В Украине 3D-печать появилась сравнительно недавно и до сих пор воспринимается как внезапно ожившая технология из научно-фантастического романа. Но в мире ее уже вовсю используют в самых разных сферах, например, в медицине, промышленности и строительстве. К слову, одним из главных достоинств 3D-принта называют дешевизну, по крайней мере, в сравнении с традиционными методами производства.
О том, что сейчас можно напечатать на 3D-принтере, в каких направлениях развивается эта технология, и почему она не слишком успешно приживается в Украине с корреспондентом ForUm`a говорил соучредитель компании intRobots Николай Ковбаса.
- Правда ли, что сегодня при помощи 3D-печати можно создать если не все, то почти все?
- В принципе, да. Но именно «почти все». У любой технологии есть свои недостатки. Вообще, 3D-печать делится на несколько отдельных технологий. Самая простая из них – это метод послойного наплавления (FDM). Проще говоря, при такой печати пластик наплавляется слой за слоем. Здесь используются самые простые и дешевые 3D-принтеры, они же самые распространенные. Также есть технология лазерного спекания, которая используется и для пластика, и для металла. Там уже можно печатать металлические детали, ювелирные изделия. Еще есть фотополимерная печать, отличающаяся очень высокой точностью. Она применяется в ювелирном деле и в стоматологии.
- А что тогда нельзя напечатать на 3D-принтере?
- Это очень сложный вопрос, не знаю, как на него ответить.
Предположим, вы напечатали пластиковый стул на простом 3D-принтере(FDM). Но он не будет достаточно прочным. Потому что – это наплавление пластика, а не литье. Такой стул просто не может быть настолько же прочным, как отлитый из пластика. Это одно из существенных ограничений.
Если говорить о технологии в принципе, то можно напечатать все, что угодно. Но такие детали могут кардинально отличаться в физико-механических свойствах от своих собратьев, изготовленных традиционными методами. Также присутствуют ограничения по габаритам. То есть, чем больше принтер, тем больше деталь.
- Насколько 3D-печать развита в Украине? Как давно к нам пришла эта технология?
- Настоящий бум развития 3D-печати начался в 2012-м году. В это время обычные украинские студенты-инженеры начали собирать первые 3D-принтеры. Насколько мне известно, самый первый такой принтер у нас собрал Александр Мустафаев.
- Сколько компаний сейчас работает с этой технологией?
- Сейчас серьезных компаний 6-7. Они на рынке уже несколько лет, с самого начала. Новых компаний – около 20. Вообще, любой, кто купил 3D-принтер, уже может назваться «компанией» и что-то печатать на заказ. К сожалению, многие так и делают.
- К слову, а можно ли купить такой принтер для домашнего пользования?
- Можно. Но нужно сказать, что домашние 3D-принтеры подходят больше для создания прототипов. С их помощью можно сделать какую-то модель, игрушку, украшение. А вот какие-то серьезные инженерные детали на них делать очень сложно. Они просто не будут иметь таких прочностных характеристик, как аналоги, изготовленные промышленным способом.
- На каком технологическом уровне находятся большие украинские компании? На что они способны?
- Насколько мне известно, две украинских компании уже производят собственные профессиональные 3D-принтеры. То есть, это не просто какой-то «хенд-мейд», а серийное производство. Также есть компания, закупившая очень качественные 3D-принтеры в Германии, считающиеся одними из лучших в мире, и выполняет заказы по печати.
- У нас печатают больше прототипы или реальные вещи, которыми можно воспользоваться?
- Прочность изделий, напечатанных на обычном и на профессиональном 3D-принтере, будет кардинально отличаться. Например, у меня есть несколько идентичных с виду деталей. Одни сделаны на простом 3D-принтере из пластика украинского производства, а другие печатались на немецком принтере. Первые можно легко сломать руками, вторые – никак.
- Говорят, что делать прочные трехмерные детали из металла достаточно сложно. Есть ли прогресс в этом направлении?
- Если, предположим, одну и ту же деталь напечатать на принтере и выфрезеровать на фрезерном станке, то они никогда не будут равны по прочности. По крайней мере, на данный момент времени это так. Какой бы качественной ни была 3D-печать, в плане прочности она все равно отстает от литья.
Обычный 3D-принтер, работающий по технологии FDM, печатает изделия послойно. То есть он печатает один слой, поднимается чуть выше и начинает печатать следующий слой. Но к тому времени предыдущий слой пластика успевает остыть. А в случае с литьем вся масса пластика находится в жидком состоянии и при застывании становится монолитной. Детали, сделанные на 3D-принтере, монолитными не получаются, в них иногда даже бывают трещины, расслоение детали. Грубо говоря, главная проблема – в сцеплении слоев друг с другом.
Ситуация с лазерным спеканием металлического порошка по сути схожа. В принтер засыпают металлический порошок мелкой градации. Лазер спекает определенные участки этого порошка слой за слоем, так и получается деталь. Но в такой детали присутствуют поры (пустоты), что в свою очередь негативно сказывается на механических свойства. Иногда такие изделия ставят в печь и закаливают, тем самым упрочняют и снимают напряжение, возникшее при печати. Но по прочностным качествам все равно 3D-печать проигрывает.
- Тогда как насчет того, что за границей на трехмерных принтерах уже создают вещи, требующие серьезной прочности, протезы, например?
- В протезировании прочность стоит не на первом месте. Прежде всего, протез кости, например, должен быть легким и как можно лучше повторять геометрию ампутированного органа. Ну, и, конечно же, он должен выдерживать нагрузки. Проблемы на сегодняшний день не в прочности, а в сложных формах. Стандартные технологии не всегда могут повторить форму нужной кости. А если и повторяют, то ресурсов (денег) на это уходит на много больше, чем при использовании3D-печати. Это что касается металлических протезов.
Что касается пластиковых протезов, то недавно прошел целый бум по изготовлению протезов пациентам с врожденными дефектами пальцев на руках. На сколько мне известно, первыми изготовили так называемый робо-хенд американцы. Они надеваются на руку, как перчатка, делая ее полностью функциональной. Но опять же, такие робо-хенды непрочные и недолговечные. Хотя их очень удобно использовать для детей. Они ведь растут, а потому протезы нужно менять часто. Обычные протезы очень дорогие, намного дешевле печатать их на 3D-принтере. Сейчас в интернете можно найти массу вариантов таких разработок.
- То есть, такие протезы пока «одноразовые»? Напечатал, сломал, напечатал еще раз?
- Да. В Америке даже как-то была акция, когда Роберт Дауни-младший, сыгравший Железного человека, презентовал стилизованный «супергеройский» робо-хенд для детей.
- А что насчет биопечати, создания полностью функциональных органов, тканей?
- Насколько мне известно, давно напечатали «живое» человеческое ухо. Для тестирования его пересадили мыши, оно нормально работало. Недавно также удалось напечатать искусственную мини печень (фрагменты печени).
Не могу много рассказать о биопечати. Мне очень интересна эта тема, но понятно, что в Украине такая технология появится только через много лет.
Если вернуться к протезам, то уже были успешно проведены операции по замене пораженных раком костей титановыми. Металлические кости были напечатаны на 3D-принтере. Здесь есть много плюсов. Во-первых, так можно сэкономить очень много денег. На принтере сделать такие протезы намного легче и быстрее, чем на ЧПУ-станке. Во-вторых, в напечатанных костях было очень много специальных отверстий и шершавая поверхность, из-за чего мышцы и ткани нарастали на них намного быстрее и лучше.
- Но ведь такие протезы должны быть очень точно выполнены. Позволяет ли достичь требуемой точности 3D-печать?
- Конечно, да. Но точность достигается при помощи не столько 3D-принтера, сколько 3D - сканера. Пациенту вначале делают МРТ или КТ, а на основе полученных снимков создают 3D-модель. Именно потому такой протез будет на 100% идентичен кости пациента. Точно так же проводят и печать суставов. Обычные протезы суставов, конечно, кастомизированные, но все же не индивидуальные. Потому есть риск, что протез не подойдет пациенту и будет причинять дискомфорт и боль. А с помощью 3D-принтера и 3D-сканера можно сделать индивидуальные протезы, которые полностью совпадут с анатомическими особенностями конкретного человека.
- Перейдем к более масштабными проектам. Китайцы напечатали на 3D-принтере дом. Можно ли запустить эту технологию в серийное производство?
- Надо понимать, что ничего гениального в этом не было. По сути, китайцы напечатали большую деталь, назвав ее домом. Просто очень большой 3D-принтер печатал бетоном, а в процессе производства в конструкцию добавляли арматуру для прочности.
Такая технология есть не только в Китае, но и в других странах.
- Вы уже неоднократно говорили, что изделия, напечатанные на 3D-принтере, получаются дешевле тех, что были сделаны традиционными способами. За счет чего выходит экономия?
- Все дело в особенностях технологии. Недавно у меня был разговор о том, почему в Украине так мало металлической 3D-печати. Ответ прост: в ней нет потребности. Обычно из металла на 3D-принтере печатают очень сложные детали.
Допустим, турбинные лопатки. Мало того, что они имеют очень сложную геометрию, так еще внутри у них специальные пустоты. Турбина при вращении нагревается, а чтобы от температуры лопатки не деформировались и нужны эти полости. В традиционной промышленности сделать такую деталь очень сложно. Это требует очень много времени и денег. При печати на 3D-принтере таких трудностей нет. Потому сложные детали намного выгоднее создавать при помощи трехмерной печати.
- Почему тогда эта технология не востребована в Украине?
- Потому что в Украине есть люди, которые готовы работать за копейки. Ручной труд у нас очень дешевый. Этим и пользуются. Также у нас нет настолько сложного производства.
- А как же авиапроизводство?
- Да, это сложное производство. Конечно, можно внедрить современное инновационное оборудование и многие детали будут изготавливаться дешевле и быстрее. Но для этого нужны большие вливания денег, пока это остается только в планах.
Нужно понимать, что любое внедрение новых технологий требует больших ресурсов. Эти ресурсы потом «отбиваются» несколько лет или даже десятилетий. Ситуация такова, что наше производство сильно отстает от производства за рубежом и это касается не 3D-печати.
Я постоянно узнаю цены на услуги печати металлом за границей. Цена на производство одной и той же детали за границей на 3D-принтере и на ЧПУ-станке в Украине может отличаться в несколько раз. Это при том, что 3D-принтеры у них постоянно загружены. Конечно, все зависит от сложности изготовления детали, но все же цены не должны так сильно отличаться. Это еще раз говорит о дешевизне рабочей силы в Украине.
- Помимо 3D-принтера для производства нужно и программное обеспечение, и люди, которые умеют с ним работать. Как долго нужно готовить такого специалиста?
- У нас много специалистов, работающих с простыми 3D-принтерами по пластику. Обычно, люди учатся самостоятельно, ничего сложного в этом нет. Что касается специалистов по печати на серьезных промышленных 3D-принтерах, то их не так уж много. Практически все они учились за границей, в странах, где и закупалось оборудование.
Что касается работы с металлом, то мне сложно судить, сколько вообще таких 3D-принтеров в Украине. Наверное, не больше трех. Опять же люди, умеющие работать с такой техникой, учились там, где она закупалась.
В принципе, пользоваться 3D-принтером не сложно, этому можно научиться буквально за месяц. Но уметь пользоваться и качественно печатать это разные вещи. Да, нужно уметь создавать трехмерные модели. Но и этому обучаются за пару месяцев.
- То есть, инженерное образование не нужно?
- Инженерное образование нужно, чтобы понимать, что именно конструировать. Оно нужно конструктору, создающему что-то. А оператору 3D-принтера оно без надобности. Ему нужно просто уметь пользоваться 3D-принтером, это узконаправленная специализация. А вот самому конструктору необходимо просчитать выдержит ли деталь нагрузки, упадет потом самолет или нет.
В любом случае, для 3D-печати нужно намного меньше людей, чем для обычного производства. Скажем, один человек может одновременно обслуживать около 5 обычных 3D-принтеров по пластику. Для более профессиональных аппаратов нужно на пару человек больше. А на традиционном производстве нужен фрезеровщик, токарь, оператор универсального станка, слесарь и так далее. Да и учить каждого из них нужно намного дольше.
- В сентябре в Киеве будет большая выставка по 3D-принту. Что будете показывать?
- Во-первых, покажем электрогитару, напечатанную на 3D-принтере. На ней можно будет сыграть. Конечно, струны и болтики покупались отдельно. Но сам корпус полностью сделан на 3D-принтере.
Также мы презентуем дизайнерские накладки для протезов нижних конечностей. Обычные протезы ног – это, грубо говоря, палка с колодкой на конце. Мы же хотим придать им объем. Например, с такими накладками под одеждой уже не будет пустоты, протез будет менее заметным, а человек будет меньше комплексовать. Еще эти накладки с разным дизайном можно менять хоть каждый день. Они могут быть какими угодно. Да, идея не нова. В Европе это давно используется, но у нас пока нет.
Вообще, на этой выставке будет очень много интересных компаний.
- Выходит, что 3D-печать – это дешевая, перспективная и очень интересная технология. Почему она не приживается в Украине?
- Скажем так, 3D-печать – это очень полезная и интересная технология. При правильном подходе она может сэкономить не только ваше время, но и ваши деньги. Многие думают, мол, 3D-принтер – это волшебная коробка, которая способна на все. На самом деле, 3D принтер не способен и на половину того, чего от него ждут. Но оставшейся половины хватает, чтобы 3D-печать постепенно изменяла наш мир к лучшему.
Почему технология не приживается в Украине? У нас вообще производство находится на очень низком уровне. А 3D-принтеры – это новое и еще довольно-таки дорогое новшество. Оно к нам придет, но нужно подождать.