3D-принтер - это не репликатор из Star Trek

АрхивСтатьи

Говорят, что 3D-принтеры перевернут мир. Возможно, так и будет, но не по той причине, которую обычно называют. Дело в том, что 3D-принтеры - не то, чем кажутся.

В отличие от обычных принтеров, 3D-принтеры печатают не фотографии и тексты, а вещи. В остальном они действительно очень похожи: у 3D-принтера тоже есть "печатающая" головка и "чернила" (точнее, заменяющий их рабочий материал). Некоторые 3D-принтеры формируют объекты из расплавленного пластика или склеивают их из специального порошка на основе гипса или крахмала. Другие используют в качестве рабочего материала жидкий фотополимер, который затвердевает при обработке ультрафиолетовым лазером. Третьи - спекают металлический порошок с помощью лазерного или электронного луча.

Какая бы технология ни использовалась, общий принцип один. Головка, движением которой управляет компьютер, строит объект из тонких слоёв рабочего материала. Придав одному слою форму печатаемого предмета в разрезе, она перемещается на шаг выше и начинает наносить следующий. Так продолжается до тех пор, пока работа не будет закончена.

Я описываю это для того, чтобы с самого начала разделить реальную машину, которую обозначают термином 3D-принтер, и радужные ожидания, которые возникают у людей, когда они впервые узнают о существовании 3D-принтеров.

Дело в том, что сообщения о подобных устройствах падают на хорошо удобрённую массовой культурой почву. Специальные устройства, способные из ничего изготовить всё, что потребуется, кочуют по научно-фантастическим романам не первое десятилетие. В 3D-принтерах многие увидели именно практическую реализацию старой мечты.

Рассуждения оптимистов обычно строятся так: не беда, что современным 3D-принтерам далеко до "репликаторов" из Star Trek или "полевых синтезаторов" из книг Стругацких. Важно то, что это первый шаг именно к таким устройствам.

Тем, кто всё ещё сомневается, предлагают вспомнить историю обычных принтеров, печатающих чернилами на бумаге. В начале восьмидесятых они представляли собой громоздкие агрегаты сомнительной полезности - не лучше, чем 3D-принтеры сейчас. Но прошло лишь несколько лет, и всё изменилось. После появления компьютерной вёрстки и распространения ПК принтеры стали обязательным атрибутом каждого офиса.

На этот раз ставки выше, чем тридцать лет назад. Общедоступность недорогих, но мощных 3D-принтеров приведёт к демократизации производства, а это способно поставить под вопрос существование целых отраслей. При этом те, кто сумеет обернуть перемены в свою пользу, окажутся в исключительно выгодной позиции (вспомните хотя бы миллиарды, которые Apple заработала на MP3-плеерах, пока рушилась музыкальная индустрия).

Такие ожидания не могут обойтись без последствий. В 2012 году 3D-принтеры упоминались в новостях чаще, чем когда-либо в прошлом. Немногочисленные производители этих машин уже делят шкуру неубитого медведя. Сначала стало известно о том, что корпорация 3D Systems, когда-то разработавшая первый 3D-принтер, приобрела фирму Z Corp - основоположника цветной 3D-печати. Спустя несколько месяцев объединились Stratasys и Objet, ещё два гиганта этого маленького рынка.

Тем временем внимание прессы привлёк бурный рост компании Makerbot Industries, выпускающей популярные любительские 3D-принтеры. Осенью её основатель попал на обложку журнала Wired. Параллельно выяснилось, что технология, позволяющая печатать электронные схемы (давний камень преткновения инженеров, работающих в этой области), наконец, придумана, а учёные предпринимают небезуспешные попытки использовать 3D-принтеры в медицине. Впрочем, публику, конечно, увлекло не это, а сообщения о 3D-печати оружия. Дальше всех продвинулись энтузиасты, сумевшие собрать таким способом штурмовую винтовку.

Последняя история - самый подходящий момент для того, чтобы вернуться с небес на землю. Винтовка, детали которой были напечатаны на 3D-принтере, развалилась на части после шестого выстрела. Иного и ждать не стоило: вопреки распространённому мнению, 3D-принтеры не универсальны. Это не репликаторы из Star Trek, не их несовершенные предшественники и даже не трёхмерный аналог обычного офисного принтера.

Скучная реальность заключается в том, что 3D-принтеры - это специализированные промышленные станки с числовым программным управлением. Они принципиально не подходят для изготовления огнестрельного оружия (во всяком случае, обычного). Их придумали совсем для другого.

Более того, не считая научно-фантастической репутации, в 3D-принтерах нет ничего особенного. Автоматическим изготовлением предметов занимаются далеко не только они. Станки с ЧПУ, предназначенные именно для этого, появились ещё в середине прошлого века. Правда, 3D-принтеры используют аддитивную технологию, то есть добиваются нужной формы, наращивая слои рабочего материала, а не стачивая лишние части заготовки, но суть от этого не меняется.

У любого инструмента есть задача, для решения которой он подходит лучше всего. 3D-принтеры не исключение. Их уникальная особенность заключается в том, что скорость 3D-печати зависит не от сложности, а только от величины изготавливаемого объекта. Это значит, что они идеально подходят для производства очень сложных деталей.

По всем прочим критериям они уступают более распространённым видам промышленного оборудования. Рабочий материал - это, как правило, пластик или металлический порошок, поэтому детали получаются хрупкими. Предметы должны целиком умещаться внутри 3D-принтера - это жёстко ограничивает их размер. Точность печати тоже оставляет желать лучшего.

Даже скорость изготовления сложных объектов - вовсе не такой большой плюс, как может показаться. Простые детали требуются гораздо чаще сложных, а их быстрее и дешевле изготавливать традиционными методами.

Возможно, хрупкость напечатанных предметов - это проблема, которую можно решить. Наверняка кто-то уже работает над этим. Можно повысить точность. Можно научиться печатать электронные компоненты. Скорость, вероятно, тоже несколько возрастёт. Но даже это не приведёт к тому, что вместо штамповочных прессов заводы бросятся покупать 3D-принтеры.

Ниша 3D-принтеров - штучное производство. Они справляются с этой задачей заведомо лучше, чем любые другие станки, но безнадёжно проигрывают им в ситуациях, когда ценится не уникальность каждого продукта, а скорость, надёжность и низкая цена.

При этом в своей нише 3D-принтеры процветают и сейчас - революций не требуется. С их помощью конструкторские бюро изготавливают прототипы новых продуктов. Они необходимы ремонтникам, сталкивающимся с редкими приборами. Киношники печатают на 3D-принтерах детали реквизита, а медики - элементы протезов, подогнанные под каждого пациента в отдельности.

Чтобы случилась "новая промышленная революция", которую предрекают сторонники 3D-печати, необходимо, чтобы эта ниша расширилась на много порядков. Обычные люди должны предпочесть штучные товары гораздо более дешёвым продуктам массового производства. Но зачем им это?

Получить ответ на такой вопрос поразительно трудно. Энтузиасты, выкладывающие сотни долларов за "Мейкерботы" и вручную собирающие RepRap, смущённо рассказывают, что на 3D-принтере можно печатать вешалки для одежды, пуговицы и другие полезные по хозяйству вещи. В чём их преимущество перед обычными пуговицами и вешалками? Преимущества нет.

Окружающие нас "полезные в хозяйстве" вещи на удивление редко нуждаются в персонализации. Во всяком случае, персонализации того рода, которую могут предложить 3D-принтеры. Зато они прекрасно приспособлены для конвейерного изготовления. И в этом нет ничего удивительного. Много десятилетий пути развития техники диктовала экономика. Изобретения, которые трудно поставить на поток, никого не интересовали.

3D-принтеры не могут не уступать традиционным методам производства, когда речь идёт о вещах, которые разрабатывались, усовершенствовались и эволюционировали в среде, где выживание продукта зависит от скорости и дешевизны его производства. Чтобы конкуренция стала равной, должны появиться предметы, оптимизированные для 3D-печати и невозможные без неё.

Как будет выглядеть вешалка, придуманная специально для изготовления на 3D-принтере? Впрочем, вешалка - это плохой пример. Как будет выглядеть штурмовая винтовка, переизобретённая под 3D-печать? Иной способ производства и материалы накладывают совсем другие ограничения и предоставляют совсем другие возможности. Скорее всего, она будет напоминать обычную винтовку примерно в той же степени, в какой глубоководная рыба похожа на говорящего попугая.

Это, похоже, единственный путь, который позволит 3D-печати выйти за пределы узкой ниши и оправдать хотя бы часть надежд, которые на неё возлагают.