Эксперты — о перспективах 3D-технологий в промышленности

3D-печать сегодня находит применение практически во всех сферах. Эксперты оценили, как могли бы развиваться эти технологии в промышленности.

Killer app, или «убойное приложение» – специалисты утверждают, что именно это необходимо для удачной реализации технологии. Аддитивное производство использует методику создания образцов.

Разница между тем, что было ранее, и тем, что есть сейчас, – в использовании прототипов на производстве. Массово практикуется внедрение печатных образцов для опытов. Но технологии находятся в постоянном развитии, и следующий шаг – создание моделей-трафаретов, служащих основой для изготовления деталей.

Владимир Кузнецов – руководитель FabLab. Его лаборатория цифрового производства успешно работает с 2012 года и сотрудничает с Массачусетским технологическим институтом. Он отмечает, что модель, которая создается с использованием технологий трехмерной печати, пригодна для работы и как инструмент, и как шаблон для создания инструмента. Этот способ может быть столь эффективным, что позволит отказаться от традиционных методик производства.

 

Кузнецов, тем не менее, говорит, что сегодня 3D-печать значительно упрощает изготовление сложных по геометрии моделей, однако массового распространения пока ожидать не приходится.

Сергей Богданов, исполнительный директор Регионального центра инноваций StartupSamara и оператор трека Aerospace GenerationS, имеет более оптимистические взгляды. По его мнению, широкое распространение технологии получат менее чем через 5 лет. Плюсы применения данного метода – в удобстве использования и возможности изготавливать нетипичные детали, создать которые традиционным способом литья или каким-либо другим нельзя.

Дальнейший шаг в производстве – применение rapid manufacturing. Этот термин подразумевает создание готового к использованию продукта.

Первоначально из-за высокой себестоимости создавались только те изделия, в которые было оправдано вложить крупную сумму – например, скафандры космонавтов, сделанные по индивидуальным параметрам. Но стоимость 3D-печати постепенно уменьшается, появляется возможность конкурировать с традиционными методиками.

Владимир Кузнецов считает, что применения 3D-принтинговых технологий в массовом производстве ожидать не стоит. Но вот использование методики аддитивной печати в качестве средства предсерийного и малосерийного производства реально.

Эксперты единогласно утверждают, что 3D-технологии создают новый рынок, и он расширяется минимум на 30% в год.

Сергей Богданов называет проблему использования методов передовой печати достаточно жёсткой, ведь если не успеть внедрить ее сейчас, есть шанс отстать навсегда. На сегодняшний день вопрос состоит не в производстве принтера – многие специалисты заняты в сфере производства материалов и разработке программного обеспечения.

3D в России

Ситуация в России выглядит так: команды разработчиков постоянно ищут площадки для реализации проектов, а предприятия постоянно заняты поиском выгодных стартапов. И у них есть возможность встретиться.

Дмитрий Карелин, заместитель генерального конструктора НПО «Сатурн» (разработчик и производитель авиационных двигателей), считает, что использование деталей в готовом продукте возможно, но происходить это должно по принципу «от простых к сложным». Для начала тестируется работа на несложных компонентах. Это могут быть кронштейны и форсунки, а также завихрители и прочие детали.

Для предприятия «Сатурн» на данный момент оказались интересны три стартапа, которые были отобраны благодаря участию в GenerationS.

Компания заинтересована в отработке технологических характеристик лазерного синтеза, поэтому ведется активное сотрудничество с российскими компаниями, исследования физико-химических свойств материалов, испытания их прочности и другие.

Анна Князева, Томский политехнический университет, проект «Моделирование синтеза новых материалов в SLM и EBM технологиях»

В настоящее время фактическое трехмерное производство в России отсутствует. Есть ряд предприятий с недорогими принтерами, которые изготавливают несложные детали. Весной 2015-го Томский политехнический университет открыл научно-образовательный центр, оборудование в котором собрано на собственном производстве. Этот проект получил название «Современные производственные технологии».

Здесь стало возможно создавать детали для атомной промышленности, авиационной и космической отраслей, печатать готовые объекты для медицины.

Центр способствовал открытию стартапа, основные направления деятельности которого – математическое моделирование и программы инженерного направления. Стартап стремится сделать оптимизационные эксперименты менее дорогостоящими.

Наиль Якупов, проект PolyWax

Металлические изделия, в том числе и множество авиадвигателей, создается методом литья по выплавляемым образцам. Изготавливается восковая модель, которая покрывается керамической формой. Воск растапливается, а керамика погружается в металл.

Создание восковых образцов возможно различными способами, но наиболее часто встречается запрессовка в соответствующие пресс-формы. Это методика длительная и дорогостоящая. Когда требуется партия мелкосерийного производства, возрастает себестоимость моделей.

Проект PolyWax предлагает создание более дешевых восковых образцов. Такие модели могут пригодиться для индивидуальных заказов, в работе над уникальными изделиями.

Если для авиадвигателя необходимо в среднем 5–40 прототипов, то на их изготовление традиционным способом может понадобиться сумма в миллионы рублей. Использование технологии PolyWax помогает сэкономить от 2 до 5 % по ценам серийного производства.

Леонид Павлов, проект 3D Printed Molds

Для производства небольших партий перспективно выглядит разработка 3D Printed Molds. Создание песчано-полимерных литейных образцов по данной методике также позволяет экономить не только средства, но и время. Если традиционно процесс занимает 2-3 месяца, то, используя 3D Printed Molds, понадобится всего 10 дней. Для создания готового изделия необходимо изготовление 3D-модели детали и самой литейной формы, которые будут отпечатаны и послужат основой для литья.

 

Есть технология, позволяющая изготовить детали еще быстрее, – с использованием металлических 3D-принтеров. Но она значительно дороже, а прочность изделий – ниже.

Методика, предложенная 3D Printed Molds, подходит, когда готовое изделие необходимо получить в максимально быстрый срок, для создания уникальных экземпляров или мелкосерийного производства из алюминия, магния, стали и чугуна.

Авторы 3D Printed Molds собираются развивать свои наработки, внедрять передовые возможности прямого изготовления из металла, чтобы заменить литейное производство.

Сложности передовых печатных технологий

Первый двигатель, который был целиком изготовлен из созданных при помощи 3D-принтера деталей, тестировала компания General Electric. Испытания стартовали в мае этого года, и на данный момент авторы проекта с уверенностью заявляют, что двигатель и его детали пригодны для использования в авиационной отрасли.

Как скоро его можно будет применить, еще неизвестно.

Дмитрий Карелин из НПО «Сатурн» считает, что неразвитая нормативная база и отсутствие стандартов сильно тормозят внедрение инновационных разработок, полученных при помощи аддитивных технологий.

Анна Князева также называет и другую проблему: отсутствие сырья. Получение готового продукта с требуемыми физико-химическими характеристиками и соответствующего качества – серьезная трудность. На данном этапе выбор материала в большей степени представляет собой метод проб и ошибок, в котором модель после изготовления обязательно проходит испытания. Программы, которые позволяют просчитать нюансы и предсказать результат заранее, также пытаются создать специалисты.

И третья сложность: отсутствие опытных специалистов, которые умеют создавать правильные подсчеты для 3D-печатных моделей. В этом есть преимущество у стратап-проектов. В России отсутствует подготовка кадров: даже если в университете имеется 3D-принтер, пользоваться им студентам нельзя.

Перспективы развития передовой печати в промышленности

Евгений Кузнецов, заместитель генерального директора, член правления РВК

3D-технологии способны повлиять на разнообразные отрасли деятельности. Если это ремонт автомобилей, то сервис может самостоятельно изготовить деталь. Имея нерабочий образец, любая мастерская способна изготовить новый экземпляр. Подобная система может стать эффективной инфраструктурой.

 

В будущем производство должно стать более гибким и компактным. Массовый выпуск заменится на индивидуальный. При этом продукция, выпускаемая на принтере, станет дешевле. Распространены будут мастерские, которые находятся в пешей доступности, а фактор расположения производителя станет одним из самых ценных. Широкий ассортимент также будет играть важную роль.

Сегодня набирают популярность мини-мейкеры, или производство на компактном оборудовании. Тенденция перехода от крупных заводов к небольшому производству зарождается уже сейчас.

Дмитрий Карелин, заместитель генерального конструктора НПО «Сатурн»

Выполнение индивидуальных заказов с высокой скоростью, снижение стоимости материалов в виде металла или порошка и возрастание скорости получения готовых изделий при помощи послойного лазерного синтеза будут активно вытеснять традиционные методики производства.

Это возможно благодаря постоянному развитию технологий. Композитные материалы, в которые можно встраивать датчики, начинают появляться уже сегодня.

Сокращение логистических затрат, максимальная близость производства к заказчику, объединение процесса в цельную цепь и развитие виртуализации – также одни из основных характеристик будущих технологий производства.

Еще один плюс в том, что аддитивные технологии отражают сущность самовосстанавливающих систем: если роботизированный помощник обнаруживает поломку, то 3D-технологии позволяют заменить вышедшую из строя деталь.

Владимир Кузнецов, руководитель лаборатории цифрового производства FabLab

Технологии делают процесс производства более демократизированным. Это зависит от 3D-печати, от применения цифровых технологий. Значительное влияние оказывает распространение информации, начиная с ее получения и заканчивая обработкой и ее распространением. Переход к распределенным системам сейчас можно наблюдать на сервисах Airbnb или Uber, но в будущем это ожидает сферу производства материальных объектов.

Но все же дело не только в том, как будут развиваться 3D-принтинговые технологии, но и в самих производственных системах, которые также переходят на новый уровень в системе своего развития. Вопрос состоит в том, как скоро это произойдет, увидит ли это будущее следующее поколение или же нам придется подождать 10–20 лет.

Анна Князева, Томский политехнический университет, проект «Моделирование синтеза новых материалов в SLM- и EBM-технологиях»

Можно сказать, что сейчас нас окружает море информации касательно аддитивных технологий. Но эту сферу ожидает бум, каких в науке было уже немало. В наиболее оптимистической перспективе снизится техногенная нагрузка на природные ресурсы за счет применения 3D-принтинга, кроме того, его использование позволит экономить природные материалы на 90%. Автоматизация и массовое производство – неотъемлемые характеристики будущего.

Леонид Павлов, проект 3D Printed Molds

Наибольшие перспективы ожидают те отрасли, где цена деталей высока: медицина, космическая и авиационная сферы, военный сектор.

Однако 3D-принтинговая индустрия будет дешеветь: технология постоянно расширяется, и объемы производства растут. Форма изделий, их конструкция станут усложняться. Традиционное производство будет все менее популярным. Изготовить на принтере в перспективе можно все – от продуктов питания и до компьютера.

Будет осуществляться печать органическим материалом в медицине. Также следствием автоматизации станет доступность производства в том месте, где оно больше всего требуется.

Наиль Якупов, проект PolyWax

Нас ждет будущее, в котором будут совмещаться как привычные способы производства, так и создание трехмерных объектов. Но полной замены производства на 3D-печать не произойдет, изменятся лишь несколько этапов.

Однако прорыв возможен при определенных условиях – это возможность создавать объекты на молекулярном уровне. При этом стоимость их не должна быть слишком высокой, а скорость производства, наоборот, следует максимально увеличить.

Такое сочетание позволит воплотиться всем футуристическим прогнозам, в которых каждый имеет домашний 3D-принтер для печати любых объектов.

Сергей Богданов, исполнительный директор Регионального центра инноваций (StartupSamara)

Универсальное производство всех видов деталей на одном заводе принесет внедрение технологий печати трёхмерных объектов. Сегодня каждый завод специализируется на чем-то конкретном, но через несколько лет станет работать другая схема. Заказчик сможет обратиться в конструкторское бюро, которое займется прорисовкой модели, подбором ее характеристик и отправлением на производство.

 

Промышленная отрасль станет кастомизированной. Обращаясь в сервис, не нужно будет дожидаться, пока деталь доставят, – ее можно будет просто напечатать.

Заводы станут выпускать изделия каких угодно размеров и форм, независимо от сложности, но принтеры для домашнего пользования будут также распространены.

Утро обычного человека сможет выглядеть следующим образом: проснулся, поставил на печать еду и обувь, собрался и отправился на работу. Все эти вещи будут повседневными.

3D-принтеры станут более компактными и универсальными. Используя одно устройство, можно будет распечатать и еду, и телефон!

 

По материалам: vc.ru