3D-печать - безотходное производство сверхдешевых продуктов

3D-печать вот-вот полностью преобразит производство в том виде, в котором мы его сегодня знаем, уничтожив такое понятие, как отходы, увеличив скорость операций на рынке и используя материалы, которые раньше не использовались.

Прогнозируется, что продукты и услуги для их производства вырастут более чем вдвое к 2024 году, то есть всего через пять лет. Но 3D-печать перевернет все вверх дном не только здесь, на Земле, но и станет жизненно важным катализатором, в скором будущем, для создания космических колоний (и их инфраструктуры). В общем, добро пожаловать в эру индивидуального, быстрого, ультрадешевого и безотходного производства на нашей планете и далеко за ее пределами.

3D печать на МКС

Сегодня самая дорогая цепочка поставок в известной нам вселенной простирается всего на 400 км. Эта сеть снабжения, простирающаяся прямо от управления полетом здесь, на Земле, до космонавтов на борту Международной космической станции (МКС).

Тем не менее, огромные расходы всей цепочки поставок на МКС обусловлены почти исключительно весом. Почему? Потому что нам приходится платить примерно 25 000 долларов за килограмм только для того, чтобы вытащить объект из гравитационного поля Земли. И поскольку для того, чтобы этот объект действительно достиг космической станции, требуются месяцы, пока груз сможет быть доставлен на борт, значительная часть драгоценного недвижимого имущества МКС — это различного рода запасные части. Другими словами, самая дорогая цепочка поставок в истории человечества ведет к самой экзотической свалке в космосе.

"Made in Space« была первой в мире компанией, которая стремилась решить эту проблему, путем создания 3D-принтера, работающего в условиях невесомости. И всего несколько лет спустя, Made in Space была уже в космосе. Именно по этой причине во время полета на МКС в 2018 году, когда космонавт сломал палец, команде больше не надо было заказывать шину на Земле, а потом ждать месяцы ее прибытие. Вместо этого космонавты нажали пару кнопок на своем 3D-принтере, загрузили в него материал, нашли «шину» в архиве чертежей и создали то, что им было нужно и когда им это было нужно.

С чего все началось?

Оригинальные 3D-принтеры появились еще в 80-х годах XX века. Они были неуклюжими, медленными, трудно программируемыми, легко ломались и работали только с одним материалом — пластиком.

Сегодня эти машины освоили большую часть периодической таблицы. Теперь мы можем печатать более 500 различных материалов, в цвете, в металле, резине, пластике, стекле, бетоне и даже в органических материалах, таких как клетки, кожа и шоколад.

Интерфейсы просты в настройке, а значит, если вы умеете пользоваться Facebook, вы, вероятно, научитесь и 3D-печати. И то, что мы можем теперь печатать, просто поразительно. От реактивных двигателей до жилых комплексов, от печатных плат до протезов. 3D-принтеры могут изготавливать чрезвычайно сложные устройства в самые короткие сроки.

Более того, поскольку объекты создаются по одному слою за раз, для настройки требуется не более чем изменение цифрового файла. Сложность конструкции, которая когда-то была одним из самых дорогих компонентов производственного процесса, теперь предоставляется бесплатно. Но это еще не все. Сам процесс представляет собой практически безотходное производство, что само по себе очень-очень выгодно.

Для сравнения, традиционное производство — это превращение большего в меньшее. Начните с большого куска чего угодно, и пройдите свой путь к нужному объекту постоянно что-то вырезая и измельчая. Большая часть того, что вы произведете по пути — это отходы.

Но 3D печать переворачивает этот процесс с ног на голову. Создавая объекты по одному слою за раз, процесс использует 10 процентов сырья традиционного производства.

Природа 3D-принтеров устраняет необходимость инвентаризации всего и вся. А также 3D-печать практически убирает необходимость в разветвленной транспортной сети, складских помещениях и всего остального.

Эта одна-единственная экспоненциальная технология уже угрожает демонетизировать, дематериализовать и демократизировать всю обрабатывающую промышленность стоимостью 12 триллионов долларов.

А весь этот путь данная технология прошла очень быстро. До начала 2000-х годов 3D-принтеры были исключительно дорогими игрушками. Но это начало меняться в 2007 году, когда машина стоимостью в несколько сотен тысяч долларов стала доступна менее чем за 10000 долларов.

Всего через год первые 3D-печатные объекты появились на рынке. Предметы домашнего обихода, ювелирные изделия, одежда, даже протезы конечностей. Транспорт был следующим на очереди: в 2011 году появился первый в мире автомобиль изготовленный с помощью 3D-печати. Вскоре за этим последовали реактивные двигатели.

Но 2017 год стал годом настоящего прорыва в области 3D-печати — скорость печати увеличилась в 150 раз, разнообразие используемых материалов увеличилось в 500 раз, а сами принтеры теперь можно было купить менее чем за 1000 долларов.

Конвергенции 3D-печати

С падением цен и ростом производительности стали возникать конвергенции — и это то, что переводит 3D-печать из области производственной революции в силу, которая способна произвести поистине исторические перемены.

Возьмите к примеру вычисления. Пару лет назад израильская компания Nano Dimension выпустила на рынок первый коммерческий принтер для печатных плат, что позволяет разработчикам создавать прототипы новых печатных плат за часы, а не месяцы. Поскольку проектирование печатных плат является тормозом скорости разработки компьютеров, то есть тормозом крупнейшего двигателя технологического ускорения, эта конвергенция не просто представляет собой революцию в компьютерном производстве — это по-настоящему ускоряет весь процесс.

Другое сближение происходит на стыке энергии и 3D-печати, когда аддитивное производство уже производит батареи, ветряные турбины и солнечные элементы — три самых дорогих и важных компонента революции в области возобновляемых источников энергии.

И даже транспорт испытывает аналогичные последствия. Раньше двигатели были одними из самых сложных механизмов на планете. Например, усовершенствованный турбовинтовой двигатель GE когда-то содержал 855 компонентов. Сегодня с помощью 3D-печати их двенадцать. Предел? Нет, ведь это повлекло за собой также снижение веса самого двигателя и уменьшение расхода топлива на 20%.

Еще одна конвергенция включает в себя 3D-печать и биотехнологии. Первые несколько протезов произведенных при помощи 3D-печати появились в 2010 году. А сегодня больницы разрабатывают и производят их массово. Так, например, в прошлом году в иорданской больнице была введена программа, которая позволяет изготовить и подогнать протез для человека с ампутированной конечностью всего за 24 часа. Цена всего процесса менее 20 долларов США.

Между тем, поскольку 3D-принтеры теперь могут печатать электронику, мы наблюдаем такие инновации, как Hero Arm: первый в мире бионический протез изготовленный при помощи 3D-печати.

Кроме того 3D-печать произвела переворот в области проектирования и сроительства жилых домов. В 2014 году китайская компания WinSun успешно напечатала 3D-модели 10 домов на одну семью менее чем за 24 часа, каждый из которых стоил менее 5000 долларов. Несколько месяцев спустя WinSun снова занялась этим, напечатав 5-этажный жилой комплекс в течение выходных. А в 2017 году другая китайская компания объединила 3D-печать с модульной конструкцией, чтобы построить 57-этажный небоскреб за 19 дней.

Но история, которая могла бы лучше всего проиллюстрировать меняющуюся в мире мощь 3D-печати, принадлежит парню по имени Бретт Девит.

Измученный палаточными городками, которые он увидел на Гаити после землетрясения, Девит решил найти способ использовать новые технологии, чтобы обеспечить постоянное убежище для людей, которые в этом больше всего нуждаются. Создав некоммерческую компанию New Story, он привлек капитал группы инвесторов, известных, как «Строители», и создал 3D-принтер на солнечных батареях, который может работать в самых неблагоприятных условиях, которые только можно себе представить. Сильно демократизируя область, принтер Девита строит дом площадью 100-200 квадратных метров за 48 часов стоимостью около 4000 долларов. Но эти дома не являются бункерами — они состоят из изящных современных конструкций в комплекте с верандами.

А осенью этого 2019 года New Story начинает строительство первого в мире жилого сообщества при помощи 3D-печати — 100 домов, которые будут отданы или проданы (без процентов, ссуды с микроплатежами, доступные каждому) для людей, которые в настоящее время остались без крова.

Вывод

3D-печать — это не просто изменение парадигмы в производстве. Это фундаментально демократизирует доступ к жизненно важным ресурсам, переопределяет узлы в современных цепочках поставок и превращает расточительные производственные процессы в замкнутые экономики. Будь то носитель бесконечного количества органов или триллионов сенсоров, 3D-печать и производственные материалы, которые она нам открывает, проникают во все мыслимые отрасли. Включая в обозримом будущем целые планеты (например Марс), и преобразуя таким образом дефицит в изобилие.