Rusbase

Карточки: Как 3D-печать меняет бизнес



Все, что нужно знать чайнику: основные плюшки и подводные камни
Эта статья открывает рубрику «Технологии, которые меняют ваш бизнес». В ней мы будем популярно рассказывать о том, как технологии перестраивают существующие бизнес-процессы и создают новые рынки.

Партнер рубрики — корпорация EMC, которая помогает компаниям максимально эффективно использовать возможности ИТ-инфраструктуры для цифровой трансформации бизнеса.
Каждый год в интернете появляется куча статей о том, что трехмерная печать произведет очередную промышленную революцию и уничтожит привычное массовое производство. Околотехнологическая публика уже начинает уставать от этих дифирамбов.

По словам экспертов, разочарование вызвано разрывом между возможностями технологии и ожиданиями рынка. Впрочем, это касается потребительской 3D-печати, которая не отличается высоким качеством и ограничена пластиком (работа с металлами доступна пока лишь профессионалам). Промышленная же печать при всей своей дороговизне (как оборудования, так и материалов) используется давно и относительно успешно.
Гарднеровский цикл зрелости технологий (hype cycle) показывает неравномерность развития разных сегментов 3D-рынка. Если прототипирование давно достигло зрелости, то печать медицинских девайсов находится на вершине волны шумихи, а биопринтинг только подбирается к ней.
График перевел Федор Аптекарев из компании «Здравпринт»
Согласно Gartner, обычно технология идет в массы, только пройдя фазы завышенных ожиданий, глубокого разочарования и постепенного восстановления спроса.

Rusbase разобрался, какой бизнес использует трехмерную печать уже сейчас и что теперь делать всем остальным.
Что такое 3D-печать?
3D-печать — это технология послойного создания объекта на основе виртуальной 3D-модели. 3D-принтеры управляются компьютером, работают с цифровыми трехмерными моделями и производят предметы путем прибавления материала — в отличие от фрезеровки, которая удаляет лишнее.

Поэтому 3D-печать также называют аддитивным (от англ. аdd — добавлять) и прямым цифровым производством (direct digital manufacturing). Сегодня в нем используются полимеры (в том числе пластики), модельная глина, целлюлоза, металлы, воск, живые биологические клетки и другие материалы.
Откуда взялась 3D-печать?
Технологию трехмерной печати изобрел американский инженер Чак Халл в 1984 году. Метод получил название «стереолитография». Халл запатентовал свое изобретение и основал компанию 3D Systems, которая начала разрабатывать первые 3D-принтеры. Это сделало Чака миллионером.

В конце девяностых на рынке появились и другие технологии 3D-печати. В 2008 году истек патент на стереолитографию, что вызвало бум разработки и производства новых 3D-принтеров. Тогда рост сегмента ускорился до 150% в год. По оценкам экспертов, сегодня в мире насчитывается около полумиллиона любительских 3D-принтеров и несколько тысяч промышленных.

Сегодня мировой рынок 3D-печати оценивается в $5 млрд. Половину этого объема составляет оборудование, остальное приходится на материалы и услуги. Рынок услуг 3D-печати не превышает $1 млрд.

По оценке гендиректора компаний 3DPrintus и DigiFabster Константина Иванова, порядка 45% всех 3D-принтеров в мире работает в США. На Европу приходится 35% мировой численности этих устройств, еще 20% делят между собой Азия, Индия и Австралией. Россия составляет 1-2% от мирового рынка 3D-печати.
Зачем нужна 3D-печать?
Трехмерная печать существенно упрощает и удешевляет:

  • мелкосерийное и штучное производство (сувениры, ювелирная продукция и предметы домашнего обихода);

  • разработку прототипов (в приборостроении, военно-промышленном комплексе, робототехнике и других отраслях);

  • изготовление макетов и моделей для выставок и презентаций (архитектура, дизайн, образование);

  • замену износившихся деталей (в машиностроении, автомобилестроении, авиационной промышленности);

  • изготовление моделей и форм для литейного производства;

  • создание восковых моделей для ювелирной промышленности;

  • создание декораций и скульптур (кино, театр, искусство);

  • изготовление протезов и имплантов (зубов, капп, элайнеров и др.).

Особняком стоит 3D-биопринтинг — послойная печать биологических тканей каплями со стволовыми клетками, из которых затем формируются органы для пересадки. Эта сфера также относится к области биотехнологий.

Основным направлением промышленной 3D-печати всегда было прототипирование. Больше всего оно развилось в Германии и США, где очень сильна автомобильная промышленность. Авиа- и автомобилестроители пытаются печатать расходные детали, но их количество пока ограничено.

«Сейчас единственное реальное внедрение 3D-печати в серийном машиностроении — это элементы газотурбинного двигателя LEAP от General Electric, но там всего две маленькие детальки на весь огромный мотор, — говорит гендиректор компании «Анизопринт» Федор Антонов. — Есть небольшие примеры в авиастроении, но это пока скорее исключение. Это либо дорого, либо не пригодно для конечного использования из-за низких физико-механических характеристик и слабой производительности».

«3D-печать очень эффективна в медицинской сфере — печать имплантов, стелек, капп и прочего уже хорошо отработана, — констатирует Иванов. — Порядка 20 лет ее используют ювелиры для создания восковых форм для отливки украшений. Существуют технологии 3D-печати из золотого, платинового и серебряного порошка, которые позволяют производить сложные и очень красивые изделия, но они слишком дорогие. Плюс трехмерная печать широко используется при печати макетов. Например, 60% заказов 3Dprintus составляют выставочные макеты — от паровых установок до зданий. Если заказать макеты в традиционной архитектурной мастерской, это будет гораздо дольше и дороже».

Еще компании и отдельные энтузиасты вовсю экспериментируют с 3D-печатью в пищевом производстве, моде и строительстве. Таким образом, человечество уже научилось печатать самолеты, автомобили, многоэтажные дома, одежду, обувь и даже еду. Но пока это все не имеет отношения к реальному бизнесу.
Дизайнер Майкл Шмидт и архитектор Фрэнсис Битонти напечатали 3D-платье для певицы Диты фон Тиз
Как корпорации осваивают 3D-печать?
Mercedes-Benz экспериментирует с печатью элементов салона своих авто — например, сидений, решеток динамиков и воздуховодов.

Nike, Adidas и New Balance собрались печатать кастомную обувь, подогнанную под анатомию стопы конкретного покупателя.

L'Oreal решила тестировать свою продукцию на искусственной 3D-коже, которую для нее будет печатать биотехнологическая фирма Organovo.

Airbus печатает раму для электромотоциклов, беспилотники, титановые фюзеляжи и пилоны двигателя.

Boeing запатентовала 3D-печать левитирующих объектов (поднимаются в воздух под действием магнитных полей), симулирует полет в тяжелых погодных условиях с помощью 3D-печатного ледяного покрытия и печатает пластиковые детали взамен изношенных.

Audi напечатала из металла мини-модели легендарных спорткаров 1936 года Auto Union Typ и Grand Prix , а также алюминиевые колеса своего лунохода Audi Lunar Quattro.

General Electric напечатала мини-версию реактивного двигателя для радиоуправляемых самолетов , разработала метод печати сенсоров внутри реактивных турбин и освоила 3D-принтинг топливных форсунок для газовых турбин . В этом году корпорация открыла в Питтсбурге завод по 3D-производству деталей из металла.

Siemens печатает запчасти для газовых турбин и слуховые аппараты.

Google совместно с 3D Systems разрабатывает высокоскоростной 3D-принтер для массового производства модульных смартфонов Project Ara.

Apple запатентовала собственный цветной 3D-принтер , а в 2013 году начала сотрудничать с Liquidmetal Technologies, разработавшей трехмерную печать из жидкого металла.

Интернет-магазин нижнего белья Lascana (дочка Otto Group) экспериментирует с печатью женского белья на 3D-принтере.

Coca-Cola совместно с 3D Systems разработала 3D-принтер Ekocycle Cube, печатающий из переработанных пластиковых бутылок.

Отечественный производитель танков «Уралвагонзавод» внедрил 3D-принтер для производства прототипов и мелкосерийных деталей.

Российские производители нефтедобывающего оборудования «Римера», нефтепогружного оборудования «Новомет», электропогружных центробежных насосов «Борец», зенитных ракетных комплексов и систем противовоздушной обороны «НПО «Алмаз» выращивают выжигаемые мастер-модели деталей для последующего литья и протипы новых изделий.
3D-кроссовки от Nike
Плюсы и минусы 3D-печати
+ Быстрая проверка дизайна и эргономики изделия.

+ Дешевое производство прототипов и мелких серий.

+ Индивидуализация производства — легкое и экономически выгодное создание кастомизированных изделий (например, для конкретного пациента).

+ Возможность создания действительно сложных объектов — механизмов, изделий со сложной внутренней структурой и причудливых геометрических форм.

+ Безотходное производство — практически весь материал идет в изделия (которые к тому же создаются под заказ и не валяются на складе в ожидании покупателя, как продукция обычных серийных производств).
- Низкая производительность по сравнению с традиционными литьем и штамповкой (из-за чего 3D-печать не конкурентоспособна в массовом производстве).

- Технические ограничения по размеру изделия (обычно до 20 см, максимум — до 50 см).

- Экономические ограничения по объему производимой партии (как правило, до 100 штук).

- Дороговизна промышленных принтеров и расходных материалов, особенно для печати металлом.

- Качество и прочность изделий уступают фрезеровке и литью из пластмассы.



Компании, профессионально занимающиеся прототипированием, обычно сочетают 3D-печать с фрезерованием (которое давно тоже стало цифровым). А некоторые совмещают 3D-производство с литьем в силиконовые формы. Трехмерная печать лучше подходит для изготовления прототипов, а фрезеровка — для производства небольших и средних серий. Фрезеровка выгодна при выпуске сотен изделий, но не справляется со сложной геометрией, как 3D-печать.
Как 3D-печать развивается в России?
Российский рынок 3D-печати, говорит Федор Антонов, можно оценить в $100 млн, а сегмент трехмерной печати на заказ — $15-20 млн.

Услуги по созданию прототипов в стране оказывают не более 50 фирм, прикидывает Константин Иванов. От 150 до 200 отечественных компаний используют 3D-печать в своих производственных процессах. Их число возрастет, если в стране будет расти хоть какая-то промышленность.

В последние годы государство обеспечило 3D-принтерами крупные производства (КамАЗ, АвтоВАЗ, предприятия ВПК) и научные институты, связанные с промышленностью. Правда, у большинства из них это оборудование сейчас простаивает. Также известно, что 3D-прототипирование активно применяется в проекте по созданию президентского лимузина.

Российский 3D-рынок будет развиваться с ростом числа хардверных стартапов, военно-промышленного комплекса и любого отечественного машиностроения. Чтобы догнать нынешний объем 3D-производства в США, России понадобится 5-7 лет, полагает Константин Иванов.
Какому бизнесу нужна 3D-печать?
Если говорить о среднем и мелком бизнесе, харверным стартапам и инженерным компаниям трехмерная печать нужна для прототипирования деталей и корпусов, мелким производствам — для создания мастер-моделей и форм для литья.

Перед покупкой 3D-принтера следует внимательно просчитать экономику, советуют собеседники Rusbase. Чтобы окупить дорогое профессиональное оборудование, обычно компании начинают оказывать услуги 3D-печати сторонним клиентам. Полностью загрузить свои принтеры in-house могут только гиганты вроде Toyota или Tesla. Кроме того, индустриальный принтер должны обслуживать специалисты — их сложно найти и придется взять в штат.

Так что начинать эксперименты с 3D-печатью разумнее с аутсорсинга, а потом уже думать о покупке собственного принтера. «Если у вас нет отдела R&D и прототипирование для вас не ежедневный процесс, то это будет скорее в убыток», — предупреждает Константин Иванов.
А сколько это стоит?
По его словам, для точного прототипирования небольших деталей хватит принтера стоимостью до $5 тысяч, тогда как промышленные принтеры с полуметровой рабочей камерой (обычно используются в машиностроении) стоят уже по $400-500 тысяч.

«Разработка простого корпуса может стоить от десятков до сотен тысяч рублей, — рассказывает руководитель проектного бюро «Формлаб» Андрей Востриков. — Цена зависит от свойств, которыми должен обладать прототип. Например, мы делали контроллер рельсов — прибор размером с большую книгу, который способен выдержать удар об рельсы. Такой прототип стоит уже сотни тысяч рублей».

Процесс прототипирования состоит из создания 3D-модели, печати и (при необходимости) последующей обработки изделия на фрезерном станке.

«В идеале клиент должен прийти с готовой трехмерной моделью прототипа, — говорит гендиректор 3DPrintus и DigiFabster Константин Иванов. — Зачастую приходят с чертежом и требованиями к прочности изделия. Тогда мы делаем 3D-модель, печатаем первый образец и в несколько итераций приходим к прототипу, который всех устраивает. Это может быть серия до 100 финальных объектов или мастер-моделей для производства партии до 100 тысяч штук. Если речь идет о серьезной детали, то чек начинается с 100-250 тысяч рублей».

«А к нам часто приходят вообще без всего, с голой идеей, — рассказывает сооснователь сервиса 3D-печати Can Touch Татьяна Румянцева. — Вместе с клиентом и инженерами садимся и прорабатываем техзадание. Мы повидали многое: и эскизы в Paint, и эскизы из пластилина».
Аэродвигатель от General Electric, напечатанный на 3D-принтере из металла
Какое будущее у 3D-печати?
Технологии трехмерной печати не стоят на месте. Сегодня они развиваются в сторону повышения скорости производства и качества продукции. На рынок индустриальных 3D-принтеров приходят новые сильные игроки — Carbon3D, HP и Epson. Они намерены дать заводам инструменты для печати готовых изделий, а не просто прототипов. По словам экспертов, в ближайшие 5 лет они серьезно изменят отрасль.

Например, компания Carbon3D планирует сделать выгодным 3D-производство партий объемом 10-20 тысяч изделий. Их принтеры стоят $150-200 тысяч, их вполне могут себе позволить средние инженерные компании. Чтобы 3D-печать вошла в по-настоящему широкий обиход, оборудование должно подешеветь и научиться печатать партии уже на следующий день.

Сейчас на рынке появляются дешевые принтеры, которые могут заменить индустриальные. Например, устройство Formlabs ($3,5 тысячи) подходит для прототипирования, медицинской сферы, для дизайнеров и ювелиров. Медленнее всего идет процесс удешевления расходных материалов, особенно для печати металлом. Эксперты надеются, что печать металлом станет доступной в течение 3-5 лет.

«Однозначно растет точность печати, — констатирует Андрей Востриков. — Осваивают новые материалы (резина, электропроводящие элементы, бетон, металлы), заметно развивается софт. Из недостатков — малая точность, большая хрупкость и слоистость моделей. Без этого 3D-печать — красивая и забавная, но пока достаточно бесполезная технология».

«Машиностроению очень нужна доступная печать конечных деталей, которая заменит фрезерную и токарную обработку, литье и обработку давлением, — объясняет Федор Антонов. — Тут на помощь приходят новые материалы, например, композиты. А в легкой промышленности, производстве бытовой электроники и потребительских товаров 3D-печать вряд ли будет востребована».

«3D-печать приживется только в тех областях, где традиционным способом получить объект сложно или невозможно, — считает основатель компании «Здравпринт» Федор Аптекарев. — 3D-печать завязана на цифровое проектирование (CAD/CAM). Пока он не проникнет в традиционные индустрии, трехмерную печать будут использовать только для игрушек и прототипов. Пока не будет людей и сервисов, которые переводят производство на цифровые рельсы, хоть принтеры, хоть фрезы будут стоять как дорогие коробки, покрывающиеся пылью».
© Rusbase, 2016
Фото: Shutterstock
Текст: Анна Соколова

Анна Соколова