Продолжение. Начало: Возможности 3D печати (часть 1)
Создание прототипов
Прототипирование — одна из основных областей использования 3D принтеров, занимающая до 70% рынка. Создание точного прототипа дает возможность разработчикам (да и конечным потребителям тоже) протестировать товар, объективно оценить его концепцию и потенциал еще до начала серийного производства. Это позволяет избежать дорогостоящих доработок позднее в процессе выпуска, экономя значительное время и деньги при внедрении новых продуктов на рынке.
Печать прототипов помогает производителям значительно сократить цикл разработки. Одним из примеров является японская компания Akaishi, специализирующаяся на выпуске коррекционной обуви и массажных устройств. Компания обнаружила, что благодаря самостоятельной 3D печати прототипов, время выхода новых продуктов сокращается примерно на 90% по сравнению с ранее используемой практикой аутсорсинга.
Кроме того, это позволяет разработчикам быть полностью уверенными в функциональности и надежности продукта прежде, чем он достигнет конечного потребителя. Прототипы значительно облегчают любые эксперименты и новаторство. Например, с помощью 3D печати, американский производитель вертолетов Bell Helicopter оценивает и принимает решение о новой конструкции и дизайне летательного аппарата за считанные дни, в то время, как раньше на это требовались недели.
Сегодня 3D печать используется во многих областях не только для создания прототипов, но и для производства готовой продукции. Сейчас эта технология имеет в мировой промышленности следующие показатели:
- 22% — потребительская электроника;
- 19% — автомобилестроение;
- 16% — медицина;
- 13 — тяжелая промышленность;
- 10% — аэрокосмическая отрасль.
Ниже приведены примеры из военной, аэрокосмической, автомобильной отраслей и здравоохранения.
Оборонная промышленность
Компоненты, используемые в военной технике должны быть прочными, долговечными, конечно же, надежными, поскольку их отказ в экстремальной ситуации может поставить под угрозу человеческие жизни. 3D печать настоящего оружия — это скорее поле для экспериментов (хотя и не безуспешных), но для производства некоторых важных компонентов и запасных частей этот способ подходит идеально.
Например, военное министерство США использует 3D принтеры при производстве крепления для камеры прицела, устанавливаемого на боевых танках М1 «Абрамс» и разведывательных машинах M3 «Брэдли». Эти высокоточные компоненты смонтированы на наружном корпусе, где должны выдерживать резкие удары, вибрацию и условия окружающей среды. Полевые испытания подтвердили состоятельность этого способа производства. Более того, за счет перехода на технологию 3D печати, сократились затраты на изготовление: с более чем 100 000 долларов за единицу до 40 000.
Активно ведутся разработки в области производства беспилотных летательных аппаратов. Эксперименты уже воплощаются в конкретные объекты: не так давно группа студентов, работающих над проектами армии США, создала радиоуправляемый самолет с размахом крыльев около 2 метров, детали которого были отпечатаны на 3D принтере. С 2013 года «на вооружении» американской пехоты находятся полевые 3D принтеры — полноценные комплексы, которые можно развернуть практически в любых условиях для производства нужных объектов.
Особенно впечатляющей выглядит эффективность трехмерной печати в масштабах целой страны. Правительство США опубликовало статистику, согласно которой за последние пять лет удалось сэкономить более 3,8 млн долларов (по сравнению с предыдущей «пятилеткой» 2004-2009) уже благодаря одному совмещению 3D печати с традиционными методами производства.
Авиационно-космическая отрасль
Как и многие отрасли промышленности, авиационная сфера эффективно использует 3D печать для повышения производительности и снижения затрат.
Одним из первопроходцев стала компания Boeing, которая уже сейчас печатает на 3D принтерах более 220 000 компонентов для своих самолетов. Например, в новом Boeing 787 Dreamliner была внедрена система контроля воздуховода, созданная при помощи 3D печати. Ранее компании приходилось создавать ее из 20 различных деталей со сложной внутренней структурой. Теперь же эта система печатается сразу, как единое целое. Новый компонент не требует сборки, время его осмотра во время технического обслуживания заметно сократилось. В планах Boeing — 3D печать целого крыла самолета в будущем.
Так как части, отпечатанные на принтерах, весят меньше, эксплуатационная масса самолета также снижается, что приводит к экономии топлива. В соответствии с данными, приводимыми American Airlines, на каждом килограмме веса самолета, компания экономит более 20 000 литров топлива в год.
Австралийский аэрокосмической подрядчик Ferra Engineering (один из поставщиков Boeing и Airbus) владеет контрактом на производство двухметровых деталей из титана для истребителей-бомбардировщиков F-35. Они также создаются на 3D принтерах, что сокращает время обработки и снижает отходы.
Космическое агентство НАСА тоже делает ставку на эту технологию. В настоящий момент инженеры используют более 70 деталей, отпечатанных на 3D принтерах, для собственных летательных аппаратов. Гораздо большая доля приходится на прототипирование — предварительные макеты объектов позволяют специалистам оценить конструкцию основных узлов оборудования и техники.
Отдельные подразделения, например, Made in Space, проводят смелые эксперименты по трехмерной печати в условиях невесомости, чтобы в будущем 3D принтеры могли использоваться на МКС. А в связи с повышенным интересом ученых к Марсу, некоторые из них готовятся отправить подобное оборудование и туда.
Несколько лет назад промышленный дизайнер Маркус Кайзер доказал, что печать может производиться практически где угодно (даже на другой планете). В рамках авторского эксперимента он наглядно продемонстрировал свой «солнечно-песочный» 3D принтер — аппарат, который в качестве источника энергии использовал солнечный свет, а материалом для печати послужил песок пустыни Сахара.
Автомобилестроение
Один из самых громких проектов, связанных производством автомобилей и 3D печатью, стал Urbee — трехколесный гибрид, изготовленный из металлического каркаса и полусотни деталей из АБС-пластика посредством технологии FDM. Этот автомобиль пока не вышел в серийное производство, но вызвал неподдельный интерес общественности. Изобретатель Urbee уже имеет почти полтора десятка предзаказов на свое детище и планирует продолжить разработки, чтобы представить недорогое, легкое и надежное транспортное средство, которое при этом будет еще и экологичным.
Крупные производители также обращают внимание на эту технологию и не только для того, чтобы создать части автомобилей, но и для облегчения труда своих работников. Так инженеры BMW использовали 3D печать для создания эргономичных и легких аналогов монтажных инструментов для повышения продуктивности работы. Совершенствуя структуру инструмента, им удалось достичь снижения его веса на 1,3 кг, улучшить управляемость и баланс. Как сказал инженер BMW Гюнтер Шмидт: «Может показаться, что килограмм — не так уж и много, но если работник использует инструмент сотни раз в смену, поверьте, для него это имеет большое значение.»
В дополнение к этому, еще одна область, где 3D печать довольно эффективна — это маркетинг. Полноценный объемный макет автомобиля гораздо более презентабелен, чем обычный чертеж или изображения, созданные при помощи компьютерной графики.
Здравоохранение
Наиболее вдохновляющим и, пожалуй, самым важным является потенциал 3D печати в отрасли здравоохранения, где она порой помогает спасти человеческую жизнь. И хотя она пока далека от массового внедрения в медицину, но уже сейчас 3D принтеры работают над созданием человеческих тканей, органов, костей и протезов.
Институт регенеративной медицины Wake Forest (США) активно исследует способы создания тканей и органов с помощью собственных клеток пациента или стволовых клеток. Конечная цель — помочь решить проблему нехватки донорских органов, доступных для трансплантации. Ученые работают над различными проектами, в том числе созданием уха, некоторых мышц и в долгосрочной перспективе — печатью самой настоящей человеческой почки. Основная идея заключается в том, чтобы печатать живыми клетками и различными биоматериалами, которые смогут формировать объемный орган. Тот, в свою очередь, имплантируется в тело, где будет продолжать развиваться.
Наибольшее распространение 3D печать получила в хирургии. На счету этой технологии успешные операции по имплантированию черепа, челюсти, костей, созданных на трехмерных принтерах. Компания 3D Systems — один из ведущих производителей этого оборудования, постоянно трудиться над разработкой различных протезов, которые возвращают к полноценной жизни тех, с кем произошел несчастный случай или проявилось редкое заболевание.
Рекомендуем также ознакомиться:
