Carbon (компания)

Carbon — американская компания, специализирующаяся на разработке и производстве промышленных 3D-принтеров и фотополимерных материалов для аддитивного производства. Основана в 2013 году в городе Редвуд-Сити (Калифорния, США). Компания известна своей технологией цифрового светового синтеза (Digital Light Synthesis, DLS), которая позволяет создавать детали с высокой скоростью печати и улучшенными механическими свойствами по сравнению с традиционными методами стереолитографии.

История

Компания была основана в 2013 году предпринимателем и химиком Джозефом ДеСимоном, профессором Стэнфордского университета, а также инженерами Эдом Самсоном и Александром Эрнстом. Первоначально проект назывался «Carbon3D». В 2015 году компания представила свою технологию на конференции TED, где продемонстрировала процесс печати, напоминающий «вытягивание» объекта из жидкой смолы. Это вызвало значительный интерес в индустрии 3D-печати.

В 2016 году Carbon привлекла $81 млн инвестиций от венчурных фондов, включая Sequoia Capital и Silver Lake Kraftwerk. В том же году компания сменила название на «Carbon» и выпустила первый коммерческий принтер — Carbon M1. В 2017 году последовал выпуск модели Carbon M2, а в 2019 году — промышленной системы Carbon L1, предназначенной для массового производства.

В 2020 году, в условиях пандемии COVID-19, компания переориентировала часть мощностей на печать защитных экранов для медицинских работников. В 2021 году Carbon анонсировала платформу для цифрового производства «Carbon Design Engine», интегрирующуюся с CAD-системами. По состоянию на 2024 год компания продолжает развивать линейку принтеров и материалов, сотрудничая с такими корпорациями, как Adidas, Ford, Johnson & Johnson и BMW.

Технология

Цифровой световой синтез (DLS)

Основой продукции Carbon является технология цифрового светового синтеза (DLS), которая представляет собой разновидность фотополимеризации в ванне. В отличие от традиционной стереолитографии (SLA), где слой затвердевает под действием ультрафиолетового лазера, DLS использует проекцию цифрового изображения через кислородопроницаемое окно. Это позволяет одновременно засвечивать целый слой, что значительно ускоряет процесс.

Ключевая особенность DLS — использование «непрерывной зоны жидкого интерфейса» (Continuous Liquid Interface Production, CLIP). В этом процессе между окном и затвердевающим слоем поддерживается тонкая плёнка жидкой смолы, которая предотвращает прилипание детали к окну. Это устраняет необходимость в механическом отрыве слоя, как в обычных SLA-принтерах, и позволяет печатать со скоростью до 100 раз выше, чем у традиционных методов.

Материалы

Carbon разрабатывает и производит собственные фотополимерные смолы, которые классифицируются по механическим свойствам:

• RPU (Rigid Polyurethane) — жёсткие полиуретановые смолы, имитирующие свойства ABS-пластика.
• FPU (Flexible Polyurethane) — эластичные смолы, напоминающие резину.
• EPU (Elastomeric Polyurethane) — высокоэластичные материалы для амортизирующих деталей.
• CE (Cyanate Ester) — термостойкие смолы, выдерживающие температуры до 200 °C.
• Silicone — силиконовые смолы для медицинских и потребительских изделий.

Все материалы проходят сертификацию на биосовместимость (ISO 10993) и могут использоваться в медицинских устройствах.

Продукция

3D-принтеры

Carbon выпускает несколько моделей промышленных 3D-принтеров, ориентированных на серийное производство:

• Carbon M1 (2016) — первая модель, предназначенная для прототипирования и мелкосерийного производства. Размер рабочей камеры: 189 × 118 × 326 мм.
• Carbon M2 (2017) — улучшенная версия с увеличенной скоростью печати и поддержкой большего числа материалов. Размер камеры: 189 × 118 × 326 мм.
• Carbon L1 (2019) — крупноформатная система для массового производства. Размер камеры: 400 × 250 × 400 мм. Позволяет печатать до 1000 деталей за одну смену.
• Carbon M3 (2022) — модель с улучшенной системой управления и автоматической калибровкой. Размер камеры: 189 × 118 × 400 мм.

Все принтеры работают по технологии DLS и требуют использования фирменных смол и программного обеспечения Carbon.

Программное обеспечение

Carbon предоставляет облачную платформу «Carbon Design Engine», которая позволяет автоматизировать подготовку файлов для печати, оптимизировать расположение деталей в рабочей камере и управлять производственным процессом. Платформа интегрируется с популярными CAD-системами (SolidWorks, Autodesk Fusion 360) и поддерживает функции генеративного дизайна.

Применение

Технологии Carbon используются в различных отраслях промышленности:

• Медицина: производство хирургических инструментов, ортопедических имплантатов, стоматологических моделей и слуховых аппаратов. Например, компания Johnson & Johnson использует принтеры Carbon для печати индивидуальных хирургических шаблонов.
• Автомобилестроение: создание функциональных прототипов, деталей интерьера и компонентов двигателей. Ford применяет технологию для печати деталей тормозных систем и воздуховодов.
• Спортивные товары: производство подошв для кроссовок (совместно с Adidas), защитных шлемов и велосипедных сёдел. В 2018 году Adidas выпустила серию кроссовок Futurecraft 4D с подошвой, напечатанной на Carbon.
• Потребительские товары: изготовление корпусов электроники, игрушек и бытовых аксессуаров. Компания Razer использует Carbon для печати прототипов игровых мышей.
• Аэрокосмическая промышленность: создание лёгких и прочных деталей для беспилотников и спутников.

Критика и ограничения

Несмотря на технологические преимущества, продукция Carbon имеет ряд ограничений:

• Высокая стоимость: принтеры Carbon M1 и M2 стоят от $40 000 до $100 000, что делает их недоступными для малого бизнеса и частных пользователей.
• Зависимость от фирменных материалов: использование смол сторонних производителей невозможно, что увеличивает эксплуатационные расходы.
• Ограниченный выбор материалов: хотя ассортимент смол расширяется, он всё ещё уступает по разнообразию традиционным термопластам (например, ABS, PLA, нейлон).
• Сложность постобработки: детали требуют промывки в растворителе и дополнительного отверждения в УФ-камере, что увеличивает время цикла.

Интересные факты

• В 2015 году технология CLIP была признана журналом «MIT Technology Review» одной из десяти прорывных технологий года.
• В 2020 году Carbon получила разрешение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) на использование своих материалов для производства медицинских изделий.
• Компания активно использует искусственный интеллект для оптимизации параметров печати, что позволяет сократить количество бракованных деталей.

Источники

• Официальный сайт компании Carbon (carbon3d.com)
• Статья «Continuous liquid interface production of 3D objects» в журнале Science (2015)
• Презентация TED 2015 года «A 3D printer that creates objects in minutes»
• Отчёты компании о сотрудничестве с Adidas и Ford (2018–2022)
• Обзор технологии в журнале «Additive Manufacturing» (2021)