…американская мечта о стране, где жизнь каждого человека будет лучше, богаче и полнее, где у каждого будет возможность получить то, чего он заслуживает.
Джеймс Адамс The Epic of America, 1931
Стоимость производства
Целых 40% конечной стоимости продукта определяются затратами на его производство. Для всех компаний, вовлечённых в обработку или производство продуктов, главным является максимально возможная эффективность производственного процесса. Для достижения этого компании постоянно следят за процессом, ищут новые методы повышения эффективности, чтобы быть уверенными в своей конкурентоспособности на локальном и глобальном рынках. Так как же 3D-печать может помочь в этом?
Что такое 3D-печать?
Начнём с самого начала. Традиционные методы производства по своей природе являются «субтрактивными» или методами вычитания. Иными словами, берётся блок материала и от него отделяется всё лишнее для придания нужной формы окончательному продукту (как при создании статуи на фото).
С помощью этого метода невозможно создать комплексный объект с движущимися частями. Единственный путь — изготовление составных частей и впоследствии соединение их в одно целое, вручную или с помощью автоматизированного процесса. В любом случае, процесс требует много материальных и временных затрат.
3D-печать же является «аддитивным» или добавочным методом производства. Нет никаких начальных блоков материала. Объект создаётся из жидких материалов, слой за слоем, после чего затвердевает, приобретая нужную форму. Основное преимущество такого метода — то, что вы можете создавать сложные объекты с движущимися частями за один приём (складной инструмент на фото выполнен за один раз на настольном 3D-принтере Objet30).
Как? Представьте печатающую головку принтера, двигающуюся вперёд и назад по листу бумаги. Головка точно знает, в каком месте нужно капнуть чернила, а где оставить чистое место. Похожий процесс используется и в 3D-печати. 3D-принтер, использующий струйную или лазерную технологию или даже клей, просто оставляет пустые места там, где нужно, что позволяет создавать движущиеся части.
Каковы преимущества 3D-печати?
— Нет ограничений режущих инструментов
Во-первых, субтрактивные технологии, например, обработка на фрезеровочном станке, упираются в ограничения режущих инструментов, такие, как сила и глубина разреза и макимальная скорость подачи материала (feed). Такие факторы ограничивают возможности геометрической формы конечного продукта.
— Нет затрат на производственную линию
Во-вторых, вовлечение машинных технологий. Для примера возьмём велосипедную цепь. В силу наличия движущихся частей и сложной геометрии её нельзя выточить из металлического блока. Вместо этого, изготавливают отдельные детали, а затем соединяют их в цепь. А для этого требуется значительное количество различных машин.
Например, вам нужны прессы для придания нужной формы кускам стали. Затем, когда сталь закаливается и полируется. Затем другая машина соединяет их между собой. Готовая цепь движется далее, проверяется на недостатки одной машиной, режется на куски нужной длины другой машиной. В конечном итоге, следующая машина добавляет замыкающее звено и соединяет оба конца цепи.
Для создания стандартной 56-дюймовой велосипедной цепи, состоящей из 57 соединяющих звеньев, понадобится производственная линия, которая сначала создаст 570 деталей (114 внутренних звеньев, 114 внешних звеньев, 114 роликов, 114 заклёпок и 114 втулок) и затем соберёт их в одну цепь.
— Нет никакой сборки составных частей
Теперь сравним с 3D-принтером, который сделает ту же велосипедную цепь за один раз без какой-либо сборки вообще. Проблема в том, что мы настолько привыкли ассоциировать такие продукты с «традиционным» методом сборки, что наш разум может и не принять истинную простоту 3D-печати.
Естественно, так как цепь создаётся аддитивно, так сказать, снизу вверх, у неё нет «начала» и «конца» в обычном понимании, поэтому нет необходимости в соединении концов и в замыкающем звене (на фото — велосипедная цепь, созданная с помощью настольного 3D-принтера фирмы Objet — нет никакого замыкающего звена).
Когда человек смотрит на такую цепь, это определённо снижает его степень недоверия к 3D-печати!
Конечно, это всего лишь наглядная демонстрация возможностей 3D-принтеров. Реальную велосипедную цепь, независимо от метода производства, в любом случае необходимо обработать антикоррозийным покрытием и придать дополнительную прочность.
Из-за характера 3D-печати, использующей жидкие фотополимеры, порошки или пластик, финальный результат несопоставим с производственными продуктами. Но ситуация быстро меняется, ведущие компании вкладывают всё больше средств в научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы с химическими компонентами и нано-технологиями.
В течение следующих двадцати лет материалы, используемые в 3D-печати, будут такими же прочными (если не более прочными), как и используемые в регулярном производстве наших дней. И тогда, а может, и раньше, 3D-печать станет серьёзной альтернативой традиционному производственному процессу, или хотя бы сильным нишевым конкурентом в отраслях, где главное место занимают мелкосерийное производство и индивидуальные заказы.
Как именно 3D-печать может снизить производственные затраты сегодня?
Расположенное где-то между САПР (система автоматизированного проектирования) и АСТПП (автоматизированная система технологической подготовки производства), традиционное прототипирование является дорогостоящей и длительной частью процесса разработки нового продукта. Именно поэтому многие ведущие проектные, инженерные и производственные предприятия используют 3D-печать на стадии прототипирования — для быстрого изготовления моделей конечных продуктов перед их отправкой на производство.
Исследовательская работа, вышедшая в 2010 году под названием «Стратегия снижения затрат при проектировании: использование моделирования для принятия лучших решений», подтверждает, что 70 % самых прибыльных предприятий используют моделирование для подтверждения своего представления о дизайне. И хотя в докладе речь идёт о «моделировании», то же можно сказать и о 3D-печати, касательно её использования в прототипировании.
Используя собственные 3D-принтеры, компании смогут физически воссоздать дизайн своих продуктов и лучше понять его проблемы на ранней стадии проектирования. Такие компании снижают временные и производственные затраты, раскрывая возможные проблемы на ранних стадиях и избегая трудностей в последующем проектировании.
Хитрость в том, что 3D-принтер может с максимальной точностью охватить все нюансы, предполагаемые в конечном продукте. Для отраслей, в которых внешний вид продукта имеет не меньшую ценность, чем его функциональность, очень важна максимально возможная имитация. Для этого есть одна технология, сочетающая высокую точность с универсальностью материалов — это мультиматериальная 3D-печать на струйной основе.
Только струйная 3D-печать может комбинировать различные свойства материалов — например, гибкость и жёсткость, а также цветовые оттенки — и использовать их в различных элементах одного прототипа (прототип колеса на фото, сочетающий твёрдый обод и упругую покрышку, выполнен за один раз на мультиматериальном 3D-принтере Objet Connex). Внешне такие прототипы во многих случаях практически невозможно отличить от реальных вещей.
Значение для будущего
В рамках более широкой сферы нашей глобальной экономики, учитывая заметный распад традиционного производства на Западе в последнее время, 3D-печать даёт представление о будущих возможностях производства — меньших, но более гибких. Это производство будет ориентировано на частных лиц — предпринимателей и инноваторов, которые, используя широкие творческие возможности 3D-печати, смогут перепрыгнуть «барьер прототипирования» и выводить свои продукты на рынок по сниженной цене.
Можно уже видеть зачатки этой революции в бизнес-моделях таких западных компаний, как Quirky — которые с помощью собственных 3D-принтеров позволяют каждому, имеющему интересную идею, воплотить её в рабочий прототип, а в конечном счёте и в доходный продукт. И хотя конечное производство может быть передано известным производителям, само осуществление идей (и доход от этого) теперь доступно каждому, обладающему свободным и творческим мышлением.
Мне сразу приходит на ум, что всё это несколько изменит представление об Американской Мечте.