Революции не будет

Виктор Вагнер
(«ХиЖ», 2017, №12)

pic_2017_12_46.jpg

Фото: Mika (flickr.com)



Уже много лет, наверное, с начала века, издания, которые хоть как-то следят за новостями науки и техники, обещают нам скорое наступление эпохи 3D-печати. Кажется, вот-вот уйдут в прошлое нелепые ситуации, когда купить новую вещь едва ли не проще, чем найти копеечную запчасть для старой, вроде крышечки для объектива фотоаппарата. Можно будет зайти в киоск на углу или к приятелю — любителю помастерить, скачать из интернета файл с описанием модели, и за несколько минут умная машина изготовит искомую крышечку. А еще 3D-печать — идеальный инструмент для художников. Творишь себе на экране, в виртуальном пространстве, а чудесная машинка превращает трехмерное изображение в реальный предмет.

Увы, эта эпоха все не наступает. Нет ни сети киосков 3D-печати, подобных сети фотографических мини-лабов, которые существовали на излете пленочной фотографии, хотя уже сейчас 3D-принтеры не дороже тех проявочных автоматов, ни волны распространения таких устройств среди любителей что-то делать своими руками. Хотя еще в 2006 году я писал у себя в Живом журнале про проект reprap — попытку разработать 3Dпринтер, способный напечатать все детали себя самого. Появись такие машины, они стали бы размножаться как саранча. Пришел в гости к приятелю, увидел машинку, говоришь: «Я тоже такую хочу», а приятель: «Нет проблем, сейчас напечатаю. Только вот этот моторчик купить придется».

Очевидно, что, если бы 3D-принтеры оправдывали те ожидания, которые на них возлагаются, были бы и киоски 3D-печати на каждом углу, и домашние 3D-принтеры примерно у каждого десятого, и разные порошки для этих принтеров продавались бы- в обычных супермаркетах. Но ничего этого нет.

Я вижу две причины такой ситуации.

Первая причина — техническая. 3D-принтер может далеко не все. Современная техника использует множество разных материалов — металлы и сплавы, керамику, пластмассы, стекло. И каждый из них применяется там, где необходимы именно его свойства.

Идея 3d-печати заключается в том, что все необходимые детали формируются прямо на рабочем столе принтера из одного и того же порошка, в крайнем случае из нескольких, менее десятка, которые можно заправить в один картридж, примерно как чернила разных цветов в цветном принтере. Кроме того, условия, в которых этот порошок должен превращаться в монолитное изделие, попадают в довольно узкий диапазон.

Человеческая цивилизация за несколько тысяч лет своей истории разработала множество способов обработки материалов: точение, фрезеровку, ковку, штамповку, литье.

Многие из этих способов, например ковка или штамповка, меняют не только форму материала, но и его внутреннюю структуру, делая возможным создание изделий с лучшими механическими свойствами, чем просто при резке. 3D-принтеру это недоступно.

Другие методы, такие как литье в форму, позволяют работать с материалами, которые твердеют не сразу, а требуют часов, если не дней. 3D-принтер так тоже не может. Ему требуется материал, каждый новый слой которого за секунды становился таким твердым, чтобы не только удерживаться на предыдущем, но и выдерживать нагрузку последующих.

Кстати, любой способ обработки материала имеет свои ограничения на формы, которые с его помощью можно придать изделию. При обработке резанием приходится предусматривать технологические отверстия и пазы, чтобы отвести режущий инструмент, литье требует задуматься о том, куда будут выходить образующиеся при остывании материала газы и т. д.

pic_2017_12_47.jpg

Фото: Brian Suda (flickr.com)

3D-печать в этом смысле не исключение. Далеко не всякая форма будет устойчиво стоять на столе 3D-принтера и терпеливо дожидаться, пока головка сформирует вышележащую часть изделия. С внутренними полостями, которые необходимо перекрыть сверху, тоже есть некоторые сложности.

Кроме того, в нашей практике очень распространены композитные материалы, в которых из одного материала создается каркас, обеспечивающий прочность на разрыв, а другой придает изделию жесткость или упругость. Железобетон, стеклопластик, текстолит, резина с кордом — все эти материалы просто так не напечатаешь.

Даже если удастся создать 3D-принтер, работающий с материалами сложной структуры, он будет дорогим и медленным, и его будет целесообразно использовать только в особых случаях. Например, при собирании органов для трансплантации из выращенных в культуре клеток или изготовлении ракетных двигателей, причем не серийных, а экспериментальных, когда возможность изменить форму изделия, не переделывая разнообразную оснастку, оказывается важнее, чем некоторое ухудшение механических свойств и замедление процесса изготовления.

А еще есть такая технология, как порошковая металлургия. Она появилась уже несколько веков назад и тоже, как и 3D-печать, формирует изделия из порошка. Но поскольку порошок при этом засыпают в форму, удерживающую геометрию изделия до завершения процесса спекания, диапазон доступных режимов давления и температуры, которые можно применять для превращения порошка в монолит, гораздо шире. Правда, необходимость изготовления формы существенно усложняет и замедляет изготовление уникальных изделий по сравнению с 3D-печатью.

Вторая причина — экономическая. Она заключается в том, что Земля большая и хорошо связана транспортными артериями. Поэтому почти любое изделие выгодно производить серийно, в специализированных цехах, и доставлять оттуда в любую точку планеты. А поскольку развитие интернет-торговли к тому же позволяет легко найти производителя, который уже изготовляет то, что нужно, или которому можно недорого заказать партию изделий, то и связываться с 3D-печатью зачастую нет смысла.

Вот почему уникальные изделия, те, в которых как раз наиболее ярко проявляются преимущества 3D-печати, нужны оказываются не так уж часто. Если мы почти полностью отказались от пошива одежды в ателье и покупаем в магазинах готовые рубашки, которые ближе к телу, что ж говорить о том, что от тела дальше?

Я полагаю, однако, что ниша для 3D-печати в технике есть. Такие же надежды, как на 3D, когда-то возлагались на пластмассы, металл и стекло (в строительстве), клеи. И тем не менее дома продолжают строить из кирпича, доски соединяют гвоздями, а железа и алюминиевых сплавов вокруг нас, пожалуй, не меньше, чем пластмасс. Но там, где это удобно и выгодно или даже просто красиво, мы видим и пластмассовые детали, и небоскребы из стекла и металла, и клеевые соединения.

Точно так же и изделия, изготовленные методом 3D-печати, найдут свое место в окружающем мире. Они не заменят штампованных или выточенных на станках изделий, а дополнят их. А литье и 3D-печать — это вообще дружественные технологии. Вот для изготовления моделей и форм для отливки 3D-печать практически идеальна.

Так что революции в технике не будет. Будет поступательное развитие.

123

Разные разности

07.08.2020 16:00:00

Планета Проксима b не случайно привлекает пристальное внимание астрономов. Ведь сразу после ее открытия выяснилось, что это почти Земля: массу оценили в 1,3 земных, причем расположена планета в обитаемой зоне, где возможна жидкая вода. Теперь же к расследованию присоединился точнейший спектрограф ESPRESSO.

>>
07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>