Как цифровое производство изменит будущее?
Прогресс, как известно, идет по спирали, каждый из витков которой знаменуется принципиальным изменением подхода к производству, что сразу отражается на объеме производимой продукции, ее качестве и доступности для потребителя.
Когда-то - применение паровых машин на фабриках, потом - начало массового применения электричества, еще позже - изобретение конвейерного производства; на каждом из этих этапов производственная культура делала резкий рывок в стремлении удовлетворить растущие потребности потребителей. В наши дни таким фактором, давшим новый толчок прогрессу, стало распространение цифровых технологий - технологий 3D-моделирования, 3D-сканирования, объёмной печати и роботизации.
Цифровые технологии изменяют саму концепцию производства, делая его дешевле, точнее, быстрее и удобней. Как это происходит сейчас и что изменится в будущем? Рассмотрим несколько примеров.
1. Медицина
Нет ничего важнее здоровья, и уже сегодня цифровые технологии становятся буквально незаменимы в этой области. 3D-моделирование и 3D-печать уже успешно применяются в сфере, где особенно важен индивидуальный подход и строгое соответствие создаваемого предмета анатомии пациента.
Уже сейчас так производят импланты, заменяющие пораженные кости и суставы.
Просканировав область вмешательства и объединив данные с компьютерной томографией, врачи могут смоделировать и распечатать необходимый имплантат с точностью до долей миллиметра. После этого проверяется правильность геометрии полученного имплантата и происходит подготовка к операции на распечатанной по томографии пациента 3d-модели.
Такие технологии уже несколько лет применяются во всем мире, а теперь и у нас.
Также, уже несколько лет создаются доступные бионические протезы дающие новые возможности людям с ампутированными конечностями.
Причем, не только для людей.
Врачи распечатывают индивидуальные шины, ортезы и лангеты, фиксирующие конечности при лечении переломов - они намного более удобны в применении и комфортны для пациента,чем традиционный гипс.
Один из таких отечественных проектов - www.zdravprint.ru
Применяют новые 3D-технологии также в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Они позволяют с удивительной точностью планировать и проводить лечение, а также проектировать и создавать индивидуальные протезы и временные коронки как отдельных зубов, так и целых челюстных фрагментов.
Как это происходит:
- Совмещается 3D-скан челюсти пациента с данными компьютерной томографии для высокоточного планирования размещения имплантата, с учетом качества кости пациента, расположения нерва и артерии.
- Определяется размер и форма имплантата и требуемый угол его установки.
- По этим данным, на 3d-принтере печатается хирургический шаблон, позволяющий недопустить врачебную ошибку при установке имплантата во время операции.
- Печатается или фрезеруется временная коронка, для правильного заживления мягких тканей на послеоперационный период.
- Печатается или фрезеруется постоянная металлокерамическая коронка из биосовместимого металла (титан или кобальт-хром).
Применяется 3D-печать и в ортодонтии - для создания элайнеров - приспособлений исправляющих прикус, пришедших на смену неудобным и травмирующим брекет-системам.
Причем, этот метод сейчас довольно сильно набирает обороты по всему миру, и я решил протестировать на себе одно из таких решений. Как видите, элайнеры почти невидимы, но они действительно корректируют положение зубов и реально работают.
Но самым ожидаемым в медицине остается, конечно, печать живых органов. Широко известно напечатанное на 3D-принтере ухо, ведутся работы с клетками мышц, печени и кожи. В будущем, такие технологии позволят полностью восстанавливать поврежденные или утраченные ткани и органы.
Кстати, при Сколково существует известный в медицинских кругах стартап 3D Bioprinting Solutions, которому удалось напечатать мышиную щитовидную железу. Это первый шаг к изготовлению живых органов для трансплантации человеку.
2. Ювелирное дело
Цифровые технологии уже широко применяются в производстве ювелирных изделий, бижутерии и аксессуаров. Трехмерное моделирование позволяет создать точный цифровой макет будущего изделия и распечатать сначала прототип, дающий мастеру возможность подержать в руках и доработать изделие заранее.
После этого, печатается или фрезеруется модель из выплавляемого или выжигаемого воска/фотополимера, которая заливается гипсом для получения литьевой формы и выгорает (выплавляется) в процессе заливки, позволяя металлу заполнить форму и точно повторить малейшие нюансы будущего изделия.
Сам процесс выглядит так:
Кроме того, уже есть 3D-принтеры печатающие непосредственно драгметаллами, но пока цена порошка для таких машин слишком высока для постоянного применения.
3. Инженерное производство
В инженерном производстве уже давно и широко используются современные цифровые технологии, такие как CAD 3D-моделирование, 3D-сканирование и трёхмерная печать.
Новый тренд этих технологий - в применении вместе с элементами автоматизации, - как часть промышленных роботов и автоматических станков.
Например, 3D-сканирование широко применяется в контроле качества, а 3D-печать, вместе с автоматизированными фрезерными и токарными станками, в производственных цехах.
Уже существуют промышленные принтеры, способные создавать трёхмерные формы весьма внушительных размеров. 3D-принтер, изображенный на представленном фото, может печатать объекты диагональю в несколько метров.
Недалек тот день, когда созданный инженерами проект, представленный в цифровом виде, будет полностью воплощаться в жизнь промышленными роботами, без прямого дальнейшего участия человека.
4. Автомобильная отрасль
В первую очередь, это создание CAD 3D-моделей и прототипирование.
Сейчас этот симбиоз вышел на новый уровень - из конструкторских бюро попал в производство.
Глобальная роботизация начинается как раз с автомобилестроения и армия роботов, пока - не без помощи людей, уже осуществляет сборку автомобилей на заводах. Вот так это выглядит на Tesla Factory:
Уже есть примеры создания рам и кузовов, которые полностью напечатаны на 3D-принтере.
Это относится и к тюнингу - молдинги, спойлеры, декоративные элементы, колесные колпаки.
Что уж говорить об отдельных небольших элементах - функциональных деталях и деталях оформления, многие из которых не составит труда распечатать и на небольшом бытовом принтере.
3D-сканирование применяется и в ремонте, оно позволяет с высокой точностью диагностировать отклонения в геометрии кузова и легко создавать модели для последующей печати элементов на замену.
С развитием технологий объемной печати, позволяющих печатать сложные функциональные детали из многих различных материалов, могут появиться и полностью 3D-печатные автомобили, каждая деталь которых будет создана 3D-принтером.
5. Строительство
Во всём мире ведутся эксперименты по применению 3D-печати в строительстве. В этой сфере технология применяется как при проектировании, где очень полезны промышленные 3D-сканеры и специальные программы, так и непосредственно в создании объектов.
Специальные строительные 3D-принтеры печатают модульные блоки и целые здания из бетона. В России одним из пионеров строительной 3D-печати стала компания Спецавиа, которая возвела уже несколько объектов этим методом.
Строительная 3D-печать позволяет создавать объекты необычных и нестандартных форм, недоступные для обычного серийного строительства, при этом, производство происходит из стандартных смесей с применением армирования.
В перспективе, возможно - в ближайшие десятилетия, мы увидим в работе агрегаты способные в считанные часы напечатать, например, небольшой коттедж полностью - от фундамента и коммуникаций, до флюгера на крыше.
Мы тоже уже успели в этом поучаствовать, недавно установив первый строительный 3D-принтер в Казахстане.
6. Архитектура и Макетирование
Уходят в историю времена, когда архитекторам, при создании макетов зданий, приходилось пачкать руки клеем и дышать испарениями разрезаемого раскаленной проволокой пенопласта. Всё большее место занимает софт и технические устройства позволяющие намного удобнее и быстрее, а главное - точнее создавать макеты будущих объектов.
3D-принтеры способны распечатывать, в зависимости от размеров, части или целые макеты, с точностью, о которой раньше никто и не мечтал. Малейшие архитектурные элементы видны на них столь же отчетливо, как на уже построенных зданиях, а стоимость самих макетов становится ниже и скорость изготовления выше.
Есть технологии, позволяющие печатать сразу в цвете, причем не только из гипса или бумаги, но и из мультиматериального пластика, позволяющего печатать градиентами с разной степенью прозрачности.
Применяются эти технологии и любителями, хобби которых - создание миниатюр, например - масштабных моделей различной техники, как стендовых, так и функциональных; и любителями авто- и авиамоделизма.
Всё идёт к тому, что уже скоро, независимо от масштаба макета или модели, невозможно будет на глаз отличить их от настоящего объекта. Не считая явной разницы в размерах, конечно.
7. Образование
Не так давно в школах появился новый предмет - Технология. В рамках этой дисциплины школьники изучают цифровое производство. В том числе - 3D-печать и сканирование, создание 3D-моделей.
Студенческие технологические центры FabLab, придуманные Нилом Гершенфельдом для учащихся Массачусетского Технологического - лабораторно-производственные центры для учеников постарше, студентов и молодых предпринимателей, где они могут изучать новинки техники, разрабатывать свои проекты, создавать или заказывать прототипы.
В Москве есть FabLab при МИСиС, созданный в сотрудничестве с тем же MIT, в Санкт-Петербурге их два: FabLab Politech и FabLab Spb. ЦМИТы (Центры Молодежного Инновационного Творчества) - аналогичные формирования, не относящиеся непосредственно к сети FabLab, их ещё больше.
Все эти образовательные учреждения в полной мере используют последние достижения 3D-технологий - 3D-принтеры и сканеры, 3D-ручки и другое оборудование.
В ближайшем будущем,сеть ЦМИТов будет расти и они станут неотъемлемым элементом образования. Можно ожидать появление подобных организаций в каждом населённом пункте и каждом районе крупного города, что обеспечит рост технической образованности населения и скорейшее развитие связанных с этой областью технологий и сегментов бизнеса.
8. Быт и сфера обслуживания
3D-печать идеальна для создания всевозможных полезных мелочей для дома.
Хороша она для печати запчастей к сломавшейся бытовой технике, фурнитуры для мебели и многого другого.
Можно создать с нуля игрушку для ребёнка, или скачать 3D-модель из интернета и придать ей уникальности в программе-редакторе.
При этом, такая игрушка по себестоимости будет дешевле покупной и гораздо интереснее для ребенка, поскольку он будет вовлечен в процесс ее создания.
Покупая такой инструмент, как 3D-принтер, домой, родители могут печатать хоть несколько разных игрушек в день: от простых до самых сложных и развивающих, благо, тысячи моделей уже доступны для бесплатного скачивания.
Можно и украсить свое жилье статуэткой любимого человека или себя самого - уже доступна услуга сканирования и печати 3D-портрета, как бюста, так и в полный рост. В том числе и полноцветного.
Постоянно разрабатываются всё новые и новые материалы для трёхмерной печати, обладающие всевозможными механическими и эстетическими свойствами, а 3D-принтеры и расходники постоянно дешевеют. Через несколько лет такой аппарат может стать неотъемлемой частью почти каждого жилища,как сейчас - телевизор. И неудивительно - полезность этого устройства в быту сложно переоценить.
9. Еда
Существует уже несколько серийно выпускаемых, и достаточно популярных при этом, пищевых 3D-принтеров. Одни из них печатают конфеты любой заданной формы из специального расходного материала. Такие аппараты, кроме расходного материала, почти ничем не отличаются от обычных 3D-принтеров. Есть и более специализированные.
Например, английский Choc Creator печатает шоколадом как плоские картины (например, для оформления тортов), так и объемные объекты.
Универсальный принтер Foodini создан для печати еды из свежих продуктов.
Конструкция позволяет загрузить в него несколько различных ингредиентов и получать на выходе разнообразные блюда.
Фиш-н-чипс, например:
Или полезных овощных динозавриков:
Есть и специальный принтер для блинов, позволяющий напечатать блинчики и оладьи любой заданной формы. Он, кстати, и стоит относительно недорого, и в обращении прост.
На фото - Pancake Bot готовит блин в виде космонавта и наш логотип.
Кстати, тут мы подготовили полный обзор этого принтера.
Технология создания пищевых 3D-принтеров совершенствуется. Можно предположить, что в ближайшем будущем появятся недорогие и общедоступные кухонные 3D-принтеры, как специализированные, так и универсальные, в идеале - совмещенные с кухонным комбайном и/или духовкой.
Итого
Как мы видим, технологии цифрового производства распространились уже во все области деятельности человека. Это неудивительно, учитывая их полезность и относительную простоту работы с ними.
Рынок аппаратов для 3D-печати и сканирования постоянно растет, а вместе с ним - разнообразие представленных моделей и материалов для печати. Всё время увеличивается качество работы 3D-принтеров - скорость печати и разрешение, диапазон применимых материалов и размеры рабочих областей. Цены же становятся всё ниже.
В ближайшие годы эта технология получит еще большее распространение и кардинально изменит представления о производстве вещей, делая их более доступными и уникальными. А это, если задуматься, скажется на культуре производства и потребления, неотвратимо изменяя облик повседневной жизни человека.
Подписывайтесь на наш телеграм-канал с отборными кейсами Роботизации и Автоматизации со всех уголков мира:
Рекомендуемые товары
Оставить комментарий