Индустрия 4.0. 3D Printers

Отрывок.

Небольшой мини-цикл:
Индустрия 4.0. Big Data.
Индустрия 4.0. 3D Printers
Индустрия 4.0. Cloud
Протокол обмена данными

3d-принтеры. От них ожидают такого же прироста, который когда-то дали просто «принтеры». То есть технология печати сразу с компьютера или аналогичного устройства, вместо печати с предварительно набираемых литерами форм каждой страницы. Или даже такого, который был при изобретении типографского способа публикации материалов вместо переписывания от руки.

И это, надо отметить, неспроста. Данная технология обладает сразу несколькими очень внушительными и критически важными бонусами (аналогичными, кстати, тем, которые имела «электронная» печать на фоне предыдущих вариантов). Дело в том, что при наборе литерами, хотя и появляется возможность очень быстро создавать множество копий книги, но для создания хотя бы одной из них сначала надо набрать каждую страницу из этих самых литер. По этой причине издание таким способом единственного экземпляра оказывается сравнимым по стоимости (и даже дороже), нежели ручное переписывание.

То же самое происходит и в производстве: предыдущие методы позволяют произвести большое количество экземпляров одного и того же товара, и это гораздо дешевле, чем вручную, однако малая партия этого товара оказывается чудовищно дорогой, поскольку всю фабричную линию надо под этот товар перенастраивать: создавать новые формы для литья корпуса, например. И в результате малые партии надо либо производить вручную (а это долго, да и по качеству вручную уже обычно хуже, чем на фабричном оборудовании), либо же продавать сильно дороже, чтобы хотя бы окупить стоимость производства.

При трёхмерной же печати одни и тот же «станок» — 3d-принтер — может производить какие угодно продукты и каждый следующий будет стоить примерно столько же, сколько предыдущий, независимо от того, стотысячный ли это такой же, как предыдущие, продукт, или вообще совсем новый.

Ниже есть продолжение.

Фактически при таком подходе дополнительно оплачивается только разработка самой компьютерной модели этого продукта, адаптированной для трёхмерной печати. Что в случае с компьютерами тоже гораздо дешевле, нежели при, например, литье, поскольку при литье, даже если форма отличается парой незначительных деталей, её всё равно надо изготавливать заново и практически с нуля: то есть заново создавать физический прототип будущего продукта, чтобы использовать его как модель для создания формы, а потом по этому прототипу делать саму форму. Если же модель существует только внутри компьютера, то для изменения мелких нюансов формы у существующей уже 3d-модели надо подвинуть несколько вертексов (вершин сетки, задающей форму объектов), что занимает считанные секунды.

Ну и, конечно, как вариант, можно напечатать и саму форму для литья тоже.

В результате, даже если таким способом создаётся только прототип для изготовления литейной формы, производство малых партий радикально удешевляется.

Если же изготавливать сразу конечный продукт таким способом, то его себестоимость в перспективе становится сравнимой или даже меньшей, нежели стоимость оного при серийном производстве. Даже если нужен всего лишь один экземпляр этого продукта.

Кроме того, литьё и прочие аналогичные методы производства сильно сужают пространство доступных для производства объектов. Ведь форма для отливания обычно не одноразовая, а потому с неизбежностью должна состоять из двух частей, чтобы произведённый продукт можно было из неё извлечь, не разрушив самой формы. И каждая из этих частей должна быть такой, чтобы, во-первых, тот материал, из которого производится данный продукт, мог при заливании внутрь заполнить её целиком, а во-вторых, после застывания свободно из неё выйти.

Вдобавок в ряде случаев довольно тяжело сделать плотность конечного продукта равномерной или переменной, но именно с таким распределением плотности, которое нужно по техническим требованиям. Для этого применяются всевозможные изощрённые технологии, однако оно, разумеется, тоже сильно повышает стоимость производства и требуемое на него время.

3d-принтеры же создают объект по сути послойным напылением на основании компьютерной модели (почти аналогичной тем, которые используются при создании компьютерных игр и спецэффектов). Форма для литья ему не нужна вообще, а плотность в каждой точке гораздо проще сделать той, которая требуется.

Кроме того, уже есть технологии, позволяющие 3d-печать из разных материалов одновременно. Что, например, литьём сделать вообще невозможно.

И, разумеется, хотя очень многие и не в курсе, всё это тоже уже весьма широко применяется (в том числе, кстати, и кое-где в России). Причём даже теми способами, которые до того можно было бы счесть «ненаучной фантастикой».

В частности, есть 3d-принтеры, которые могут напечатать детали ещё одного такого же 3d-принтера. Что открывает дорогу к самовоспроизводящимся роботам, которые будут заниматься производством товаров.

Существует и уже используется 3d-печать фрагментов зданий, в том числе, сразу на самом недоделанном ещё здании. Есть даже здания, целиком «напечатанные» (и тоже, кстати, в том числе в России). Есть уже даже напечатанные не в виде деталей, которые потом собрали, а напечатанные сразу целиком, причём со всеми коммуникациями.

Зачем это нужно, если «здание можно построить и так»? Да всё за этим же: большее разнообразие при существенно меньшей себестоимости. И, кстати, что немаловажно, при гораздо меньшем времени на постройку здания.

Кроме того, есть технологии 3d-печати еды. Что в перспективе сильно удешевит её производство, при этом, опять же, увеличив разнообразие. Ведь можно будет, вместо выращивания животных и растений, выращивать просто клеточный материал, а потом «печатать» из него и дополнительных необходимых человеку микроэлементов продукты питания — как точные копии уже существующих (но без вредных для здоровья примесей), так и ранее не существовавшие.

Есть технологии 3d-печати из живых клеток организма, причём они сохраняют жизнеспособность после этой печати, что даёт возможность буквально печатать, например, человеческие органы для последующей пересадки, которые будут абсолютно совместимы с организмом того человека, которому их пересадят.
...
Это, собственно, логичное развитие очень сильно продвинувшейся компьютерной графики. То, что до того существовало в виде почти фотореалистичных компьютерных игр или совсем фотореалистичных спецэффектов в фильмах, просто добавляется в реальном времени к окружающему миру.

Технологий тут тоже уже много, и они уже реально воплощены в жизнь. В самом примитивном варианте изображение снимается камерой и подаётся на экраны «очков» с наложенными на полученное с камеры изображение спецэффектами. В более продвинутом варианте «дополнение реальности» проецируется на сетчатку глаза при помощи микроскопического проектора, прикреплённого к дужке очков, а саму окружающую реальность человек видит «традиционным способом».

В это время датчики отслеживают положение головы человека в пространстве, что позволяет синхронизировать перемещение реального мира в поле зрения с перемещением «виртуального объекта» в нём.

Кроме впечатляющего художественного эффекта это всё имеет ещё и крайне полезные практические применения.

Например, можно транслировать логическую карту города прямо поверх «естественного вида» этого города. То есть «вживить» в то, что человек видит, навигационные подсказки: названия улиц, номера домов, стрелки «иди вот сюда», помогающие идти по заранее заданному маршруту.

Можно подписать виртуальными надписями и комментариями детали какого-то агрегата. Чтобы, например, организовать «удалённую консультацию»: когда более грамотный в некотором вопросе специалист помогает менее грамотному выполнить какую-то работу, находясь при этом в другом городе или даже на другом континенте.

Можно показывать чертёж прямо поверх частично созданного агрегата или здания.

Это самое здание, кстати, можно посмотреть в виде его виртуального образа прямо в реальном мире. Сейчас для этого создаются «псевдофотографии», или даже виртуальные пространства, по которым можно «походить», как в компьютерной игре. Однако трёхмерная модель, встроенная в окружающую реальность, разумеется, даёт больше информации и проще воспринимается. И сделать такую разновидность виртуального пространства тоже проще — ведь в этом случае не надо создавать ничего, кроме модели интересующего нас объекта — всё остальное уже и так существует и доступно для непосредственного осмотра.

Да и не только зданий это касается: сама разработка любой модели (например, для последующей 3d-печати) в ряде случаев сильно упрощается, если можно редактировать сетку модели прямо внутри предполагаемого контекста использования продукта, который будет по ней создан.

В сочетании же с уже довольно хорошо развитыми технологиями 3d-сканирования это даёт ещё более впечатляющие бонусы. Например, можно получить трёхмерную модель некого объекта, просто осмотрев его со всех сторон. В дополненной реальности при этом сразу будет отображаться уже распознанный фрагмент этого объекта, чтобы легче было контролировать процесс осмотра. А потом сразу же начать модифицировать эту модель в дополненной реальности.

Таким образом устраняется почти вся рутина, отнимающая кучу времени, а скорость разработки модификаций и улучшений радикально возрастает. Да и создание нового тоже.

И снова оно уже есть, хотя и не охватило пока всех поголовно...

https://www.nalin.ru/industriya-4-0-i-mirovoj-poryadok-5898