Аддитивное производство, известное также как 3D-печать, набирает обороты. Технологии постоянно совершенствуются, открывая всё новые и новые перспективы как для крупных корпораций, так и небольших стартапов и индивидуальных исследователей. Недавно в Киеве состоялась выставка 3D Print Conference Kiev, посвящённая технологиям трёхмерной печати. В выставочной зоне были представлены различные модели принтеров и изделия, полученные с их помощью. Например, организаторы показали первую в мире электрогитару, напечатанную на 3D-принтере. Немалый интерес посетителей вызвала лекционная часть, в рамках которой докладчики осветили главные тренды в области 3D-печати, рассказали о возможностях и наиболее важных специфических особенностях этой инновационной технологии.
IDC: тенденции и прогнозы мирового рынка 3D-печати
Алексей Гвозденко, менеджер программ исследований IDC, раскрыл основные цифры исследований рынка трёхмерных принтеров в Украине и в мире. По мнению аналитиков IDC, 3D-печать представляет собой один из важнейших элементов экосистемы цифровой трансформации, наряду с робототехникой, когнитивными системами, «Интернетом вещей» и естественными интерфейсами.
Общий объём этого рынка достигает $16 млрд. Львиная доля устройств используется при разработке автомобилей и для быстрой печати прототипов — 25%. Печать деталей в аэрокосмической и оборонной отраслях — 15% продаваемых аппаратов.
В 2015 году в мире было продано 300 тыс. принтеров, в 2019 это число достигнет 950 тыс. В денежном выражении рынок печати увеличится с $11 млрд в 2015 до $27 млрд в 2019.
Весьма показательна региональная структура мирового рынка 3D-печати. В минувшем году на рынке доминировали США и Западная Европа. К 2019 году, согласно прогнозам аналитиков, доля США в структуре мирового рынка 3D-печати немного уменьшится, зато возрастёт ещё более доля Евросоюза и Азиатско-Тихоокеанского региона (APeJ).
Спикер также озвучил прогноз развития рынка 3D-печати в регионе Центральной и Восточной Европы (СЕЕ). С $700 млн в 2015 году рынок увеличится до $2,3 млрд в 2020. Ежегодный рост рынка будет варьироваться в пределах от 20% до 35%.
Среди драйверов рынка 3D-принтеров аналитики отмечают спрос на решения, позволяющие сократить циклы разработки, а также постоянное совершенствование материалов и ПО. Среди отрицательных факторов: стоимость и сложность использования.
IDC: Прогноз развития мирового рынка 3D-принтеров и 3D-печати
В процессе исследования эксперты IDC опросили украинских владельцев 3D-техники чтобы узнать, какие характеристики устройств (включая цену) являются для них наиболее важными. Как оказалось, если до покупки главным критерием для потребителя являлась стоимость и сложность эксплуатации, то после покупки и некоторого периода эксплуатации пользователи в основном обращали внимание на качество печати, функциональность принтера, надёжность. Притом стоимость для них уже не являлась решающим фактором.
Прогноз развития рынка 3D-печати в регионе СЕЕ
Что касается ретроспективы на 2016 год, то в IDC прогнозируют, что на мировом рынке 3D-принтеров Китай станет лидером по объёму поставок в штуках, опередив США (ожидаемый объём поставок – около 163 тыс.). Объём продаж в регионе CEE в денежном выражении приблизится к $1 млрд, более половины этого объёма придётся на производственную сферу. Кроме того, прогнозируется выход на рынок традиционных производителей печатной техники – HP Inc. и Ricoh. Примечательно, что далеко не все потребители будут приобретать себе 3D-принтеры: свыше 30% объёмов 3D-печати в коммерческих целях будет осуществляться в специализированных сервисных бюро.
Аддитивное производство в промышленности
3D-печать уже давно является очевидным выбором на первых этапах создания продукта, при разработке концепта и прототипировании. Однако ещё до недавнего времени не было ясно, когда она может использоваться для производства. Евгений Кожуховский, генеральный директор компании SmartPrint, описал несколько кейсов, когда промышленные предприятия намеренно выбрали 3D-печать для изготовления своих деталей или продуктов, поскольку эта технология оказалась самой эффективной. Описанные примеры можно разбить на четыре основные категории: сложная геометрия, массовая персонализация, интеграция сборки, инжиниринговый редизайн.
Сложная геометрия. Изготовление изделий, содержащих множество криволинейных поверхностей, несёт в себе немало трудностей. 3D-печать способна решить такую задачу по более низкой стоимости, а в некоторых случаях выступает единственным возможным способом создания нужного объекта. Например, трёхмерная печать стала одним из важнейших решений для создания прототипов, оснастки и изготовления деталей в авиационно-космической промышленности. Такие компании, как Airbus и Altair используют технологию аддитивного производства для создания более лёгких и жёстких компонентов для использования на спутниках.
3D-принтер способен печатать изделия со сложной геометрией по достаточно низкой цене
Массовая персонализация. Одним из наиболее ярких примеров преимуществ аддитивного производства является разработка потребительских продуктов с использованием массовой персонализации. Благодаря этому компании могут бюджетно производить тысячи индивидуальных деталей для клиентов ежедневно. В свою очередь, потребители получают доступ к недорогим продуктам.
Первая в мире рабочая гитара, напечатанная с помощью 3D-принтера
Один из самых давних процессов разработки пользовательских продуктов с помощью 3D-печати применяется в стоматологической индустрии. С 1998 года Invisalign использует стереолитографическую технологию 3D-печати (SLA) для производства зубовыравнивающих накладок. Процесс подразумевает сканирование и оцифровку слепка зубов. Программа генерирует пресс-форму для выравнивающих накладок, которая печатается на принтере.
Группа Fontaliza использовала гитару, изготовленную с помощью трёхмерной печати, в своём выступлении на конференции
Интересен также пример стартапа Normal, который в корне изменил выпуск пользовательских продуктов для среднего потребителя. Применяя технологию аддитивного моделирования наплавкой (Fused Deposition Modeling) и АБС-пластик, компания изготавливает персонализированные наушники. Используя только 2D-изображение из приложения Normal App, сделанное заказчиком на собственном смартфоне, компания создаёт пару наушников в течение всего лишь 48 часов. Наушники Normal продаются в розницу по цене $ 200 и максимально подходят для формы ушной раковины каждого отдельного пользователя.
Интеграция сборки. Область аддитивного производства является многообещающей для интегрированной сборки; такой подход сокращает время на производство изделий просто путём интеграции сборочного плана в 3D-модель перед печатью. При наличии соответствующих допусков, детали с функциональными петлями и шарнирами, соединениями в виде цепочек, а также другими типами подвижных компонентов могут быть напечатаны в один приём без необходимости последующей сборки. Это сэкономит время при изготовлении готового продукта.
Инженерный редизайн. 3D-печать предоставляет проектировщику свободу конструирования, без традиционных ограничений геометрии. Подобные возможности позволяют использовать проектный подход, так называемую оптимизацию топологии. В таком случае применяются математические алгоритмы для оптимизации конструкции и расхода материалов при выполнении заданных граничных условий и прикладных нагрузок.
Свобода конструирования позволяет использовать проектный подход
Знаковым примером инженерного редизайна является экодизайн — это подтверждает исследование, проведённое EOS и Airbus Group Innovations для шарнирного кронштейна гондолы самолёта Airbus А320. Программа преследовала цель снизить расход топлива за счёт уменьшения веса детали при сохранении остальных характеристик. Благодаря оптимизации конструкции и применению лазерного спекания титана в 3D-принтере удалось облегчить компонент на 10 кг.
3D-принтер для Робинзона
Бреннан Пуртцер, волонтёр корпуса мира США, поделился своими идеями по применению 3D-печати для решения жизненных потребностей в наиболее изолированных частях мира. Один из примеров — Микронезия, государство, население которого составляет всего 155 тыс. человек, и которые живут на 607 островах, разбросанных на территории площадью 2,6 млн кв. км. Вследствие такой огромной территории здесь очень сложно и медленно реализована доставка продуктов с острова на остров. Между некоторыми островами сообщение производится только морским путём, причём в некоторых случаях периодичность морского сообщения составляет один раз в 2 недели. Почти все необходимые товары на острове импортируют. С точки зрения Бреннана Пуртцера, 3D-печать поможет избежать доставки некоторых товаров за счёт производства их по запросу прямо на острове, с помощью трёхмерного принтера.
Например, с помощью аддитивного производства можно изготавливать некоторые запчасти для техники. На островах Микронезии осуществляется добыча полезных ископаемых карьерным способом. В случае поломки экскаватора приходится ждать неделями доставки необходимых запчастей, что приводит к большим убыткам для добывающих компаний. Спикер полагает, что такие запчасти можно было бы печатать на месте с помощью 3D-принтера. Это позволило бы значительно ускорить и удешевить процесс ремонта техники.
Кроме того, аддитивные технологии оптимально применять для создания зубных протезов. Сейчас стоматологическое лечение на островах Микронезии стоит дорого, а кроме того, занимает много времени. Для лечения нередко приходится ездить с периферийных островов на центральные, затем довольно долго дожидаться изготовления зубного протеза. 3D-принтер позволит уменьшить время зубного протезирования до 1-2 дней.
БОЛЬШЕ О 3D-ПЕЧАТИ:
3D-печать для строительства и недвижимости
Максим Гербут, один из руководителей украинского проекта PassivDom, раскрыл особенности применения трёхмерной печати в строительстве. Пресса уже давно сообщает о подобных попытках, кстати, иногда результаты получаются просто ошеломляющие. Например, несколько лет назад одна американская компания напечатала экспериментальный дом из пластмассы очень необычного дизайна. Однако эксперимент так и остался экспериментом: пластмассовый дом сложно утеплить, он будет холодным.
Экспериментальный дом из пластмассы
Достаточно много экспериментов проводилось в области печати зданий из бетона с помощью огромного 3D-принтера. Технология очень интересная, однако несёт в себе множество недостатков. По словам спикера, с помощью такого устройства нельзя печатать крышу и перекрытия, поэтому их обычно изготавливают отдельно и затем монтируют с помощью подъёмного крана.
Строительство зданий из бетона с помощью 3D-принтера
Крышу и перекрытие обычно изготавливают отдельно
В проекте PassivDom применяется совсем другая технология. Этот дом, изготавливаемый с помощью инновационного 7D-принтера, отличается очень низкой теплопроводностью — за счёт применения карбоновых нитей и стекловаты, полиуретана и вакуумных панелей. Дом настолько теплый, что ему не требуется дополнительное отопление. Известно, что каждый человек выделяет 140-160 Вт тепла в час, этого достаточно для обогрева помещения. Правда есть недостаток — если просверлить дырку в стене, чтобы повесить, скажем шкафчик или картину, то разрушится вакуумная панель. Поэтому фактически любая реконструкция в таком доме невозможна.
Инновационный принтер, используемый для печати PassivDom
В производстве используются полимерные материалы концерна BASF, которые не корродируют много лет. Оцениваемый срок эксплуатации — не менее 40 лет. Конструкция окна запатентована — оно состоит из 6 стеклопакетов, благодаря чему потери тепла составляют всего 0,18 Вт на кв.м.
Два модуля, соединённые в одно целое
Размер модуля PassivDom — 4 х 9 м, вес — 12 т. Такие параметры обусловлены требованиями мобильности, ведь каждый модуль можно перевозить на автоплатформе. При желании, можно соединить два модуля вместе и получить дом с расширенной площадью. А вообще, с помощью 3D-принтера можно напечатать дом любой формы и любых размеров.
На крыше установлены солнечные панели
Стоимость одного модуля PassivDom варьируется от 30 до 60 тыс евро. Цена зависит от аппаратной начинки, ведь дом полностью автономный — крыша покрыта солнечными панелями, которые генерируют электричество для освещения, обогрева и работы бытовых приборов. Есть также системы фильтрации воздуха и кондиционирования.