piesă de schimb tipărită pe Stația Spațială Internațională, nu puteți suna exact Amazon. Pe de altă parte, imprimarea 3D în spațiu ar fi făcut ca exploatările echipajului Apollo 13 să pară mai puțin impresionante. Nu e de mirare că NASA le experimentează deja în spațiu.

Este de remarcat faptul că imprimantele 3D pot fi folosite pentru a imprima mai mult decât piese de schimb și componente pasive. Ele pot fi, de asemenea, folosite pentru a imprima componente electrice funcționale, de la difuzoare la plăci de circuite imprimate (PCB). Prototiparea PCB este o nișă bună, deoarece metodele tradiționale sunt lente și costisitoare. O imprimantă 3D cu o bobină de filament conductiv poate face, de obicei, trucul la fața locului, la timp și la buget.

Totuși, în ceea ce privește aplicațiile de pe piața de masă, sunt șanse ca acest spațiu să fie dominat de jucători mari precum Amazon, Stratasys, 3D Systems și, eventual, Hewlett-Packard. Pe măsură ce industria se maturizează, disponibilitatea la nivel mondial ar trebui să devină o problemă, prețurile vor scădea și noul hardware va oferi noi oportunități și calitate superioară.

În opinia mea, cea mai mare problemă cu care se confruntă industria în prezent este lipsa cazurilor de utilizare. Sigur, sună convenabil, dar pentru cine este ? Cum aducem produsele imprimate 3D în mâinile consumatorilor de masă?

Această întrebare nu este atât de simplă pe cât pare, deoarece fabricarea aditivă a fost promovată în ultimii ani. Încercați doar să căutați pe Google cazuri de utilizare a imprimării 3D și veți vedea ce vreau să spun: imprimarea 3D pare să fie răspunsul la toate problemele noastre, dar în realitate, cea mai mare parte este hype, bazată pe proiecții pe termen lung.

Așadar, am decis să includ cercetări dintr-o sursă imparțială: Biroul pentru Proprietatea Intelectuală din Marea Britanie. Lucrarea, intitulată The Current Status and Impact of 3D Printing Within the Industrial Sector: An Analysis of Six Case Studies este extinsă și examinează impactul potențial al producției aditive asupra mai multor industrii: auto, electrocasnice, piese de schimb, bunuri personalizate, inginerie inversă. , jocuri și grafică generată de computer.

Produsele personalizate și modelele derivate din CGI se remarcă drept cele mai realiste cazuri de utilizare pentru liber profesioniști, așa că haideți să aruncăm o privire mai atentă.

Producție personalizată

Unul dintre cele mai mari avantaje ale producției aditive față de metodele tradiționale de fabricație este capacitatea de a produce modele unice sau serii mici. Cât timp ar dura pentru a crea o jucărie din plastic folosind producția tradițională? Ai nevoie de o mulțime de echipamente, matrițe turnate și altele. Cu imprimarea 3D, este doar o chestiune de a selecta un cadru fir și de a face clic. Aceasta înseamnă că este posibil să se producă modele unice, adaptate pentru a satisface nevoile diferiților clienți.

Fabricarea aditivă poate permite consumatorilor obișnuiți să proiecteze și să personalizeze diverse produse înainte de a face o achiziție. Acest lucru se poate face folosind aplicații desktop profesionale sau chiar aplicații web și mobile. Nimeni nu se așteaptă ca consumatorul mediu să proiecteze un articol de la zero, dar chiar și un copil ar putea personaliza o jucărie folosind o aplicație mobilă simplificată.

O astfel de platformă ar trebui să includă o mulțime de opțiuni de culori sau decalcomanii diferite, împreună cu wireframes-urile 3D în sine. În plus, ar trebui să fie posibil să se creeze modele modulare, astfel încât, dacă copiii personalizează o mașină de jucărie sau o păpușă, ar putea alege între zeci de componente diferite, dar compatibile, care ar fi asamblate pentru a realiza produsul.

Da, în loc să personalizeze mediile virtuale în aplicații și jocuri, copiii născuți astăzi își vor putea personaliza jucăriile reale sau își vor transforma personajele jocurilor video în figuri de acțiune. Te cam face să-ți dorești să te fi născut câteva decenii mai târziu, nu-i așa?

Iată câteva cazuri de utilizare personalizate de imprimare 3D, cu atractivitate pe piața de masă:

• Jucării
• Bijuterii personalizate
• Produse de bricolaj și hobbyist
• Accesorii de modă și gadget
• Aparatură și articole de uz casnic personalizate

Cu toate acestea, produsele nu trebuie să fie personalizate pentru a se potrivi cu gustul dumneavoastră; ar putea fi, de asemenea, făcute pentru a se potrivi perfect cu fizicul tău, ca un costum croit. Este posibil ca aceste produse să nu aibă atractivitatea pe piața de masă a jucăriilor personalizate, dar asta nu le face mai puțin interesante. De fapt, le găsesc mult mai interesante decât o broșă sau o păpușă personalizată.

Iată doar câteva exemple:

• Stomatologie digitală
• Chirurgie (machete pentru antrenament, articulații de înlocuire imprimate 3D)
• Protetica avansata
• Echipamente și îmbrăcăminte personalizate pentru diverse profesii
• Echipament sportiv si accesorii

Sigur, aceste aplicații nu au aproape același atracție emoțională ca cele pe care le-am menționat mai devreme, dar în marea schemă a lucrurilor ar putea fi la fel de profitabile și importante, mai ales când iei în considerare aplicațiile medicale.

Implicațiile și viitorul imprimării 3D

Deci, care este concluzia? Va schimba imprimarea 3D peisajul industrial? Este cu adevărat următoarea revoluție industrială?

Imprimarea 3D sau fabricarea aditivă este o tehnologie foarte promițătoare, dar imatură. În mod clar, are mult potențial, dar încă nu suntem aproape de a realiza acest lucru, deși industria înregistrează o creștere semnificativă.

De fapt, piața serviciilor de imprimare 3D, hardware și materiale, a crescut cu o rată sănătoasă de două cifre de ani de zile. Majoritatea analiștilor se așteaptă ca piața să se dubleze până la sfârșitul deceniului, depășind pragul de 10 miliarde de dolari. Poate părea o mulțime de bani, dar să o punem în perspectivă: aceiași analişti se așteaptă ca livrările anuale de smartphone-uri pentru 2015 să ajungă în intervalul de 1,3 până la 1,4 miliarde de unități.

Privind dincolo de hype, imprimarea 3D este o tehnologie cu atractivitate limitată, cel puțin în acest stadiu incipient. Cu toate acestea, vom continua să vedem creștere și dezvoltare în viitorul apropiat, susținute de noi cazuri de utilizare. Multe dintre aceste cazuri de utilizare și modele de afaceri se vor baza pe servicii de imprimare 3D. Aceasta este o veste bună pentru întreprinderile mici și persoanele fizice, deoarece vor putea folosi infrastructura terță parte cu relativă ușurință. Nu vor trebui să cumpere zeci de imprimante, pur și simplu vor integra câteva API-uri în platforma lor și atât.

Pe termen scurt, acesta este viitorul imprimării 3D, cel puțin din perspectiva pieței de masă.