3D-принтеры открыли дорогу к персональному цифровому производству

Оправка — металлическая конусообразная штука, которой при высоких температурах "прошивают" стальные заготовки, так они превращаются в трубы. Замена оправок на трубных производствах порой выполняется кувалдой, а сопровождают процесс грохот и ненормативная лексика. Когда Александр Алещенко, ассистент кафедры технологии и оборудования трубного производства НИТУ "МИСиС", проходил стажировку на Волжском трубном заводе, он придумал цанговый зажим, позволявший менять оправку быстро и изящно.

Цеховое начальство Алещенко отнеслось к его идее скептически: подумаешь, еще один чертеж. Спустя десять лет Александр воплотил идею: зажим отлично выглядит, лихо щелкает, его приятно раскрывать и закрывать. Правда, сделан он не из металла, а из пластика, и на реальном производстве использовать его нельзя — он "напечатан" на 3D-принтере. Александр уверен, что если бы вместо чертежей показал тогда такую штуку, к идее отнеслись бы гораздо внимательнее.

Принтер, на котором Алещенко сделал зажим,— часть производственной среды проекта Fab Lab, чей первый российский филиал открылся весной этого года в МИСиС. Идея Fab Lab, придуманного в Массачусетском технологическом институте,— персональное цифровое производство. Цифровая революция переключилась с битов на атомы.

"Этот череп принтер делал 30 часов, этот — 40",— говорит Александр Алещенко, показывая продукцию 3D  Touch. Первый — пластиковая копия черепа Терминатора из одноименного фильма, второй — копия черепа обычного, человеческого. Человеческий череп принтер печатает дольше. На столах в лаборатории НИТУ "МИСиС" можно найти корытца корпусов для iPhone, квадратики печатных плат, пространственные модели, демонстрирующие оптические иллюзии и архитектурные парадоксы. Есть даже "автополивщик": лафет для пластиковой бутылки, поднимаемый и опускаемый электромоторчиком. Управляет им небольшая плата, от которой идут два проводка, утопленные в пластиковом стаканчике с землей. Когда земля высыхает, меняется ее проводимость, спаянный на плате простейший контроллер замечает это и дает электромотору команду наклонить бутылку и полить землю. Все это — игрушки, платы, запчасти для iPhone и черепа — сделаны здесь, в лаборатории МИСиС.

Российский Fab Lab открылся в апреле этого года. В его составе стандартный набор оборудования для быстрого прототипирования: пара 3D-принтеров, станки лазерной резки, фрезерные станки и пр. Все, чтобы здесь и сейчас идею можно было быстро превратить в пространственный объект.

"Отличие Fab Lab от центров быстрого прототипирования в том, что вы не просто делаете пространственный макет, а создаете работающий продукт, показываете его функциональность",— говорит Владимир Кузнецов, начальник учебно-методического управления НИТУ "МИСиС", руководитель проекта Fab Lab.

Быстрое прототипирование — технология, которая стала популярна в начале этого века. Сделали ее таковой резкое снижение цен на 3D-принтеры, появление недорогих "любительских" станков для домашнего использования, а также рост армии поклонников концепции DIY — do it yourself, "сделай сам". Небольшие "настольные" станки и наборы конструкторов для их самостоятельной сборки уже можно приобрести на eBay за $500. Российский проект — конструктор настольных станков с ЧПУ "Кулибин" — стоит 15 тыс. руб. Такие станки позволяют обрабатывать небольшие заготовки и, конечно, не могут выпускать крупные партии. Но этого и не требуется.

В 2010 году журнал Wired, вестник концепций и идей новой экономики, вышел с заглавной статьей In the Next Industrial Revolution, Atoms Are the New Bits. В ней шла речь о том, что в США сформировался целый рынок мини- и даже микропроизводств, обеспечивающих интересы небольших компаний и одиночек, которые занимаются новациями в "предметном мире". Новые зубные протезы, новый корпус для бытового прибора, новая деталь для промышленной установки, существующей в единственном экземпляре,— все это бизнес рынка rapid prototyping. "Производство материальных предметов становится похожим на производство софта",— говорит в статье профессор MIT Эрик фон Хиппель. Следуя этой логике, если одиночка может написать программу, то ему вполне по силам выпустить и новый "материальный" продукт. Для этого не понадобятся услуги конструкторских бюро и производств.

Бизнес петербургской инжиниринговой компании RT Global — проектирование установок повышенной эффективности по переработке нефтепродуктов. Создаваемые ей устройства существуют пока в единичных экземплярах, это лабораторные и тестовые объекты, служащие для проверки гипотез и демонстрации потенциальным клиентам. Но "промышленность" и "единичный экземпляр" — антонимы. "В России в принципе сложно найти нужные детали. Когда нам потребовались болты определенных характеристик, оказалось, что получить их по DHL из Австралии дешевле и быстрее, чем заказать в России",— вспоминает один из  основателей компании Олег Гиязов. Систематическое возникновение подобных проблем привело основателей RT Global к покупке 3D-принтера. Модифицировав его, они стали "печатать" детали сами. "Мы технологи, оканчивали Петербургский технологический университет,— поясняет Гиязов.— Поэкспериментировали с материалом, заменили тот, что используется в принтере, на другой, собственной разработки. Теперь получаем детали, по прочности не уступающие стальным, со всеми преимуществами пластика — например, они не ржавеют".

"Типичная история,— подтверждает Александр Алещенко.— Не только инноваторы-одиночки и небольшие инновационные компании, но и крупные предприятия при необходимости штучного изготовления деталей сталкиваются с одинаковыми проблемами. На рынке просто нет исполнителей, которым штучные работы были бы выгодны".

Ниша мелкосерийного производства, изготовления деталей под заказ, кажется слишком лакомой, чтобы не появились желающие заработать на неудовлетворенном спросе. "Я знаю несколько небольших частных цехов, которые рассчитывают как раз на подобные заказы. Но все равно им выгоден выпуск пусть небольшими, но все же партиями. Переналадка — это потеря времени и брак при запуске,— говорит Александр.— К нам уже обращался владелец такого мини-предприятия, изучал возможность размещать у нас заказы. Потом предложил нам делать для него "цифровые чертежи и отлаживать программы для станков с программным управлением. А он по этим программам уже будет детали делать. Главное — чтобы не было простоя дорогостоящей техники".

В распоряжении Fab Lab в МИСиС два 3D-принтера. Dimension Elite точнее и дороже, он стоит примерно $20 тыс. плюс комплект расходных материалов (около $400). Второй — 3D Touch — стоит приблизительно $2 тыс., комплект расходных материалов — не дороже 2 тыс. руб. Тем временем купить простейший 3D-принтер уже можно практически по цене обычного копира. На рынке быстрого прототипирования появился целый сегмент "суб-$1000" 3D-принтеров. Для сравнения, пять-семь лет назад представителей этого семейства нельзя было купить меньше чем за $100 тыс. Наряду с недорогими 3D-принтерами появляются и целые 3D-типографии, а также сервисы, предлагающие доступ к самому разному оборудованию прототипирования. Так, сервис Shapeways.com специализируется только на 3D-печати. А проект Ponoko.com позволяет пользователям загрузить компьютерную модель изделия и заказать по ней товары, в производство которых вовлечены разные процессы и оборудование (более 1600 возможных опций).

Современное оборудование для прототипирования устраняет потребность не только в целых цехах металлообработки, наладке и настройке оборудования. Оно также радикально упрощает путь от эскиза до продукта. "Изготовить задание для 3D-принтера можно в любой программе проектирования, 3D-моделирования, Photoshop, Corel Draw и даже в обычном Paint,— рассказывает Александр Алещенко.— Программа интерпретирует темные и светлые области как тени и изготовит конус или скругление". Точность будет невысокая, но она и не всегда требуется.

Владимир Кузнецов обозначает следующий этап в развитии рынка производства одиночек: "Компаниям все чаще надо иметь не просто пространственную модель, а работающий прототип своего устройства. В 3D-принтере нельзя вырастить мобильник, по которому можно позвонить, или чайник, который сразу вставляется в розетку. Сегодня важно не изготовить корпус чайника, а сделать чайник, который можно вставить в розетку и показать, как он кипятит воду".

Fab Lab, по словам Кузнецова, как раз и есть это "новое поколение". Здесь реально создать печатную плату, смонтировать на ней электронные компоненты, изготовить корпус, детали и продемонстрировать продукт в сборке. Как, например, то устройство "автоматического полива", которое выпустили на оборудовании Fab Lab студенты МИСиС. "Буквально через несколько дней после открытия нашего Fab Lab к нам приходил дизайнер с новым концептом компьютерной клавиатуры,— рассказывает Алещенко.— Он "напечатал" на 3D-принтере корпус, кнопки, плату, осталось распаять и подключить к компьютеру, проверить на практике, действительно ли  она удобнее предшественников".

Fab Lab — некоммерческий проект, который вырос из курса профессора Нила Гершенфельда "Как создать (почти) все, что угодно" при сотрудничестве с "Центром битов и атомов" MIT. Сегодня Fab Lab — это сеть центров, а также идеология и рекомендации по организации цифровой мини-фабрики, вплоть до поставок оборудования — станков, 3D-принтеров и пр.

"До знакомства с Fab Lab мы разрабатывали схожую идею,— рассказывает Кузнецов.— Изучали оборудование, которое продается в России, и возможность комплектации из него лаборатории, где студенты могли бы заниматься штучным цифровым производством". Так в МИСиС появился учебно-производственный центр ARTCAD — таблички с его названием до сих пор можно видеть на дверях помещений, куда вселился Fab Lab. Экспансию Fab Lab поддержали российские чиновники. Сказалось громкое имя MIT, авторитет и мастерство коммуникации его профессоров, выступающих переговорщиками, а также заявленный государством курс на модернизацию, в которую хорошо вписывается проект. Поддержку Fab Lab уже оказало ОАО "РВК", ставшее российским партнером проекта.

Сейчас в мире открыто более ста лабораторий Fab Lab. В ближайшие годы список существенно увеличится. В мае этого года Минэкономразвития РФ объявило конкурс на создание в российских регионах Центров молодежного инновационного творчества, взаимодействующих с сетью Fab Lab. Планируется, что государство выделит 10 млн руб. на первый год работы каждого центра. Согласно этим планам к 2014-му количество российских Fab Lab должно достичь двух десятков. По словам Кузнецова, на конкурс подано уже более сотни заявок.

Fab Lab хорошо подходит для решения образовательных задач. Вероятно, проект воспринимается чиновниками как ремейк существовавших в советское время домов юного техника. Но Fab Lab открыт не только для учащихся. В МИСиС планируют несколько дней в неделю предоставлять доступ к Fab Lab всем желающим. "Мы приходили посмотреть, сможем ли использовать Fab Lab для производства нужных нам деталей",— говорит Владимир Конышев, генеральный директор компании "Нейроботикс". Его фирма занимается производством сложного медицинского оборудования и работает над моделями антропоморфных роботов. "Медицинское оборудование требует высокой точности, и станки, имеющиеся у Fab Lab, нам не подойдут,— говорит Конышев.— Но мы поняли, как с  помощью оборудования Fab Lab проще и дешевле сделать несколько деталей для наших роботов, например элементы черепа, пальцы".

Пока от коммерческих структур требуется лишь оплатить расходные материалы при использовании оборудования Fab Lab. Но возможно, работы для коммерческих проектов будут переведены на коммерческие же рельсы. "Если бизнесу потребуется наше оборудование, почему не выставить за это счет? Если же проект будет интересным или социально значимым, мы сами готовы включиться в него",— размышляет Владимир Кузнецов.