Какие бизнес-модели пойдут на слом в приближающуюся эпоху 3D-печати. Революционные технологии не обрушиваются на нас как снег на голову, а подступают исподволь, не спеша — до тех пор пока из «возни» всяческих энтузиастов, гиков и стартаперов не вырастает нечто, способное потрясти привычные уклады. Во всяком случае у человечества есть возможность привыкнуть.
Это примерно то, что сейчас происходит в области трехмерной печати — технологии, известной уже более тридцати лет: 3D-принтинг шагает по планете, осваивает новые материалы, масштабы и задачи, порождает сотни технологических стартапов — а мы воспринимаем его уже как что-то обыденное. Между тем это зона по-настоящему «подрывных инноваций»: дайте срок, и 3D-печать навсегда изменит ритейл, логистику и даже существующую промышленную парадигму. Зачем человечеству массовое производство на заводах-гигантах, если почти все необходимое каждый потребитель сможет задешево распечатать на принтере — была бы цифровая модель объекта под рукой? До такого распределенного производства пока еще далеко, но очертания будущего уже явственно угадываются.
Отпечатки реальности
3D-печать умеет уже очень многое. Несколько лет назад англичанин Стивен Пауэр попал на мотоцикле в страшную аварию, которая сильно изуродовала его лицо. Казалось, лицевые кости переломаны настолько сильно, что хирургам не удастся восстановить даже подобие его былой внешности. Однако все получилось: врачи отсканировали его череп с помощью томографа, создали объемную компьютерную модель, спроектировали крепежные имплантаты, поддерживающие кости в нужных местах, после чего отпечатали их на 3D-принтере в титане и вживили. Результат? По словам Стива, это изменило его жизнь, позволив вернуться в общество.
Случай Пауэра — лишь один из практически бесконечного списка удивительных и интересных применений 3D-печати — технологии, еще вчера считавшейся экспериментальной, а сегодня стучащейся в дома и офисы.
Способов объемной печати существует множество, но основных — три, и все они были изобретены в 1980-х годах.
Первый «кит» 3D-печати — стереолитография (SLA). Работает все довольно просто: в ванночку, заполненную твердеющим на свету полимером, на небольшую глубину (в доли миллиметра) погружают подложку и лазерным лучом рисуют на ней контуры объекта. Потом подложка опускается, и рисуется новый слой — и так далее, пока в растворе не «вырастает» вся модель.
Другой «кит» — печать расплавленным материалом (FDM): модель рисуется опять-таки слой за слоем каплями расплавленного пластика, которые выдает движущаяся в трех измерениях печатающая головка (ее называют экструдером).
Наконец, третий «кит» — это лазерное спекание (DMLS). Луч мощного лазера рисует модель слой за слоем в тонком (как правило, металлическом) порошке, образуя металлический монолит.
Строго говоря, существуют и другие технологии 3D-печати, но названные три покрывают львиную долю всех применений. У каждой из них свои достоинства и недостатки. Например, DMLS позволяет изготавливать металлические объекты, по качеству не уступающие продукции классической металлургии, однако оборудование обходится весьма дорого. В свою очередь, FDM-принтеры сравнительно дешевы, но их «распечатки» пока не очень прочны и точны. SLA-метод занимает промежуточное положение. Вот почему, классифицируя 3D-принтеры, лучше подразделять их по сферам применения, а не по особенностям конкретной технологии печати.
Серьезные и не очень
Технологическая гонка 3D-принтеростроителей идет уже давно и набирает обороты. Классификация принтеров вполне сложилась. На вершине — дорогие промышленные установки, внизу — дешевые бытовые, а промежуточное положение занимают устройства, которые принято относить к классу «просьюмерских» (от слияния двух слов — «промышленный» и «консьюмерский», то есть потребительский).
В сегменте промышленных трехмерных принтеров на рынке господствуют два гиганта, с которых 3D-печать и начиналась. Это американские компании 3D Systems и Stratasys. Обе специализируются на производстве дорогих крупных машин, позволяющих быстро изготовить прототип (почему 3D-печать долго и называли «технологией быстрого прототипирования») или уже готовую к эксплуатации деталь для любой отрасли промышленности — от здравоохранения и нефтегазодобычи до автомобиле- и авиастроения и даже «космоса». Разумеется, промышленные установки способны с большой точностью воспроизводить цифровые модели с допуском менее десятка микрон, производить крупногабаритные детали (серийная техника Stratasys работает с деталями объемом вплоть до кубометра) из самых разных материалов. «Распечатки» получаются гораздо более дешевыми по сравнению с изделиями, производимыми классическими методами — например, при помощи отливки. Самыми ярыми сторонниками объемной печати среди промышленных компаний сегодня считаются Boeing и General Electric. А еще промышленной 3D-печатью всерьез интересуются военные по крайней мере двух держав — США и Китая. Ход их мысли примерно таков: мобильные комплексы 3D-печати позволят в полевых условиях, на месте изготовлять все необходимое для ремонта военной техники — а значит, отпадет необходимость в больших складах запчастей и сложной логистике.
В сегменте бытовых трехмерных принтеров конкуренция куда жарче. Два упомянутых гиганта пытаются играть и здесь, обзаведясь собственными «потребительскими» структурными подразделениями (компания Cubify у 3D Systems и MakerBot у Stratasys), однако небольшие производители и стартапы тоже, похоже, уверенно оседлали «волну». Острая конкуренция навязывает свои правила игры: в борьбе за снижение себестоимости принтеров производители жертвуют точностью печати (толщина слоя — около 200 микрон), производительностью (на печать средних размеров объекта тратится около одного часа) и рабочим объемом устройства. Обычно такие аппараты печатают термопластиком ABS или биоразлагаемым пластиком PLA ($30–50 за кг), изделия из которого механически и термически не очень прочны.
И тем не менее — парадокс! — именно бытовые 3D-принтеры, фактически появившиеся на рынке лишь в последние три года, получили наиболее широкое распространение, да и вообще сформировали представления публики об «объемной печати» как таковой. И хотя говорить о проникновении в каждый дом пока рано, среди энтузиастов они уже очень популярны. А вокруг технологии стала формироваться своя экосистема разработчиков цифровых объектов и увлеченных пользователей.
Будущее производства и торговли ширпотребом прочитывается довольно четко: интернет-магазины с курьерской доставкой товаров выйдут из моды, потребитель станет покупать цифровые модели в онлайне, кастомизировать на свой лад — и распечатывать на 3D-принтере. (Что делать с пиратством и воровством дизайна в условиях, когда 3D-сканеры тоже станут распространенным бытовым устройством, — пока непонятно.) Как примерно будут выглядеть магазины цифровых моделей, можно увидеть уже сейчас — достаточно заглянуть в любую из открытых веб-коллекций 3D-моделей: Thingiverse.com, Shapeways.com и 123dapp.com. Отсюда можно позаимствовать готовый к печати объект, здесь можно разместить модель собственной разработки, чтобы ею воспользовались другие. Здесь огромное множество игрушек: миниатюрные фигурки людей, животных, образцов техники — они невероятно детальны, такое не вырежешь из дерева, не склеишь из бумаги. Здесь же каркасы и запчасти для техники настоящей, в частности дронов. Учебные пособия: модели атомов, кораблей и самолетов, анатомические схемы. Невероятных форм печатная бижутерия. Мелкая бытовая утварь: кнопки, ручки, панели, декорации для электронных устройств, подсвечники, вешалки и прочее.
Будущее производства и торговли ширпотребом прочитывается легко: интернет-магазины с курьерской доставкой выйдут из моды, потребитель станет покупать цифровые модели в онлайне, кастомизировать на свой лад — и распечатывать на 3D-принтере
Принтеры «просьюмерского» класса пытаются преодолеть недостатки, свойственные бытовым. Примером может служить аппарат Form 1 от компании Formlabs. Используя SLA-процесс, он позволяет печатать слоями толщиной всего 25 микрон, а минимальный размер «точки» составляет 300 микрон. Кроме того, поскольку отсутствует термическая усадка, напечатанный объект смотрится намного выигрышнее результатов работы бытовых 3D-принтеров: имеет правильную, равномерную текстуру на ощупь, визуально безупречную сетку слоев. Однако и цена такого устройства заметно выше — от $3 300. Предполагается, что основной спрос на «просьюмерские» устройства сформируют представители малого и среднего бизнеса, которым 3D-печать интересна, но промышленные установки не по карману.
Вероятно, именно просьюмерские 3D-принтеры первыми получат и встроенную функцию 3D-сканирования (дигитайзинга), которая требуется для выполнения обратной по отношению к печати операции — создания цифровой модели уже существующего объекта. Отдельно дигитайзеры уже продаются (например, MakerBot Digitizer за $949), но кажется логичным и технически несложным имплантировать эту функцию в сам принтер. В таком случае мы получаем уже не 3D-принтер, а 3D-копир, с помощью которого становится возможным быстро изготовить копии любого некрупного предмета. Некоторые аналитики считают даже, что именно функция 3D-копирования станет наиболее востребованным применением 3D-печати в ближайшем будущем.
Тотальный принт
Приятная новость в том, что параллельно и независимо от трех основных секторов в 3D-печати существует и развивается множество специфических альтернативных направлений. Например, в Китае и Голландии исследователи работают над увеличением размера рабочего пространства принтера — и уже пробуют печатать целые дома. Такой «принтер», созданный, например, компанией Dus Architects, представляет собой огромную конструкцию, по габаритам близкую к железнодорожному вагону. Печать ведется особым пластиком или бетоном, на выходе образуются отдельные панели и крупные элементы каркаса. Пока это больше эксперимент, нежели бизнес, но достоинства уже очевидны: напечатать обычный жилой коттедж можно за несколько дней по цене в пересчете на наши деньги от нескольких сот тысяч рублей — с минимальным привлечением рабочих рук и максимально дешевыми материалами. Отдельный плюс такого подхода — в отличие от традиционных методов строительства, здесь ничто не сдерживает фантазию: фактуру стен и элементы внутреннего убранства можно программировать чрезвычайно гибко.
Как и у всякой технологии, у 3D-печати появляются и нежелательные применения, контролировать которые весьма проблематично. Опытов с созданием «напечатанного» огнестрельного оружия было уже немало. Больше всех на этом поприще прославился американский «интернет-анархист» Коди Уилсон, спроектировавший и собственноручно испытавший первый печатный огнестрел, который он гордо назвал «Освободителем». Цифровые исходники теперь гуляют по Сети, обрастая изменениями и доработками. Уилсон доказал, что даже хрупкий термопластик в умелых руках может быть смертельно опасен. Впрочем, есть уже и металлическое печатное оружие: минувшей осенью сотрудники компании Solid Concepts спроектировали и успешно опробовали цельнопечатный металлический «браунинг».
Спектр применения 3D-принтеров весьма широк — от печати целых домов с помощью крупногабаритных установок (вверху) до изготовления бижутерии, сувениров и игрушек с помощью компактных настольных аппаратов
А пищевая 3D-печать? Создатели аппарата Foodini, например, надеются, что со временем 3D-принтер станет таким же обязательным атрибутом кухни, как микроволновка. Foodini по размеру схож с 3D-принтерами бытового класса, но сырьем для него служит не пластик, а съедобные вещества. Пользователь заливает измельченные «исходники» в пять контейнеров — мясное пюре, варенье, шоколадную массу, тесто, яйца и прочее, что понадобится, — после чего включает печать по нужной программе. На выходе можно получить равиоли с любой начинкой и любой мыслимой формы, бургеры, пиццу, шоколадные фигурки. Рецепты-программы можно составлять самому, а можно скачивать из Сети. Строго говоря, Foodini пока еще не построен, на него только собирают деньги (организована краудфандинговая кампания, что вообще типично для бытовых 3D-принтеров), но технических сложностей не предвидится — и, вероятно, уже в следующем году его можно будет приобрести в рознице.
Еще более яркие перспективы видятся для 3D-печати в медицине. Помимо уже отлаженного и сравнительно широко практикуемого изготовления таким образом всевозможных протезов — таза, рук, элементов черепа и почти целиком черепной коробки, зубов, слуховых аппаратов и прочего, — развивается экспериментальное направление так называемой 3D-биопечати. Биопечать предполагает создание кусков живой ткани или даже целых органов. Примером устройства, реализующего эту технологию, может служить Novogen MMX Bioprinter: функционально он схож с бытовыми 3D-принтерами, но в качестве сырья применен не пластик, а раствор живых клеток — капля за каплей по заданной программе «высаживаемых» на подложку и образующих в конце концов цельную ткань. Результат работы такого принтера полезен как минимум для фармацевтических компаний, которые используют напечатанную живую ткань (нервную, легочную, печеночную и т. д.) в ходе проверки эффективности новых лекарств. Так быстрее, дешевле и безопаснее, чем тестировать препараты на животных или человеке. Очевидна польза для трансплантологии: отпечатанные ткани теоретически можно приживить человеку. Но звездным часом 3D-биопечати должно стать создание полноценных органов — вроде печени, которую, как ожидается, можно будет печатать за считаные сутки. Пока, правда, так напечатали только человеческое ухо, да и его пришивать пациенту не рискнули, но такие опыты должны быть поставлены в ближайшие два года. Ведь тут на кону уже не деньги, а человеческие жизни: донорских органов постоянно не хватает, а биопечать позволит создавать новенькие органы буквально из ничего!
Впрочем, прежде чем это светлое будущее наступит, 3D-печати предстоит преодолеть множество не только технических, но и юридических и нравственных трудностей. Скажем, она должна пройти всестороннюю проверку и получить одобрение медрегуляторов, правозащитных организаций и, пожалуй, церкви. А бытовая и просьюмерская 3D-печать столкнулась с «пиратством»: поскольку ни технические, ни правовые средства защиты 3D-моделей еще не отработаны, их воруют, перепродают, распространяют без спроса и разрешения, модифицируют без согласия на то авторов.
Биопечать предполагает создание живых тканей и даже целых органов: раствор живых клеток слой за слоем высаживается на специальную подложку. Это ли не решение проблемы донорских органов?
Наконец, не совсем понятно, как ограничить явно незаконные применения 3D-печати. Возможностью очень точно копировать материальные объекты уже воспользовались, к примеру, скиммеры — воры, крадущие номера пластиковых карт с помощью шпионской электроники, несанкционированно устанавливаемой на банкоматы. Такую электронику необходимо тщательно маскировать — и тут очень пригодились 3D-принтеры: с их помощью оказалось легко изготовить декоративные панели, неотличимые от «фирменной» внешности банкоматов. Применение 3D-печати сильно поспособствовало успеху скиммерских операций: как показал опыт, «высокотехнологичные» мошенники уносят больше денег, потому что их аппаратура остается незамеченной дольше.
Дешевле, но лучше!
Никто, впрочем, не полагает всерьез, что те или иные трудности — особенно правового или морального плана — способны остановить уже набравший ход локомотив 3D-печати. В дискуссиях о ближайшем будущем основное внимание уделяется обсуждению наиболее вероятных направлений движения. Обобщая, можно выделить три вектора: снижение цены, повышение точности и расширение спектра рабочих материалов.
С ценой проще и приятнее всего: она должна снизиться по мере усиления конкуренции, но даже сейчас прогресс уже ощутим. Еще два года назад заветным «психологическим» рубежом для производителей была тысяча долларов за устройство 3D-печати, но и его проскочили не остановившись. На выставке Inside 3D Printing, состоявшейся этой весной в Нью-Йорке, было представлено множество объемных принтеров по цене около $500. И есть все основания утверждать, что еще до конца года планка опустится ниже $300. Компания M3D, например, только что показала прототип принтера Micro по цене всего в $249, который обещает пустить в продажу в августе. Функционально он почти ничем не уступает имеющимся сегодня в продаже тысячедолларовым аппаратам. Кстати, любопытный факт: когда авторы проекта запросили на его реализацию $50 тыс. на краудфандинговой площадке Kickstarter, эту сумму удалось собрать за 10 минут; всего же за несколько дней кампании сборы превысили миллион долларов. Таков нынче спрос на дешевые 3D-принтеры!
Большие надежды энтузиасты объемной печати связывают с освоением новых рабочих материалов. На замену термопластику в ближайшее время, вероятно, придет нейлон, который обладает лучшими термическими, химическими и механическими свойствами (напечатанные нейлоном предметы под нагрузкой не ломаются, а эластично гнутся). Приспособить существующие принтеры для печати нейлоном должно быть не слишком трудно, и, к примеру, тот же M3D Micro для этого пригоден. Это, в свою очередь, откроет 3D-печати двери в области, весьма востребованные широкой публикой. Например, у себя дома можно будет печатать одежду и обувь, качественно не уступающую промышленным образцам.
Параллельно идут вполне успешные работы по освоению 3D-печати керамическими смесями. Но главное, исследователи надеются привести в бытовую и просьюмерскую объемную печать металлы. С некоторыми оговорками прототипы таких аппаратов уже существуют: например, Mini Metal Maker при цене в $1 000 позволяет печатать клейкой пастой из металлической пыли. После печати объект отжигают в печи, сплавляя металлические частички в монолитную массу. Прочность и точность невысоки, но тем не менее даже в таком виде диапазон возможных применений 3D-печати сильно расширяется: можно печатать ювелирные изделия, некрупные детали, выдерживающие механическую постобработку (сверление, шлифовку и пр.), предположительно даже электронные схемы и электрические устройства (например, трансформаторы).
Однако есть надежда, что уже в следующие несколько лет в быту и офисе станет доступна и полноценная технология лазерного спекания. Дело в том, что как раз сейчас истекают ключевые патенты, защищающие права на технологию DMLS. И так же, как истечение патентов на FDM и SLA послужило толчком к появлению самого класса бытовых 3D-печатных устройств, истекшие DMLS-патенты наверняка поспособствуют проникновению металлической объемной печати за пределы промышленного сектора.
Аналитики считают, что, как только 3D-принтеры подешевеют до уровня смартфонов (это случится неизбежно, ведь в гонку уже включаются матерые производители оргтехники — например, HP), начнется массовое проникновение этого класса устройств в дом и офис. В конце концов они будут стоять на каждом рабочем столе, в каждом жилище: дешевизна с сочетании с технологической новизной станет достаточной причиной для покупки. И даже если массовой популярности 3D-принтерам удастся избежать (например, их освоение покажется обывателю слишком сложным), уж конечно, у каждого будет возможность заглянуть в ближайший 3D-киоск или сделать заказ на печать в соответствующих веб-сервисах (уже сегодня они столь востребованы, что ждать исполнения заказа, например, в Shapeways.com приходится неделями). В свою очередь, это позволяет предположить неприятные последствия как минимум для традиционной легкой промышленности: ведь любую мелкую вещицу будет дешевле изготовить на месте, самому, нежели покупать.
Впрочем, есть немало скептиков, считающих, что у «домашней» 3D-печати нет большого будущего, и делающих ставку на ее применение в крупной промышленности. Так, Epson планирует за пять лет создать мультиматериальный промышленный 3D-принтер, а альянс Mitsubishi, Nissan и Panasonic работает над промышленным 3D-принтером для массового производства и ожидает добиться первых результатов уже в следующем году.
Кто бы ни оказался прав, аналитики предвещают мировому рынку 3D-печати бурную пятилетку, с 50-процентным ростом каждый год. При этом сектор услуг и расходных материалов будет стабильно генерировать вдвое бóльшие обороты, нежели продажи самих 3D-принтеров.
Начать дискуссию