3D-печать: следует ли обратить внимание дизайнерам и разработчикам?

3D-печать — не новая технология, но последние достижения в нескольких областях сделали ее более доступной для любителей и бизнеса. По сравнению с другими технологическими секторами это все еще небольшая отрасль, но большинство аналитиков сходятся во мнении, что у нее большой потенциал. Но где потенциал для дизайнеров-фрилансеров и инженеров-программистов?

Один товарищ Toptaler спросил меня об этом пару недель назад, потому что я освещал 3D-печать в нескольких публикациях. У меня не было четкого ответа. Я не мог просто перечислить возможности для бизнеса, потому что это нишевая отрасль с ограниченным потенциалом роста и привлекательностью для массового рынка. Более того, 3D-печать все еще не является зрелой технологией, а это означает, что для дизайнеров и разработчиков, желающих сделать решающий шаг, не так много возможностей стандартизации и онлайн-ресурсов.

Однако это не означает, что возможности для бизнеса отсутствуют; они есть, но они ограничены. В этом посте я попытаюсь объяснить, что отличает индустрию 3D-печати и что фрилансеры могут ожидать в будущем.

3D-печать для любителей и бизнеса

Прежде всего, я думаю, нам нужно различать две очень разные ниши в 3D-печати или индустрии аддитивного производства.

На одном конце спектра у вас есть бесчисленные энтузиасты аппаратного обеспечения, разработчики программного обеспечения и дизайнеры, работающие над проектами с открытым исходным кодом. Проект RepRap воплощает этот экономичный и открытый подход лучше, чем любая подобная инициатива в отрасли. RepRap расшифровывается как Replicating Rapid Prototyper, и в основном это инициатива по разработке недорогих принтеров на основе технологии изготовления плавленых нитей (FFF). По сути, это технология моделирования наплавленных слоев (FDM), но RepRap не может использовать это название, поскольку оно было коммерциализировано компанией Stratasys. Когда срок действия патента компании на FDM истек, сообщество разработчиков открытого исходного кода приняло FDM, хотя и под другим названием.

В этом году RepRap исполнилось десять лет, а первые принтеры появились через несколько лет после запуска. К 2010 году проект RepRap находился в стадии разработки третьего поколения, и в течение следующих нескольких лет сообщество RepRap значительно выросло.

Одной из примечательных особенностей инициативы RepRap является самовоспроизведение; конечной целью проекта является создание 3D-принтера, который в конечном итоге будет воспроизводить себя. Мы еще не достигли этого, но некоторые конструкции RepRap позволяют пользователям печатать на три четверти принтера. Вы все еще не можете печатать экструдеры и электрические сервоприводы, но это только начало.

Однако RepRap никогда не должен был иметь коммерческий успех. Он был создан как технологическая инициатива, поэтому он никогда не был ориентирован на потребителя. Все дело было в разработке различных технологий и выводе их на рынок любителей по низкой цене. RepRap никогда не должен был быть дойной коровой.

Так что насчет большого бизнеса? Ряд пионеров отрасли уже стали тяжеловесами в области 3D-печати. К ним относятся Stratasys, 3D Systems, Ultimaker и Printbot. Принтеры RepRap по-прежнему занимают большую долю рынка, и их не вытесняют проприетарные платформы. Фактически, у большинства поставщиков нет другого выбора, кроме как принять некоторые стандарты RepRap, чтобы гарантировать совместимость.

Однако простое перечисление компаний, занимающихся 3D-печатью, и их доли на рынке не дает полной картины. Например, RepRap ограничен технологией FFF, которая сегодня является наиболее распространенной технологией 3D-печати. Проблема в том, что принтеры FFF имеют массу ограничений, а значит, их нельзя использовать во многих отраслях.

Разные технологии для разных приложений

Чтобы лучше понять, что там есть, нам нужно взглянуть на доступные в настоящее время технологии 3D-печати. Это может показаться неинтересным, если вы не разбираетесь в аппаратном обеспечении, но важно понимать разницу между различными технологиями печати (и я постараюсь сделать этот раздел как можно короче).

• FFF/FDM обычно основаны на термопластичной «нити», нагреваемой экструдером принтера перед нанесением на печатную платформу. Большинство принтеров FFF используют пластиковые нити ABS и PLA, но в последних моделях также используются нити из поликарбоната (ПК), полиэтилена высокой плотности (HDPE), ударопрочного полистирола (HIPS). Некоторые даже используют металлическую проволоку вместо пластика, а другие используют опилки для создания квазидеревянных объектов. Некоторые могут даже печатать еду, шоколад, макароны и так далее.

• Гранулированные принтеры — это совсем другие звери, поскольку их материал — не нить, а, как правило, металлический порошок. Эти принтеры, как правило, основаны на лазерной технологии (хотя они не имеют много общего с вашим офисным лазерным принтером). Они используют мощный лазер для выборочного сплавления гранулированных материалов. Есть несколько способов сделать это: принтеры селективного лазерного спекания (SLS) сплавляют мелкие металлические частицы в процессе «спекания», а принтеры селективного лазерного плавления (SLM) плавят порошок. Принтеры электронно-лучевой плавки (EBM) поражают металлический порошок электронным лучом в вакуумной среде.

• Принтеры стереолитографии (SLA) преобразуют жидкое сырье в твердое вещество с помощью света. Эти принтеры имеют ряд преимуществ с точки зрения точности и возможности создавать сложные объекты за один проход, поскольку в большинстве случаев печать SLA не требует распорок или опор. Минус в том, что выбор материалов очень ограничен. Обычно это экзотические жидкие полимеры, и их нельзя использовать для печати на металле или шоколаде.

Существует еще несколько технологий 3D-печати, но я не вижу смысла описывать их все в рамках этой статьи.

Соревнование

Так почему же мы все не играем с 3D-принтерами в наших домах и офисах? Почему мы не можем печатать объекты так же, как мы печатаем счета, листы и электронные письма? 3D-печать не станет мейнстримом в ближайшее время, и вот некоторые проблемы и проблемы, которые необходимо решить в первую очередь.

• Запредельно дорогое оборудование
• Ограниченная база пользователей (по сравнению с традиционными принтерами)
• Незрелая технология
• Скорость
• Цена/производительность, рентабельность инвестиций
• Эксплуатационные расходы
• Энергоэффективность

С каждым новым поколением 3D-принтеры начального уровня становятся немного дешевле, но все еще слишком дороги для большинства потенциальных пользователей. Одно дело купить принтер за 200 долларов для дома или офиса, вы, вероятно, будете часто его использовать, но то же самое не обязательно относится к 3D-принтерам. Сколько людей нужно для печати документов и сколько нужно для печати 3D-объектов?

Технологии совершенствуются, но сохраняются серьезные ограничения. 3D-принтеры по-прежнему медленные, чувствительны ко всевозможным неблагоприятным условиям, их «печатные столы» имеют тенденцию быть небольшими (особенно на недорогих моделях), выбор материалов ограничен, а филамент может быть дорогим.

Причина, по которой компании не выстраиваются в очередь за 3D-принтерами, проста: рентабельность инвестиций. 3D-принтеры до сих пор не могут приблизиться к традиционным методам производства с точки зрения скорости, стоимости и энергоэффективности. Это не означает, что в будущем промышленность не перейдет на 3D-печать; мы уже видим некоторые новаторские разработки, но 3D-принтеры не сделают традиционные технологии производства устаревшими в ближайшее время.

Тем не менее, есть некоторые примечательные исключения. Пару лет назад General Electric приступила к разработке и созданию новой форсунки для впрыска топлива для своего турбовентиляторного двигателя CFM LEAP следующего поколения, который обязательно будет установлен на сотнях авиалайнеров. В конце концов GE остановилась на титановых форсунках, напечатанных на 3D-принтере. Причина? Новое сопло, напечатанное на 3D-принтере, оказалось на 25 процентов легче, чем предыдущая конструкция, и состояло из одной детали вместо 18 в старом сопле. Ожидается, что долговечность будет в пять раз лучше. Эти форсунки будут использоваться в двигателях, выпущенных в 2016 году и позже. GE надеется произвести более 100 000 деталей, напечатанных на 3D-принтере, к концу десятилетия.

Команда инженеров GE решила создать рабочую копию одного из двигателей компании, используя новую технику гранулированной печати, получившую название «лазерное плавление металла».

Короче говоря, нет, вы не будете покупать 3D-печатные игрушки за 2 доллара в ближайшее время, но вы будете летать на авиалайнерах с более эффективными и надежными двигателями, которые стали возможными благодаря 3D-печати. В вашем местном торговом центре не будет шоколада, напечатанного на 3D-принтере, по крайней мере, пока, но ваш стоматолог скажет вам, что, вероятно, есть шоколад в любом случае не очень хорошая идея, сразу после того, как вы получите протез, напечатанный на 3D-принтере.

Есть и другой способ: выполнение услуг 3D-печати

Итак, у вас есть отличная идея для продукта, но сначала вам нужна небольшая серия прототипов. Кому ты звонишь? Вы покупаете кучу 3D-принтеров? Или вы просто отправляете дизайн в службу исполнения, которая доставит вам готовые модели в течение нескольких дней?

Услуга 3D-печати кажется беспроблемным выбором, и отрасль, похоже, движется именно в этом направлении. Многие компании, занимающиеся 3D-печатью, запустили аналогичные услуги и сотрудничают с другими лидерами отрасли. Одним из примеров такого симбиоза является Stratasys Direct Express, которая недавно стала партнером Adobe и включила интеграцию Photoshop CC, предлагая цветную 3D-печать для профессиональных дизайнеров.

Google и Motorola не вкладывали миллиарды в собственные средства 3D-печати, когда представили концепцию модульного смартфона Ara. Они передали производство модулей 3D Systems. Этот пример также подчеркивает потенциальную гибкость аддитивного производства: Ara основан на экзоскелете из сплава, заполненном различными стандартизированными модулями, которые можно распечатать на 3D-принтере. Поскольку модули должны подключаться к экзоскелету, 3D Systems разработала новую технику нанесения проводящих материалов на печатные компоненты, которая далека от традиционного прототипирования на 3D-принтере.

Услуги 3D-выполнения обычно предлагают несколько различных технологий печати, передовое оборудование и поддержку. Зачем покупать принтер за 2000 долларов, если вы можете просто отправить свои проекты профессионалам и использовать любой из множества профессиональных принтеров, некоторые из которых стоят дороже, чем ваш домашний? И давайте не будем забывать об экономии за счет масштаба; крупные службы могут и должны предлагать лучшее соотношение цены и качества по сравнению с внутренней типографией.

На мой взгляд, это путь. Эта простая бизнес-модель имеет много преимуществ, и трудно понять, как отдельные лица и малые предприятия могут конкурировать на равных. С точки зрения цены, размеров и энергопотребления профессиональный 3D-принтер имеет больше общего с печатным станком, чем ваш LaserJet, а скольким людям нужен печатный станок дома или в офисе?

(Одна из моих любимых неприятностей — это само название. Когда вы упоминаете «принтер» в разговоре, большинство людей думают о своем домашнем струйном принтере или офисном принтере. обычное дело с традиционными принтерами, и это различие часто упускается из виду неспециалистами. Если бы мы просто продолжали называть их машинами для аддитивного производства, это не было бы проблемой.)

3D-печать для дизайнеров и разработчиков

Что все это значит для среднего визуального дизайнера или инженера-программиста? Изменит ли 3D-печать то, как мы ведем бизнес? Позволит ли это быстрое прототипирование или даже дешевое мелкосерийное производство? Когда мы приготовим на обед макароны Barilla, напечатанные на 3D-принтере?

Боюсь, простого ответа нет, потому что на это можно посмотреть с нескольких точек зрения. Все зависит от ваших личных предпочтений и целей.

Есть несколько разных способов, которыми дизайнеры и разработчики могут участвовать в 3D-печати:

• Участие в инициативах с открытым исходным кодом (RepRap)
• Использование профессиональных инструментов дизайна (Adobe CC)
• Интеграция функций печати в приложения (платформа 3D-печати Autodesk Spark)
• Использование услуг фулфилмента 3D-печати
• Интеграция сервисов выполнения 3D-печати

Большинство инициатив с открытым исходным кодом ориентированы на индивидуальных пользователей-любителей. Они также ценны для образования и могут способствовать многим инновациям. Недостатком является то, что в этой нише нельзя заработать много денег. В основном это труд любви. Хорошая новость заключается в том, что планка установлена ​​довольно низко; вы можете получить принтер начального уровня и много пластиковой нити менее чем за 500 долларов. Вы можете получить дешевый и относительно хороший 3D-принтер по цене хорошего смартфона.

Интеграция возможностей 3D-дизайна и печати может оказаться более прибыльной в долгосрочной перспективе. Дизайнерам не нужно изо всех сил экспериментировать с 3D-печатью, потому что она уже доступна через ведущие программные пакеты. Рано или поздно клиент начнет задавать вопросы о 3D-печатных прототипах или мелкосерийном производстве, поэтому, в зависимости от вашей ниши, было бы неплохо провести небольшое исследование.

Мы остались со слоном в комнате: услуги по выполнению 3D-печати.

Аутсорсинг 3D-печати через облако

На первый взгляд, фулфилмент-сервисы кажутся ответом на все вопросы. Они делают профессиональные услуги доступными для частных лиц, стартапов и малых предприятий, которые в противном случае не могли позволить себе определенные методы печати, такие как лазерное спекание или стереолитография. Это практически единственный жизнеспособный способ интеграции 3D-печати в ряд различных сервисов, в основном через облачные мобильные и веб-приложения.

Так какие минусы? Их не так много.

Услуги фулфилмента в промышленных масштабах — относительно новая концепция. Однако доступность по-прежнему ограничена. Конечно, если вам нужно напечатать несколько десятков титановых прототипов в Калифорнии, это не будет проблемой, но что, если вам нужно сделать то же самое в Ботсване или Бахрейне? Это будет дороже, потому что изготовленные конструкции придется развозить по всему миру. Производство на месте звучит хорошо, но может оказаться непомерно дорогим.

Конечно, производство на месте имеет много преимуществ; если бизнесу необходимо быстро повторять и пересматривать проекты, то скорость и удобство быстрого прототипирования на 3D-принтере не могут сравниться с услугами печати. Это относительно узкая ниша, но отнюдь не маленькая. Дизайн-студии, архитекторы, инженеры, различные службы эксплуатации, логистика, образование; всем им нужны локальные принтеры. Кроме того, если вам нужна распечатанная запасная часть на Международной космической станции, вы точно не сможете позвонить в Amazon. С другой стороны, 3D-печать в космосе сделала бы подвиги экипажа «Аполлона-13» менее впечатляющими. Неудивительно, что NASA уже экспериментирует с ними в космосе.

Стоит отметить, что 3D-принтеры можно использовать не только для печати запасных частей и пассивных компонентов. Их также можно использовать для печати рабочих электрических компонентов, от динамиков до печатных плат (PCB). Прототипирование печатных плат — хорошая ниша, потому что традиционные методы медленны и дороги. 3D-принтер с катушкой с токопроводящей нитью обычно справляется с поставленной задачей на месте, в срок и в рамках бюджета.

Тем не менее, что касается приложений для массового рынка, есть вероятность, что в этом пространстве будут доминировать крупные игроки, такие как Amazon, Stratasys, 3D Systems и, возможно, Hewlett-Packard. По мере развития отрасли доступность по всему миру должна перестать быть проблемой, цены будут снижаться, а новое оборудование будет предлагать новые возможности и превосходное качество.

На мой взгляд, самая большая проблема, с которой сейчас сталкивается отрасль, — это отсутствие вариантов использования. Конечно, звучит удобно, но для кого ? Как сделать так, чтобы продукты, напечатанные на 3D-принтере, попали в руки массового потребителя?

Этот вопрос не так прост, как кажется, потому что в последние годы аддитивное производство получило широкое распространение. Просто попробуйте поискать в Google варианты использования 3D-печати, и вы поймете, что я имею в виду: 3D-печать кажется решением всех наших проблем, но на самом деле по большей части это реклама, основанная на долгосрочных прогнозах.

Итак, я решил включить исследование из беспристрастного источника: Ведомства интеллектуальной собственности Великобритании. Документ под названием «Текущее состояние и влияние 3D-печати в промышленном секторе: анализ шести тематических исследований» является обширным и рассматривает потенциальное влияние аддитивного производства на несколько отраслей: автомобилестроение, бытовая техника, запасные части, индивидуальные товары, обратный инжиниринг . , игры и компьютерная графика.

Индивидуальные товары и дизайны, созданные с помощью компьютерной графики, выделяются как наиболее реалистичные варианты использования для фрилансеров, поэтому давайте рассмотрим их подробнее.

Индивидуальное производство

Одним из самых больших преимуществ аддитивного производства по сравнению с традиционными методами производства является возможность производить единичные конструкции или небольшие серии. Сколько времени потребуется, чтобы создать пластиковую игрушку с использованием традиционного производства? Вам понадобится куча оборудования, литые штампы и еще много чего. Для 3D-печати достаточно выбрать каркас и щелкнуть мышью. Это означает, что можно производить уникальные конструкции, адаптированные для удовлетворения потребностей различных клиентов.

Аддитивное производство может позволить обычным потребителям проектировать и настраивать различные продукты до совершения покупки. Это можно сделать с помощью профессиональных настольных приложений или даже веб-приложений и мобильных приложений. Никто не ожидает, что средний потребитель будет разрабатывать предмет с нуля, но даже ребенок может настроить игрушку с помощью упрощенного мобильного приложения.

Такая платформа должна была бы включать в себя множество различных вариантов цвета или деколи, а также сами 3D-каркасы. Более того, должна быть возможность создавать модульные конструкции, поэтому, если дети настраивают игрушечную машинку или куклу, они могут выбирать между множеством различных, но совместимых компонентов, которые будут собраны для создания продукта.

Да, вместо того, чтобы настраивать виртуальную среду в приложениях и играх, дети, родившиеся сегодня, смогут персонализировать свои настоящие игрушки или превращать своих персонажей из видеоигр в фигурки. Это как бы заставляет вас желать, чтобы вы родились на пару десятилетий позже, не так ли?

Вот несколько персонализированных вариантов использования 3D-печати для массового рынка:

• Игрушки
• Ювелирные изделия на заказ
• Товары для рукоделия и хобби
• Модные аксессуары и аксессуары для гаджетов
• Индивидуальная техника и предметы домашнего обихода

Однако продукты не обязательно персонализировать, чтобы они соответствовали вашему вкусу; они также могут быть сделаны так, чтобы идеально соответствовать вашему телосложению, как сшитый на заказ костюм. Эти продукты могут не иметь привлекательности для массового рынка персонализированных игрушек, но это не делает их менее захватывающими. На самом деле, я нахожу их гораздо более интересными, чем изготовленная на заказ брошь или кукла.

Вот лишь некоторые примеры:

• Цифровая стоматология
• Хирургия (макеты для тренировок, замена суставов на 3D-принтере)
• Продвинутое протезирование
• Индивидуальное оборудование и одежда для различных профессий
• Спортивное оборудование и аксессуары

Конечно, эти приложения не обладают такой же эмоциональной привлекательностью, как те, о которых я упоминал ранее, но в целом они могут быть столь же прибыльными и важными, особенно когда вы рассматриваете медицинские приложения.

Значение и будущее 3D-печати

Итак, в чем суть? Изменит ли 3D-печать промышленный ландшафт? Действительно ли это следующая промышленная революция?

3D-печать, или аддитивное производство, — очень многообещающая, но незрелая технология. У него явно большой потенциал, но мы все еще далеки от его реализации, хотя в отрасли наблюдается значительный рост.

На самом деле, рынок услуг, оборудования и материалов для 3D-печати уже много лет растет с двузначной скоростью. Большинство аналитиков ожидают, что к концу десятилетия рынок удвоится, превысив отметку в 10 миллиардов долларов. Это может показаться большой суммой, но давайте представим это в перспективе: те же аналитики ожидают, что ежегодные поставки смартфонов в 2015 году составят от 1,3 до 1,4 миллиарда единиц.

Не обращая внимания на шумиху, 3D-печать — это технология с ограниченной привлекательностью, по крайней мере, на этой ранней стадии. Тем не менее, мы продолжим наблюдать рост и развитие в обозримом будущем, опираясь на новые варианты использования. Многие из этих вариантов использования и бизнес-моделей будут основаны на услугах 3D-печати. Это хорошая новость для малых предприятий и частных лиц, поскольку они смогут относительно легко использовать стороннюю инфраструктуру. Им не придется покупать десятки принтеров, они просто интегрируют несколько API в свою платформу и все.

В краткосрочной перспективе это будущее 3D-печати, по крайней мере, с точки зрения массового рынка.