Чем привлекательна 3D-печать сегодня, где она уместна, а где ее применение пока бессмысленно? Каковы технические рамки этой технологии, и есть ли они вообще? Мы пришли к промдизайнерам из конструкторского бюро “Карфидов Лаб” и поговорили о 3D-печати с его сооснователем Дмитрием Васильевым.
Дмитрий, у “Карфидов Лаб” есть несколько проектов, связанных с созданием 3D-принтеров. Выходит, старая шутка про печать 3D-принтера на 3D-принтере уже не актуальна?
Нет, на самом деле в этой шутке есть доля правды. Конечно, периодически появляются идеи высадить колонию на Марс, отправить туда несколько 3D-принтеров, чтоб они распечатали несколько новых 3D-принтеров...и так далее. Ведь многие принтеры сейчас очень просты, а детали от них полностью взаимозаменяемы.
Если серьезно, для наших проектов и собственных производственных нужд мы используем покупные решения, тут мы ничего не изобретаем. У нас в арсенале есть российские 3D-принтеры, есть те, которые собираются из покупных “китов”, плюс стоит аппарат компании Formlabs, который работает по технологии SLA.
"Карфидов Лаб" использует модель Form 3 от ведущего мирового производителя 3D-принтеров - Formlabs. Этот 3D-принтер использует запатентованную технологию Low Force Stereolithography - усовершенствованную и более точную разновидность SLA-печати.
Что же касается проектирования и изготовления принтеров для заказчиков, то у нас действительно было несколько таких проектов. Один из них для российского стартапа, которому мы делали концептуальный дизайн их системы печати полимерным композитным материалом, проектировали самый первый опытный образец, изготавливали и тестировали его. После корректировок он был запущен в серию. Для них мы сделали серию 3D-принтеров формата А4, А3 и A2. Первоначально изготавливался формат А4, т. к. необходимо было первым изготовить его к выставке. После чего уже на его основе создавались А3 и А2 – благодаря унифицированным деталям, он создавался быстрее. Еще с ними был проект большого промышленного 3D-принтера соответствующих размеров на базе роботизированной руки. Технология, в принципе, такая же, это печать полимерным композитным материалом, который внутри армирован непрерывной углеродной нитью. Сейчас, насколько мне известно, у них такой принтер запущен в серию. Причем, продается он не только в России, но и за ее пределами.
А можно поподробнее про технологию SLA?
Как раз один из наших принтеров работает по этой технологии. SLA-печать позволяет добиваться гораздо большей повторяемости, более высокой точности поверхности, лучшей гладкости изготавливаемой детали. Допуски и погрешности в разы меньше по сравнению с технологией FDM.
Что нам особенно нравится — это вариабельность по части используемых материалов. В модельном ряду Formlabs мы можем выбрать, например, самый прочный полимер, еще там есть эластичные и высокотемпературные полимеры. Последние мы использовали в одном из наших проектов. По техзаданию требовалось использование пищевых пластиков в сочетании с высокой температурой, и у Formlabs как раз в линейке материалов такой полимер есть. У традиционных FDM-принтеров подобного разнообразия нет, для них набор материалов сильно ограничен.
Сама технология SLA заключается в том, что при изготовлении используется материал в жидкой форме, на поверхность которого попадает лазерный пучок, и когда этот полимер засвечивается, он твердеет. Лазер, бегая по нужному контуру слой за слоем, выращивает деталь.
В Formlabs Form 3 применена технология LFS, при которой используется эластичный резервуар и линейное освещение. Высокую, даже по сравнению с SLA-печатью, точность обеспечивает, в том числе, блок обработки света LPU c компактной системой линз и зеркал.
Чем будет отличаться деталь, выращенная в 3D-принтере от той, которая изготовлена по традиционной технологии?
Отличие в том, что порой сложные детали кроме как напечатать и изготовить никак не получится. Да, ее можно отлить, но в таком случае стоимость как самой пресс-формы, так и ее разработки будет очень высокой. Взять простую пластиковую крышку для одноразового стаканчика кофе: при отливке ее стоимость будет очень низкой, но сама пресс-форма обойдется в 200-300 тысяч рублей. Зато потом это все окупится объемом.
Соответственно, использование 3D-принтера целесообразно в мелкой серии, например, подтвердить ту или иную гипотезу, изготовить прототип. Для массового выпуска ни скорость, ни стоимость производства по этой технологии не подходит. Важный момент: хоть 3D-печать и используется в основном для прототипирования, изготовленная таким способом деталь будет полностью функциональная.
Сейчас технологии вообще шагнули сильно вперед и промышленные 3D-принтеры, которые стоят миллионы рублей, могут печатать высококачественные детали даже по технологии FDM. При этом изделие практически не отличается от литого пластика: внутри не пористые, с плотной однородной структурой и с минимальной усадкой. С точки зрения непрофессионала вообще невозможно отличить, каким способом эта деталь была получена, напечатана или отлита.
Основная идея компании Formlabs заключается в том, чтобы обеспечить бизнес любого масштаба доступным по цене 3D-принтером, при этом ничуть не уступающим по качеству, стабильности и точности печати более дорогим решениям.
Если рассматривать механическую обработку (фрезерование, токарная обработка), то чтобы сделать небольшую деталь, нам надо купить заготовку, 90% которой попросту уйдет в утиль. С ручными станками вообще не всегда получается добиться необходимой точности. Да и не всегда целесообразно использование подобных технологий, ведь заготовки нужных размеров тоже могут дорого стоить, и точить их — затратное занятие.
Деталь, напечатанная на SLA-принтере Formlabs для робота Сбербанка.
«Карфидов Лаб» занимается всем — от разработки кроссовок до создания системы подзарядки беспилотников. Какой проект был самым интересным и запоминающимся?
У нас есть несколько проектов, которыми мы гордимся. Во-первых, это робот-курьер, которого мы делали для Сбербанка России летом 2018 года. Пара роботов была сделана в очень короткие сроки: от момента поступления задачи до сдачи заказчику изделий прошло не более трех месяцев. Нам кажется, это крутой проект, потому что робот сам по себе сложное устройство с огромным количеством электроники, сенсоров, датчиков, проводки, очень много исполнительных механизмов, движков, конструкций для формирования подвижных частей (открывающиеся отсеки, подвижные бамперы, которые чувствуют удар о препятствие и так далее). При создании этих роботов мы применяли все доступные нам технологии, в том числе 3D-печать на SLA-принтере Formlabs. Всегда очень сложно в одном изделии сочетать столько технологий, учитывая, что для каждой есть свои допуски и необходимая точность. Но когда это все собирается воедино и работает как часы — это большое достижение.
Formlabs Form 3 постоянно отслеживает качество напечатанных моделей, встроенные датчики отправляют уведомления о состоянии принтера и помогают поддерживать идеальные условия печати. Оптические датчики постоянно корректируют масштаб и мощность, а также могут обнаруживать даже пыль.
Второй значимый для нас проект сейчас в работе. Это большое сложное медицинское изделие для диагностики онкологических заболеваний. Я по понятным причинам не могу вдаваться в подробности, но проект идет с одной из компаний, которая входит в контур “Ростеха”, плюс там задействованы и международные партнеры. Нам, как промдизайнерам, приходится постоянно контактировать с врачами, операторами и даже пациентами, проводить интервью, выяснять, что удобно, что нет, и вообще следить, куда движется индустрия в целом.
Нам нравятся проекты, где ты можешь глубоко погрузиться в проблематику самого продукта, изучить сценарии использования. Мы отстаиваем позицию, что промдизайн — это не просто красивые картинки, как это принято считать. Промдизайн в современном мире должен контактировать с пользователями, конструкторами, программистами, технологами. Дизайнер в этом деле как связующее звено, и внешний вид лишь следствие всей этой огромной работы.
И все-таки, промдизайн – это творчество или математика?
Процесс создания любого продукта — это и творчество, и математика, это совмещение каких-то очень креативных мозговых штурмов и одновременно проведение сложных расчетов по теплопроводности, прочности и так далее.
Как пандемия сказалась на работе “Карфидов Лаб”? Быстро удалось адаптироваться под удаленную работу и прочие ограничения?
Наша работа — это полный цикл создания сложных устройств. К нам приходят на разных стадиях — от идеи на бумаге до таких ситуаций, когда у заказчика уже что-то есть и это что-то надо оптимизировать или доработать. В основном, стадии эскизирования, скетчинга, 3D-моделирования и расчетов можно проходить удаленно. В этом плане мы легко перестроились под условия пандемии. Но этапы прототипирования и сборки требуют физического присутствия, и эта часть нашей работы просела из-за пандемии.
Что касается потока заказов, то летом был традиционный сезонный спад, но это нормально, вот уже семь лет мы наблюдаем подобную картину. Сейчас воронка продаж возобновилась и находится на уровне осени прошлого года. То есть в этом плане ничего не поменялось. Конечно, сложности есть, лето дало о себе знать, и мы только сейчас начинаем ощущать последствия, но я считаю, что мы справились в том числе благодаря тому, что удалось какие-то расходы оптимизировать.
Возможно ли удаленно запустить печать, а потом просто приехать и забрать деталь, или надо постоянно контролировать и отлаживать процесс?
В принтере Formlabs есть возможность запуска и контроля процесса печати удаленно при условии предварительной подготовки к работе. Плюс бывают ситуации, когда выручает инженерная смекалка. У наших ребят в Екатеринбурге стоит самый дешевый FDM-принтер, на который они установили веб-камеру и подключились к нему с домашнего компьютера. Когда через камеру было видно, что деталь напечаталась, они могли подвинуть экструдер, выпихнуть изделие из принтера и запустить в печать следующее. Все гениальное просто.
3D-принтер Formlabs Form 3 имеет возможность удаленного запуска и контроля. Онлайн панель управления позволяет получать предупреждения о начале или остановке печати, может управлять сразу несколькими принтерами одновременно, а также помогает следить за уровнем полимеров в резервуаре. Панель управления также позволяет настроить уведомления о завершении печати по SMS и электронной почте. Достаточно подготовить принтер к работе, а запускать задание на печать можно из любой точки мира.
Какой рекорд по продолжительности печати на 3D-принтере у “Карфидов Лаб”? Какое вообще максимальное время изготовления и ограничено ли оно чем-то?
На время печати влияет не только размер детали, но и ее наполненность. Мы можем выставить в настройках принтера такие параметры, чтобы он оставлял внутри детали полости. Это здорово сокращает время печати, но детали в таком случае и по качеству и по свойствам становятся хуже. Все зависит от того, что и для чего мы печатаем. У нас иногда печать остается на ночь: утром процесс запускается, а следующим утром мы забираем готовую деталь.
Существуют ли сегодня какие-либо ограничения у 3D-печати? Возможно ли, например, напечатать человеческое сердце или простую пиццу?
Наверное, я здесь буду рассуждать как дилетант, потому что мы все-таки не специализируемся на 3D-печати настолько сильно, чтоб детально погрузиться в способы и разнообразие технологий, которых сейчас десятки. Сегодня мы можем встретить 3D-принтер в обычном торговом центре. Схема типичная: тот же экструдер, просто другого размера и немого иначе устроен, но выкладывает какие-то структуры из шоколада. Или те же самые строительные принтеры, которые активно развиваются. И опять все знакомо: три оси, сопло, только из него выходит не пластик или шоколад, а бетон. Такие дома уже есть, они, конечно, простые, но люди пробуют и развивают эту технологию.
Печать живых тканей пока находится на этапе зарождения, но в России уже есть как минимум одна компания, которая занимается разработкой подобных принтеров. Речь, конечно, пока не идет о том, что мы напечатаем полноценный орган, но какие-то ткани сейчас уже можно изготовить. Я думаю, что в конце концов появятся такие решения, которые позволят целиком выращивать живые органы.
Официальный импортер — компания IPC2U, где Вы можете приобрести всю линейку продукции Formlabs, а также получить консультацию и бесплатное обучение.
Подпишись: