Новый мир из принтера

3D-печать нельзя назвать новейшей технологией, но лишь в последние годы она «спустилась» из лабораторий в реальную экономику и сейчас применяется в целом ряде отраслей, демонстрируя неуклонный рост.

Правда, совершить настоящую промышленную революцию, о чем мечтают энтузиасты и футурологи, этой технологии пока не под силу: для этого требуется решить немало производственных и экономических проблем. В России к ним примешиваются опасения, что инвесторы так и не заинтересуются зарождающимся 3D-рынком, а государство отрегулирует его так, что перекроет кислород перспективным стартапам. Своим видением текущей ситуации с «Профилем» поделились непосредственные участники российского рынка.

Прогресс в трех измерениях

На самом деле 3D-печать и не печать вовсе. Так принято называть производство предметов через постепенное, слой за слоем, «добавление» материалов, поступающих из специального устройства подобно крему из тюбика. Некоторые из таких устройств похожи на офисные принтеры, откуда и происходит название. Но вообще они могут выглядеть по-разному в зависимости от специфики процесса: лазерная стереолитография, наплавление, селективное лазерное спекание, электронно-лучевая плавка – официально все это именуется аддитивными технологиями (АТ, от англ. to add – добавлять).

Эксперименты с АТ начались в США еще в середине XX века. Но формально годом рождения 3D-печати считается 1984‑й, когда американец Чарльз Халл запатентовал способ создания объекта на основе цифровой информации. В 1988‑м появилось наплавление (fused deposition modeling), до сих пор самый популярный способ 3D-печати.

Но лишь в конце 2000‑х стартовала коммерциализация АТ, а занимающиеся ими компании стали выходить на биржу. Сегодня среди известных игроков рынка – производители самих принтеров (3D-Systems, MakerBot), программ для проектирования виртуальных моделей (Autodesk, Tinkercad), 3D-объектов на заказ (Voxeljet, ExOne, Organovo), онлайн-сервисы по печати (i.materialise, Sculpteo), дизайнерские бюро (Thingiverse).

В 2010 году мировой рынок был оценен в $1,3 млрд, в 2016‑м – в $6,1 млрд (данные Wohlers). В 2011 году 3D-принтерами торговала 31 компания, в 2016‑м – 97. Прогнозы на будущее постоянно корректируются: в 2013-м Wohlers предсказывала, что к 2020 году рынок подберется к отметке $10,8 млрд, тремя годами позже увеличила планку до $21 млрд. В других исследованиях встречаются еще более смелые цифры: $15,9 млрд выручки на рынке в 2016 году, ожидаемые $35,4 млрд в 2020‑м (International Data Corporation). Устоявшейся методологии оценки нет, но вектор и так ясен.

По словам экспертов, у индустрии не было какого-то одного катализатора, скачок произошел во всех направлениях сразу. Дешевеют и одновременно совершенствуются принтеры: уменьшаются в размерах, печатают быстрее, точнее. Появляются новые «чернила» – в середине 2000‑х 3D-печать была возможна лишь с использованием пластика, сейчас же доступны сотни материалов. «Расходники производит все больше компаний, всегда можно найти альтернативные, более дешевые варианты, – комментирует глава центра 3D-прототипирования «Скат» (г. Зеленоград) Леонид Горский. – Одновременно с предложением растет спрос: в разных отраслях инженеры реализуют все более сложные идеи, и если раньше они были ограничены стандартными технологиями производства – токарной, фрезерной, эрозионной обработкой, литьем, то сегодня ориентируются и на 3D-печать, с помощью которой в ряде случаев можно продвинуться дальше».

Следом 3D-печать заинтересовала инвесторов. «Раньше аддитивные технологии были сугубо научной историей, и люди с деньгами не понимали, зачем в них вкладываться, – вспоминает основатель лаборатории аддитивного производства VANKON-LAB Иван Коновалов. – Но как только проявился эффект от 3D-печати в массовом производстве, сюда потекли инвестиции. А это, в свою очередь, дает импульс новым разработкам программистов, материаловедов».

Наконец, свою роль сыграла просветительская работа в СМИ, добавляет гендиректор АО «Киберон Групп», стратегический партнер CACTUS Александр Перес: «Если никто не знает про аддитивные технологии, то и у бизнеса интерес к теме посредственный. Но если публике регулярно демонстрировать возможности 3D-печати, скепсис развеется. Каждое событие на рынке запускает цепную реакцию». Как отмечают эксперты, обычно за громкими новостями и пиар-акциями стоят сами производители 3D-оборудования.

Печать из всех орудий

С этим и связаны частые сообщения о новых горизонтах, освоенных 3D-принтерами. В 2011-м в Канаде напечатали первый автомобиль Urbee, а в Великобритании – первый самолет-беспилотник. К 2017 году дело поставлено на поток: принтеры появились на заводах Audi, BMW, Volkswagen (один завод компании экономит благодаря использованию АТ до 150 тыс. евро в год) и других автоконцернов. В аэрокосмической отрасли пионером по использованию 3D-печати считается NASA, собирающееся даже изготовить на принтере будущую лунную базу.

«Автопром – первая индустрия, начавшая внедрять 3D-технологии в промышленных масштабах. И если печать машин «под ключ» пока сложно представить, то отдельные запчасти для них производятся повсеместно, – говорит Коновалов. – Например, Mercedes-Benz недавно решил, что держать склад пластиковых деталей от старых моделей невыгодно. Если клиент, у которого что-то вышло из строя, обратится в компанию, ему просто напечатают эту деталь на принтере. Что же касается оборонки, то на военных кораблях США устанавливаются принтеры, способные штамповать нужные запчасти во время морского дежурства. Это дорого, но посреди океана их иначе не достать».

Леонид Горский называет главным драйвером 3D-рынка авиацию, где себестоимость также вторична по сравнению с технологическим результатом. «В прошлом году General Electric, ведущий игрок на рынке самолетных двигателей, приобрела производителя принтеров Concept Laser и сейчас рассматривает аддитивные технологии как основную площадку для производства деталей газотурбинных двигателей, – напоминает он. – Возможное увеличение цены не смущает: в авиации изначально дорогие изделия со сложной геометрией, а за счет АТ можно получить больше пользы в конечном продукте».

Но если в подобных отраслях объем выпуска по определению невелик, то самой массовой сферой применения АТ может стать медицина. Здесь прорывы начались еще раньше: в 1999 году с помощью принтера провели операцию на мочевом пузыре, в 2002‑м разработали 3D-почку, в 2008‑м напечатали протез ноги, в 2009‑м началось изготовление кровеносных сосудов. Сегодня технология чаще всего применяется дантистами, рассказывает Коновалов: «Стоматология считается одним из передовых направлений в медицине, плюс здесь много частных мастеров, что обеспечивает конкуренцию. Частникам уже проще приобрести себе недорогой принтер и самостоятельно изготавливать капы для исправления прикуса или коронки, чем заказывать их на стороне. Среди других направлений можно отметить титановые протезы, где печать смотрится особенно выигрышно, когда необходима нестандартная форма изделия. Становятся популярными 3D-органы из полимеров, а также кости из керамики, скоро здесь колоссально вырастут обороты. А вот сосуды по-прежнему остаются экспериментальной историей. Но когда освоят сосуды, не за горами и создание всего человека».

В качестве подспорья 3D-принтеры могут использоваться во множестве других сфер. Так, традиционно их применяют для отработки моделей будущих продуктов – прототипирования. «Если раньше от идеи до запуска серийного производства проходили месяцы и годы, то сейчас мир ускоряется и уже нельзя тратить столько времени. Помогает 3D-техника: с ее помощью всего за несколько часов на предприятии могут получить прототип изделия», – поясняет Александр Перес. На Западе принтеры активно закупают вузы и школы: уроки биологии становятся более наглядными с 3D-моделями живых организмов, уроки химии – с моделями сложных соединений.

Всего, по данным Wohlers, в 2014 году 17% 3D-рынка пришлось на автопром, 12% – на авиакосмическую отрасль, 19% – на машино- и приборостроение, 18% – на товары массового потребления, 14% – на медицину, 7% – на образование, 4% – на правительственные проекты, 4% – на архитектуру, 5% – на другие сферы.

Отдельная ниша 3D-индустрии – портативные домашние принтеры от MakerBot, печатающие пластиковой нитью. Такая «игрушка» уже доступна каждому – в интернет-магазинах ее стоимость опускается ниже $1 тыс. «Ключевое преимущество 3D-печати состоит в возможности создавать уникальные продукты с авторским дизайном, так что печать в домашних условиях – самое естественное ее выражение, – комментирует основатель техноковоркинга Laba Space в Москве Николай Михеев. – Когда 3D-печатью еще не интересовался бизнес, ее на домашнем уровне развивали энтузиасты, любители робототехники. Благодаря им все и расцвело».

Революция откладывается

Но именно в сегменте домашних принтеров видны факторы, сдерживающие рост 3D-индустрии. «Напечатать кружку со своей ручкой, а не купить ее в магазине за 100 рублей – это вопрос самореализации. Но фанатов философии DIY («сделай сам». – «Профиль») не так уж много, а насколько полезен в быту 3D-принтер остальным? Бывает так, что человек покупает устройство, поиграется с каталогом моделей, а дальше не знает, что с ним делать. Ведь учиться пользованию программами по созданию трехмерной графики долго и сложно», – говорит глава проектного бюро «Формлаб» Андрей Востриков.

Нехватка компетенций проявляется и при использовании аддитивных технологий в промышленности: рядовому токарю принтер не поручишь, а квалифицированного персонала мало. «Специалистов по 3D-печати еще никто нигде не готовил, ведь индустрия только сложилась. В результате далеко не на всех предприятиях понимают, как использовать уже закупленные принтеры. Похоже, только нынешние подростки станут первыми профессионалами в этой области», – надеется Перес.

Масштабному внедрению принтеров на потребительском рынке препятствует и ряд других факторов. «3D-печать – медленный процесс, небольшая деталь изготавливается минимум 2–3 часа. Поэтому, как только тираж производства достигает сотни штук в месяц, технология неконкурентоспособна. И прорывов по скорости пока не наблюдается, – констатирует Востриков. – Да и материалы зачастую не на высоте по сравнению с «традиционными» конкурентами. Вы никогда не напечатаете кружку, которая будет держать кипяток, или корпус прибора, который будет привлекательно выглядеть, чтобы покупатель захотел его приобрести. В лучшем случае потребуется постобработка».

В итоге на многие рынки вход 3D-печати пока заказан. Красивые картинки блюд, необычной одежды и даже целых домов, изготовленных на принтере, не должны вводить публику в заблуждение, уверяет Леонид Горский: «Для этих рынков преимущества аддитивных технологий неочевидны. Еда и одежда сами по себе дешевы, печатать их выйдет дороже. Добавит ли печать вкусовые или визуальные преимущества? Это вряд ли, руками повара или дизайнера можно сделать не хуже. Что касается недвижимости, то надо понимать, что принтер по размеру должен быть больше, чем дом, который он строит: необходимо соорудить рельсы и поставить на них конструкцию, по которой будет ездить печатающая «голова». Этак много не построишь».

Стоит ли в этих условиях считать 3D-печать действительно судьбоносной технологией? Некоторые зарубежные СМИ уже поспешили объявить о переходе человечества от традиционных «субтрактивных» технологий (получение продукта путем «вычитания» из сырья – обрезки, выпиливания, выкройки) к аддитивным. Но эксперты призывают не романтизировать ситуацию. «3D-печать не вытеснит традиционное производство, как в свое время кино не уничтожило литературу, – уверен Николай Михеев. – Технологии развиваются параллельно, и прорыв в одной сфере влечет прогресс в другой – кто знает, что еще выстрелит в будущем? Пока же принтеры – это повод для предприятий, чтобы плотнее изучить 3D-моделирование, цифровизацию производства в целом».

Что же касается ближайших лет, то, по словам специалистов, кривая роста рынка будет зависеть от стоимости печати металлами, которая пока дорога. «Как только можно будет печатать действительно функциональные вещи за несколько сотен долларов – тогда начнется настоящий бум. Но если текущие технологии не изменятся, а будут просто увеличивать точность и качество, то кратного роста рынка не будет», – скептически настроен Востриков. Хотя промышленный эксперт Леонид Хазанов уверяет, что эра дешевой печати по металлу наступит буквально завтра: «Сейчас большинство научных публикаций по трехмерной печати касаются металлов, плоды этой работы мы скоро увидим. Вспомните историю: когда-то и алюминий был дорогим металлом, в XIX веке владеть им считалось престижным. А теперь он везде, от кастрюль до самолетов».

Стартапы на изготовке

Российский рынок продаж 3D-оборудования достигает 1 млрд рублей в год – такая оценка компании Picaso 3D приводилась в СМИ в прошлом году. Однако собеседники «Профиля» затруднились подтвердить эту цифру – по их словам, местный рынок только складывается. «Мы пытаемся угнаться за Западом, причем не без шансов, – считает Леонид Горский. – Компании, которые производят отечественное 3D-оборудование, можно пересчитать по пальцам, и все же они есть. Наиболее интересно мы развиваемся в металлах (компании «Лазеры и аппаратуры», «Булат», «Московский центр лазерных технологий», «Виам», «Полема», «Сферамет») и пластике (Picaso 3D). Они занимаются лазерными технологиями (SLM, LMD), печати пластиковой нитью (FDM). Самым же перспективным направлением считаются биопринтеры, печатающие ткани, – здесь и мировой рынок пока толком не сложился, поэтому российские производители могут занять глобальную нишу, если успеют встать на ноги в ближайшие годы».

Однако на фоне спада в российской экономике быстрое развитие подобных компаний затруднено, признает Михеев: «В московском регионе есть почти все мировые начинания в сфере 3D-печати, но уже несколько лет они остаются на стадии стартапа. Все ждут, что начнется какой-то бум. Государство обращает на нас внимание, разыгрывает гранты, и хотелось бы, чтобы вслед за ними на рынок пришли частные инвесторы. Но пока я не слышал, чтобы кто-то из серьезных предпринимателей заинтересовался 3D-производством». В этих условиях практически единственным драйвером отечественного рынка остается госсектор. «РУСАЛ и «Вертолеты России» совместно напечатали деталь для вертолета «Ансат», которая успешно прошла стендовые испытания, – рассказывает Леонид Хазанов. – Также РУСАЛ в прошлом году подписал соглашение с немецкой компанией Sauer, взяв на себя изготовление алюминиевых порошков для печати. Sauer должен предоставить принтеры и оказывать поддержку в продвижении конечных изделий. Интерес к аддитивным технологиям проявляют «Росатом», ВСМПО-АВИСМА».

Но и деятельное участие государства вызывает у частных игроков рынка озабоченность: как бы дело не дошло до очередного закона, концентрирующего отрасль в руках одной из госкорпораций. «Пока аддитивные технологии в России живут свободно, никак не регулируются, – признает Иван Коновалов. – Более того, нормативной базы пока вообще нет. То есть чем является 3D-печать с точки зрения законодательства, непонятно. Для рынка это хорошо, ведь, по идее, используемые материалы нужно сертифицировать, а, например, для медицинских целей это занимает целый год и требует 3 млн рублей затрат. В 3D-печати такое количество материалов, что сделать это нереально: например, коронки можно напечатать в 32 цветах, это 32 разных материала. В Европе их оформление происходит быстро. У нас же все зависит от политической воли. Текущая воля – не «кошмарить» 3D-рынок, других проблем достаточно. А что будет потом, когда эта технология станет массовой?»

«Думаю, что скоро придумают какой-то законопроект, уже идут проработки, – делится Леонид Горский. – Главное, чтобы он был направлен на поддержку технологий, а не создавал ограничения. Ведь на рынке всегда будут игроки, которые мечтают быть единственными, убив конкуренцию созданием запретительных барьеров. Властям надо поддерживать энтузиастов, которые развивают у нас 3D-печать, чтобы они не уехали за рубеж и их разработки не стали интеллектуальной собственностью другого государства. Чтобы не было опаски, что здесь им не дадут реализовать свои идеи либо просто все отберут».

При участии Марии Сластенниковой