Аддитивное производство: коллапс или прогресс

Марк Т. Хоск (Mark T. Hoske)
Перевод Николая Пашенькова

additivnoe_proizvodstvo1«3D-печать, также называемая аддитивным производством, может в ближайшем будущем изменить каждый аспект нашей жизни», — уверен Ход Липсон (Hod Lipson), адъюнкт-профессор Корнельского университета, автор недавно вышедшей книги «Производство: новый мир 3D-печати». Технологии 3D-печати могут включать в себя работу с нержавеющей сталью и титаном, пластмассами (с чего и начиналась 3D-печать), бумагой и другими материалами, включая живые ткани (в стадии разработки), как, например, печать нового сердечного клапана, позвоночного диска или подобранной на заказ части живой ткани для замены травмированных участков тела.

В 3D-принтерах используют автоматизацию и системы управления, хотя могло бы быть включено еще и многое другое. В некоторых машинах нет управления с обратной связью, поскольку не предусмотрены соответствующие устройства. Дополнительная автоматизация благотворно скажется на увеличении скорости и точности будущих поколений машин.

Профессор Липсон провел конференцию Inside 3D Printing Conference & Expo в Чикаго, вторую из трех в цикле конференций по этой теме в 2013 г. Аддитивное производство, тема статьи в Control Engineering USA от октября 2013 г., также может вызвать огромные изменения в процессах производства и сборки. Эта тема вызвала большой интерес у участников чикагской конференции из 16 стран, а также патентообладателей из 35 американских штатов, занятых в различных отраслях промышленности.

 

3D-печать меняет все

additivnoe_proizvodstvo2«Будет ли это разрушительный процесс или просто развитие, но 3D-печать вызовет далеко идущие изменения, как в экономическом и социальном плане, так и в отношении различных бизнес-моделей», — утверждает г-н Липсон. К примеру, разрушение сетей поставок может произойти (возможно, в течение 20 лет), когда клиент будет выбирать будущий дизайн смартфона, загружать его, и затем печатать в ближайшем торговом центре, игнорируя традиционное производство, сборку и логистику.

3D-принтеры, выборочно используемые сейчас в аддитивном производстве, вытесняют станки с ЧПУ, которые придают форму заготовкам путем удаления части материала. В станках с числовым программным управлением (ЧПУ) интенсивно применяются средства автоматизации и управления, и чтобы повысить скорость и точность, необходимо будет все чаще использовать 3D-принтеры. Сейчас 3D-печать особенно полезна на стадиях проектирования и создания опытных образцов продукции, но все больше и больше используется для создания конечных продуктов для потребителей, а также малых тиражей продукции (от одной до нескольких тысяч). Это может привести к огромной экономии материалов. Представьте большой блок титана, используемый для создания аэрокосмической детали: вероятнее всего, 85% будет срезано. Обрабатывая только необходимые 15%, можно было бы сэкономить время и материалы.

additivnoe_proizvodstvo3C. Скотт Крамп (S. Scott Crump), председатель и директор по инновациям в Stratasys Ltd., одной из крупнейших компаний, специализирующихся на 3D-машинах, 25 лет назад создавший бизнес совместно со своей женой Линдой в их гараже, поясняет: «Сейчас некоторые изделия могут быть разработаны с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD). Достаточно нажать кнопку печати, и вы получите на выходе готовую деталь». Далее происходит завершающая сборка конечного продукта.

«В 1988 г. 3D-принтеров не существовало, — вспоминает г-н Крамп. — Мы создали первый за относительно низкую по тем временам цену — $12000. Этот принтер сделал игрушечного лягушонка для нашей двухлетней дочери из тонких стержней, выпущенных из клеевого пистолета. В 1992 г. это был автоматический клеевой пистолет. В 1994-м мы официально выпустили первый 3D-принтер.

Сегодня 3D-печать многое меняет в жизни людей. К примеру, напечатанный в 3D экзоскелет с уравновешивающими силу тяжести резинками позволяет играть девочке-инвалиду. Компания Stratasys выпускает 22 модели 3D-принтеров, которые работают с более чем 120 видами материалов. Согласно подсчетам Wohlers Associates, более 30 000 таких устройств введены в эксплуатацию, включая 55% всех коммерческих 3D-принтеров.

 

Влияние рынка 3D-печати на развитие экономики

Г-н Крамп процитировал майский отчет McKinsey Global Institute, в котором говорится, что 3D-печать могла бы дать толчок развитию экономики с $230 до $550 млрд. в год к 2025 г. в определенных областях. Это обусловлено в наибольшей степени потребительским спросом, а затем — «прямым» производством и использованием 3D-печати для создания инструментов и шаблонов (форм). Ничего из вышеперечисленного не участвовало в становлении сегодняшней экономики. В отчете MGI упоминается о 90%-ном понижении цен на домашние 3D-принтеры в течение последних четырех лет, а также говорится о том, что доход от аддитивного производства увеличился вчетверо за прошедшие 10 лет, создавая предпосылки для роста дохода в пределах $200–600 млрд. к 2025 г.

Компания Stratasys развивается вместе с отраслью и уже насчитывает более 1 200 сотрудников, обслуживает более 8 000 клиентов, а также получила более 550 патентов. В 2012 г. общий (годовой) доход компании составил около $350 млн. с чистой прибылью в 60 млн., тогда компания включала в себя 12 офисов, 260 торговых посредников и порядка 1000 менеджеров по прямым продажам по всему миру. Stratasys предлагает две 3D-технологии, реализованные в трех сериях принтеров.

«3D-технологии являются идейным механизмом для продвижения проектных возможностей прототипирования, а также для обеспечения производства без поточной линии» — говорит г-н Крамп. Президент Обама рекламировал 3D-производство как способ посодействовать производственному приросту в целом, а компания General Electric подумывает об использовании 3D при создании реактивных двигателей. Delta Airlines в настоящее время использует 3D-печать для изготовления запасных деталей. «Любой, кто что-либо создает, может теперь использовать 3D-печать, — не сомневается Крамп. — Она также используется для изготовления фиксирующих и направляющих устройств, в автомобильной, медицинской, бытовой, архитектурной, промышленной областях и в сфере образования. Теперь стало возможным массовое производство по индивидуальным заказам (или в соответствии с требованиями заказчика) без обработки и сборки. Подумайте еще раз, поскольку процесс производства меняется быстро. 3D-печать переворачивает наше понимание производства и промышленности».

«Аддитивное производство может быть автоматизированной фабрикой будущего, — продолжает Крамп. — Мы ежедневно производим тысячи деталей и блоков (комплектов), задействуя только пару операторов (механиков). Производство чистое, эффективное и гибкое. Мы можем изготавливать утром игрушку, а днем — деталь самолета. Мы работаем 24 часа 7 дней в неделю в три смены, обеспечивая быстрые переключения с одного вида деятельности на другие. С технологией FDM (Fused Deposition Modeling, «моделирование методом плавления») единственным ограничением является ваше воображение. Эти машины переносят производство на рабочий стол. Процесс «непыльный» и прост в использовании, а разнообразие материалов (смол, пластмасс и металлов) обуславливает возможность производить продукты, различные по стоимости. Такие машины используются также художниками и модельерами. Добро пожаловать в мир 3D! Мы увлечены значимостью всего этого».

 

Доступность 3D

additivnoe_proizvodstvo4Бри Пэттис (Bre Pettis), генеральный директор MakerBot Industries, помог сделать 3D-печать доступной по средствам. Делясь своими размышлениями о следующей промышленной революции, он сказал, что пользователи MakerBot меняют мир. Он также отметил, без приведения деталей, что решил объединить свои усилия с г-ном Крампом. Сделка, объявленная 9 июня 2013 г., делает MakerBot дочерней компанией Stratasys с передачей пакета акций стоимостью до $604 млн.

Г-н Пэттис сказал: «Когда чинишь и создаешь вещи, вырабатывается эндорфин, позволяющий чувствовать себя счастливым». Также он добавил, основываясь, по-видимому, на собственном опыте: «Никогда не делай кнопку random у робота, смешивающего коктейли». На сайте MakerBot (Thingiverse.com) представлено 80 000 моделей, причем, половина из них добавлена за последние 90 дней прошлого года.

 

Примеры применения 3D-технологий

MakerBot Customizer позволяет тем, кто не знают SolidWorks или AutoCAD, спроектировать их собственный корпус для iPhone. Также существует Duplo brick для Brio track adapter, очевидно нужная вещь для тех, кто желает получить практический опыт создания игрушечного поезда.

Среди клиентов MakerBots — NASA Jet Propulsion Lab (Лаборатория реактивного движения NASA), которая использовала решения компании для проектирования прототипа тепловой защиты космического аппарата.

additivnoe_proizvodstvo5Изобретатель, потерявший пальцы, решил сделать новые. В результате создававшаяся быстро, от версии к версии, модель роборуки (Robohand) снова дарит травмированным детям радость движения и ловкость. Дети очень быстро вырастают из индивидуальных протезов, средняя стоимость которых $20 000. 3D-создание протеза не требует применения дорогостоящего оборудования, у нее более легкая установка, и по мере надобности (развития ребенка) могут быть напечатаны большие размеры. При этом пластика используется на $5.

Если раньше у театральных или кинодекораторов уходили многие дни на создание макета при помощи картона, клея и ножниц, теперь, благодаря 3D, это можно сделать за ночь.

3D-печать может быть активно использована в процессе обучения. Например, преподаватель предлагает детям напечатать модели домов, расставить их вдоль модели реки, пустить воду по ней и, таким образом, увидеть действие эрозии. Родители могут использовать 3D-сканирование, чтобы сделать копии детских поделок из пластики, которые со временем становятся хрупкими и разрушаются.

 

Пэттис и Крамп беседуют о 3D-проектировании и малом бизнесе

Бри Пэттис спросил у Крампа о ранних версиях машин Stratasys, на что тот ответил:«Непросто разъяснить людям суть ранних версий машин. Я бы сходил в музей машиностроения. В те времена реализация всего замысла (дизайн, чертежи) на компьютере не было общепринятой нормой». Крамп также заметил, что в первое время весь энтузиазм был направлен на создание машин, нежели на создание компании пока жена не напомнила ему о необходимости делать деньги.

Погрузившись в воспоминания, Крамп напомнил Пэттису: «Каркас вашего первого оборудования был выполнен из дерева. Это было гениально, и мы сделали то же самое и в дальнейшем продали его за $250 000. Это довольно интересно, ведь дерево горит, а в корпусе присутствует нагревательный элемент, к тому же АБС-пластик горючий. И первые модели действительно задымили несколько помещений. Никто не умер и не попал в тюрьму, катастрофы не случилось, но процесс постепенного приобретения опыта имел место».

Крамп спросил Пэттиса: «Почему вы предлагали свои первые машины как сборочные комплекты?»

«Частично из-за того, что у нас отсутствовала производственная база, — объяснил Пэттис. — Мы были тремя парнями с лазерным резаком и мечтой. Если бы мы были инженерами, то все еще находились бы на стадии создания прототипа. Комплект включал в себя корпус, плату, послойный набор компонентов (sandwich bag), серебряный припой и инструкции. Первые 200 покупателей MakerBot были первопроходцами. Мы выяснили, что если клиент может собрать все сам, то в случае поломки он будет знать, как это починить. Когда мы начали продавать полностью собранные машины, некоторые клиенты (из числа первых) сказали, что хотели бы собирать их сами». Далее Пэттис вспомнил, что привыкание к «миру производства» было непростым, и привел следующий пример: «Мы нашли шаговые двигатели, которые хотели приобрести. Разместили заказ, чтобы купить еще больше, но нам сказали, что мы уже скупили их все. Мы не думали, что такое возможно. Еще больше осложняло ситуацию то, что им требовалось тогда шесть недель на выполнение заказа, да еще они собирались уходить в отпуск на длительный срок».

«Можете ли вы дать какие-нибудь советы начинающим компаниям (стартапам)?» — спросил Крамп. Пэттис ответил: «Если вы решили заняться малым бизнесом, я бы порекомендовал нанять профессионалов, которые знают, что они делают, и которые делали это раньше. Так вы быстрее сможете достичь стадии, когда будете отгружать сотни товаров в день вместо 20 штук в месяц».

 

www.stratasys.com/resources/videos

На видео показан экзоскелет, напечатанный в 3D. На раме есть уравновешивающие резинки, которые позволяют ребенку писать и играть в игры, чего она не могла делать до этого.

www.makerbot.com

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *