Трехмерный принтер

В здании бывшей пивоварни в Бруклине трое веселых парней с гарвардскими дипломами – Бри Петтис, Зак Смит и Эд Майерс – собирают первый в мире бюджетный настольный трехмерный принтер MakerBot. Это аппарат размером с телевизор с подвижной экструзионной головкой и почти таким же соплом, как у обычного струйного принтера. Только вместо чернил он заряжен цветным шнуром из ABS-пластика, который в расплавленном состоянии слой за слоем формирует трехмерные объекты размером с чайную чашку. Если заменить стандартную головку специальным блоком с фрезой, принтер легко превращается в фасонно-фрезерный микростанок с ЧПУ. Такой MakerBot способен с промышленной точностью вырезать деталь любой формы из пластикового блока.

Для того чтобы пользоваться принтером, не надо быть квалифицированным станочником и знатоком специальных конструкторских программ – достаточно знать компьютер на уровне уверенного пользователя. Всего пять лет назад подобный аппарат стоил $125 000 и был доступен лишь крупным компаниям. Сейчас средняя цена промышленных 3D-принтеров упала до нескольких тысяч. Бри Петтис продает MakerBot за $900 всем желающим, но уверен, что вскоре сможет снизить его стоимость вдвое.

Биты в атомы

Первые трехмерные принтеры, или стереолитографические машины, были созданы еще в середине 1980-х американским инженером Чаком Халлом, автором более 60 патентов в области макетирования и ионной оптики. Он же разработал для них софт и особый формат файла STL. Машина Хала буквально рисовала детали направленным ультрафиолетовым лучом в ванне с жидким фотополимером. В 1986 году Халл основал компанию 3D Systems, совершив революцию в промышленном прототипировании. Аппарат Петтиса, Смита и Майерса работает на тех же самых принципах, только он проще и универсальнее.

MakerBot CupCake CNC поставляется в виде конструктора, который можно собрать за выходные и сразу же запустить в действие. Основные его элементы – система 3D-позиционирования, рабочая головка и управляющая электроника. Рабочая платформа принтера подвижна в горизонтальной плоскости, а рабочая головка – в вертикальной. Для покупателей, не владеющих навыками трехмерного моделирования, отличным подспорьем станет проект студентов Кембриджского университета ProFORMA – онлайн-сканирование объектов при помощи обычной веб-камеры. Полученный файл можно отредактировать в бесплатной графической программе Google SketchUp и загрузить на 3D принтер через бесплатное же приложение ReplicatorG. ReplicatorG легко переваривает виртуальные биты любых CAD-файлов в реальные атомы.

Скоро у MakerBot появится собственный 3D-сканер. С его помощью можно будет за считанные минуты оцифровать любой предмет, помещающийся в рабочую зону принтера. Список материалов для объемной печати пополнится скульптурной глиной, жидким фотополимером PLA, при отвердевании издающим аромат подсолнечного масла, а также кремний-полимерными смесями. Более мощная фрезерная головка позволит обрабатывать камень, сталь, бронзу и ювелирные металлы. Первое поколение MakerBot способно воспроизвести примерно четверть собственных деталей. На следующем этапе эволюции эта цифра вырастет как минимум вдвое. Но саморепликация для Петтиса и его команды не самоцель. Машина должна производить реальные товары.

По секрету всему свету

MakerBot – это не тайная лаборатория с засекреченным ноу-хау. Это сетевой краудсорсинговый проект (от слов crowd – толпа, source – источник), в работе которого принимают участие тысячи людей со всего мира. Коллективный разум виртуального сообщества позволил создать CupCake CNC всего за четыре месяца. Другой ресурс – Thingiverse – был создан Петтисом специально для свободного обмена идеями и готовыми CAD-файлами. Продукт постоянно совершенствуется самими покупателями, а вся информация об этом размещается на форуме Thingiverse.

«Thingiverse – это телепортация мыслей! Первое, что я делаю, когда просыпаюсь, – захожу на Thingiverse узнать, не появилось ли там чего-то новенького. И каждый день он меня удивляет»,– говорит Бри Петтис. «Я уверен, что через пару лет трехмерные принтеры будут стоять на столах у миллионов людей. Помните – когда были сделаны первые компьютеры, скептики вещали, что во всем мире для них найдется не более сотни покупателей. То же самое случится и с MakerBot, только для этого не придется ждать 20 лет. Персональное цифровое производство – вот новая идея века».

CupCake CNC приобрели уже более 600 клиентов. Это инженеры, архитекторы, художники, коллекционеры древностей, ювелиры и просто умные люди, уставшие ждать чудес от других. Мечта Петтиса и его друзей – универсальная цифровая микрофабрика, которая позволит каждому у себя вгараже производить товары высочайшего качества – от запчастей для автомобилей и ювелирных украшений до зубных и суставных протезов. MakerBot Industries – не единственная компания, работающая над доступными цифровыми инструментами. Калифорнийский дизайнер Патрик Худ Дэниел продает всем желающим целый выводок станков с ЧПУ по цене от $1500 до 3000. Аналогичное оборудование делают еще несколько команд, и их количество постоянно растет.

Завод напрокат

Настольная фабрика – это здорово. Ну а что делать тем, чьи идеи помасштабнее? Смастерить мебельный гарнитур для собственного дома, катер или автомобильное шасси на MakerBot не получится. Заказать в Китае? Телушка– полушка, да рубль перевоз. Решение этой проблемы предлагает американская компания ShopBot.

Специализация ShopBot – доступный универсальный цифровой инструмент для производства габаритных деталей. Высокоскоростные станки ShopBot – находка для предпринимателей, производящих товары малыми сериями. Эти компьютеризированные машины с аптекарской точностью режут, сверлят, фрезеруют и полируют практически любые материалы. Вместе с самой машиной покупатель получает пакет софта ShopBot PartWorks Suite CAD/CAM, на котором можно быстро разработать требуемую деталь, рассчитать оптимальные размеры заготовки и создать программу обработки. Любой желающий может пройти онлайн-курсы по изучению возможностей цифрового инструмента, а также заказать индивидуальную оснастку для него.

Механическое почкование

Идея создания собственного настольного трехмерного принтера пришла в голову Заку Смиту из компании MakerBot Industries после того, как он узнал о сетевом краудсорсинговом проекте RepRap (Replicating Rapid-prototyper). Принтер RepRap – это недорогая машина с открытым исходным кодом, способная самореплицировать саму себя, или попросту – размножаться. Основатели проекта и виртуальное сообщество уже более пяти лет упорно движутся к своей цели – созданию полностью самовоспроизводящейся машины. Пока что RepRap может сделать лишь половину собственных запчастей, но уже в ближайшее время принтер «научится» собирать микросхемы для своего блока управления, а не только механические элементы. На основе RepRap, который обойдется не более чем в €350, можно строить и более продвинутые аппараты произвольной конфигурации.

По мнению команды MakerBot, проект RepRap скорее просветительский и образовательный, чем практический. Если индивидуальному производителю нужен хороший инструмент – проще купить проверенную и надежную готовую машину.

ShopBot отгрузила клиентам уже более 5000 своих станков, и спрос на них растет лавинообразно. Цена на базовую версию фасонно-фрезерной машины PRSstandardCNC с рабочей зоной 1,2х1,2х0,5м составляет $ 7000. Кроме того, компания предлагает несколько продвинутых аппаратов серии PRSalpha с гораздо большими возможностями. Впрочем, и цена на них многим «слесарям-одиночкам с мотором» кажется несъедобной. Купить подержанный, но вполне надежный металлообрабатывающий станок с ЧПУ можно и за пару тысяч, но зачем он нужен, если пользоваться им придется всего лишь несколько раз в году?

Специально для таких клиентов ShopBot и ее партнер Ponoko придумали оригинальный проект, стремительно набирающий популярность. Это сеть публичных мастерских 100kGarages. На территории США их уже более двух десятков. Просторные пустующие промышленные здания и ангары, которых полно в Америке, 100kGarages комплектует самым современным станочным парком от ShopBot. Любой желающий может купить себе месячный или годовой абонемент и пользоваться цифровым инструментом по своему усмотрению. Здесь же проводятся мастер-классы как для новичков, так и для профи. Такую мастерскую можно использовать как собственную фабрику и производить продукцию серийно, что многие и делают: основные пользователи станочного парка 100kGarages – небольшие компании. Скоро в проект должны войти еще несколько производителей цифрового промышленного оборудования и список услуг 100kGarages будет серьезно расширен.

Еще более универсален другой подобный проект – TechShop Джима Ньютона. Список операций, доступных в TechShop, не уместится и на десятке машинописных листов. Кроме цифрового инструмента и машин для прототипирования там можно найти профессиональное оборудование для абразивной обработки материалов, сварки, литья, штамповки, окраски, порошкового напыления, химической и термической обработки и т.д и т.п. На фабриках можно арендовать стенды для кузовного ремонта автомобилей, подъемники, покрасочные камеры и любой ручной инструмент от паяльника до лазерной линейки. В TechShop приходят даже домохозяйки – к их услугам компьютеризированные швейные, вязальные, вышивальные, петельные и обметочные машины последнего поколения. Обучение в TechShop можно пройти буквально не отходя от станка. Среди клиентов фабрик TechShop очень много предпринимателей-одиночек, которые ходят туда, как на работу.

Аршавин во плоти

У нас в редакции есть любимая игрушка – настольный футбол. Случается, что после семи вечера весь офис превращается в стадион. У нас все как у больших: чемпионаты, статистика, сильные и слабые игроки, болельщики, нередко даже и комментаторы. Только комментировать такую игру непросто: все игроки на поле безымянные. Узнав о возможностях современного индивидуального производства, мы решили исполнить свою давнюю мечту: заполучить в команду хотя бы одну звезду. Производство игрока заняло меньше времени, чем споры о том, кто из футболистов попадет к нам на стол. Трехмерную карикатуру на Андрея Аршавина разработал 3D-скульптор Владимир Дебинский. Получившийся файл мы отправили инженерам компании Roland. Они задали верные масштабы модели, чтобы новый футболист по размеру полностью соответствовал старым. Мы лишь попросили художника сделать Аршавину голову побольше, чтобы ею тоже можно было играть. Масштабированная модель была загружена в четырехкоординатную фрезерную и гравировальную машину с ЧПУ Roland MDX-540. Подобно искусному скульптору, аппарат принялся отсекать все лишнее от заготовки – бруска из жесткого пластика. Участия человека не требуется: машина перемещает фрезу и вращает заготовку, филигранно повторяя контуры загруженной в нее 3D-модели. Минимальная точность позиционирования фрезы составляет 0,1 мм, а максимальные размеры изделия – 500 х 400 х 155 мм. Финальный тайминг наших работ выглядит так: споры о том, кто лучший футболист на свете, – одна неделя; разработка трехмерной модели – одна бессонная ночь; обработка модели и производство пластиковой фигуры – пять часов.

Авиация из народа

Профессор Массачусетского технологического института Эрик фон Хиппель считает, что ближайшее десятилетие станет временем колоссальных тектонических сдвигов во всей мировой экономике. Хватит ли миллионам персональных производителей места под рыночным солнцем? Пока что на этом пляже всего несколько тысяч загорающих, а рыночных ниш, где могут они пригодиться, – не счесть. Причем это могут быть совсем неожиданные и даже курьезные проекты.

Например, Дэйв Чепмэн, основатель компании BrickArms, заполняет провалы в модельной линейке знаменитого производителя конструкторов Lego. Вместе с сыновьями он организовал производство и международные поставки разнообразного пластикового вооружения, совместимого с Lego-человечками. Настоящие конструкторы Lego разрабатывают в секретной лаборатории в Билунде, затем делают тестовые образцы, и,если дизайнеры получают одобрение маркетологов, их запускают в производство. В BrickArms все иначе. Сначала Чепмэн создает виртуальный комплект в программе SolidWorks3D. Далее полученный файл превращается в алюминиевую литьевую форму на настольном станочке с ЧПУ Taig 2018 ценой менее тысячи долларов. Несколько часов отнимает отливка пластикового прототипа на ручном экструдере. То, что получилось в итоге, выставляется на сайте компании. Если товар покупают, Дэйв заказывает необходимое количество комплектов на такой же микрофабрике в Сиэтле. Продукция мастерской BrickArms расходится по миру тысячами экземпляров. Сегодня у Чепмэна есть свои дилеры в Британии, Австралии, Швеции, Канаде и Германии. Хобби стало отнимать у него столько времени, что в 2008 году Дэйву пришлось уволиться с работы.

Пластиковые детали для конструктора – не самый технологичный по нынешним меркам товар. А по зубам ли гаражным Кулибиным хайтек? Крис Андерсон и Джорди Муньос решили бросить вызов Lockheed Martin и Boeing, разработав собственный дешевый автопилот для беспилотных летательных аппаратов. Для начала Андерсон и Муньос запустили сайт DIY Drones («Самодельные беспилотники») для коллективного обсуждения характеристик будущего прибора. Анализ рыночных предложений показал, что имеющиеся автопилоты очень сложны в использовании, а их реальная цена не превышает $300 с учетом хорошей прибыли. В течение нескольких недель друзья разрабатывали электронный блок управления, сидя с паяльниками в гараже. Если схема казалась им удачной, в программе CadSoft Eagle они создавали виртуальный прототип и заказывали на ближайшей фабрике печатную плату. Так, этап за этапом, при помощи коллективного интеллектуального штурма они сделали то что нужно – кустарный автопилот работал как часы.

Интерактивный Китай

Профессор МIT Эрик фон Хиппель считает, что ближайшее десятилетие станет временем колоссальных тектонических сдвигов во всей мировой экономике. Новая индустриальная революция стоит на трех китах – изобилии бесплатного мощного софта для моделирования всего и вся, появлении доступного производственного инструмента и гибкой политике производителей. Китайские компании лучше других адаптировались к экономическому кризису и готовы меняться в зависимости от предпочтений клиента. Поиск надежного партнера прост: достаточно зайти на сайт Alibaba.com, найти подходящие по профилю компании и послать им запрос. Интерфейс сайта автоматически переводит английские фразы на китайский и наоборот. Ответ приходит через несколько минут: «Да, мы можем сделать то, что вам нужно», или «Нет, мы этого не можем», или «У нас это уже есть и стоит столько-то». Основатель Alibaba.com Джек Ма называет такой подход Consumer to Business. По его мнению, он идеально подходит для микробизнеса: «Для компаний это выгодно – на маленьких заказах они получают больше прибыли». С 1999 года стоимость Alibaba.com выросла с нуля до $12 млрд, а в каталоге сайта $45 млн зарегистрированных пользователей. Размещение в 2007 году акций Alibaba на $1,7 млрд на Гонконгской бирже стало крупнейшим среди IT-компаний со времен появления Google. За три последних года благодаря проекту Джека Ма в Китае было создано около 1,1 млн рабочих мест.
Андерсон и Муньос разместили мелкосерийный заказ на фабрике. Небольшая компания SparkFun взялась не только за монтаж электроники, но и за организацию доставки готовых комплектов покупателям. Друзья же сконцентрировались на дальнейшем совершенствовании продукта и разработке новых. В первый год компания показала оборот в $250 000, а сегодня это уже миллионный бизнес.

По мнению Андерсона, перспектива развития персонального производства в области хайтека выглядит очень оптимистично. Интернет делает информацию практически бесплатной, а доступность цифрового инструмента позволяет каждому производить конкурентоспособную продукцию. Краудсорсинг ломает представления об интеллектуальной собственности и лицензионных отчислениях – любую технологию можно удешевить на порядок, если создать ее аналог с открытым кодом. В итоге тысячи людей становятся производителями, а миллионы покупателей получают дешевый и качественный товар.