И садоводы, и производители мечтали о том дне, когда вместо того, чтобы посылать за запчастями, они смогут быстро и легко протестировать и изготовить их самостоятельно.
Эта мечта как никогда близка к тому, чтобы стать реальностью, поскольку наука и искусство 3D-печати становятся все более масштабными и популярными. Эта технология позволяет частным лицам и компаниям печатать индивидуальные компоненты на месте с постоянно растущим разнообразием свойств и функций.
«Мне еще предстоит встретить отрасль, в которой 3D-печать не поможет», — сказал Майк Нагель, менеджер по бизнес-технологиям Advanced Technology Systems, во время презентации на симпозиуме технических знаний Ассоциации маркетинга продукции (PMA) в этом году. Нагель работал с рядом отраслей, включая пищевую промышленность и сельское хозяйство, над внедрением систем 3D-печати.
3D-печать уже используется для изготовления таких объектов, как человеческие органы, протезы, строительные формы и детали автомобилей. Более 1,000 деталей новейшего самолета Airbus напечатаны на 3D-принтере.
По словам Нагеля, в основе 3D-печати лежит другой взгляд на производство. Традиционный метод называется субтрактивным, при котором большой кусок сырья уменьшается, формуется и превращается в желаемый конечный продукт. В мире искусства скульптор является основным практиком субтрактивного производства.
«Для сравнения, аддитивные или 3D-технологии берут то, что вы проектируете, и печатают только то, что вам нужно», — сказал Нагель.
По словам Нагеля, традиционное производство может означать длительные сроки выполнения заказов, дорогостоящее оборудование и конструктивные ограничения и часто больше подходит для больших объемов продукции. Появление технологии 3D-печати обеспечивает более быструю реакцию, возможность печатать только те детали, которые необходимы, а также возможность тестировать и утилизировать с минимальным риском. Этот тип производства лучше подходит для индивидуальной настройки и небольшого объема продукции.
Существует множество технологий, используемых в 3D-печати, но, возможно, лучший способ понять эту технологию — это подумать о том, как глазурь добавляется на торт. Принтер, работающий на основе предварительно запрограммированного автоматизированного проектирования (САПР), наносит желаемый материал слоями для создания конечного продукта.
Двумя основными технологиями печати являются полиструйная печать и моделирование методом наплавления, или FDM. Полиструйная печать похожа на традиционную двухмерную печать, начиная с сырой жидкости, подаваемой через сухой слой, который выбрасывает материал на поверхность слоями. Ультрафиолетовый свет используется для приклеивания печатного материала к желаемой поверхности. FDM — более старая технология. Он подает пластиковую нить из нужного материала через приводной двигатель. Затем материал нагревают и экструдируют, также слой за слоем.
Принтеры различаются по размеру и сложности и используются как домашними любителями (которые объединились в онлайн-сообщества энтузиастов на таких сайтах, как thingiverse.com), так и крупными производителями.
«В нашем магазине есть продукты от самых маленьких, от традиционного двумерного настольного бумажного принтера до систем весом 8,000 фунтов и больших внедорожников, а также все, что между ними», — сказал Нагель.
Сельское хозяйство также изучает преимущества 3D-печатных деталей и материалов. Компании Nagel и Advanced Technology Systems сотрудничали с производителями сельскохозяйственной техники для печати таких компонентов, как навесное оборудование для комбайнов и нестандартные аппликаторы семян. В меньшем масштабе веб-сайт FoodRising.org предлагает бесплатное программное обеспечение для 3D-печати для изготовления таких предметов, как клапаны, зажимы и фитинги.
Машиностроительная компания обычно изготавливает приспособления для своих машин методом ротационного формования, что не позволяло достичь всех желаемых геометрий и форм. 3D-печать позволила компании недорого изготовить прототип навесного оборудования для 12-головочного комбайна и проверить его эффективность в различных полевых условиях.
«Это не то, на чем они заработают миллионы, — сказал Нагель. «3D-печать снижает их риск и позволяет им попробовать что-то новое и попробовать разные формы и размеры».
Другие виды производства продуктов питания все чаще используют 3D-печать. Они включают:
- Розлив: Линия розлива, которая требует частой смены размеров контейнеров и сопутствующих изменений в инструментах, может извлечь выгоду из технологии 3D-печати, чтобы приспособиться к более широкому спектру размеров бутылок.
- Продукты для завтрака: производители хлопьев используют 3D-печать для изготовления штампов для новых форм экструзии и новых форм для хлопьев — в более широком смысле, эта же концепция может применяться к уникальным нарезкам продуктов и другим типам продуктов.
- Упаковка: Поскольку формы и размеры упаковки меняются все чаще и требуются более уникальные формы, 3D-печать используется для производства форм, используемых для этих новых стилей.
- Розничная торговля. Торговое оборудование и дисплеи для торговых точек все чаще изготавливаются с помощью 3D-печати. Это может быть особенно важно при тестировании размеров предметов, которые должны максимально эффективно использовать доступное пространство на полках.
Будущее 3D-печати обещает более широкое использование технологии и возможность печатать больше типов объектов. По словам Нагеля, принтеры уже могут создавать один объект с 70 различными физическими свойствами — гораздо больше, чем когда-либо потребуется.
Принтеры также должны стать более доступными.
«Сначала крупные компании покупали много 3D-принтеров и размещали их в одном месте. Все инженеры отправляли файлы в центральный хаб, а хаб распечатывал все детали и отправлял их обратно людям, которые их проектировали. Они думали, что это ультраэффективная волна будущего. Теперь все наоборот. Преимущество 3D-печати в том, что она находится рядом с вами, и именно это и делают компании. Они будут чаще пробовать новые вещи и использовать их так, как хотят».
Для создания дизайнов, которые используют принтеры, требуются технические навыки и опыт, которые должны исходить от людей, прошедших подготовку в области САПР. Некоторый уровень навыков также необходим для сканирования дизайнов в принтер. Однако, по словам Нагеля, для обучения работе с принтером достаточно одного дня.
«Если вы придете в наш магазин в Сент-Поле, штат Миннесота, вы увидите 15 различных типов принтеров, и ими всеми может управлять один человек», — сказал Нагель. «Ключ этой технологии и главное ее преимущество заключается в том, что она очень проста в эксплуатации».
Эта простота эксплуатации также должна способствовать распространению 3D-принтеров для личного домашнего использования. Простые принтеры доступны всего за 500 долларов, и их количество может расти так же, как растут домашние компьютеры.
Как и в случае с другими технологиями, ожидайте увидеть прогресс в возможностях 3D-печати. В будущем все, что кому-то может понадобиться, — это отсканировать изображение объекта, чтобы начать работу по его печати. Также могут возникнуть методы, отличные от наслоения, такие как создание готовых объектов из пула исходного материала.
А еще есть вопрос, который всегда задают Нагелю: можно ли напечатать еду? Может ли наступить день, когда мы сможем нажать на кнопку и получить хрустящее, сочное яблоко Honeycrisp или помидоры качества семейной реликвии?
Ответ: Мы уже «печатаем» еду, если эту концепцию можно применить к кексам и закускам, таким как Twinkies. Основному материалу — тесту — придают форму, а затем сверху наносят глазурь и глазурь. Но самым большим препятствием для печати еды из базовых ингредиентов является проблема, с которой сталкиваются многие другие продукты: будет ли она вкусной? Это может быть причиной того, что одним из самых распространенных продуктов, в настоящее время подвергающихся экспериментам для 3D-печати, является шоколад.
