Станислав Бескаравайный - Бытие техники и сингулярность

Разумеется, возможна разработка целых автомобилей, большую часть гомогенных деталей к которым изготавливает 3D-принтер, идет как бы уменьшение длины конвейера.

Однако невозможность создать сложное техническое изделие, используя лишь технологию 3D-печати, фактически, делает невозможным сведение всех действий по изготовлению каждый отдельной детали лишь к «оцифрованным», универсальным действиям 3D-принтера. Потому пока 3D-принтер не может целиком заменить сборочные производства, что еще ограничивает ту смену парадигмы техники, которую он мог бы обеспечить.

Насколько проблемы соотношения части и целого ограничивают новую технологию? Требования по гомогенности и гетерогенности изделий, по сведению всех качеств материала к «прохождению через экструдер» становятся наиболее «узким местом».

Опишем их.

— Насколько универсальной может быть экструзионная головка или как много их требуется для одного принтера? Как успешно соединить материалы с разной температурой плавления? Фото-полемеризация и твердофазное спекание в одном рабочем объеме? Потенциально возможно. Но при прочих равных условиях универсальный комплекс обработки материалов, работающий как 3D-принтер, будет сложнее конвейера, где операции осуществляются поэтапно, в разных рабочих объемах и средах. Соответственно, вытеснение привычных производств возможно, если 3D-принтер будет давать более сложную технологичную продукцию.

— Некоторые изделия заведомо слабо сопрягаются с 3D-принтингом в силу явной нерациональности совмещения обработки разных частей в одной камере и уже налаженного конвейерного производства. Например, патроны. Изготовить гильзу или пулю с помощью технологии «объемной печати» элементарно. Но капсюль и порох — их ведь придется где-то брать? То есть производство все равно потребует нескольких технологических операций — формирование гильзы вокруг капсуля, заполнение ее порохом, формирование пули, — и чем тогда оно лучше конвейера?

— При обработке материалов с высокой температурой плавления возникают сложности, связанные с окислением поверхности застывающих «капель», или же с эффектом сфероидизации (капля расплава начинает втягивать в себя частицы порошка — это осложняют работы с цинком, свинцом, медью, оловом [214]). Разумеется, можно использовать защитную атмосферу и отполировать шершавую поверхность постобработкой (или нанести еще один слой материала специально для сглаживания шероховатостей). Но неоднородность в процессе застывания — это отдельная проблема. Что уже подразумевает как минимум две-три дополнительные технологические операции, и это именно сложности прохождения сквозь «угольное ушко». В перспективе мы увидим самолетные двигатели, целиком выполненные на 3D-принтере, но пока для них аддитивно изготавливают лишь часть деталей.

— Характерная величина печати — микро- и макровозможности. Нижняя граница пока «микроны», верхняя — уже десятки метров (ограничена только подвижностью печатающей головки, а ее можно поставить на любые направляющие). Насколько возможно будет долевое производство в нанотехнологических масштабах? И главное, совмещение нано- и макропродуктов? Это — самое маленькое «игольное ушко», через которое требуется протиснуться новой парадигме.

В машиностроении уже достаточно давно известно противоречие между частью и целым, в чем-то схожее с несущим противоречием 3D-принтинга. Любая модульная конструкция позволяет быстро изменить конфигурацию готового станка, машины, корабля, придать ему универсальность; но эта же модульность снижает качества машины в каждом отдельном случае — целостный, спроектированный лишь под выполнение одного действия агрегат позволяет добиться куда более высоких показателей.

Каковы же пути по снятию несущего противоречия?

— 3D принтер, который будет ориентировать технологический процесс не только внутри своего рабочего объема, но и ориентировать себя в пространстве цеха, строительной площадки, дома и т. п. Задача: помещение «точки трансформации вещества» в любые заданные координаты. Не просто работа вдоль направляющих, но свободное перемещение: если принтер уподобится пауку, то его возможности резко возрастут.

— Армирование изделия нерасплавялемым волокном и внесение легирующих добавок — лишь половинчатый способ снятия противоречия. В идеале в каждой порции вещества, проходящей через «точку трансформации«, должны быть сведения обо всей структуре изделия. Тогда любая степень внутренней упорядоченности будет чисто прикладным вопросом. В этом смысле показателен биопринтер, на котором пытаются воспроизводить человеческие органы: создается каркас из растворимого вещества, на который помещается большое количество живых клеток. Клетки начинают срастаться, каркас вымывается, и получается живой орган. Но это едва ли не предельный пример того, как в каждом элементе, используемом принтером, уже есть «программа» всего изделия (код ДНК). Но можно ли иными средствами заложить данные о целом изделии в его части? Попытки многообразны — их называют 4D-печатыо, — тут и сплавы с эффектом памяти, и наномашины. Их успех и даст 3D-принтерам полную победу над традиционным производством.

— Использование нескольких технологических операций: не сводя все к процессу 3D-принтига, можно запрограммировать машину на создание армирующей решетки, на прокладку в изготавливаемом изделии проводов и т. п. Единая сборочная установка, где в рамках целиком «математизированного» рабочего объема совмещается 3D-принтинг и традиционные манипуляторы. Но при свободе задания формы изделий сократится и количество сборочных деталей. Например, в двигателе «рено» на четверть уменьшилось число компонентов [294]. Это некое промежуточное решение.

— Сегодня 3D-принтер не может собрать алмаз, хотя «нано-принтеры», создающие микроскопические объекты, уже существуют. Углерод для сборки его атомов в виде кристаллической решетки алмаза требует высоких температур и давления. Следовательно, работа 3D-npинтера не только при «стандартныхусловиях» становится необходимостью.

— Если невозможно пропустить изделие через единственную «точку трансформации» из-за несовпадения масштабов структур (скажем, процессор в автомобиле и коленвал там же), необходимо решить проблему последовательности работы с различными масштабами. Если противоречие между частью и целым в контексте формы решено через виртуализацию модели, которую воплощает 3D-принтер, то в контексте последовательности создания пока царствует самый примитивный подход. Можно было бы вообразить изделия с эффектом памяти, которые бы меняли свою форму в процессе печати и тем позволяли совместить разные масштабы обработки.