Состоялась ли 3D-печать как бытовая технология? А состоится ли?

Скажу сразу — статья не про то какие бывают 3D-принтеры, не про то как на них печатать и не про то почему оно не печатается иногда. Статья про то, почему 3D-печать не стала массовой и что надо сделать / чего не хватает, что бы она таковой стала.

Я в целом поклонник домашней автоматизации и ЧПУ-станков для дома, в частности. Имел много лет дело с небольшим ЧПУ-фрезером (оставил сыну), теперь вот завёл 3D-принтер производителя, который широко известен в узких кругах. Долго сомневался, но в собственном доме всегда есть что-то починить, восстановить, да и просто заколхозить. Про мой опыт в 3D-печати — опыт пока скромный: три месяца, более четырёх сотен походов к 3D-принтеру, 350+ распечатанных моделей, печатал (и печатаю в данную. минуту) PLA, PETG, ABS, мечтаю о других пластиках, но сначала надо с ABS окончательно бы разобраться, а то усадка она такая, несмотря на то, что у меня девайс с закрытой камерой, практически термокамера, но не совсем как выяснилось, да и катушки с PETG надо научиться перематывать, а то захлёст витков иногда таки бывает случается…

Так как статья субъективная и основана практически полностью на моём опыте, то осознаю, что тема может вызвать бурю внутри стакана хейта среди апологетов 3D-печати, но статья точно не для них, а для тех, кто на 3D-принтеры смотрит и понимают, что вот всё это интересно, но вот как-то не хочется связываться с этой самой 3D-печатью по какой-то непонятной причине. Под 3D-печатью в этой статье подразумевается печать на небольших 3D-принтерах со стороной куба порядка 200+ мм по технологии FDM/FFF.

Немного истории…

Нейросеть наших братьев (кои на век) под названием 深度求索 (aka «глубокий поиск» говорит следующее:

Первый лазерный принтер был разработан компанией Xerox в 1969 году, а первая страница на лазерном принтере была распечатана в 1971 году. Это произошло благодаря изобретению Гэри Старквезера (Gary Starkweather), который адаптировал технологию копировальных аппаратов Xerox для создания лазерного принтера. Первый коммерческий лазерный принтер, Xerox 9700, был выпущен в 1977 году.

Лазерные принтеры стали революцией в печати благодаря высокой скорости, качеству и надежности, и к 1980-м годам они начали широко использоваться в офисах по всему миру.

Первая страница на струйном принтере была распечатана в 1976 году. Это произошло благодаря разработкам компании IBM, которая создала первый струйный принтер IBM 4640. Однако массовое распространение струйные принтеры получили позже, в 1980-х годах, когда компании вроде Hewlett-Packard (HP) и Canon начали выпускать более доступные и компактные модели для домашнего и офисного использования.

А так же вот:

Первая модель на 3D-принтере по технологии FDM (Fused Deposition Modeling) или FFF (Fused Filament Fabrication) была создана в 1988 году. Эта технология была разработана Скоттом Крампом (Scott Crump), соучредителем компании Stratasys. Первый рабочий прототип 3D-принтера, использующего FDM, был создан именно им, а в 1991 году Stratasys выпустила первый коммерческий 3D-принтер на основе этой технологии.

FDM/FFF стала одной из самых популярных технологий 3D-печати благодаря своей простоте, доступности и широкому спектру материалов (например, PLA, ABS и других термопластов).

То есть получается, что

• лазерные принтеры пошли в массы с 1977-ого года,

• струйные принтеры пошли в массы с 1980-ых годов,

• 3D-принтеры(FDM/FFF) пошли в массы с 1990-ых годов.

Выходит, что довольно кучно пошли, практически в промежуток 10-15 лет, но результат, мягко говоря разный: лазерная печать — must have любого офиса, да и домой ставят тоже, струйная печать — must have любой семьи, где есть старшекласники или студенты (до недавних пор, а сейчас все и всё в цифру), но вот где же 3D-принтеры?!

Отчего же нет 3D-принтеров у широких народных масс? Что же этому мешает для технологии, которой уже практически 35 лет?! И нужно ли это широким народным массам?

Что такое «бытовая технология»?

Давайте сначала определимся о чём речь-то идёт и что такое «бытовая технология». На мой взгляд, это такая прикладная технология, которая обладает следующими свойствами:

• её можноиспользовать дома и даже в квартире —и не только можно, а онаещё и некую пользу приносит домочадцам(а не просто там какое-тохобби),

• она несложна в освоении и её может освоить идомохозяйкаи школьник,

• устройства,основанные на этой технологии, имеютбольшой высокий межремонтныйпериод — грубо говоря, кофеварку илишвейную машинку не надо ремонтироватьили обслуживать после десятка чашеккофе или пару метров простроченныхшвов,

• технологияне представляет собой угрозу окружающимили эта угроза легко митигируетсячем-то несложным («пальцытуда не суй, а то плохо будет»),

• обслуживаниеустройства (набазе этой самой технологии)может произвести тот,кто его и эксплуатирует(почистить кофемашину, смазать швейнуюмашинку и так далее).

Соответствуют ли не промышленные 3D-принтеры этим условиям? Нет, не соответствуют! Практически по всем пунктам.

В чём именно конкретно не соответствуют? Ну тут как говорится — несчастливые несчастны каждый по своему, это только счастливые одинаковы в своём счастье. Конкретика ниже.

Ещё вопрос возникает — куда делись швейные машинки из домов и квартир? Но очевидно, что читатели помнят время, когда они были практически в каждом доме (Burda Moden и Крестьянка — привет любимым маминым журналам!) и использовались если не постоянно, то время от времени. Самое главное — были и использовались широко. И к этому вопросу мы ещё вернёмся.

Каковы же ожидания от 3D-печати у широких народных масс?

Что же мы хотим? А хотим малого — взять 3D-модельку (желательного бесплатную) и превратить её в твёрдую копию нужного размера и всё, больше ничего. А потом ещё модельку под себя немного переделать — такую же, но с крыльями и с перламутровыми пуговицами, потому что так хочется (супруге / сыну / доче захотелось)— и опять превратить в твёрдую копию.

Разноцветность копий не волнует (пока?) — если копии будут одно цвета, то их потом можно покрасить и раскрасить в любимые цвета, проблем нет. Но было бы неплохо печатать что-то почти прозрачным (увы, но это не возможно для FDM/FFF на данный момент).

Пусть даже оно печатается много часов, но не более бы часов восьми (ночью), а лучше 2-3 часа. Тут договоримся — самое главное, что бы допечатал до конца сам без присмотра и помощи. А негромкие (если они действительно негромкие и ненавязчивые, но это не всегда так, к сожалению) звуки ночью мы потерпим (особенно если 3D-принтер стоит в мастерской которая находится в подвале).

Да, и вполне допустимо донастройка, техническое обслуживание и даже ремонт — но не чаще же раза в год. Соглашусь, загнул — но хотя бы не более раза в квартал. А между донастройкой, ТО, ремонтами — менять то из чего печатаем (филамент), не более.

Согласитесь — ничего особенного же?

А что же не так?

3D-моделей бесплатных много, очень много — и в части инструментов и в части игрушек и по домашнему хозяйству и светильники и всё-всё-всё — на любой вкус и цвет, как говориться. Причём не ворованные, реально легальные для персонального использования.

Разнообразие 3D-моделей это не только очень хорошо, но и не очень, так как не все они хорошо печатаются, не все продуманы, не все практичны (с точки зрения ожиданий) и так далее.

А вот дальше, после выбора 3D-модели с её начинаются, прощу прощения, танцы с бубнами.

Сначала надо получить управляющую программу для 3D-принтера (print file, G-code), Получаем его в слайсере, задав необходимые параметры. Какие параметры вы спросите? Да самые разные — толщины слоёв, заполнение, поддержка висящих элементов, температуры печати, подложку и так далее. Как всё это узнать? Большая часть идёт «из коробки», но нюансы практически сразу становятся важны и узнать о них можно только посидев часами на форумах. Причем нюансы вашего же принтера, по большей части, а не самого процесса FDM/FFF.

Недопонимание нюансов вылезает практически сразу же. Отслаивание первого слоя, недоэкструзия, потекло из-за перегрева, недоспекание слоёв из-за недогрева, нехватка поддержки, усадка (мать её!) и так далее и тому подобное. Утрирую, но мы же про быт, а не про гиков — так ведь? Понятное дело, что те, кто это вкурил и для себя всё это (ну или почти всё) как-то решил те гордо посматривают на нас с высоты. Но проблема в том, что нет системного решения этих проблем — они решены на уровне конкретных конфигураций «принтер + пластик (филамент) + оператор 3D-принтера» и к применению к конкретной модели. То есть не существует мануала для оператора 3D-принтера, изучив который можно без проблем печатать бОльшую часть моделей, которые есть в общем доступе. Любая проблема, с которой кандидаты в новообращённые операторы 3D-принтера, сталкиваются, выливаются на форумах в массу рассуждений с предложением испробовать различные варианты решений проблемы и с предложением не лезть грязными руками в светлое дело. И каждый опытный оператор 3D-принтера решал эти проблемы сам по своему розумению.

Вторая часть проблем — как ни странно, несовершенство самих массовых моделей 3D-принтеров: тепловые пробки в тракте подачи филамента возникающие внезапно, сопла засоряются непонятно чем, кусочки филамента внезапно попадает в приводные шестерни экструдера и подклинивают их (не клинят напрочь, но приводят к пропусканию слоёв), сквозняки в камерах 3D-принтеров, что даёт усадку модели, родной слайсеры не знает, что для ABS (как выяснилось и для PETG) вреден обдув и не выключают вентиляторы в камере родного для этого же слайсера 3D-принтера и так далее. Всё это я огрёб, прощу прощения, исключительно на своём небольшом трёхмесячном опыте, и эти проблемы, практически все, подтверждены постами и общением на Reddit, 4 PDA, 3DToday и так далее. То есть с девяностых годов 3D-принтеры уверенно шагают в шир.нар.массы, но при этом тщательно сохраняют свои детские болезни. Что производители этих самых девайсов делали последние 30 лет — история умалчивает…

Ну а потом — постобработка: вычистить сопли, убрать поддержку, зачистить непонятно откуда взявшиеся неровности, подивится на узоры слоёв, в том числе и их пропуски и так далее. В конце концов — взять в руки напильник надфиль и привести результат в божеский вид. Продвинутые используют химию, но мы-то не продвинутые (пока ещё?).

Мечты-мечты…

Если оторваться от грешной земли и помечтать каким же должен быть современный процесс 3D-печати — попробую накидать некое идеальное user story для хозяина 3D-принтера с ИИ (а то куда же без него сейчас?).

— Вот, я выбрал модельку — напечатаешь её мне?

— Да, без проблем, сейчас посмотрю повнимательнее, только скажи пару слов про её предназначение, как ты её будешь использовать и всё такое прочее.

— Ну вот цветы хочу супруге распечатать — красивые, к 8-ому Марта…

— А, понятно! Цветы, значится, красивые… Вот смотрю я и вижу:

• в два цвета надобудет печатать — бутон и стебель;

• размермодели не соответствует реальнымразмерам цветов — увеличить немногонадо будет, процентовна 10-15;

• судя попо всему, то, что похоже на бутон должноодеваться на то, что похоже на стебель— но отверстие на бутоне слишком мало,оно один-в-один равно диаметру стебля— не наденется, если не увеличитьотверстие процентовна 3-5;

• экземпляровскольконадо будет напечатать? 3 или 5 или 7? больше не влезет на мой стол;

• текстуры нет, гладкоевсё — добавить соответствующую текстуру или так сойдёт?

— Что скажешь хозяин? Увеличиваем, расширяем, углубляем? Катушки с филаментом переставишь?

— Да, без проблем, всё сделаю — печатаем 7 штук, ты только не промахнись своим соплом мимо стола и соплей поменьше давай!

— Обижаешь, хозяин! Сделаем всё как надо, хозяйка будет довольна! Да и тебе будет куда руки свои приложить и сказать, что своими руками сделано…

Дальше ИИ 3D-принтера допиливает 3D-модельку, подбирает параметры самого процесса печати (shell, infill, support, brim-raft, ironing и всё такое прочее) и даёт инструкцию своему хозяину что надо делать (3D-принтер, напомню, у нас бытовой и сам по себе мало механизирован/автоматизирован — выполняет только функции печати) и запускает процесс печати.

А если ли (был ли) прогресс-то?…

Хороший вопрос! Сразу скажу, что с моей дилетантской колокольни его не видно: как печатали лет десять тому назад так и печатают с матерком и надеясь на попутный ветер. Вот и статью нашёл на эту тему восьмилетней давности: «Подводные камни 3D-печати: всем ли нужен такой принтер».

А нужен ли он, этот прогресс?

У удачных технологий прогресса тоже маловато: швейную иглу Зингера с ушком на конце все знают (ну или почти все…) — она не менялась практически с момента её изобретения. Кофе готовят, пропуская под давлениям, через молотые зёрна уже сотню лет и так далее.

Нет прогресса и в 3D-печати. В самой технологии печати нового давно ничего нет (новые пластики/филаменты не в счёт) и нет его в конструкции 3D-принтеров. Но там как раз там он и не помешал бы, на мой взгляд — хотя бы с точки зрения совершенствования того, что печатает. Я уже преисполнился удивлением, почему конструкторы моего нового 3D-принтера последней модели и стоимости $500 не предусмотрели много мелочей, которые мне за три с небольшим месяцев стоили многих часов возни «под капотом». Не буду их перечислять ибо тут это off-topic – для этого есть иные площадки типа 4PDA, например, или Reddit.

К чему всё это? Что это даст? И кому?

Очевидно, что процессы и лазерной и струйной печати на бумаге нельзя назвать простыми. Но тот факт, что были нащупаны некие стабильные реализации этих процессов, которые нашли устойчивое воплощение в реальных устройствах открыло возможность создать и реализовать поистине массовые устройства и насытить им всё и вся .

На мой взгляд, с 3D-печатью примерно то же самое — тот, кто сможет загнать процессы 3D-печати в узкие, но стабильные рамки, сделает их более прозрачными и предсказуемыми и при этом поднимет качество 3D-принтеров до уровня качества и стабильности лазерных и струйных принтеров позволит увеличить на порядок, а то и на два потребности в 3D-печати и откроет новые горизонты.

Да, а что стало со швейными машинками и причём тут они?

Они стали не нужны, так как проще и дешевле стало покупать готовую одежду и бельё и перестать их чинить самим.

Аналогия этой ситуации с 3D-печатью такова: сейчас легче и дешевле купить что-то готовое, сделанное из пластика литьём под давлением, чем печатать то же самое на 3D-притере. Причём литьё под давлением и смотрится лучше, более глянцевым. Очевидно, что не всё купишь, особенно в текущем моменте и под конкретные потребности, но это уже становится сродни экзотики. Для меня интерес в 3D-печати — это дизайнерские игрушки под раскраску и что-то по-хозяйству, что я не смог найти на маркетплейсах. Например, когда я собирал приточную вентиляцию (описано в предыдущей статье), то я с удивлением обнаружил для себя, что стандарт соединений (100-125-150 мм) трактуется как-то свободно производителями и не очень хорошо понятен из документации к фитингам: где-то это внешний размер, а где-то — внутренний, а переходники не всегда и не везде подходят (например, стоит внутренняя крестовина у вентилятора и всё тут). Тут как раз 3D-печать позволит быстро и к месту делать недорогие фитинги — начиная от переходников вплоть до заслонок и обратных клапанов. Плюс новогодние игрушки детям под раскрашивание, сувениры друзьям и родственникам (зелёные сочленённые змейки) и так далее.

Вывод: несовершенство 3D-печати с одной стороны и массовое недорогое производство с другой стороны загоняют 3D-печать в нишу для истинных ценителей прекрасного, апологетов этого, скажу не без особого преувеличения, сложного дела, требующего понимания и смекалки.

Но оно того стоит!