История 3D-печати начинается в середине 1980-х годов, когда развитие автоматизации позволило педприятиям начать использовать станки с ЧПУ, одним из видов которых и стал 3D-принтер. Конечно, в те времена технологии не позволяли ему конкурировать с конвейером по выпуску серийной продукции, однако с производством прототипов 3D-принтер справлялся весьма успешно. Постепенная эволюция к концу 1980-х привела это устройство к более-менее современному виду, именно тогда была запатентована технология моделирования методом наплавления.

Может возникнуть вопрос, а где же 3D-печать была все эти 20 с лишним лет? Почему только в последние годы начался повсеместный бум? Ответ с удовольствием даст патентное бюро США, где корпорации (не будь дураки), создавшие первые машины для промышленной печати, защитили свои изобретения от копирования. Патентная защита длится 20 лет, и на многие устройства она стала истекать как раз в последнее время.

Очередное убедительное доказательство того, как защита интеллектуальной собственности “помогает” ускорению прогресса и конкуренции на рынке.

Как это работает

Суть технологии до удивления проста. Сначала модель рисуется в специальной программе. При обработке фигура делится на тонкие горизонтальные слои (чем тоньше слой, тем выше разрешение печати). Эти слои уже воспринимаются принтером. Берётся некий материал, быстро переходящий из жидкого состояния в твёрдое. Машина с помощью манипулятора, похожего на лапу из автоматов с мягкими игрушками, последовательно наносит эти слои друг на друга, при этом делая небольшие паузы, чтобы материал успел затвердеть.

Однако эта технология, которая сейчас применяется в большинстве принтеров, имеет множество минусов. Методика не позволит создать модель, подобную той, что на картинке ниже, без опор. Послойная печать не дает создаваемым предметам монолитности, что сказывается на их прочности. Она не позволяет создавать модели сложных форм, а время печати крайне велико.

Стремление избавиться от этих минусов заставляет придумывать новые технологии. Одной из них стала "CLIP". На идею, как говорят сами изобретатели, их натолкнула сцена из "Терминатора", где разумный робот восстанавливается из желеобразного состояния в твёрдое. Эта методика немного сложнее, чем предшественница. Материал заготовки находится в небольшом резервуаре с кислородопроницаемыми стенками и с дном, пропускающим свет лампы, которая находится снизу. Из резервуара постепенно поднимается платформа, которая буквально вытягивает изделие в процессе его формирования снизу под воздействием кислорода и света (видео можно посмотреть здесь).

Хождение в народ

Отслеживая современные тенденции (удешевление в несколько раз за пару лет, новый качественный уровень понятности и комфорта использования), можно однозначно говорить о том, что владение 3D-принтером станет явлением массовым и практически повсеместным. Рядовой пользователь сможет создать фантастические образы, придуманные кем-то другим или им самим, или просто распечатать нужную по хозяйству вещь.

Желание что-то изобрести с помощью этой технологии может сподвигнуть на разностороннее или, как говорят снобы-литераторы, "многовекторное” развитие.

Представьте: вы хотите изготовить модель Кремля со всеми его мельчайшими деталями (чтобы выгнать оттуда игрушечных поляков или ещё кого).

Как инженер, вы займётесь продумыванием конструкционной целостности модели, как дизайнер - эстетикой здания (воспроизведением внешности Кремля или даже её улучшением), цветом и структурной организацией мелких архитектурных элементов. Как агитатор или маркетолог, вы сможете разрекламировать свою модель, собрать приятные отзывы и донести свои идеи миру. Как экстремист - получить срок за издевательство над символом государственной власти.

В таком случае вы можете внести свой вклад во взаимное проникновение культур.

Еще один плюс для цивилизации: археологи смогут восстанавливать малые объекты любой сложности, имея на руках только их макет и необходимые материалы. Музеи, выставки наполнятся воссозданными египетскими вазами и китайскими чашами (отныне - дважды китайскими, шутка), здания украсят древние вавилонские узоры, а обыватели смогут ходить по улицам городов в шлемах Чингисхана. Разумеется, всего этого можно добиться и сейчас с помощью традиционного конвейерного производства, однако оно не приспособлено для массового выпуска уникальной продукции. Затраты на перенастройку конвейера, как правило, огромны, а 3D-принтеру достаточно скачать файл с моделью из Интернета и иметь в запасе стандартные материалы для печати.

Принтеры уже совершили переворот в трансплантологии. Если раньше органы всегда были донорскими, да и случаев отторжения было множество, то теперь некоторые части человеческого тела можно изготовить на специализированной машине в больничных условиях. Причём принтер будет учитывать все индивидуальные особенности тела пациента.

Вот, например, недавняя новость: в Испании пациенту пересадили напечатанные на 3D принтере рёбра. Так как у реципиента остались части естественных рёбер, врачи учли это и сделали протезы, дополняющие тело мужчины. Как сообщил сам хирург, "протез подошёл, как перчатка".

3D-принтеры позволяют производить и оружие. Прецеденты уже были: житель США изготовил одноразовое огнестрельное оружие, избежав наказания, а вот жителю Японии повезло меньше: за изготовление летального оружия он получил немалый срок. Становится понятно, что государство не всегда может полностью контролировать эту теневую индустрию, где обычный гражданин может владеть кустарно изготовленным оружием.

Не всё так просто

Хотя 3D-принтеры часто называют революционным изобретением для массового производства, этот титул не вполне справедлив.

Современной экономикой движет уменьшение издержек производства: билеты в жизнь получают те технологии, которые позволяют создавать товары дешевле, чем технологии-конкуренты.

По этой причине, например, лучшие умы человечества многие десятки лет безуспешно пропагандировали “зелёные” источники энергии (солнечной, ветряной) - нормированная стоимость киловатт-часа была банально выше, чем у традиционных источников (ТЭС, ГЭС, АЭС и т.д.). Только в последние годы страны начали достигать “сетевого паритета”, при котором альтернативные источники становятся дешевле обычных. Именно этим, а не проповедями экологов, объясняется нынешний бум “чистых” технологий - они просто стали дешевле “грязных”.

Тот же закон касается и 3D-печати.

С одной стороны, это огромный шаг вперёд по сравнению с конвейерным производством. Не нужно перестраивать целый цех, чтобы наладить выпуск новой продукции - достаточно скачать файл модели из Интернета. Не нужно организовывать сеть сбыта, чтобы товар попал от завода к потребителю.

Но в то же время это шаг назад. Хотя модель для печати можно будет скачать по Сети, материалы всё ещё нужно будет физически доставлять к конкретному принтеру. И это значит, что вместо дистрибуции готовых продуктов нужно будет организовывать дистрибуцию компонентов для печати. Во-вторых, возможность внесения изменений в любую модель на любом конкретном принтере означает, что контроль и учёт производства многократно затрудняется. Непонятно, как сертифицировать вещи, как, например, убедиться, что микроволновка, напечатанная дома у дяди Аристарха, жарит только еду, а не окружающих людей, тихо и медленно превращая их в воплощение кошмара чернобыльских сталкеров. Не исключено, что государства (особенно те, о которых не принято говорить вслух) будут вмешиваться в дело и требовать по десятку бумажек на каждую напечатанную детальку.

Иными словами, 3D-принтеры однозначно совершат свою революцию для научного и отчасти - для промышленного производства: там, где важна гибкость настройки, и в то же время нет дополнительных издержек из-за учёта модификаций.

Но вот для обычных людей десятки миллионов домашних 3D-принтеров станут скорее не панацеей и даже не ящиком Пандоры, а испытанием на общую цивилизованность и зрелость. Станет ли печать средством культурного и технологического развития, средством разрушения монополий на изготовление вещей, или же опорой теневого производства орудий преступления? Будет ли печать задушена государственным аппаратом во имя контроля и стабильности, или наоборот - система будет вынуждена отступить перед возросшей самостоятельностью местных хозяйств? Покажет время, а мы поучаствуем.