3D-принтеры. Какие сюрпризы нам готовит печать в трехмерном пространстве?

Вряд ли сейчас найдется хоть один человек, который не слышал о такой новинке, как печать в трехмерном пространстве. Первые 3D-принтеры были созданы еще в далеких 1980-х годах, когда появилась техника стереолитографии. Однако именно сейчас трехмерные принтеры стали активно выходить на массовый рынок, набирая стремительную популярность. iot.ru решил разобраться в технологии трехмерной печати и оценить ее дальнейшие перспективы развития. 

О технологии 3D-печати

Трехмерная печать позволяет создавать осязаемые объекты по разработанной заранее 3D-модели. Основные преимущества трехмерной печати перед привычными способами создания изделий заключаются в высокой производительности 3D-принтеров, простоте их эксплуатации и относительной дешевизне проводимых работ.

Рассмотрим обобщенно процесс создания трехмерного объекта. Виртуальная модель изделия предварительно разрабатывается в специальной компьютерной среде.

   Трехмерная модель осьминога, созданная на компьютере в специальном 3D-редакторе. Источник: 3dwiki.ru

Далее 3D-модель сохраняется в определенном формате и передается в цифровом виде на принтер. Отправленный на принтер цифровой код в общем виде представляет собой набор команд, который указывает машине в какую область и в каком количестве необходимо наносить слои материала, чтобы изготовить объект.

  Обработанная «цифровая» модель осьминога, указывающая 3D-принтеру, куда и в каком количестве наносить слои материала для создания трехмерного объекта. Источник: 3dwiki.ru

Машина наносит в указанные точки тонкие горизонтальных слои материала, постепенно выращивая таким образом трехмерный объект. Общую базовою модель 3D-принтера можно посмотреть на рисунке ниже (стоит учитывать, что это упрощенная модель, и ее стоит рассматривать лишь для общего понимания технологии трехмерной печати).  

Базовая модель 3D-принтера. Источник: Источник: 3dwiki.ru

В общем виде 3D-принтер состоит из печатающей головки, которая наносит тонкие слои материала в плоскостях X и Y, и рабочей платформы, передвигающейся в плоскости Z. После того как печатающая головка нанесла первый слой материала, рабочая платформа опускается вниз на расстояние, равное толщине слоя. Далее печатающая головка наносит новый слой материала, после чего рабочая платформа снова опускается вниз. Данный процесс продолжается до тех пор, пока трехмерный объект не будет создан до конца. 

Скорость работы даже современных 3D-принтеров сравнительно небольшая: среднее время печати одного изделия может занимать несколько часов. Одним из важнейших параметров, влияющих на скорость работы принтера, является разрешение печати. Этот параметр определяет минимальную толщину наносимого слоя и измеряется в микронах. Чем меньше разрешение печати, тем больше неровностей будет на поверхности создаваемого изделия из-за резких переходов между слоями. Однако изделия в низком разрешении создаются гораздо быстрее и меньше нагружают комплектующие принтера. 

Разрешение трехмерной печати сильно зависит от материала изделия и используемой технологии изготовления. Изделия в формате 3D могут создавать из таких материалов, как фотополимерная смола, пластиковые нити, керамический порошок, металлоглина и др. Технология изготовления определяет способ наложения слоев и обработки материала при «печати» объекта. В настоящий момент, наиболее распространёнными технологиями являются селективное лазерное сплетение (SLS), наложение слоев расплавленных материалов (HPM) и стереолитография (SLA).

Обзор рынка

По данным отчета, который был опубликован аналитическим агентством International Data Corporation (IDC) в январе этого года, общий объем продаж оборудования, комплектующих, ПО и материалов для технологий трехмерной печати за 2016 год перевалил за отметку в $13 млрд. При этом эксперты прогнозируют, что к 2020 году это цифра может увеличиться почти в два раза. 

Около 34,8% рынка 3D-принтеров пришлось на домашний сегмент, 29,6% - на автомобильную отрасль. Замкнула тройку аэрокосмическая и оборонная промышленность, доля которых в 2016 года составила 17, 8%.

«Конструкция 3D-принтеров усложняется с каждым годом. Учитывая широкий ассортимент аппаратов и материалов изготовления, а также постепенное снижение цен, 3D-принтеры начинают получать на рынке все более широкой распространение. В ближайшие годы отрасль ждет настоящая революция, и на рынке появится новое инновационное 3D-оборудование» - комментирует ситуацию аналитик IDC Карла Ла Крок.

По прогнозам IDC, одним самых высоких потенциалов роста обладает отрасль здравоохранения. В частности, 3D-принтеры уже давно применяются в сфере челюстно-лицевой хирургии. Ведутся активные работы по созданию принтеров, способных «печатать» искусственные органы, органические ткани, хирургические имплантаты, а буквально месяц назад компания FabRx презентовала 3D-принтер, позволяющий пациентам уже сейчас самостоятельно печатать лекарства на дому по выданному рецепту. IDC предполагает, что к 2020 году на здравоохранение будет приходиться порядка $3 млрд. рынка 3D-принтеров, что сделает данный сегмент вторым по величине после дискретного производства.

На данным момент, одним из лидеров рынка по производству 3D-принтеров является американская компания 3D Systems. Данная компания занимает лидирующее позиции не только как поставщик 3D-принтеров, но и производитель различных расходных материалов для них. Принтеры 3D Systems работают по следующим технологиям:

• стереолитография (SLA);
• прямое спекание металла (DMS);
• селективное лазерное спекание (SLS).

Также среди лидеров рынка можно выделить таких игроков, как Envisiontec, Stratasys Ltd, Rapidshape и др. Стоит отметить сильную заинтересованность в технологиях трехмерной печати таких высокотехнологичных корпораций, как HP, Canon, Ricoh и Toshiba, которые еще в 2015 году объявили о намерении выпустить на рынок свои собственные трехмерные принтеры. Так, уже в мае 2016 года компания HP представила свой первый 3D-принтер HP Jet Fusion, высокую заинтересованность в котором продемонстрировали такие гиганты, как Nike (собирается использовать технологию трехмерной печати для производства спортивной обуви на заказ), BMW (планирует использовать 3D-принтеры для производства комплектующих и кастомизации) и др.

Ситуация в России

В нашей стране рынок 3D-принтеров также демонстрирует уверенный рост. Следует отметить устойчивый прогресс отечественных производителей, которые в последние годы неуклонно укрепляют свои позиции на российском рынке и постепенно выходят со своими разработками на рынки других стран.

«За последние пару лет на рынке оборудования для трехмерной печати заметно укрепились российские производители. Во-первых, у российских 3D-принтеров очень высокая – в районе 95-97% – локализация производства. И это не «отверточная» сборка, а полноценное производство со своими исследованиями и разработками, для которого в РФ делается практически все, за исключением двух-трех типов приводов. Во-вторых, слабый рубль сделал российские изделия и расходные материалы очень конкурентоспособными – даже по сравнению с китайскими. Российские принтеры продаются очень хорошо», – рассказал IT-Weekly в 2016 году директор департамента САПР/ГИС группы компаний Softline Денис Маринич.

Ведущими отечественными производителями 3D-принтеров сейчас являются компании PICASO 3D, Магнум, Импринта и 3Dquality. По оценкам многих авторитетных порталов, включая iot.ru, лидером среди них является компания PICASO 3D, которая представлена на рынке следующими моделями принтеров: PICASO 3D Builder, PICASO 3D Designer и PICASO Designer Pro 250. По словам представителей компании, на последних международных выставках к продукции PICASO 3D значительно повысился интерес со стороны зарубежных партнеров, что позволило компании всерьез задуматься о расширении географии продаж уже в самое ближайшее время.

  3D-принтеры PICASO 3D Builder, PICASO 3D Designer и PICASO Designer Pro 250. Источник: 3Dtoday

В настоящий момент, российские производители делают сильный акцент на персональных 3D-принтерах, набирающих стремительную популярность на рынке, несколько обделяя внимание профессиональный и промышленный сегменты.

«На сегодня самый успешный сегмент российских 3D-принтеров – персональное оборудование. Рынок российских 3D-принтеров развивается плавно: персональные модели уже твердо стоят на ногах, но двум другим направлениям – профессиональному и промышленному – предстоит еще долгий путь до конкурентоспособного оборудования» - прокомментировала ситуацию IT-Weekly в 2016 году генеральный директор SIU System Ашхен Овсепян.

Что в итоге?

Бизнес уже давно по праву оценил все преимущества технологии трехмерной печати. В настоящий момент, 3D-принтеры активно применяются в отрасли машиностроения в таких компаниях, как Ford, NASA, Airbus, Boeing и др. При этом круг возможностей 3D-печати постоянно растет: строительство, ювелирное дело, легкая и пищевая промышленность, медицина, фармацевтика и др. – все эти сферы открыты для развития данной технологии. Ей активно интересуются различные ученые, медики, инженеры, дизайнеры и мелкие предприниматели. Небольшая стоимость персональных 3D-принтеров (бюджетные модели стоят около 20 тыс. руб.) открывает большие возможности по созданию трехмерных деталей практически каждому человеку, что делает трехмерную печать одной из самых перспективных технологий нашего времени.