3D печать - сказка или реальность?
В сегодняшней нашей статье речь пойдет о новой, все шире распространяемой технологии - 3D печати, которая стала доступной с появлением 3D принтеров. 3D принтер может физически воспроизвести любую трехмерную модель, разработанную в 3D редакторе. Воспользовавшись данной технологией можно быстро воссоздать детали будущих конструкций, любой производственный макет продукции или архитектурный объект будущего здания, эксклюзивный сувенир и многое другое, что можно представлять как экспонат для выставок или как производственные макеты.
3D печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.
Применяются две принципиальные технологии:
Лазерная:
Лазерная печать — ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом он затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик
Лазерное спекание — при этом лазер выжигает в порошке из легкосплавного пластика, слой за слоем, контур будущей детали. После этого лишний порошок стряхивается с готовой детали
Ламинирование — деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали
Струйная:
Застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта
Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета
Склеивание или спекание порошкообразного материала — то же самое что и лазерное спекание, только порошок склеивается клеящим веществом, поступающим из специальной струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя связующее вещество различных цветов.
Все это теория, но что же на практике? Насколько трехмерная печать доступна и какие требования предъявляются к трехмерной модели, чтобы ее можно было «напечатать», каковы сроки изготовления или же все-таки проще обратиться к старой школе и воспользоваться услугами макетных мастерских? В поисках ответов на эти и другие вопросы мы решили обратиться к одной из компаний Санкт-Петербурга, компании «Инвент», входящей в группу «IMG», предоставляющей услуги 3d-печати, с помощью специального оборудования, позволяющего изготавливать любые физические объекты на основе трехмерных моделей или CAD-чертежей.
Николай Захаров: Здравствуйте! Мне 25 лет, родился в Ленинграде, вырос в Санкт-Петербурге :) Общение с персональными компьютерами начал в 4 года на БК 0010-01. Примерно с 1998 года занимаюсь различными коммерческими IT-проектами. В 2005 году закончил ИНЖЭКОН по специальности «информационные системы в экономике и управлении», а три года спустя и аспирантуру по схожей тематике. В настоящее время являюсь техническим директором интернет-магазина «Plans.ru», а также руководителем компании «ИНВЕНТ».
Кстати именно в стенах ВУЗ'а и произошло знакомство с двумя будущими коллегами по ИНВЕНТ’у. В марте прошлого года мы решили посетить CeBIT – крупнейшую мировую выставку по информационным и телекоммуникационным технологиям, проходящую в Ганновере. Именно там, в одном из 30 павильонов, мы и увидели то, что с трудом укладывалось в сознании – 3D-принтер в работе :) Имея к тому времени некоторый опыт в архитектурной и машиностроительной деятельности, мы твердо решили изучить возможности этой техники.
Компания «ИНВЕНТ» располагает собственным оборудованием и предоставляет услуги трехмерной печати, быстрого прототипирования, архитектурного макетирования, штучного изготовления сувениров и 3d-моделирования.
Николай Захаров: Первоначально появилась задумка использовать возможности 3d-принтера для архитектурного макетирования. Само решение об открытии такого бизнеса мучительно рождалось уже после возвращения на Родину. Были проанализированы технологии работы трехмерных принтеров, различных фрезеровальных станков, их возможности и ограничения, экономические и эксплуатационные составляющие. Параллельно проводился опрос посетителей сайта Plans.ru на предмет необходимости такой услуги, как 3д-печать. Взвесив все имеющиеся соображения и результаты, было принято положительное решение.
RENDER.RU: Как давно Ваша компания занимается этим и в каких отраслях данный вид услуг наиболее востребован?
Николай Захаров: Подготовительный этап, связанный c ожиданием поставки оборудования и пуско-наладкой, занял несколько месяцев. Поэтому полноценно услуги трехмерной печати мы начали оказывать где-то с сентября 2008 года. Основное направление, на которое мы делаем упор – это архитектурные макеты. Скорость, простота создания и 
RENDER.RU: К услугам Вашей компании можно обратиться только с готовыми трехмерными моделями или CAD-чертежами, или же их изготовление тоже входит в список оказываемых услуг?
RENDER.RU: Чем обоснован Ваш выбор в пользу той технологии 3d-печати, которая используется в Вашей компании?
Николай Захаров: Перед открытием этого бизнеса мы рассматривали разные варианты и технологии оборудования. Какие-то аппараты больше подходят для инженерных целей, какие-то для презентационных. Мы старались исходить из экономических аспектов и прогноза спроса. Немаловажным плюсом для нас является возможность цветной полноцветной печати.
RENDER.RU: Какое оборудование используется в Вашей компании?
RENDER.RU: Позвольте взглянуть на производственный процесс, начиная с момента поступления заказа. Какие требования предъявляются к трехмерным моделям или CAD-чертежам, для начала 3d-печати?
RENDER.RU: Итак, 3D - модель готова, что происходит дальше? Какие материалы используются для 3d-печати? Как отражается степень сложности 3D модели на процессе 3d-печати макета?
Николай Захаров: Файл с моделью открывается во внутреннем ПО принтера, еще раз проверяется на ошибки в геометрии и если всё OK – начинается процесс печати. ПО нарезает трехмерный объект на тонкие поперечные сечения – слои (толщиной 0.08мм). Рабочая камера опускается на толщину слоя. Принтер наносит слой порошка (композитный материал на основе гипса), а печатающая головка проклеивает и окрашивает необходимые участки. Принцип очень схож с работой обыкновенного струйного принтера, только вместо бумаги здесь тонкие слои порошка. Процесс повторяется до полного «выращивания» объекта. Затем камера поднимается, лишний порошок загружается назад в принтер, объект извлекается и очищается. После этого осуществляется финальная пропитка клеем и сушка объекта. При желании прототип можно подвергнуть дополнительной ручной обработке – ошкуриванию, грунтовке, окраске – материал это допускает.
Николай Захаров: Даже не знаю =) Каждая модель имеет свои сложности. Где-то много тонких элементов, которые можно сдуть при очистке. Где-то наоборот, слишком тяжелые объекты на «непродуманных» посадочных местах. Пожалуй, наиболее сложным и интересным проектом был разборный макет старой японской подводной лодки, состоящий из 3 частей и подставки, имитирующей сухой док. Сложности заключались в большом количестве мелких элементов, таких как трубы, вентили, лестницы, лампы и т.д., да и ко всему прочему на корпусе лодки закреплен самолет…
RENDER.RU: Сколько человек (работников) принимают участие в каждом этапе процесса производства модели? Что делает техника и когда вступает в производственный процесс человек?
Николай Захаров: Моделист, он же оператор 3d-принтера, осуществляет проверку модели и отправку в печать, которая может длиться от нескольких минут до 16 часов – все зависит от высоты модели. Затем он же аккуратно извлекает полученное изделие, т.к. знает все его тонкие и сложные места; очищает его сжатым воздухом, отправляет в сушку. После этого осуществляется пропитка специальным 
RENDER.RU: Ввиду того, что 3D-принтеры являются новшеством для российского рынка (потребителя), соответственно специалистов по работе с ним в нашей стране, наверняка, не много. Как Вы решили данный вопрос?
Николай Захаров: Действительно, после приобретения оборудования мы столкнулись с тем, что многие тонкости работы нигде не описаны. Пришлось самостоятельно всё изучать, пробовать различные способы подготовки, извлечения и пропитки моделей. Первые месяца три мы работали, что называется «в корзину» - образовался неплохой музей поломок и развалин. Конечно, помогали, как могли, представители американской корпорации в России, но порой и их знаний не хватало для решения тех или иных финтов, выбрасываемых оборудованием. Имели место и отказы принтера, когда во время печати крупных и срочных заказов вылезала 
RENDER.RU: Какими программами трехмерной графики должны владеть технологи и моделисты работающие с 3D-принтерами и на каком уровне?
Николай Захаров: На самом деле ничего сложного в этом нет. Для проверки моделей используется встроенное ПО принтера, которое позволяет открыть присланные файлы, посмотреть-повертеть модель, сделать различные срезы, раскрасить и нанести текстуры при необходимости. Если моделист хочет разрабатывать «правильные» модели для последующей трехмерной печати – советуем ему обратиться к нашей инструкции по подготовке моделей. Как показывает опыт – описанного материала достаточно для того, чтобы подготовить в 3d max модель, при проверке которой появится сообщение «Congratulations, the model is correct and can be saved and printed!».
Николай Захаров: Как и любая компания, которая стремится к росту и развитию, мы рассматриваем различные варианты достижения успеха. Поэтому в планах значится пункт о предоставлении услуг быстрого прототипирования из различных материалов. Возможно, в будущем мы сможем предложить заказчикам реализовать их задумки не только на базе гипсового порошка, но и из разноцветного пластика, или, например, фотополимера.
RENDER.RU: Среди дальнейших планов по развитию 3D печати, думаете ли Вы расширить круг охватываемой аудитории, т.е. перейти не только к производству заказных моделей, но и «оригинальных сувениров» на продажу?
Николай Захаров: Конечно, нам бы хотелось максимально увеличить спектр применения 3д-печати =) Но на охват всех возможных направлений пока просто не хватает времени. Мы всегда открыты к диалогу – и если, вдруг, кому-то из Ваших читателей станет интересно применить трехмерную печать в своей повседневной или профессиональной деятельности – мы с радостью поможем и поэкспериментируем =)
Николай Захаров: Если имеется ввиду принадлежность заказчика к корпоративному или частному сектору, то наверное, никого не обижу, если скажу что 50 на 50. Бывают как заказы от крупных компаний, которые начинают использовать 3д-печать в своих производственных процессах или как корпоративный сувенир, так и от частных лиц, кому нужен макет для защиты диплома или уменьшенная копия любимого памятника.
Николай Захаров: Конечно можно! Я вообще придерживаюсь позиции, что в наше время расстояние между заказчиком и исполнителем не должно иметь первостепенного значения. У нас отлажена технология работы с регионами. Доставка осуществляется проверенной годами курьерской службой. Модели тщательно упаковываются, чтобы исключить возможность поломки или повреждения в процессе транспортировки. Процент региональных заказов пока не столь велик, как доля Москвы или Санкт-Петербурга, но, тем не менее, обращения есть. И по статистике – те, кто обратились раз, приходят снова и снова.
RENDER.RU: В заключении нашей беседы хотелось бы узнать, на Ваш взгляд 3D принтеры это перспективная альтернатива традиционных макетных мастерских? Могут ли они в будущем вытеснить привычный ручной труд мастеров по изготовлению подобных макетов?
Николай Захаров: Я смотрю на это так: сейчас 3д-печать можно охарактеризовать как прикладной элемент к традиционному макетному делу. С увеличением спроса и снижением стоимости расходных материалов можно прогнозировать обратную тенденцию – когда ручной труд станет лишь дополнением для автоматизированного производства. Не стоит забывать также, что 3д-печать – это не только макеты. Уже сейчас наши продукты используются в промышленном дизайне, прототипировании узлов и механизмов, при создании мастер-моделей, а также при изучении молекулярной информатики. И это далеко не весь список. Его может ограничить только широта фантазии, которой, я думаю, у Ваших читателей не занимать =)
RENDER.RU: Николай, благодарим Вас за уделенное нам время и интересную беседу, редакция RENDER.RU желает Вам и компании «Инвент» успехов, процветания и скорейшей реализации намеченных на будущее планов.