Игра в создателя
Список технологий, которые резко меняют автомобилестроительную и авторемонтные отрасли, постоянно меняется. Одной из таких технологий способна стать (если уже не стала) трехмерная печать. И хотя 3D-принтеры применяются достаточно давно, на рынке обозначилась новая тенденция. Устройства не только получили возможность работать с новыми материалами, принтеры становятся все дешевле. Настолько, что технология послойного создания изделий переходит в разряд массовой.
На выставке потребительской электроники CES2017 компания Divergent представила две разработки, при создании которых использовались 3D-принтеры – суперкар Blade и мотоцикл Dagger.
Посетителям продемонстрировали как полностью работающий прототип Blade, так и одну из его составляющих – напечатанную на принтере раму. Как и в случае с электромобилями, дорогую новинку позиционируют в качестве более «дружелюбного» по отношению к природе решения.
Компания подчеркивает, что суперкар – пример нового устойчивого производства. И если мировые автогиганты предлагают потребителям все более экологичные транспортные средства, то сам процесс изготовления машин «зеленее» не становится. Данную тенденцию и хочет переломить Divergent с помощью новых технологий производства.
Компания разработала особую методику узлового соединения. Специальные алюминиевые узлы соединяются с напечатанным на 3D-принтере углеволокном. Процесс имеет ряд преимуществ перед традиционными технологиями.
Так, получается снизить вредные выбросы при создании машины, существенно снижается вес самого автомобиля, а следовательно, и расход горючего, кроме того, при выпуске транспортного средства образуется меньше отходов, поскольку материалов для постройки требуется существенно меньше.
Как рассказал глава Divergent Кевин Зингер изданию 3dprintingindustry.com, компания договорилась о партнерстве с PSA Group. Это позволит производителю Peugeot и Citroёn резко сократить затраты и производственный цикл для разработки моделей и их выпуска.
По словам Зингера, технология обеспечит сокращение веса стандартного пятиместного легкового автомобиля на 50%, при этом количество деталей уменьшится в нем на 75%.
Дальше – дешевле
О достижениях чудо-принтеров сообщалось и раньше, однако примечательным здесь является факт того, что на рынке появляется все больше печатных устройств, способных работать с металлом, причем цена аппаратов начала падать.
К примеру, компания Markforged представила на выставке CES2017 принтер Metal X стоимостью менее 100 тыс. долл. Это устройство использует метод, похожий на диффузионную сварку, он получил название «диффузионное аддитивное производство» (ADAM).
Материалом служит металлический порошок с полимерным связующим веществом. Материал из картриджа поступает в принтер, где послойно строится объект. Плавящийся пластик скрепляет слои друг с другом.
По окончании процесса изделие помещают в печь для спекания, где под воздействием температуры полимер выгорает, а металл нагревается до 85% температуры плавления. В результате металлические слои сплавляются так, что продукт, утративший около 20% объема, по плотности почти не уступает любому другому изделию, отлитому из металла.
Как поясняют специалисты Markforged, используемый металлический порошок сам по себе токсичен и взрывоопасен. Добавление пластика позволило устранить данные проблемы и сделать материал безопасным для окружающих.
Новая методика отличается от известного способа расплавления материала в заранее сформированном слое с помощью высокомощного лазера или пучка электронов. Зачастую металлические порошки нестабильны, работать с ними приходится в специальной вакуумной камере.
Разработка Markforged оказалась не только безопаснее, но и более продвинутой по сравнению с расплавлением материала в заранее сформированном слое. Последнее имеет недостаток – трудность распечатки полых форм.
Поскольку технология ADAM подразумевает использование связующего, которое впоследствии удаляется в печи для спекания, появляется возможность печати закрытых предметов со сложной внутренней геометрией, к примеру, моделей, внутреннее пространство которых заполнено шестиугольными структурами.
В результате можно значительно облегчить вес всей конструкции, сохранив при этом ее целостность. Полученные на Metal X запчасти в будущем можно без проблем переработать, как и любую другую металлическую деталь, выпущенную традиционным способом.
Создатели описывают свое детище как первый принтер для металла дешевле 100 тыс. долл. Специалисты говорят, что аналогичные предложения на рынке оцениваются гораздо дороже. Толщина слоя в Metal X составляет 50 микрон.
Разработчики уверяют, что устройство работает с нержавеющими сталями марок 17-4 и 303. В будущем список будет расширен, и в него войдут марки A‑2, D‑2, M‑2. Также обещана возможность работы с алюминием и титаном.
Параметры области печати составляют 250 × 220 × 200 мм. Принтер комплектуется встроенной камерой и работает на платформе Eiger. Контроль качества изделий осуществляется с помощью лазера.
Кстати, уже имеющиеся на рынке принтеры позволяют создавать довольно сложные предметы из пластика. Например, энтузиаст Эрик Хэррелл собрал из напечатанных деталей (за исключением крепежа и подшипников) работоспособную модель двигателя V8 LS3 от Chevrolet Camaro. Для проектирования комплектующих он использовал данные из Интернета, а также собственные 3D-модели, которые создал на основе фотографий, инструкций по ремонту и схем.
С учетом того, что инженеры обещают возможность надежной печати изделий из стали, двигатели в скором будущем станут печатать в гаражах.
Цифры и факты
Для того чтобы понять, насколько быстро распространяется технология, достаточно взглянуть на одно исследование.
Мировой объем продаж 3D-принтеров, материалов, связанного программного обеспечения и услуг составил в 2016 году 13,2 млрд долл. Об этом свидетельствуют данные исследовательской организации International Data Corporation (IDC).
На ближайшие пять лет совокупный среднегодовой тем роста продаж оборудования составит 22,3%, а объем реализации товаров и услуг в области объемной печати в денежном выражении достигнет 28,9 млрд долл., подсчитали в IDC.
Соединенные Штаты займут четверть этого рынка, на остальных ведущих игроков – Западную Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион (за исключением Японии) и, наконец, саму Японию – придется 50% объема реализации товаров и услуг. Быстрее всего будут расти рынки Ближнего Востока, Африки, Центральной и Восточной Европы.
Рост кругом
Уже к 2020 году рост в Западной Европе позволит ей догнать США, более того, в пяти из восьми рассматриваемых регионах планеты продажи товаров и услуг, связанных с объемной печатью, увеличатся на 200%.
По мере того как рынок 3D-оборудования взрослеет, Соединенные Штаты перестают быть законодателем мод в области, подчеркивают исследователи. Западная Европа и страны Азиатско-Тихоокеанского региона все больше тратят средств на принтеры, при этом число отраслей, где они используются, также растет.
Главной областью применения оборудования станет дискретное производство, на него придется более 66% мировых продаж. Рост в 100% будет отмечен во всех отраслях, где используются 3D-принтеры. В то же время бум продаж оборудования ожидается в области здравоохранения.
Сейчас по уровню проникновения устройств для объемной печати отрасль занимает пятое место, к 2020 году прогнозируется ее выход на второе место с объем продаж, превышающим 3,1 млрд долл. Поспособствуют этому значительные инвестиции со стороны поставщиков услуг здравоохранения как в Соединенных Штатах, так и в Западной Европе.
Благодаря все большему разнообразию оборудования и материалов для использования, падению цен 3D-принтеры становятся все более специализированными, что позволяет привлекать новых пользователей. Доля принтеров растет в том числе и потому, что появляется все больше примеров их удачного применения, говорят специалисты IDC.
К примеру, быстро развивается такая область, как печать зубных протезов, медицинских имплантов и устройств. Более того, объемная революция охватывает все новые сферы бизнеса, что, конечно же, приведет к росту количества покупателей.
В 2016 году успешный опыт использования оборудования продемонстрировал автомобильный дизайн, быстрое прототипирование, аэрокосмическая и оборонная отрасли. Кроме того, значительная доля продаж пришлась на печать инструментов и компонентов.
К 2020 году две трети от объема реализации всех товаров и услуг, связанных с объемной печатью, придутся на продажи самих принтеров и материалов для них. Покупки программного обеспечения для компьютерного моделирования утроятся к 2022 году.
Нашли партнеров
О том, что 3D-принтеры скоро станут неотъемлемой частью производства и ремонта, свидетельствует ряд приобретений несколькими крупными компаниями бизнесов, специализирующихся на послойном создании объектов.
Из последних примеров можно привести крупнейшего производителя Европы – немецкую Siemens. Она подписала соглашение о сотрудничестве с бельгийской Materialise, которое позволит последней интегрировать ее программное обеспечение для 3D-технологий с базой промышленных потребителей немцев.
Соглашение коснется решения Siemens в области управления жизненным циклом продукта, компании сфокусируются на обеспечении процесса перехода продуктов от чертежа к производству с помощью аддитивных технологий.
Наблюдатели назвали сделку логичным шагом. Немцы использовали свое программное обеспечение для управления информацией, касающейся товаров и услуг. Данные могут относиться к процессу как выпуска, так и проектирования. Бельгийцам партнерство позволит получить доступ к огромной базе клиентов Siemens. Немцы же смогут воспользоваться опытом Materialise в области аддитивных технологий.
Ford, Boeing и другие
Ранее партнером компании из Германии стала Stratasys, которой потребовался опыт немцев для разработки системы управления устройства, используемого в представленной не так давно технологии непрерывного трехмерного строительства.
С помощью такого строительства можно делать крупногабаритные детали из термопласта. Изделие собирается в вертикальной плоскости, что позволяет добиться «неограниченной длины» компонента, получаемого с помощью моделирования методом послойного наплавления (FDM).
В проекте создания специального оборудования принял участие такой гигант, как Boeing. Компания изучает возможности трехмерной печати на предмет возможности снижения веса и затрат на детали, применяемые в аэрокосмической отрасли.
Непрерывность процесса в теории позволит создавать детали неограниченной длины. «Мы хотим получить более крупную экосистему, которая предложит более масштабное производство, стабильность процесса и прочную проектную, ресурсную и структурную базу, – отметили в Boeing.
Среди партнеров Stratasys есть и автопроизводители, в частности Ford Motor Company. Ее представители говорят о том, что технология открывает возможности для получения более крупных элементов и запчастей по сравнению с тем, что сейчас способна выпускать компания.
Установка для непрерывного строительства, говорят ее создатели, строит модели в 10 раз быстрее по сравнению с конкурентами, использующими FDM. Теперь полученная продукция измеряется не дюймами, а футами.
В помощь ремонтнику
Может показаться, что пока устройства для трехмерной печати используются в основном крупными производителями, которые могут потратить на перевооружение десятки тысяч долларов. Однако это не так. Небольшие 3D-принтеры уже были опробованы ремонтниками-энтузиастами для создания всевозможных мелких деталей интерьера автомобиля и прокладок и декоративных элементов.
Как и положено любой технологии, при переходе в разряд массовых она дешевеет. Так, в конце года компания Monoprice предложила принтер по цене 200 долл. Судя по обзору Hackaday, устройство имеет ряд недостатков, но такие же недостатки отмечены и у принтеров, стоящих в 3 раза больше.
Для ремонтников использование 3D-принтеров означает прежде всего экономию времени и площадей. Гораздо быстрее напечатать деталь, а не тратить силы на поиск самого бюджетного решения из имеющегося и доставку запчасти к месту ремонта.
Устройство помимо прочего позволит сократить размер складских помещений. Автосервису не надо будет хранить множество запчастей, достаточно оставить место под сырье для принтера.
Массовое распространение аддитивных технологий обернется ростом новых отраслей. Так, наверняка потребуются специалисты для разработки программного обеспечения и моделирования. Скорее всего, большая часть прибыли будет обеспечена не за счет продаж принтеров, а ПО для работы устройств, а также данных по структуре изделий.
Не исключено, что в недалеком будущем на профильных форумах будут обсуждаться вопросы поиска бесплатных файлов для печати коленвала или достоинства и недостатки неоригинального программного обеспечения для послойного создания объектов.
