3D-печать зародилась в 1983 году – гораздо раньше, чем люди начали массово пользоваться всемирной паутиной. Но интернет уже давно стал обыденной частью жизни, а аддитивные технологии до сих пор нельзя назвать широко распространенными.
При этом изобретатель 3D-печати Чак Халл полагает, что мы уже прошли период хайпа и только сейчас начинаем понимать настоящее поле применения технологии. Этот пост о том, как Чак (Чарльз) Халл изобрел и запатентовал лазерную стереолитографию в маленькой подсобной комнатушке и о том, как он сейчас оценивает свое изобретение.
Спойлер: как и промышленным роботам, развитию 3D-печати сильно помог автопром.
Столешницы и прототипирование
Все началось в 80-е. Тогда Чак работал технологом в калифорнийском Ultra Violet Products. Компания производила смолу ультрафиолетового отверждения для столешниц. О высокой скорости работы не могло идти и речи — на разработку и тестирование даже небольших деталей требовались месяцы. В обязанности Чака как ответственного за организацию производственного процесса входило и прототипирование. Изобретатель искал метод, который позволил бы ему ускорить процесс.
Одной из его идей было наложить несколько сотен слоев пластика и придать им определенную форму с помощью ультрафиолета. Так бы получился относительно дешевый и быстрый в создании прототип. С этой идеей он пошел к руководству UVP. Чаку, конечно, не разрешили заниматься изобретением в рабочее время – но выделили помещение и оборудование.
Спустя год сверхурочной работы изобретатель создал первый прототип электролитного 3D-принтера. Он работал с фотополимером – веществом, которое может переходить из жидкого состояния в твердое под действием ультрафиолетовых лучей. Халл научился писать код, чтобы запрограммировать принтер на создание прототипа определенной геометрической фигуры. Первым 3D-печатным объектом стал небольшой пластиковый стаканчик.
Первый 3D-принтер SLA-1
«Одевайся и приезжай в лабораторию прямо сейчас»
Ночь, когда было совершено открытие, навсегда отпечаталась в памяти жены Чака – Антуанетты Халл. В интервью для The Telegraph она даже называет точное время – 20:39 в среду, 9 марта 1983 года.
«В ту ночь я была дома, и мне пришлось посмотреть на часы, когда зазвонил телефон», – сказала она. «Я уже была в пижаме и готовилась ко сну, но Чак все еще работал».
«Одевайся и приезжай в лабораторию прямо сейчас», – сказал по телефону Чак. Она села в машину и прибыла в лабораторию – маленькую комнатушку, которую Ultra Violet Products выделили Халлу для исследований.
В ней Антуанетта увидела первый 3D-печатный объект в мире. «Держа эту странную деталь в руке, он сказал, что сделал это и мир никогда не будет прежним. В ту ночь я знала, что он достиг чего-то грандиозного».
Чак Халл с женой
У компании, где Чак работал, не было средств для финансирования разработки. Он вспоминает: «Я получил патент на 3D-принтер в 86 году. И вот я прихожу к руководителю компании и говорю: “Нам нужно найти этому коммерческое применение”. На что он отвечает: “Конечно, но мы не можем себе этого позволить”. У меня не было выбора, поэтому я решил создать свою собственную компанию. Это и стало началом 3D Systems». Первыми клиентами его компании стали General Motors и Mercedes-Benz.
Компания работает до сих пор. Чак, которому сейчас 79 лет, тоже. «Моя работа слишком интересна, чтобы бросить ее», – сказал он как-то в интервью для CNN. В другом он сообщал больше подробностей: «В конце 90-х я действительно ушел на пенсию. На мое место пришел новый руководитель, и где-то три месяца спустя он позвонил мне и сказал: “Чак, все плохо. Можешь вернуться и помочь с решением некоторых технических проблем?” С тех пор я снова там, продолжаю заниматься интересными вещами».
Сейчас 3D Systems сосредоточена на программируемых системах для литья под давлением, которые позволят печатать объекты без предварительного конструирования форм. Помимо работы в 3D Systems, Чак дает лекции и выступает на конференциях. Например, он стал одним из главных спикеров на прошлогоднем ASME – международном конгрессе машиностроения.
Чак Халл остается очень скромным человеком. В 2014 году Европейское патентное ведомство вручило ему приз как лучшему изобретателю, работающему за пределами Европы. На это он ответил лишь: «Мне приятно получить признание моих заслуг. Я много и упорно работал, чем я и собираюсь заниматься дальше».
Со СМИ он общается редко. Ниже – одно из его немногих интервью, данное Industry Week. Оно 2013 года, но полностью на русский язык не переводилось. В нем Чак Халл рассказал, как сам долго не верил в коммерческий успех своего изобретения и о том, сможет ли оно когда-нибудь конкурировать с традиционным производством.
Вы изобрели стереолитографию в 1983-м. Спустя 30 лет рынок аддитивного производства начал бурно расти. Людям кажется, что это какое-то новое явление. Что вы думаете по поводу этого бума? Не поздно ли он начался?
Когда мы только начали заниматься 3D-печатью, я долго не мог представить, что это станет настолько популярным.
Мне казалось, этот путь займет лет 25, если не больше. Такова история всех изобретений. Не бывает такого, чтобы вы изобрели вещь вроде 3D-принтера, и толпа покупателей сразу начала ломиться в вашу дверь. Нужно много времени, чтобы понять, что ты изобрел и как это можно усовершенствовать.
3D-печать — это непросто. Вы видите готовое устройство. Думаете, что использовать его очень легко, но это не так. Мы в 3D Systems совершенствовали первый принтер на протяжении 10 лет. За это время удалось пройти путь от идеи до воплощения готового устройства в промышленной сфере.
Но последние несколько лет меня удивили. То, что люди признали 3D-печать как распространенное направление, безусловно, стало сюрпризом.
Когда у вас появилась идея создать 3D-печать? Как вы придумали метод стереолитографии?
Я начинал как инженер-проектировщик. Разработка новых литьевых деталей из пластмассы, которой мы занимались, была очень трудоемким и дорогостоящим процессом. Вначале ты разрабатывал внешний вид детали, делал чертежи, обсуждал все с инструментальщиком, который делал форму для пластиковой части. Затем эта форма отправлялась к литейщику, который изготавливал запчасть. Весь процесс занимал 6-8 недель.
Изготовление занимало много времени, к тому же первая получившаяся деталь никогда не была идеальной. Ее приходилось переделывать и снова запускать цикл производства. Многие месяцы проходили, прежде чем ты получал деталь, которую можно тестировать.
Естественно, мы пытались что-то с этим сделать.
Я решил проверить, смогу ли придумать способ быстрее получить эту первую деталь, чтобы все повторные циклы проходили быстро, а затем быстро получать финальную версию для производства.
Я перебрал кучу идей, которые не сработали, а затем пришел к тому, что в итоге стало стереолитографией. 9 марта 1983 года я произвел этим методом первую деталь.
Потом вы подали заявку на патент, полученный в 1986-м и стали сооснователем 3D Systems. Но кто был вашими клиентами? Какая-нибудь из индустрий видела потенциал на столь ранней стадии?
Когда мы только запустили компанию, сразу отправили «разведчиков» – чтобы понять, есть ли интерес со стороны промышленности. И он был. На самом деле, интерес к прототипированию был огромным, в основном со стороны автоконцернов.
Автокомпании в то время пытались выпускать автомобили высокого качества. Американские концерны в то время были довольно неповоротливы. Они не могли быстро выпускать новые модели, а качество производства проигрывало в мировой конкуренции.
Поэтому у них была огромная заинтересованность в любой технологии, которая могла бы улучшить ситуацию. Мы сразу стали двигаться в этом направлении, развивать технологию для автомобилестроения. Вскоре после этого множество производителей пошли по тому же пути.
Также в те годы мы разрабатывали методы прототипирования металлических деталей. Наша технология должна была предложить альтернативу традиционному литью методом потерянного воска, и это было первым серьезным ответвлением от прототипирования пластиковых деталей.
Разработанный метод мы назвали Quick Cast. Он позволял быстро лить металлические детали из разнообразных сплавов, и его все еще используют. Главным образом в аэрокосмической и смежных с ней отраслях.
Теперь, когда производители и покупатели осознали всю ценность 3D-печати, что будет дальше? Сможет ли она когда-нибудь конкурировать с традиционным производством?
Я не футурист и у меня нет хрустального шара предсказателя – я не знаю, что произойдет дальше. Но я знаю, что когда достаточное количество умных людей работает над чем-то, это что-то всегда становится лучше.
Главные достоинства аддитивных технологий сейчас — тонкие настройки и возможность работать со сложными конструкциями. Если в вашем производственном процессе нужно множество деталей или нужны детали со множеством отличающихся параметров, 3D-печать может вам пригодиться.
Медицинское применение — естественное для 3D-печати, ведь все тела разные. Когда вы пытаетесь сделать что-то для зубов, например, эта вещь будет разной для разных пациентов. То же касается коленей и других суставов.
Если вы смотрите в будущее 3D-печати, то это, вероятно, детали со сложными формами и узорами, даже при большом объеме производства. Скорость и экономическая выгода от 3D-печати постоянно возрастают. А значит, у нее становится все больше шансов конкурировать с традиционным производством.
Оглядываясь на эти 30 лет — что бы вы назвали самым большим своим достижением, не учитывая саму технологию?
Еще в 80-90-е годы было понятно, что производство будет постепенно уходить из страны. Это касалось не только США — все уходили в страны с дешевой рабочей силой. Я всегда считал, что это плохо. По-моему, производство должно быть ключевой способностью, особенно для США. Сегодня возвращение к производству на территории страны связано с более высокими технологическими возможностями. Мне нравится, что 3D-печать и цифровое производство этому способствуют.
12-13 октября мы проведем в Москве выставку аддитивных технологий и 3D-сканирования – 3D Print Expo. Она станет уже шестой по счету.
На этот раз мы изменили формат и сконцентрировались на практике. Конференции в этом году не будет — будут выставка и лекторий. Конечно, останутся мастер-классы, галерея 3D-печатных объектов и рисование 3D-ручками.
Подробности и программу ищите на официальном сайте.