Деіндустріальна революція: Ви ще не пробували торт, виготовлений на принтері?

В осяжному майбутньому промислова продукція - від кольорових шкарпеток до деталей літаків - буде не виготовлятися на заводі, а роздруковуватися на принтері.

Читачі перших друкованих газет, що видавалися починаючи з XVII століття, навряд чи могли собі уявити, що через три-чотири століття маленька, але досить продуктивна друкарня у вигляді комп'ютера і принтера буде стояти в кожному будинку. Зараз важко повірити, що пристрій, що нагадує по конструкції струменевий принтер, зможе «роздруковувати» речі, які асоціюються виключно з фабричним виробництвом: від кольорових футболок і візерункових тортиків до електронних схем і кольорових РК-дисплеїв. Тим часом мікрофабрики з такими можливостями вже існують, і в їх основі лежить саме струменевий принтер з п'єзоелектричною технологією друку.

Папір все стерпить

Звичні для нас побутові струменеві принтери, що розпорошують мікроскопічні крапельки фарби на папір, використовують для нанесення пігменту дві принципово різні технології. У термоструйних друкуючих головках мініатюрний нагрівальний елемент піднімає температуру чорнил більш ніж до 600 градусів Цельсія. Утворений при цьому бульбашка виштовхує краплю фарби на папір. Цей процес повторюється тисячі разів на секунду. Технологія виготовлення термоструйних друкуючих головок дуже близька до процесу масового виробництва мікросхем. Вартість однієї головки виявляється досить низькою, щоб замінювати її разом з чорнильним картриджем. Таким чином підвищується надійність термоструйного принтера в цілому.

Струменеві принтери Epson використовують принципово іншу технологію друку. У друкуючій головці Micro Piezo навпроти сопла розташовується п'єзоелемент, здатний змінювати свою форму під дією електричного заряду. Micro Piezo дозволяє гнучко керувати розміром краплі: у потрібний момент п'єзоелемент стає випуклим і видавлює на папір строго певну кількість чорнил, після чого приймає увігнуту форму, тим самим миттєво зупиняючи подачу барвника. Під час друку однотонних або градієнтних ділянок зображення принтер використовує великі краплі, які, змішуючись та накладаючись один на одного, зменшують ефект пікселізації та смужки. Ділянки зображення з великою кількістю дрібних деталей друкуються дрібними краплями.

Друкуюча головка Micro Piezo - це технологічно складний пристрій, який не може замінюватися разом з кожним чорнильним картриджем. Головка, покликана служити протягом усього життя принтера, сама по собі дуже надійна, проте надзвичайно вимоглива до якості чорнил. Використання барвників, не рекомендованих виробником, може призвести до засмічення сопел і виходу головки з ладу.

Всупереч очікуванням, рекордно висока якість друку, обумовлена можливістю точно керувати розміром краплі, не призвела до беззаперечного лідерства технології Micro Piezo на ринку побутових принтерів. Частина користувачів оцінила приріст якості друку, але багато хто віддав перевагу більш дешевим і невибагливим в обслуговуванні моделі. Однак перед п'єзодруком відкрилися промислові перспективи, недоступні для термоструйної технології. Справа в тому, що в п'єзоелектричну друкуючу головку можна помістити не тільки фарбу для паперу, але і будь-яку іншу рідину, в тому числі і ту, яка затвердіває при нагріванні. Це може бути харчовий або текстильний барвник, струмопровідна емульсія для друкованих плат або рідкий полімер, з якого робляться світлофільтри РК-дисплеїв.

Прискорювач моди

Можливості п'єзоелектричного друку наочно демонструє текстильний принтер Monna Lisa, виготовлений італійською компанією Robustelli на основі технології Epson Micro Piezo. Robustelli вже понад півстоліття виробляє текстильне обладнання, орієнтоване на регіон Комо, колиска італійської високої моди. Принтер може наносити на текстильний рулон високоякісне зображення з роздільною здатністю до 720 точок на дюйм - це гідний показник навіть для паперу, не кажучи вже про тканину. Двадцять чотири друкуючі головки апарату заряджаються різнокольоровими барвниками Genesta, спеціально розробленими для Monna Lisa. У процесі роботи головки не стосуються тканини, тому не можуть пошкодити її або змішати кольори. Принтер ідеально пристосований для масового виробництва виробів з тканини, але з тим же успіхом може використовуватися для виготовлення дрібносерійної та ексклюзивної продукції, що набагато важливіше. Зменшення обсягу виробництва ніяк не відображається на вартості одного відбитка, що немислимо для традиційних технологій текстильного друку.

Monna Lisa друкує будь-який обсяг без попередніх приготувань, витрачає рівно стільки фарби, скільки потрібно, не потребує додаткових виробництвах і складських приміщеннях, до того ж споживає порівняно мало електроенергії. Крім того, від трафаретного друку дуже складно досягти якості зображення, яке забезпечує текстильний принтер.

Давид і Голіаф

У сучасному житті нас всюди оточують полімери, і практично будь-який продукт з полімерів може вироблятися за технологією Micro Piezo. Компанія Epson розраховує, що п'єзоелектричний друк докорінно змінить вигляд фабрики майбутнього. З одного боку, практично повністю зітреться межа між індивідуальним і масовим виробництвом. Товари стануть різноманітнішими, а нові моделі виходитимуть швидше. Доведеться назавжди залишити надію наздогнати моду.

З іншого боку, перетворення величезних індустріальних фабрик на невеликі виробничі офіси вкрай сприятливо позначиться не тільки на конкуренції, але і на навколишньому середовищі. Нинішні субтрактивні технології витрачають надлишкову кількість матеріалів, значна частина яких просто утилізується. Чого варта тільки змита на текстильних виробництвах фарба і витравлений з друкарських плат метал. Адже утилізація сама по собі - енергоємне і не завжди екологічно чисте виробництво. Всі матеріали, що витрачаються принтером Micro Piezo, залишаються тільки на кінцевому продукті і не викидаються в навколишнє середовище. Промисловий принтер споживає порівняно трохи електроенергії і не зводить навколо себе суміжних виробництв і допоміжних цехів. Нарешті, на місці гігантських фабрик, що залишилися не при справах, могли б бути сквери і парки.