3D-печать: руководство для лиц, принимающих решения

Новые технологии формируют наше общество. Цифровизация влияет на множество аспектов, от того, как люди взаимодействуют друг с другом, до того, как они ищут и покупают товары. Четвертая промышленная революция включает в себя новую технологию, которая может коренным образом изменить способы производства и распространения продуктов: 3D-печать.

Эта технология может произвести революцию в способах производства продуктов, разрушив производственные схемы, создав новые визуальные формы, которые раньше были невозможны, позволив массовую настройку и предложив новые пути для увеличения циркулярности продуктов. В то же время 3D-печать может вызвать непредвиденные последствия, такие как потенциальное увольнение рабочей силы, влияние на объемы торговли и предложение.
цепочки, фискальные и нефискальные проблемы с таможней на границах, а также место для интеллектуальной собственности и правовых нарушений.

Ажиотаж вокруг принятия трехмерной печати, в том числе предсказание «печатать дома что угодно», пока не стал реальностью. Потребительская 3D-печать не вышла за рамки энтузиастов с соответствующим хобби, а доходы от от этой технологии в 2018 году составили менее 0,1% мировых производственных площадок.

Будущее печати развивается, и поэтому ее влияние на различные сферы доподлинно неизвестно. Однако используя многосторонний анализ, вполне можно составить реалистиные прогнозы на то, какое место эта технология будет занимать в совсем недалеком будущем.

Что необходимо знать о 3D-печати?

3D-печать — это новая и развивающаяся область, которая заслуживает внимания руководителей бизнеса и политиков. Понимание состояния этой технологии, предполагаемые будущие сценарии, основанные на ее широком внедрении, а также способы мониторинга и подготовки к положительным и отрицательным эффектам технологии являются важными соображениями.

3D-печать предоставляет несколько новых возможностей, наиболее распространенной из которых является прототипирование. Технология позволяет децентрализовать производство, производя детали близко к потреблению. Ранее сложные в изготовлении конструкции можно легко распечатать на 3D-принтере. Это открывает соблазнительные возможности; например, полые или сотовые конструкции могут уменьшить стоимость жизненного цикла во многих сферах, таких как авиация.

Потенциально 3D-печать готова внедриться на многочисленные рынки, включая автомобилестроение, здравоохранение, строительство, моду и продукты питания. Эта технология продвигается увлеченными и талантливыми игроками, которые изобретают новые и более быстрые способы 3D-печати, изучают новые материалы для печати и разрабатывают новые бизнес-модели на основе преимуществ технологии.

Сама технология была изобретена более 30 лет назад, но пока не добилась заметных успехов в производстве. Лица, принимающие решения в производственном мире, относятся к 3D-печати как к еще одному инструменту и проводят анализ окупаемости инвестиций и квалификации точно так же, как они делали это для других новых технологий, таких как числовое программное управление. Кроме того, вместо того, чтобы рассматривать трехмерную печать как отдельную технологию, они начали интегрировать решения, связанные с 3D-принтерами в корпоративные, продуктовые и инженерно-операционные стратегии из-за прорывного характера технологии.

Широкое внедрение 3D-печати может иметь важные последствия в нескольких областях, таких как производство, торговля, цепочки поставок, безопасность, а также защита окружающей среды. Вытеснение или замена рабочей силы является потенциальным последствием внедрения 3D-печати в производство. Децентрализация производства с поддержкой 3D-печати может повлиять на объемы торговли. Цепочки поставок могут быть сокращены из-за использования этой технологии, что может повлиять на регионы, которые полагаются на дешевую рабочую силу. Можно ожидать, что проблемы с интеллектуальной собственностью и юридические проблемы увеличатся из-за простоты передачи и копирования проектов. Наконец, существует возможность создания экологически устойчивых производственных систем на основе 3D-печати. Существующая политика должна быть проанализирована и, возможно, пересмотрена для решения этих проблем.

Почему бизнес-лидеры должны заботиться об этом?

3D-печать считается частью четвертой промышленной революции и может внести существенные и быстрые изменения в способы производства и распространения продуктов. Чтобы оставаться впереди, бизнес-лидеры и политики должны понимать технологию и ее значение для разработки перспективных стратегий и политик для своего бизнеса и заинтересованных сторон.

3D-печать позволяет использовать уникальные подходы в следующем:

• продукты могут быть изготовлены за гораздо меньшее количество этапов, чем обычное производство, от сырья до готовой продукции. Здания могут быть быстро построены по индивидуальному заказу с использованием уникальных материалов для трехмерной печати. Могут быть достигнуты новые и более прочные геометрические формы, уменьшены отходы;
• продукты, оказывающие существенное влияние на общество: к ним относятся напечатанные на 3D-принтере части тела и органы, которые могут спасти и улучшить жизнь, таблетки, растворяющиеся в нужное время для обеспечения наиболее эффективного усвоения организмом, и продукты питания, адаптированные к индивидуальным потребностям в питании;
• 3D-печать может способствовать в высшей степени децентрализованному производству с небольшими запасами или без них и с короткими цепочками поставок. Массовая персонализация наконец-то может стать реальностью в потребительских товарах и медицине;
• внедрение технологии сначала было ограничено высокой стоимостью единицы продукции, напечатанной на 3D-принтере, и общими трудностями при интеграции в производство, такими как квалификация процессов печати и продуктов. Но 3D-печать все более широко применяется в медицинской, аэрокосмической и автомобильной областях, в первую очередь для прототипирования и создания инструментов. Некоторые нишевые области пошли глубже, используя технологию для производства конечных продуктов, таких как стоматологические элайнеры и слуховые аппараты.

Три преимущества 3D-печати касаются факторов «что», «когда» и «где»:

Что: печатается только необходимое количество продуктов (с возможностью индивидуальной настройки каждого продукта для покупателя), что снижает потери продукта из-за избыточного производства.

Когда: продукция производится точно в срок (после размещения заказа), что снижает уровень запасов и время доставки.

Где: продукты производятся близко к их потреблению, что упрощает логистику.

Темпы распространения

Тем не менее, основными причинами отсутствия широкого распространения являются сложность создания 3D-моделей для удовлетворения индивидуальных потребностей, а также капитальные и эксплуатационные затраты на устройства с требуемой функциональностью. Потребность в высоких навыках автоматизированного проектирования (САПР) и уникальные навыки, необходимые для проектирования моделей для 3D-печати, создают высокий барьер.

Достижения в области искусственного интеллекта (ИИ) могут снизить этот барьер за счет широкой доступности удобных для потребителя приложений. Наиболее распространенными производственными секторами 3D-печати являются прототипирование и оснастка. Дизайнеры и архитекторы создают прототипы своих творений и совершенствуют их с помощью быстрых итераций, прежде чем выйти за рамки прототипирования. В мае 2019 года Heineken сообщила о сокращении времени выполнения заказов и затрат на 70-90% за счет использования недорогих настольных 3D-принтеров для производства инструментов. Растущим применением является изготовление запасных частей по запросу вместо производства и складирования заранее. Таким образом, 3D-печать дополняет традиционное производство.

Наряду с Интернетом вещей (IoT) и ИИ 3D-печать может обеспечить действительно цифровое производство. Данные из Интернета вещей могут управлять цифровыми производственными процессами, ИИ может преобразовывать данные в информацию для принятия решений, а 3D-принтеры будут изготавливать детали из файлов цифрового дизайна.

В одном потенциальном сценарии, по мере роста внедрения трехмерной печати, может произойти агрессивное масштабирование децентрализованного производства в автомобильной, аэрокосмической и других областях. Можно ожидать, что использование технологии в этих областях расширится до производства функциональных компонентов. Принятие производства запасных частей по запросу может резко возрасти, повсеместно сокращая запасы предварительно изготовленных деталей. На самом деле эта технология может встряхнуть производственный сектор.

Другой сценарий заключается в том, что использование трехмерной печати в строительстве может вырасти, чему способствуют такие смелые решения, как инициатива в Дубае, согласно которой к 2025 году 25% зданий Дубая будут напечатаны на 3D-принтере. Аналогичным образом, Китай начал экспериментировать в строительстве, уже напечатав на 3D-принтере шестиэтажный многоквартирный дом и виллу площадью 1100 квадратных метров.

Дополнительные сценарии могут включать в себя возможности массовой настройки продуктов питания, продуктов питания, моды, автомобилей, обуви и игрушек, а также других секторов. Биопечать может заменить донорство органов и стать основным источником протезов. Использование 3D-печати может стать стандартом для изготовления индивидуальных имплантатов и протезов.

Доступ потребителей к трехмерным принтерам может расшириться, что позволит гораздо большему количеству людей экспериментировать с ним. Домашние 3D-принтеры могут породить новое поколение ремесел, как это сделала когда-то швейная машина.

Большинство экспертов сходятся во мнении, что 3D-печать, скорее всего, будет применяться в нишевых или нестандартных продуктах, а не заменять устоявшиеся производственные подходы (например, для повседневных пластмасс). Эксперты расходятся во мнениях относительно того, когда доходы от технологии окажут влияние на глобальные доходы от производства, и их мнения варьируются от 10 до 30 лет.

Большая часть продукции производится на заводах. Чтобы добиться масштабирования, производство должно внедрить 3D-печать в больших масштабах. В настоящее время печать на 3D-принтерах в основном используется для быстрого прототипирования, оснастки и мелкосерийного производства.

Что мешает быстрому масштабированию 3DP в производстве? Вот некоторые из причин:

• эта технология не всегда надежна с точки зрения воспроизводимости и производительности, хотя качество быстро улучшается, особенно в высокопроизводительных принтерах;
• себестоимость изготовления детали выше, чем у изделий традиционного массового производства, что делает 3D-печать более подходящим для мелкосерийной продукции;
• широко распространено мнение, что процессы 3D-печати работают медленно. Однако для истинного сравнения необходимо учитывать время производства от начала до конца — от сырья до готовой продукции.
• производители считают, что 3D-печать — это еще один инструмент, который должен доказать свою эффективность в процессе, в контроле качества. Это требует времени.
• производителям нужны данные о преимуществах трехмерных принтеров для их продуктов, но данные не будут доступны до тех пор, пока 3D-печать не получит широкого распространения в их секторах. Это круговая ситуация.
• 3D-печать обеспечивает децентрализованное производство. Но существует несколько препятствий для перехода к распределенному/децентрализованному производству, в том числе необходимые инвестиции и высокая трудоемкость постобработки. Логистические затраты на легкие продукты кажутся недостаточно значительными, чтобы запустить децентрализованное производство вблизи рынков потребления;
• воплотить обещание массовой кастомизации в реальность непросто — только 10% онлайн-покупателей используют параметры настройки продукта под индивидуальные потребности;
• масштабирование зависит от наличия квалифицированной рабочей силы и стандартизации процессов, для достижения которых в случае новой технологии потребуется время;
• вопросы политики и права, такие как сертификация деталей для медицинских целей, требуют времени для решения.

Что можно сделать, чтобы помочь масштабированию технологии? Для этого необходима более глубокая стратегическая перестройка основных возможностей 3D-печати в дополнение к интеграции с цепочками поставок и бизнес-моделями.

Как предприятия могут подготовиться к будущему?

3D-печать может затронуть несколько областей: производство, торговля, цепочки поставок, законность и безопасность, а также окружающая среда. Многие из этих областей требуют предварительной подготовки, учитывая время, необходимое для разработки целевых политик и правил. Тем не менее, существует несколько опережающих индикаторов, которые можно отслеживать представителям крупного бизнеса и руководителям компаний, чтобы прогнозировать будущие тенденции.

Данные о продажах промышленных 3D-принтеров. Увеличение объема промышленных 3D-принтеров может указывать на их потенциальное использование либо для создания нишевых продуктов, либо для замены традиционного производственного оборудования. Изучите сегментацию рынка клиентов, покупающих принтеры; посмотрите, какие из них включают традиционных производителей.

Потребительские предпочтения в отношении нестандартных продуктов. По мере того, как клиенты все больше отдают предпочтение изготовленным на заказ продуктам, расширяются возможности массовой настройки для трехмерной печати. Определите возможности продукта для массовой настройки с помощью 3D-печати; ищите новые бизнес-модели, которые могут извлечь выгоду из этого.

Данные о продажах домашних 3D-принтеров. Рост покупок домашних 3D-принтеров может привести к увеличению бытовых пластиковых отходов и сокращению объемов поставок. Отслеживайте статистику продаж материалов для 3D-печати физлицам, чтобы понять, активно ли принтеры используются для изготовления деталей дома.

Программы обучения. Внедрение в учебных заведениях программ обучения студентов 3D-пеачти связано с ожиданием спроса на такую экспертизу, а значит, и изменений в структуре занятости. Проанализируйте количество зачисленных и окончивших формальные и неформальные курсы, чтобы оценить наличие обученной рабочей силы и изменение потребностей в навыках.

Данные о продажах настольных 3DP-принтеров. Рост продаж настольных принтеров свидетельствует о широком использовании принтеров на небольших производствах или мастерских по типу FabLabs, что может свидетельствовать об увеличении торговли цифровыми товарами. Изучите рыночную сегментацию продаж настольных 3D-принтеров, в частности, между промышленным и бюджетными моделями, чтобы понять спрос в каждой из них.

Появление простых в использовании инструментов проектирования. Инструменты и онлайн-ресурсы, которые снижают барьер в освоении дизайна и проектирования благодаря простоте использования, будут способствовать внедрению 3D-печати. Следите за продажами нового ПО и количеством выполненных/загруженных дизайнов и деталей, напечатанных с использованием новых инструментов.

Стоимость расходных материалов. Запатентованные исходные материалы для 3D-печати сегодня обладают относительно высокой ценой. Падение стоимости может означать повышенный спрос или коммодитизацию. Отслеживайте увеличение объема продаж исходных материалов для 3D-принтеров из-за падения цен, чтобы оценить увеличение использования.

Прорывные инновации. Новшества, которые ускоряют печать или снижают ее стоимость, будут способствовать распространению технологии. Отслеживайте данные о продажах новых продуктов 3D-печати, в которых используются прорывные инновации.