Компания Carbon¶

Carbon — это американская компания, специализирующаяся на разработке и производстве промышленных 3D-принтеров и фотополимерных материалов для аддитивного производства. Компания известна своей технологией цифрового светового синтеза (Digital Light Synthesis, DLS), которая позволяет создавать детали с механическими свойствами, сопоставимыми с литьевыми пластиками, и используется в таких отраслях, как автомобилестроение, медицина, потребительские товары и промышленное производство.

¶История

Компания была основана в 2013 году в Редвуд-Сити (Калифорния, США) Джозефом ДеСимоном, Эдвардом Самульски и Александром Тельманом. Джозеф ДеСимон, профессор химии и химической инженерии Университета Северной Каролины, ранее разработал технологию CLIP (Continuous Liquid Interface Production), которая легла в основу DLS. Первоначально компания называлась Carbon3D, но в 2016 году сократила название до Carbon.

В 2015 году компания представила технологию CLIP на конференции TED, что привлекло значительное внимание инвесторов. К 2016 году Carbon привлекла более 222 миллионов долларов финансирования от таких инвесторов, как Sequoia Capital, Silver Lake Kraftwerk и Google Ventures. В 2017 году компания выпустила свой первый коммерческий принтер — Carbon M1, а в 2019 году — более производительную модель Carbon L1.

В 2020-х годах компания расширила линейку продуктов, выпустив принтеры Carbon M3 и Carbon M3 Max, а также запустила платформу для массового производства деталей — Carbon Production Network. В 2023 году компания объявила о партнёрстве с производителями медицинских устройств и автопроизводителями, включая Ford и Adidas.

¶Технология цифрового светового синтеза (DLS)

Основой продуктов Carbon является технология DLS, которая представляет собой разновидность стереолитографии (SLA). В отличие от традиционных SLA-принтеров, которые печатают слой за слоем, DLS использует непрерывный процесс фотополимеризации.

¶Принцип работы

Процесс DLS основан на использовании жидкой фотополимерной смолы, которая отверждается под воздействием ультрафиолетового (УФ) света. Ключевые элементы технологии:

• Оксигенная проницаемая мембрана: В нижней части ванны со смолой находится мембрана, которая пропускает кислород. Это создаёт «мёртвую зону» (dead zone) — тонкий слой жидкости над мембраной, где полимеризация не происходит из-за присутствия кислорода.
• Непрерывное отверждение: УФ-проектор, расположенный под ванной, проецирует изображение каждого слоя через мембрану. Платформа поднимается вверх непрерывно, а не дискретно, что позволяет избежать образования видимых слоёв и значительно ускоряет печать.
• Управление кислородом: Толщина «мёртвой зоны» контролируется регулировкой потока кислорода, что позволяет оптимизировать скорость печати для разных материалов.

¶Преимущества

• Скорость: DLS в 25–100 раз быстрее традиционных SLA-принтеров за счёт непрерывного процесса.
• Качество поверхности: Отсутствие видимых слоёв благодаря непрерывному отверждению.
• Механические свойства: Использование инженерных фотополимеров позволяет получать детали, сопоставимые по прочности и термостойкости с ABS, полипропиленом и полиуретанами.

¶Продуктовая линейка

¶3D-принтеры

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

¶Материалы

Компания разрабатывает собственные фотополимерные смолы, которые классифицируются по механическим свойствам:

• RPU (Rigid Polyurethane): Жёсткие полиуретаны, используемые для функциональных прототипов и оснастки.
• FPU (Flexible Polyurethane): Эластичные полиуретаны, применяемые в обувной промышленности (например, подошвы кроссовок Adidas 4D).
• EPU (Elastomeric Polyurethane): Высокоэластичные материалы для уплотнений и амортизаторов.
• CE (Cyanate Ester): Термостойкие материалы для аэрокосмической и автомобильной промышленности (выдерживают до 250 °C).
• SIL (Silicone): Силиконоподобные материалы для медицинских имплантатов и протезов.
• Dental: Специализированные смолы для стоматологии — модели, каппы, временные коронки.

¶Применение

¶Автомобильная промышленность

Carbon активно сотрудничает с автопроизводителями, включая Ford, BMW и Lamborghini. Примеры использования:

• Ford: Печать функциональных прототипов и оснастки для конвейера (например, зажимы и фиксаторы). В 2019 году Ford объявил о внедрении принтеров Carbon для серийного производства деталей интерьера.
• BMW: Использование DLS для производства инструментов и вспомогательных приспособлений на заводе в Мюнхене.
• Lamborghini: Печать компонентов выхлопной системы и воздухозаборников для модели Urus.

¶Медицина

В медицинской сфере технология Carbon применяется для:

• Хирургическое планирование: Печать анатомических моделей на основе КТ и МРТ-данных.
• Индивидуальные имплантаты: Производство краниальных и челюстно-лицевых имплантатов из биосовместимых материалов.
• Ортопедия: Изготовление ортезов и протезов с учётом анатомии пациента.
• Стоматология: Печать моделей челюстей, капп для выравнивания зубов и временных коронок.

¶Потребительские товары

Наиболее известный пример — сотрудничество с Adidas. С 2018 года компания использует технологию DLS для производства подошв кроссовок серии Adidas 4D. К 2023 году было выпущено более 10 миллионов пар такой обуви. Технология позволяет создавать решётчатую структуру подошвы с переменной жёсткостью, оптимизированную под биомеханику бега.

¶Промышленное производство

Carbon также применяется для:

• Оснастка и приспособления: Печать кондукторов, шаблонов и захватов для роботов.
• Мелкосерийное производство: Изготовление деталей конечного использования в объёмах до 10 000 штук в год.
• Замена литья: Для небольших партий деталей из инженерных пластиков, где традиционное литьё экономически невыгодно.

¶Бизнес-модель

Carbon не продаёт принтеры напрямую, а предлагает подписную модель (subscription model). Клиенты платят ежемесячную плату, которая включает:

• Доступ к принтеру и его обслуживание.
• Поставку фотополимерных смол.
• Программное обеспечение для подготовки моделей (Carbon Design Engine).
• Техническую поддержку и обучение.

Такой подход позволяет компании контролировать качество материалов и обеспечивать стабильный доход. Стоимость подписки не разглашается публично, но по данным отраслевых источников, она составляет от 10 000 до 50 000 долларов в месяц в зависимости от модели принтера и объёмов печати.

¶Конкуренты

На рынке промышленной 3D-печати Carbon конкурирует с такими компаниями, как:

• 3D Systems: Предлагает технологии SLA и SLS.
• Stratasys: Специализируется на FDM и PolyJet.
• HP: Развивает технологию Multi Jet Fusion (MJF).
• Formlabs: Выпускает настольные SLA-принтеры.
• Desktop Metal: Фокусируется на металлической 3D-печати.

Основное конкурентное преимущество Carbon — скорость DLS и широкая библиотека инженерных материалов. Однако технология уступает по стоимости килограмма напечатанного материала (от 200 до 500 долларов за кг) по сравнению с FDM или SLS при больших объёмах.

¶Критика и ограничения

Несмотря на успехи, технология Carbon имеет ряд недостатков:

• Стоимость: Высокая цена подписки и материалов делает её недоступной для малого бизнеса.
• Ограниченный выбор материалов: Все смолы разрабатываются самой Carbon, что создаёт зависимость от поставщика.
• Постобработка: Детали требуют промывки в растворителе и финального отверждения в УФ-печи, что увеличивает время цикла.
• Размер деталей: Даже крупноформатные принтеры (M3 Max) ограничены объёмом 400 × 250 × 500 мм, что недостаточно для некоторых промышленных применений.
• Экологичность: Фотополимерные смолы являются токсичными и требуют специальной утилизации, что вызывает критику со стороны экологов.

¶Интересные факты

• В 2019 году компания Carbon получила патент на технологию, позволяющую печатать детали с переменной плотностью в одном цикле.
• В 2021 году Carbon запустила программу Carbon Academy — онлайн-курс по аддитивному производству для инженеров.
• В 2022 году компания объявила о разработке материала EPU 46, который по эластичности приближается к промышленным полиуретанам.
• В 2023 году Carbon вошла в список самых инновационных компаний по версии Fast Company.

¶Источники

• Официальный сайт компании Carbon (carbon3d.com)
• Интервью Джозефа ДеСимона на TED (2015)
• Публикации в журналах Additive Manufacturing и 3D Printing and Additive Manufacturing
• Отчёты аналитических агентств: Wohlers Report, SmarTech Analysis
• Статьи в деловых изданиях: Forbes, TechCrunch, Bloomberg