Трехмерная промышленность. Как 3D-технологии экономят производителям время и деньги

Аддитивные технологии не заменят традиционное серийное производство, сходятся во мнении участники рынка. Но то, что 3D-печать может эффективно встроиться в производственные процессы многих промышленных компаний и принести им ощутимую выгоду, сомнений не вызывает.

Бизнесы, которым важно учесть уникальные характеристики каждого клиента и обеспечить персонализацию продукта, уже взяли на вооружение аддитивные технологии. Они используются в стоматологии, ортопедии, ювелирном деле для производства единичных изделий специфической конфигурации.

Это свойство 3D-печати взяли на вооружение и предприятия из автопрома, судостроения, авиакосмической отрасли, приборостроения, атомной промышленности и "оборонки". Они прибегают к помощи аддитивных технологий, когда нужно проектировать и производить более сложный продукт с меньшей себестоимостью разработки и производства, делать это быстро и качественно. Кастомизация изделия в рамках этой модели не является настолько сложной задачей, чтобы стоимость конечного продукта была кратно выше традиционного массового изделия, отмечает Алексей Боровков, проректор по перспективным проектам СПбПУ, лидер (соруководитель) рабочей группы «Технет» Национальной технологической инициативы (НТИ), руководитель Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии».

"Ключевой эффект аддитивных технологий состоит в проектировании и производстве таких изделий, которые невозможно изготовить традиционными способами, – говорит он. – Например, изделий со сложной геометрией или предусматривающих использование специальных материалов".

Другое основание для применения аддитивных технологий – производство малых партий, пробных изделий, кастомизированной продукции, то есть те случаи, когда нецелесообразной становится наладка сложной производственной линии с дорогостоящей оснасткой, дающей положительный экономический эффект только при значимых тиражах продукта.

"В этом случае аддитивные технологии могут выступать в качестве вспомогательного инструмента при том же литье – для печати выплавляемой или выжигаемой мастер-модели, по которой будет отлито изделие, – отмечает Алексей Боровков. – В том числе при малых партиях, если невозможна печать металлами, для которых применимо литье. Иными словами, производственные технологии не исключают, а дополняют друг друга, и каждая имеет свое назначение и свои сильные стороны".

Трехмерная печать придаст ускорение

"Традиционное производство обеспечивает скорость, качество и низкую себестоимость продукции на больших объемах. Его основной недостаток – это большие затраты на подготовку к производству, которые имеют смысл только на больших партиях. Отсюда следует, что любые изменения конструкции продукции влекут большие издержки", – говорит Денис Алексеев, руководитель отдела разработок и производства АО "РОББО" (образовательная робототехника, резидент "Сколково").

И здесь на помощь приходят аддитивные технологии, которые позволяют быстро создавать предметы сложной конфигурации или индивидуального дизайна. "Сейчас идеальное применение аддитивных технологий – это прототипирование изделий перед массовым производством и производство мелких партий, где традиционное изготовление будет очень дорого", – отмечает Денис Алексеев.

На этапе прототипирования 3D-технологии позволяют, не дожидаясь конца разработки, печатать элементы и прототипы, исправлять и дорабатывать их. Это экономит не только время, но и деньги.

"Предприятия из автопрома, приборостроения и авиакосмической отрасли обращаются к аддитивным технологиям в рамках процесса прототипирования. Это позволяет в разы ускорить запуск производства необходимых деталей, механизмов, корпусов, – рассказывает Артур Герасимов, генеральный директор компании "Инновакс" (резидент "Сколково"). – Сокращение сроков приводит и к экономическому эффекту. Если сравнивать конечную стоимость деталей, произведенных с помощью 3D-печати и традиционным способом, то первые будут существенно дороже. Но если сопоставить весь цикл проекта – от идеи до реализации, то мы видим, что несколько месяцев задержки при организации серийного производства – это потери от простоя и недополученная прибыль. В итоге использование аддитивных технологий на этапе прототипирования дает существенную финансовую выгоду".

Есть случаи, когда для производства деталей или механизмов в рамках крупного промышленного предприятия экономически целесообразнее использовать 3D-печать. Например, "Инновакс" по заказу производителя вертолетов делает рукоятки управления, потребность заказчика – 10 комплектов в год.

"У нас они стоят 30 тыс. рублей, что довольно дорого по сравнению с серийными изделиями. Но для того, чтобы наладить такое традиционное производство непосредственно на предприятии, нужно потратить на оснастку 2-3 млн. рублей и несколько месяцев. В пересчете на год и количество вертолётов печать оказалась дешевле", – рассказывает Артур Герасимов.

Он уверен, что со временем большинство промышленных предприятий, увидев преимущества аддитивных технологий, обзаведутся собственными 3D–принтерами, которые прекрасно встраиваются в технологический процесс.

Автомобиль из 3D-принтера

В автопроме давно применяют 3D-печать для создания прототипов, а также сложных деталей, оснастки и декора. Некоторые производители (Daihatsu, Mini) предлагают кастомизировать автомобиль с помощью напечатанных декоративных элементов и деталей интерьера. Есть единичные автомобили и концепт-карты, полностью напечатанные на 3D-принтере.

Одним из флагманских проектов Центра компетенций НТИ СПбПУ является CML CAR –  электрический концепт-кар, который был разработан и подготовлен к производству в рекордные для отрасли сроки – в течение 1 года. В разработанном электромобиле заключены несколько значимых пользовательских рекордов: по массе автомобиля, аэродинамическим характеристикам, конструкции подвески шасси. "Его производство подразумевает применение аддитивных технологий, так как некоторые детали просто не могут быть произведены иначе, – рассказал Алексей Боровков. – Например, Crash-box (устройство, поглощающее энергию при ударе) изготавливается из 3D-печатного алюминия с применением lattice-structure (ячеистых конструкций), что позволяет получить высокие показатели энергопоглощения при минимальных габаритах детали".

Не только для больших

Денис Власов, основатель компании "3DSLA - Российские 3D принтеры", рассказал, как использование трехмерной печати может вывести небольшой бизнес в лидеры рынка.

"В 2014 году мы только начинали разрабатывать и выпускать 3D-принтеры. Тогда у нас было свое литьевое производство, выпускали силиконовые формы для мыла ручной работы, – говорит Денис Власов. – Все российские производители использовали для производства круглую опалубку, а мы стали печатать на 3D-принтере опалубку по форме изделия, изменив техпроцесс изготовления. Если наши конкуренты делали продолговатое изделие в круглой опалубке, приходилось заливать в нее 70% лишнего силикона. А в нашей опалубке, отпечатанной под каждую форму, процент использования силикона всегда был пропорционален изделию".

За счет этого компания сократила себестоимость производства на 30-40%, соответственно, снизила цену продажи готового изделия. Благодаря этому подходу в 2014 году за 3 месяца заняли 75% рынка России, производя несколько тонн силиконовых форм в месяц, вспоминает Денис Власов. Этот пример еще раз наглядно демонстрирует экономические выгоды применения 3D-печати.

В ожидании стандартов

Основным барьером для внедрения аддитивных технологий в промышленности является проблема стандартизации.

"Предприятия готовы применять трехмерную печать на производствах, но не знают, какими стандартами пользоваться при оценке качества изделий и как понять, соответствуют ли они принятым требованиям, – говорит Артур Герасимов. – Например, мы закупили готовое решение зарубежного производителя, включающее 3D-принтер и расходные материалы, имеющее международную сертификацию, для того чтобы работать с компаниями из авиастроительной отрасли. Для работы в авиации нужно получать заключение независимой инспекции о соответствии стандартам, при этом российского ГОСТА еще нет".

Из-за отсутствия стандартов и технических требований к изделиям, изготовленным с применением 3D-технологий, производителям в зависимости от отрасли приходится подтверждать соответствие стандартам оборудования, технологий, материалов, персонала, отдельных компонентов. Некоторые отрасли, например, авиакосмическая, атомная, здравоохранение, требуют использования сертифицированных материалов или специальную оценку их качества. Отсутствие общепринятой системы стандартизации затрудняют эти процессы, что заметно тормозит распространение аддитивных технологий в промышленности.

"Решения, которые обеспечивают ощутимую и быструю экономическую эффективность, сегодня пользуются особым спросом у промышленников. Этим объясняется интерес к 3D–печати и со стороны участников программы "Промтех", в рамках которой технологические стартапы предлагают свои решения крупным промышленным предприятиям, – отмечает Жамиля Каменева, директор по развитию ООО "Инновационный центр Ай-Теко". – 3D-печать открывает возможности для создания новых продуктов, применения материалов с особыми качествами, оптимизации производственной цепочки. Можно прогнозировать резкое увеличение внедрений аддитивных технологий на существующих производствах, как только в России сложится более или менее цельная система стандартизации в этой сфере".