Методы 3D-печати сейчас развиваются настолько бурно, что то, что казалось еще несколько лет назад невозможным уже сейчас воплощается в конкретных технологиях. Архитекторы упорно создают образ новой жизни города, в котором напечать можно будет все: от женских украшений до целых кварталов.
3D-печать — это разговорное название современных цифровых аддитивных технологий, которые являются частью нового типа производства. Чтобы лучше понять суть этого метода, необходимо иметь представление о том, что существует два главных способа производить что-либо. Первый — при помощи механической обработки, постепенно избавляясь от всего лишнего: отрезая, отбивая, высверливая. Второй — аддитивный, постепенное добавляя материал и наращивая необходимую форму.
Полтора года назад в своем прогностическом исследовании «Эластичный город» я попытался представить, как будут меняться различные сферы городской жизни, в том числе производство и экономика с развитием аддитивных технологий. Одна из получившихся в работе схем отражает последовательность изменений, которая происходит и будет происходить с переходом на 3D-печать. Из нее видно, как может происходить постепенный переход от промышленного поточного производства к индивидуальному производству в домашних или офисных условиях. Примерно такие же изменения человечество наблюдало, когда появились офисные и домашние принтеры.
Возможность печатать изделия прямо дома или в соседнем офисе изменяет саму культуру владения и избавит от необходимости в накоплении вещей. Ценным станет владение не вещью, но ее информационной моделью и возможностью напечатать ее с помощью каких-то уникальных по свойствам материалов. Владение цифровой информацией позволит в любой момент воспроизвести изделие вновь и вновь. В конечном счете, может сформироваться экономическая и окружающая среда, которая будет действовать подобно природной биосфере — когда устаревший объект будет тут же переработан с учетом новых требований. В этом случае важнее становится не количество изделий, которые обуславливают современное понимание уровня жизни, а количество переделок, связанное с потраченной энергией и амортизацией станков.
В статье журнала The Economist под названием The Printed World приведены слова Терри Уолерса, исследователя в области 3D-печати. Он говорит, что в настоящий момент более 20% произведенных на 3D-принтеров изделий — окончательные продукты, а не прототипы, для изготовления которых и была придумана технология. Уолерс предсказывает, что уровень производства окончательных продуктов вырастет до 50% к 2020 году.
Можно предположить, что рост будет гораздо интенсивнее: это будет связанно с внедрением новых способов производства из разного рода материалов и захватом новых областей промышленности. Чтобы технология трехмерной печати стала доступна как атрибут дома или офиса, необходимо, чтобы она была дешевой, простой в использовании и давала то, что нельзя получить другим способом. Одним из главных преимуществ 3D-печати является ответ на потребности в реальном времени.
Недавно HP запустили линейку собственных 3D-принтеров, что отражает интерес мелких фирм к данным технологиям — компании покупают аппараты, несмотря на немалую цену в $17500. В противовес таким гигантам, как HP и Z Corporation, существуют альтернативные open-source проекты типа MakerBot Они выпускают наборы для сборки принтера, которые стоят всего от $1225.
Европейский аэрокосмический и оборонный концерн (EADS) использовал процесс аддитивного послойного изготовления, объединяющий 3D-печать с лазерной технологией, для создания Airbike — готового к поездке напечатанного нейлонового велосипеда. Прототип демонстрирует полностью функциональный транспорт — настолько же хороший, как и тот, который можно купить в магазине.
В сравнении с промышленными 3D-станками такие принтеры, конечно, обладают меньшим качеством детализации изделий, но отличаются большой универсальностью в выборе материала. Например, с их помощью можно печатать пластиком, силиконом, цементом, тестом для печенья или даже сыром. Таким образом, область 3D-печати захватывается с двух сторон: глобальных компаний и глобальных идей.
Следующее направление, которое ведет нас в напечатанное будущее, связано с появлением такой студии, как Freedom Of Creation (FOC), которая была основана Янне Киттаненом 10 лет назад в Амстердаме. Они одни из первых стали создавать свой дизайн, который не мог быть произведен ни одним другим способом кроме аддитивного. «Когда мы начинали, все думали, что я лунатик», — рассказывает сейчас Янне, у которого берут интервью не реже чем раз в месяц. Метод работы студии заключается в том, что она дает задание на проектирование, а решение может предложить любой дизайнер. После этого будет оформлен договор на использование его проекта, и продукт будет воплощен в реальность. Технология 3D-печати позволяет избавиться от долгого процесса инженерной и производственной доводки изделия.
Огромным шагом в этом направлении стало появление сайтов типаShapeways и I.materialise, которые позволяют любому человеку загрузить на сайт трехмерный файл, тут же изменить масштаб изделия и выбрать материал, из которого он будет изготовлен, а потом заказать свой товар и ждать, когда он придет по почте.
По похожему принципу работает дизайн-студия Nervous System, специализацией которой является создание украшений. Дизайн бижутерии генерируется с помощью компьютера, а производство осуществляется с помощью цифровых технологий, в том числе аддитивных.
В онлайн-магазине компании можно как выбрать готовые решения, так и прототипы, которые можно настроить под собственный вкус, используя простые интерактивные приложения. По сути, покупатель получает уникальное украшение, напечатанное эксклюзивно для него.
Детали интерьера и мебель — также одно из основных направлений использования 3D-печати. Нельзя не отметить пионеров нового отношения к созданию мебели — студию FRONT и их концепт Sketch Furniture, созданный в 2006 году. Он показывает новый способ проектирования мебели: пользователь рисует ее прямо в воздухе специальным пером, траектория движения которого захватывается при помощи технологии motion capture. Далее цифровая информация передается в компьютер, который дает команду принтеру распечатать полученные объекты на основе сгенерированной модели.
Уже упомянутый FOC также выпускает множество интерьерных изделий, но действительно большой прорыв студия сделала, когда Янне Киттанен создал прототипы 3D-ткани. Концепция быстро производимого текстиля была разработана еще в 1999 году Иржи Ивенхуйсом. Трехмерная печать позволила создать непрерывные рисунки плетения, невозможные в традиционном текстиле.
Принтеры позволяют любому создавать собственные механизмы и тут же воплощать их в жизнь, в связи с чем появляются приложения, упрощающие процесс проектирования. Sneak Peek — небольшая программка для простого моделирования любого механизма для последующей распечатки элементов на MakerBot.
Но более интересное свойство трехмерной печати заключено в том, что она позволяет создавать механизмы сразу — без необходимости собирать их из отдельных деталей. В напечатанных механизмах все детали находятся уже на месте и готовы к работе, как только будет удалено лишнее сырье. Это избавляет от необходимости изобретать изощренные процедуры сборки и создавать сцепки, не имеющие аналогов в традиционных механизмах. Это свойство используется для создания подвижных протезов конечностей, разрабатываемых Bespoke.
Cпециалист в области промышленного дизайна Скотт Саммит и хирург-ортопед Кеннет Траунер из фирмы Bespoke разработали технологию индивидуального протезирования, которая основана на технологии быстрого прототипирования с использованием технологии 3D-моделирования.
Трехмерная печать также повлияла и на архитектуру. Многие годы архитекторы для поиска формы экспериментировали на масштабных моделях, используя цифровые производственные процессы. Фабио Грамацио и Матиас Колер из Швейцарского федерального технологического института исследуют архитектурные артефакты, построенные с помощью индустриального робота, обычно используемого для сборки автомобилей и выполняющего разные высокоточные задания. Его точность, сила и скорость позволяет им выстраивать архитектурные формы беспрецедентной сложности.
Доктор Бехрох Хошневис из Университета Южной Калифорнии занимается развитием технологии Contour Crafting, позволяющей печатать целые здания.
В настоящее время в работе Грамацио и Колера исследуется потенциал техники мобильного цифрового производства, которое позволяет производить объект в масштабе один к одному прямо на строительной площадке. Место классического 3D-принтера тут занимает робот: вместо печатной головки мы видим манипулятор, последовательно добавляющий материал к изделию.
Кирпич, наиболее распространенный материал для строительства, становится сырьем для самых современных цифровых строительных экспериментов. Нью-Йоркский проектPike Loop — это структура 22-метровой длины, выстроенная на строительной площадке с помощью индустриального робота, установленного на подвижном грузовом прицепе. Более чем 7000 кирпичей образуют форму бесконечной петли, вьющейся вдоль пешеходного островка безопасности.
Структура построена с помощью робота R-O-B, установленного в подвижном транспортном контейнере. Привезенный из Швейцарии в Нью-Йорк и поставленный в трейлер с низкорасположенным кузовом, R-O-B был транспортирован для последующего производства на месте строительства.
Новое программное обеспечение позволяет архитекторам быстро придумать и спроектировать конструкции, но существующие строительные методы не позволяют реализовать полный потенциал новых программ. Это заставляет архитекторов и инженеров задумываться о поиске новых производственных решений.
Доктор Бехрох Хошневис из Университета Южной Калифорнии занимается развитием технологии, позволяющей печатать целые здания. Contour Crafting — это способ послойного изготовления зданий из керамического материала, который имеет большой потенциал для автоматизации строительства целых конструкций или отдельных конструктивных элементов. Используя эту технологию, можно строить каждый отдельный дом или серию домов по собственному индивидуальному проекту. При этом все может быть построено в автоматическом режиме в один заход — с учетом всех необходимых трубопроводов для электрической проводки, канализации и вентиляции.
Наиболее инновационным на сегодняшний момент в деле печати зданий можно считать систему D-Shape, разработанную Энрико Дини. Этот новый механизм делает возможным создание полноразмерного здания из песчаника без человеческого вмешательства с импользованием стереолитографического печатного процесса, для которого требуется только песок и специальное неорганическое связующее вещество. Эта составляющая трансформирует песок в минерал с микрокристаллическими характеристиками, работающий на сжатие и растяжение значительно лучше портландцемента, что делает излишним использование арматуры для усиления конструкций. Такой материал неотличим от искусственного мрамора и химически на сто процентов дружелюбен окружающей среде.
Несмотря на более высокую цену связующего в сравнении традиционными материалами, окончательная стоимость конструкции, напечатанной D-Shape, на 30-50% меньше, чем при ручном методе строительства.
Система рассчитана на четырехкратное ускорение сроков строительства относительно традиционных строительных методов. Ежегодный производственный объем первой (маленькой) модели аппарата — 2500 квадратных метров, что эквивалентно 1220-этажному зданию. Несмотря на более высокую цену связующего в сравнении традиционными материалами, окончательная стоимость конструкции, напечатанной D-Shape, на 30-50% меньше, чем при ручном методе строительства. На изображении показан элемент, напечатанный D-Shape, который станет частью виллы на Сардинии.
В самых прогрессивных университетах мира разрабатываются альтернативные способы печати зданий. В Архитектурной Ассоциации в Лондоне группа студентов разрабатывает подводный метод. Основанный на изучении поведения материалов в логике цифрового производства, проект Fluid Cast исследует технологию, которая может помочь осуществить переход материалов к другому аггрегатному состоянию — с использованием воды как катализатора, приводящего к их затвердеванию. Цель проекта — разработка строительной системы с цифровым управлением, с помощью которой в воде будут мгновенно формироваться конструкции. В проекте также заложен потенциал для размышлений о море как среде развития, открывающей широкий диапазон возможных применений.
Существуют творческие группы, которые пытаются заглянуть далеко вперед и оценить то, как будет развиваться технология 3D-печати в будущем. В архитектурной школе GSAPP Колумбийского Университета несколько лет подряд работает лаборатория(N)certainties под руководством Франсуа Роше — одного из самых футурологичных архитекторов современной эпохи.
В компании разрабатывают новые системы строительства, которые не просто должны позволить производить здания дешевле и быстрее, но должны повлиять на структуру социума в целом.
Франсуа Роше не только производит футуристического вида инсталляции, но и создает клипы для близких себе по духу групп — например, Radiohead.
Это городские суперобразования, которые постоянно наращиваются строительными роботами, изменяя и дополняя мегаструктуры и согласуясь с потребностями людей. Этот постоянно меняющийся организм в каждый момент времени представляет собой сиюминутный сплав социального договора жителей и чем-то напоминает технологии web 2.0, по которым формируются wiki-сайты.
Посредники больше не нужны — дешевле будет скачать файл, подкорректировать параметры, пойти в маленькую фирму рядом с домом и отпечатать нужный предмет.
Доля энергопотребления на транспорт составляет треть всей структуры экономики. А доля логистических издержек в цене товара в разных странах варьируется от 10 до 40%. Развитие технологий трехмерной печати — это как минимум неплохая возможность сократить расходы, убрав ненужных посредников. Дешевле будет скачать файл, подкорректировать параметры, пойти в маленькую фирму рядом с домом и отпечатать нужный предмет. А чтобы построить дом, не надо вызывать рабочих и строительную технику, всего лишь вызвать одного строительного робота, который из материала, найденного неподалеку, напечатает дом по проекту, который вы с друзьями создали в интернете. Получается эдакая глобализированная локальность, которая приведет к большим и увлекательным изменениям в обществе.
Комментарии (0)