Назріває нова промислова революція - професор Массачусетського технологічного інституту Нейл Гершенфельд впевнений у цьому. У XX столітті товари, які виготовлялися на великих заводах і фабриках, майже повністю витіснили вироби кустарів. Промислове обладнання було не по кишені одинакам, і окупити його можливо тільки при масовому виробництві. Так і триває й донині. Проте чи завжди так буде?

Згадаймо: п'ятдесят років тому електронні обчислювальні машини, але дорогі й важкодоступні мейнфрейми в кінцевому підсумку здалися перед натиском персональних комп'ютерів. Те ж саме відбудеться і з промисловим обладнанням, вважає Гершенфельд. Воно стане настільки дешевим і простим, що персональну фабрику зможе дозволити собі чи не кожен.

Універсальні міні-фабрики або «фаблаби», придумані в дослідницькому центрі Гершенфельда, дозволяють виробляти штучні серії предметів і пристроїв, які вкрай важко зробити без професійного обладнання. Фаблаб коштує 25 тисяч доларів - це немало, але, для порівняння, перші міні-комп'ютери коштували приблизно стільки ж. А далі? «Ми наближаємося до моменту, коли стануть можливі машини, здатні виготовити будь-які інші машини», - стверджує Гершенфельд.

Кольоровий тривимірний принтер Z Corp. Spectrum Z510

Інших пояснень не потрібно - і так все ясно. Пристрій, на яке він натякає, зустрічається в науковій фантастиці трохи рідше, ніж міжпланетні кораблі або штучний інтелект. Польові синтезатори у Стругацьких, реплікатори в американському «Зоряному шляху», матсборщікі у Ніла Стівенсона - вони відрізняються назвами, але суть одна: досить повідомити такому пристрою, що потрібно, і воно синтезує замовлений об'єкт з підручних матеріалів - неважливо з чого, хоч з тирси .

Про так званий універсальному складальник, гіпотетичної машині, здатної маніпулювати окремими атомами і збирати з них довільні предмети, думав ще Джон фон Нейман - правда, то були виключно теоретичні міркування. Зараз таку машину назвали б нанотехнологічної; про подібні пристроях багато писав основоположник молекулярної нанотехнології Ерік Дрекслер. Він вважає, що з часом для виробництва будь-яких предметів будуть використовувати нанофабриках - системи нанороботів, які вміють будувати макрооб'єктив з атомів приблизно тим же способом, яким РНК в живих клітинах будують білки. Єдина проблема полягає в тому, що технологій, що розглядаються Дрекслер, поки не існують - і навіть упевненості в тому, що вони з'являться в доступному для огляду майбутньому, немає.

Кольоровий тривимірний принтер Z Corp. Zprinter 650

Доводиться обходитися без них. Пристрої, що використовуються натомість, куди прозаїчніше, але, напевно, і PDP-7, за яким Кен Томпсон в 1969 році розробляв перший UNIX, тоді здавався нудніше мовця HAL-9000 з "Космічної одіссеї 2001». З чогось же ж потрібно починати.

ТРИВИМІРНОГО ДРУК У РОСІЇ

Наша країна, на жаль, перебуває на задвірках ринку тривимірної друку. Журнал «Конструктор. Машинобудівник »наводить дані, згідно з якими в 2007 році в Росії було всього лише 168 машин для швидкого прототипування. Можна припустити, що через два роки ситуація покращилася, проте тривимірні принтери, як і раніше залишаються рідкістю.

Поки що тривимірні принтери представляють собою професійне промислове обладнання. Вони вкрай дорого коштують, призначені для вирішення вузького кола завдань і вимагають кваліфікованого обслуговування. Їх набувають підприємства, які дійсно потребують подібних машинах.

Багато (хоча й не всі) помітні виробники обладнання для тривимірної друку мають представників в Росії. Наприклад, продажем устаткування фірми Stratasys займаються компанії «Солвер» (solver.ru) та «Компанія Бі Ей Ві» (bavcompany.ru). Відомо, що в Росії принтери Stratasys встановлені, серед іншого, на московському машинобудівному заводі "Червоний пролетар» і «Лабораторії тривимірного зору», на красноярському заводі холодильників «Бірюса» і в науково-виробничому комплексі «Елара» в Чебоксарах.

У компанії Objet два офіційних дистриб'ютора в Росії: «Інженерна фірма АБ Універсал» та компанія «Джетком». Старші моделі можна купити за ціною до 350 тисяч євро, а молодші - за 50 тисяч євро. Правда, треба зауважити, що за кордоном вони набагато доступнішим - високі технології, за звичаєм, дістаються нам втридорога. Наприклад, Objet Alaris 30, що стоїть в Європі 35-36 тисяч євро, у Росії обійдеться вже в 50-55 тисяч євро. Виростають ціни і на витратні матеріали, і без того, м'яко кажучи, недешеві.

Дистрибуцією популярних тривимірних принтерів Z Corp на території країн СНД займається фірма Cybercom: одним з них, до речі, друкують замовлення у згаданій компанії «Інвент». Інший недорогий принтер - Solido ізраїльського виробництва - коштує в нас 30 тисяч євро. Апарат склеює об'ємні об'єкти з шарів тонкої поліхлорвініловою плівки. Російські постачання Solido забезпечує торговий дім «Наукове обладнання» (tdno.ru).

Через високі ціни на обладнання процвітають сервіси, що надають послуги тривимірної друку або здають дорогі апарати в оренду. «Джетком», крім дистриб'юції принтерів Objet, приймає замовлення на друк за допомогою професійного тривимірного принтера Objet Eden350V; виготовляє 3D-об'єкти на замовлення і Cybercom, але вже на принтерах Z Corp Spectrum Z510 і ZPrinter 650.

Крім того, є безліч невеликих компаній, що спеціалізуються на швидкому прототипування, але вони часто не обмежуються лише тривимірної печаткою. Вони можуть займатися і 3D-скануванням, моделюванням, литтям і т. д. Як правило, такі фірми орієнтовані виключно на корпоративних замовників.
ДРУКАРСЬКИЙ ЦЕХ

Найближчі родичі сучасних пристроїв для персонального виробництва - звичайні верстати з числовим програмним управлінням, які обробляють заготовки згідно закладеної програмі. Гершенфельдовскіе міні-фабрики складаються саме з них: як правило, в фаблабе є програмований високоточний верстат, лазерний різак, обладнання для виготовлення друкованих плат і тривимірний принтер. Остання пристрій особливо цікаво.

Справа в тому, що призначення тривимірних принтерів або фабрікаторов (значення другого терміна дещо ширше, але в нашому випадку це синоніми) в точності збігається з призначенням футуристичних нанофабриках: на вході в них закладають комп'ютерну модель і матеріал, а на виході отримують готовий предмет. Різниця в тому, що можливості реальних фабрікаторов серйозно обмежені, тому виготовити з їх допомогою можливо далеко не всі.

Технології, що використовуються при тривимірної друку, придумані не вчора. Один з провідних виробників адитивних фабрікаторов, компанія 3D Systems, випустила перший апарат для стереолітографія ще в 1987 році. Стереолітографія заснована на використанні рідкого фотополімеру, який твердне при обробці променем лазера. Якщо звичайний принтер друкує складні фігури порядково, то тривимірний робить це пошарово. Платформа, покрита полімером, крихітними кроками рухається вниз, поки лазер нарощує на ній один шар за іншим. Стереолітографія точніше інших методів тривимірної друку - величина кожного кроку не перевищує 0,05 мм, тому помітити окремі шари на готовому об'єкті важко.

У 1991 році компанія Stratasys, інший виробник фабрікаторов, запропонувала технологію FDM (Fused Deposition Modeling), згідно з якою тривимірний об'єкт формується з термопластичного пластику. У принтері пластик нагрівається і видавлюється на поверхню з рухомий друкуючої головки. Як і у випадку стереолітографія, друк йде пошарово, але тут є тонкощі: щоб Незатверділий деталі об'єкта не вгиналися, іноді попутно з розчинного матеріалу вибудовують підтримують елементи. Коли все готове, непотрібні підпірки просто змивають. Пристрої на основі технології FDM дешевше стереолітографія; правда, і точність, яку вони здатні забезпечити, значно нижче.

Рік по тому компанія DTM, потім злився з 3D Systems, продемонструвала перший пристрій на основі технології SLS (Selective Laser Sintering). Вона схожа із стереолітографія, але замість рідкого фотополімеру в ній використовується розігрітий порошок, який промінь лазера спікають в шари потрібної форми. Перевага SLS-принтерів в тому, що вони дозволяють друкувати предмети з найрізноманітніших матеріалів, від воску до сталі.

У 1996 році компанія Z Corp випустила тривимірний принтер, що використовує технологію 3DP, яка трохи нагадує звичайну струминний друк. Модель формується з порошку з гіпсової або крохмальної основою, який склеюється речовиною, що подаються з друкуючої головки. Існують кольорові тривимірні принтери з друкуючими головками чотирьох основних кольорів для друку повнокольорових об'єктів. Щоправда, дозвіл і міцність що виходять моделей відносно невелика. Щоб зробити віддруковані на принтерах Z Corp об'єкти міцніше, їх занурюють у спеціальний склад.

Варто згадати ще щонайменше про двох технологіях. Перша називається LOM (Laminated Object Manufacturing): машина вирізає, а потім склеює шари з паперу, фольги або іншого листового матеріалу. Друга - EBM (Electron Beam Melting) - дозволяє друкувати міцні об'єкти з титанових сплавів. Для більшості інших методів міцність - це болюче питання. Список матеріалів, які годяться для тривимірної друку, не особливо великий, і отримані пластикові деталі в багатьох випадках не підходять для виготовлення механізмів; з електронікою сучасні фабрікатори теж поки не миряться.

Незважаючи на всі недоліки, стоять тривимірні принтери дуже і дуже дорого. Самий шик - лазерні принтери: приміром, на стереолітографіческій апарат Viper SLA фірми 3D Systems, на вигляд схожий на холодильник, довелося б витратити ніяк не менше 180 тисяч доларів. Це ще дрібниці: існують фабрікатори, що стоять під мільйон доларів. Кілька демократичніше ціни на принтери Z Corp - найдешевша модель обійдеться в 15 тисяч доларів.

Саморепліцірующійся тривимірний принтер RepRap

Втім, ціни поступово падають, і, на думку експертів, результату не доведеться довго чекати. Аналітичне агентство Gartner прогнозує, що кількість фабрікаторов, що використовуються в бізнесі і господарстві, до 2011 року виросте в 75 разів і складе 300 тисяч штук. Для порівняння: за весь 2007 рік, за даними фірми Wohlers Associates, у світі було продано менше чотирьох тисяч тривимірних принтерів. Економічна криза цього ринку дарма - він продовжує рости і, згідно з оптимістичною оцінкою компанії NextGen Research, до 2013 року досягне величини 782,6 млн доларів.
КОРИСНІ ПОСИЛАННЯ

3Dsystems.com - сайт компанії 3D Systems, піонера 3D-друку

zcorp.com - офіційний сайт Z Corp., одного з лідерів на ринку 3D-друку

objet.com - сайт компанії Objet, що випускає професійні 3D-принтери

desktopfactory.com - сайт розробників самого дешевого 3D-принтера

shapeways.com - масовий веб-сервіс, що надає послуги 3D-друку

invent3D.ru - російська компанія, що займається 3D-печаткою на замовлення

figureprints.com - 3D-друк персонажів World of Warcraft

sporesculptor.com - 3D-друк об'єктів з гри Spore

reprap.org - офіційний сайт проекту RepRap

fabathome.org - офіційний сайт проекту Fab @ Home

candyfab.org - аматорський 3D-принтер, який використовує як матеріал цукор

contourcrafting.org - технологія 3D-друку будівель, що розробляється за підтримки Caterpillar

cba.mit.edu - сайт дослідницького центру Нейла Гершенфельда

fab.cba.mit.edu - сайт програми Fab Lab

ted.com / talks / neil_gershenfeld_on_fab_labs.html - виступ Нейла Гершенфельда

ФАБРІКАТОРИ - робітникам!

Подібні прогнози мало хвилюють доктора Адріана Боуера з Університету Бата у Великобританії. Якщо його затія вигорить, то всі підрахунки аналітиків підуть нанівець (втім, на такий успіх він не розраховує). Боуер розробляє фабрікатор під назвою RepRap, здатний до самореплікаціі. Простіше кажучи, об'єкт, який може виготовити сам себе, або, як мінімум, майже всі деталі для зборки своєї ж копії. Собівартість RepRap становить близько п'яти сотень доларів, тобто, за мірками ринку тривимірної друку, сущі копійки.

Гершенфельд порівнював фаблаби з PDP-11 і іншими популярними міні-комп'ютерами, які свого часу були в кожному американському університеті. Якщо розвинути цю аналогію, то RepRap - щось на кшталт перших саморобних персоналок, які ентузіасти паялі з роздобутий десь мікросхем. У сімдесяті роки Боуер і сам був одним з тих ентузіастів.

RepRap не схожий на своїх «прилизаних» комерційних побратимів. Зовні він скидається на невелику етажерку, наспіх зібрану з металевих труб. Уздовж хисткій конструкції в'ються проводи, що звисають із оголених друкованих плат. Красивим його ніяк не назвати, функціональність RepRap теж не вражає. Але, чи знаєте, Apple 1 теж був непоказний в порівнянні з серйозними комп'ютерами тієї пори. Не в цьому справа.

Проект RepRap почався в 2004 році. Боуер одразу вирішив організувати його за тими ж принципами, які використовуються при розробці Linux, і публікувати всі креслення, всі дані і всі програми під вільною ліцензією. Пристрій запрацював лише до осені 2006 року - у вересні фабрікатор вперше успішно надрукував одну з деталей. Це було досягнення, але знадобилося ще півтора року, щоб довести все до розуму. На початку 2008 року нарешті було оголошено про готовність RepRap 1.0, а ще через пару місяців повідомлення про виготовлених з його допомогою предмети посипалися як з рогу достатку.

29 травня 2008 відбулася перша повна «реплікація» RepRap: апарат виготовив майже всі деталі, необхідні для збірки власної копії, крім хіба що електроніки і дещо яких дрібниць на кшталт гайок (ні з тим ні з іншим він поки не справляється). До вересня було відомо про існування сотень фабрікаторов RepRap по всьому світу, а в листопаді Боуер дізнався про першої успішної реплікації пристрою за межами своєї лабораторії.

Перша версія RepRap («Дарвін») заснована на тих же принципах, що і більшість інших фабрікаторов: пристрій завдає плоскі шари матеріалу один за одним, поки з них не вийде потрібний тривимірний об'єкт. На вертикальних напрямних «етажерки» тримається стіл з виготовляється моделлю, а над ним рухається друкуюча головка, яка видавлюють на поверхню цівку рідкого полікапролактона - пластика, що плавиться, при температурі 60 градусів. Коли черговий шар готовий, кроковий двигун опускає стіл на частку міліметра вниз - і так раз за разом.

Нова модель фабрікатора («Мендель»), якщо все піде за планом, зможе наносити електропроводнікі і стане вимагати менше деталей «ззовні». Крім того, Боуер сподівається замінити матеріал, який використовується для друку, на полілактідную кислоту. На відміну від полікапролактона, її неважко виготовити з крохмалю навіть у домашніх умовах - для цього потрібен тільки бродильний апарат, а вже його-то RepRap виготовить без всяких проблем.

Нейл Гершенфельд завідує в МТІ дослідним центром, де ведуться дослідження в області нанотехнологій, квантових обчислень і персональної фабрикації

І ось тут-то стає зрозуміліше справжній задум Боуера. На його думку, багато людей вважатимуть за краще самостійне виготовлення речей звичним товарно-грошових відносин. Людина, у якої є хоча б простий фабрікатор і мішок картоплі, щоб зробити крохмаль, менше залежить від примх економіки. Предмети, які йому доводилося купувати, він стане друкувати собі зовсім безкоштовно - спочатку лише самі примітивні, але і вони теж важливі. Хто купуватиме, наприклад, дверні ручки, якщо їх можна отримати задарма? Ніхто, а значить, ринок дверних ручок чекає загибель, і ось це вже не жарти.

Втім, першим загине ринок фабрікаторов, тому що якщо один фабрікатор можна використовувати для того, щоб зробити інший абсолютно безкоштовно, то хто ж буде платити? Навіть якщо хтось спробує утримати цей процес у вузді, то в підсумку ринок все одно зведе ціну до нуля. Ми вже знаємо, як це буває, - досить згадати даремні потуги звукозаписних компаній впоратися з файлообмінними мережами і піратством.

Не даремно девіз проекту - «Достаток без грошей», а пояснення його філософії на сайті RepRap починається з цитати з «Маніфесту комуністичної партії» про пролетаріат, позбавлений засобів виробництва. Повернути їх пролетаріатові за допомогою прописаної Марксом революції, як показав XX століття, не вийшло, зате, як не без єхидства зауважує Боуер, це цілком реально за допомогою саморепліцірующіхся фабрікаторов.

Кожному за потребами

Технології тривимірної друку, ще недавно знайомі лише трохи, на очах стають доступними простим смертним. RepRap і фаблаби - лише частина загальної тенденції. Проект Fab @ Home схожий на RepRap, хоча і менш амбітний. Його мета - розробка фабрікатора, який неважко зібрати в домашніх умовах. Необхідні для нього матеріали коштують трохи дорожче, і до того ж він не годиться для самореплікаціі, але в нього є інші достоїнства. З іншого боку, стрімко дешевшають навіть комерційні тривимірні принтери. У 2009 році компанія Desktop Factory планує випустити фабрікатор, який буде друкувати об'єкти із суміші нейлону, алюмінію і скла. Вартість пристрою буде становити близько 5000 доларів.