Тренды 3D-печати

Основная статья: 3D-печать (Аддитивное производство)

2022

От прототипирования к производству

До 2022 года технология, считавшаяся основной лишь для прототипирования, наконец, находит свое место в процессе производства высококачественных деталей для конечного использования. При этом большинство пользователей 3D-печати в 2022 году по-прежнему в основном используют технологию для прототипирования. В опросе компании Hubs ^[1] 62% участников ответили, что прототипирование по-прежнему является основным применением для технологии, 8% респондентов сообщили, что используют технологию в основном для изготовления вспомогательных приспособлений и арматуры. Почти 30% производителей используют эту технологию в первую очередь для производства эстетических или конечных деталей. Это заметное увеличение, по сравнению с 21% из отчета 2021 года.

Рынок 3D печати металлом показал рост в начале 2022 года, впервые с 2020 года

Такие результаты показывают, что рынки и технологии 3D-печати будут продолжать развиваться. Хотя 3D-печать по-прежнему будет использоваться в качестве технологии прототипирования для ускорения циклов разработки продуктов, также эта технология будет больше использоваться в сочетании с традиционными производственными процессами, такими как изготовление инструментов, и для конечных приложений.

Наконец, в отчете говорится, что 3D-печать для производства является быстрорастущей тенденцией. Среди респондентов, использующих аддитивное производство в первую очередь для эстетических или производственных целей, 56% специализировались на одноразовых или нестандартных деталях, а 36% использовали 3D-печать для повторных заказов. Данные опроса свидетельствуют о том, что 3D-печать постепенно переходит от мелкосерийного к более массовому производству.

Применение средств автоматизации и перспективных материалов

В отчете ^[2] так же оцениваются потенциальные проблемы и возможности для индустрии на 2022 и последующие годы. Автоматизация станет ключом к снижению стоимости аддитивных технологий и повышению рентабельности производства, в частности, для предварительной и последующей обработки. В 2022 году время постобработка по-прежнему в значительной степени зависит от ручного труда, что усложняет масштабируемость с таких точек зрения как стоимость и эффективность. Большее внедрение автоматизации позволит не только гибко масштабировать производство, но также значительно снизит затраты, связанные с постобработкой. ИТ-директор «Роснефти» Дмитрий Ломилин выступит на TAdviser SummIT 28 ноября

Стоимость материалов для 3D-печати неразрывно связана с их ограниченной доступностью. По мере разработки, производства и потребления большего количества материалов (включая полимеры, металлы, композиты и керамику) затраты на их производство начнут снижаться. 44% респондентов заявили, что разработка новых материалов и, в частности, композицитных материалов станет основным направлением развития 3D-печати в 2022 году. Новые, более совершенные материалы также проложат путь для новых применений 3D-печати.

Новые материалы и композиты материалов, более низкие цены и усовершенствованные варианты постобработки также сделают более жизнеспособной интеграцию 3D-печати в производственные циклы. Поскольку технология продолжает развиваться, она станет еще более конкурентоспособной альтернативой литью под давлением для пластиковых деталей небольшого объема. Что еще более интересно, так это то, что передовые композитные материалы в сочетании с возможностью производства очень сложной геометрии откроют новые производственные возможности, которые невозможно было открыть с помощью традиционных технологий — рассказал Филемон Шёффер (Filemon Schöffer), соучредитель и главный исполнительный директор Hubs

2021: 91% предприятий хотели бы предложить клиентам производство продуктов с помощью 3D-печати - HP

22 марта 2021 года компания HP поделилась результатами опроса среди более 2000 представителей индустрии промышленной 3D-печати. Ответы респондентов легли в основу HP Digital Manufacturing Trends Report, рассказывающем об основных трендах, которые будут изменять производственный ландшафт и оказывать влияние на аддитивное производство в краткосрочной перспективе: от растущего спроса на персонализированные товары до разработки новых «материалов будущего».

1. Растущий спрос на персонализированную продукцию

Распространение 3D-печати и ее способность удовлетворять разнообразные запросы потребителей даже в далеких друг от друга сферах дает возможность компаниям повышать уровень персонализации товаров и производить особые изделия по доступным ценам.

91% респондентов, принявших участие в исследовании HP Digital Manufacturing Trends Report отметили, что хотели бы предложить своим клиентам производство персонализированных продуктов с помощью 3D-печати. При этом участниками опроса являются представители самых разных секторов экономики – от стартапа на рынке ортодонтических услуг SmileDirectClub, предлагающего клиентам прозрачные капы вместо брекетов, для изготовления которых используется 3D-печать; до компании Cobra Golf, выпустившей на рынок первую в мире персонализированную клюшку для гольфа, металлические детали которой изготовлены на 3D-принтере, что позволило уменьшить вес клюшки и лучше определять центр тяжести для точности удара.

2. Развитие инноваций в сфере программного обеспечения и обработки данных

В последние годы в индустрии аддитивного производства наблюдается быстрое развитие решений в области программного обеспечения. Появившиеся инструменты и ИТ-инфраструктура предоставляют разработчикам возможность оперативного масштабирования цифрового производства, что ведет к резкому росту производительности. По мнению 55% респондентов, ускорение в сфере разработки ПО принесет заметные результаты уже в течение следующих 5 лет, а 52% подтвердили, что усовершенствование ПО и алгоритмов обработки данных позволит значительно оптимизировать процесс производства.

3. Инновации в сфере медицины и здорового образа жизни

Медицина стала одной из первых отраслей, которая оценила и начала использовать возможности 3D-печати. В 2021 году wellness-индустрия, c годовым оборотом 50 млрд долл. США, продолжит динамично внедрять 3D-технологии, производя изделия, изготовленные на основе биомеханического анализа данных клиентов. Нет ничего более индивидуального, чем тело человека. Поэтому производство такой персонифицированной продукции, как например, обувь или протезы, имеет огромный потенциал. По мнению 55% респондентов, в ближайшие 5 лет индустрия здравоохранения станет одним из лидеров по числу инноваций в аддитивном производстве.

4. Ускорение общего экономического роста

По мере того, как растет интерес частного бизнеса к технологиям цифрового производства, происходит закономерное стимулирование экономики. Так, почти все респонденты (99%) считают, что цифровые технологии способствуют ускорению экономического роста, подтверждая этот тезис активными действиями: 85% участников опроса отметили, что их компании планируют увеличить вложения в 3D-печать, а 71% респондентов намерены уже к середине 2021 года инвестировать в аддитивное производство.

5. Формирование альянсов для межсекторного сотрудничества и обмена опытом

Стремясь повысить ценность своих услуг для клиентов, компании будут формировать альянсы и партнерства. К примеру, 85% респондентов считают, что межотраслевое сотрудничество будет иметь решающее значение для будущего цифрового производства. Это позволит увеличить число специалистов и будет способствовать росту их квалификации за счет обмена опытом партнеров из смежных отраслей. В то же время почти две трети (64%) опрошенных заявили, что бизнесу необходимо расширять возможности для профессионального обучения специалистов по цифровому проектированию и производству.

6. Движение бизнеса к экономике замкнутого цикла

Устойчивое развитие постепенно становится одним из ключевых показателей эффективного и ответственного бизнеса. Поскольку государственные структуры и корпорации все чаще оценивают и отслеживают воздействие своей деятельности на окружающую среду, ожидается, что аддитивные технологии возьмут на себя ведущую роль по снижению негативного влияния бизнеса на экологию. 3D-печать дает возможность локализовать и оптимизировать производство – это сокращает количество отходов, снижает выбросы углекислого газа (CO2), упрощает традиционные логистические цепочки, а также позволяет повторно использовать материалы и экономить сырье, что является основным критерием создания экономики замкнутого цикла.

При этом 88% респондентов считают, что для формирования устойчивой системы необходимо активное участие государства, в частности, введение мер для стимулирования инвестиций и развития социально и экологически значимых аддитивных технологий.

7. Разработка методик и материалов

Согласно результатам исследования, наибольшее число инноваций ожидается в направлении развития метода термоактивируемой 4D-печати. Почти половина (48%) респондентов считает, что эта «умная» технология обладает самым высоким потенциалом среди методик цифрового производства. Печать будущего позволяет буквально «оживить» 3D-объект, делая его восприимчивым к условиям окружающей среды (влажность, температура, давление). Под влиянием внешних факторов предмет меняет свою структуру и форму. Наиболее очевидным преимуществом 4D-печати является то, что благодаря вычислительной фальцовке объекты размером больше, чем сами принтеры, могут быть напечатаны всего за один сеанс. Это настоящая революция, которая открывает возможности использования «умных» материалов в индустрии аддитивного производства.

Решения для 3D-печати играют значимую роль для роста экономики. Внедрение аддитивных технологий позволяет компаниям изготовлять детали и компоненты товаров на своих собственных площадках, сокращая производственную цепочку и, как следствие, снижая себестоимость продукции. Это делает бизнес более гибким, экологичным и устойчивым к возможным кризисам, постепенно формируя новые возможности в самых разных секторах промышленности, – отметил Алексей Воронков, вице-президент, генеральный директор региона Восточная Европа, НР Inc.

2020: 85% производственных компаний планируют увеличить инвестиции в технологии 3D-печати - HP

16 октября 2020 года компания HP Inc. представила результаты своего исследования, посвященного технологиям и тенденциям цифрового производства, включая промышленную 3D-печать.

Исследование трендов на рынке цифрового производства проводилось по заказу HP среди двух тысяч руководителей производственных предприятий по всему миру. Согласно полученным данным, компании активно инвестируют в передовые решения промышленной 3D-печати. Это обеспечивает оперативность и гибкость производственных процессов, необходимые для развития бизнеса и повышения его конкурентоспособности и стабильности в постоянно меняющемся мире.

Согласно исследованию, руководители компаний стремятся использовать технологии 3D-печати независимо от сферы деятельности и места нахождения бизнеса. Это помогает им оптимизировать цепочки поставок, обеспечивать гибкость процессов и внедрять инновационные стратегии разработки продуктов. Эти тенденции подтверждаются ростом инвестиций в 3D-печать, развитием аддитивных технологий как конкурентоспособной альтернативы традиционному производству и стремлением к более тесному сотрудничеству игроков рынка внутри существующей экосистемы с целью скорейшего внедрения инноваций.

Специалисты, принимающие решения в сфере производства, рассматривают технологии 3D-печати для развития инноваций и отмечают, что они уникальным образом подходят для персонализации массовых продуктов, помогают сократить количество отходов на производстве и сделать бизнес более экологичным.

Основные выводы исследования HP по тенденциям в цифровом производстве:

Технологии цифрового производства стимулируют экономический прогресс и способствуют повышению гибкости предприятий:

• 99% респондентов считают, что технологии цифрового производства могут привести к экономическому росту.
• 89% респондентов стремятся развивать бизнес-модели с учетом текущих мировых тенденций на рынке.
• 71% руководителей в течение ближайшего года планируют инвестировать в технологии цифрового производства, 85% из них отметили, что компании собираются увеличить вложения в аддитивное производство/3D-печать.
• 75% руководителей уверены, что технологии аддитивного производства/3D-печати помогают их компаниям быть более гибкими, являются достойной альтернативой традиционному производству и даже заменой, когда привычные методы уйдут в прошлое.
• 90% руководителей исследуют модели производства/цепочки поставок, при этом 59% руководителей рассматривают возможности гибридных моделей производства, а 52% – думают о локализации производства.

Развитие инноваций трансформирует целые отрасли:

• Больше возможностей для развития инноваций – одно из ключевых преимуществ технологий аддитивного производства/3D-печати, по мнению руководителей, которые их уже внедрили на своих производствах.
• Среди самых популярных инноваций, в которых заинтересованы компании: технологии массовой кастомизации продуктов для конечных потребителей, производство по требованию и цифровые склады/виртуальное управления запасами.
• 91% руководителей интересуется технологиями массовой кастомизации и считают, что их можно эффективно использовать в бизнесе, если персонализировать детали с помощью 3D-печати/аддитивного производства.
• Отрасль здравоохранения, промышленное производство и автомобилестроение отмечены как наиболее перспективные сферы для внедрения технологий аддитивного производства и 3D-печати в ближайшие пять лет.

Возможности для совместной работы и взаимодействия:

• Для 85% руководителей важное значение имеет сотрудничество между секторами для внедрения цифровых технологий производства.
• 81% руководителей отмечает, что их компании планируют в будущем сотрудничать с государственными учреждениями в области цифрового производства.
• Главным препятствием на пути к внедрению технологий аддитивного производства/3D-печати для респондентов является нехватка квалифицированной кадров.
• Для решения этой проблемы 64% респондентов предлагают создать возможности для профессионального обучения, а 53% – объединить усилия бизнеса, правительства и граждан для инвестиций в образовательные программы и курсы повышения квалификации.

Устойчивое производство будет по-прежнему иметь для бизнеса первостепенное значение:

• Технологии аддитивного производства/3D-печати помогают сократить объем производственных отходов и способствуют формированию экономики замкнутого цикла за счет уменьшения количества расходных материалов, эффективного планирования производства с учетом спроса и оптимизации традиционных цепочек поставок.
• 90% руководителей высоко ценят возможность вторичной переработки порошков и деталей для аддитивного производства/3D-печати.
• 88% руководителей считают важным, чтобы правительство создавало устойчивую экосистему, стимулируя инвестиции и развитие социально и экологически выгодных технологий цифрового производства.

2016

Три сегмента оборудования

С середины 1990-х к 2016 г. были разработаны несколько процессов и систем АП, а возможности их применения существенно расширились и уже охватывают диапазон от быстрого прототипирования и изготовления простых физических макетов до поддержки в разработке дизайна продукции, создания литейных моделей и, в последнее время, непосредственного производства серийных изделий. В частности, GE Aviation объявил о серийном выпуске топливных форсунок для двигателя LEAP. Первые АП-системы производили изделия преимущественно из полимерных материалов (пластиков), тогда как к 2016 г. установки способны производить детали из металла. В аддитивных процессах с использованием металлов детали формируются путем последовательной послойной наплавки или спекания металлического порошка. Такая возможность привлекательна тем, что позволяет изготовление деталей точной или близкой к заданной формы без инструментальной оснастки с минимальной последующей механообработкой, либо вообще без нее. Это представляет особый интерес для авиационно-космической промышленности и биомедицины, поскольку делает возможным выпуск изделий с высокими эксплуатационными характеристиками при низких общих затратах.

На 2016 г. рынок АП-установок делится на три сегмента. Самые высокие темпы роста отмечаются для дешевых 3D-принтеров, ориентированных на создание концептуальных макетов и пригодных для эксплуатации в офисной среде.

Второй набор технологий, занимающий промежуточное положение по стоимости, предназначен для создания прототипов деталей с различной степенью точности и/или функциональности. Дешевые и средние по стоимости установки обычно ориентированы на полимерные материалы.

Установки высокого класса, составляющих третий сегмент, позволяют производство полимерных, металлических и керамических деталей; их цены варьируются от $200 000 до $2 000 000. Установки высокого класса могут быть оптимизированы в расчете на изготовление крупногабаритных деталей, достижение высокой производительности, использование нескольких материалов или с любой другой целью, что повышает стоимость системы.

Препятствия на пути распространения технологии

На 2016 г. наиболее часто упоминаются следующие технические и экономические барьеры, препятствующие широкому распространению АП:

• свойства материала (детали часто имеют анизотропные свойства, что обусловлено послойной природой АП-процессов; выбор материалов для АП весьма ограничен);

• точность изготовления и качество поверхности деталей (практически все АП-процессы требуют последующей механообработки в местах сочленений, посадочных мест валов и т.д.);

• скорость изготовления (ограничена мелкосерийным производством);

• высокие капитальные вложения;

• высокая стоимость материалов и обслуживания (АП-процессы требуют специальных форматов материалов, которые могут быть дороже традиционных (листы, профили, и т. п.) в 100–200 раз; оборудование АП все еще несовершенно);

• отличия в геометрии и свойствах между «идентичными» деталями, изготовленными на разных установках;

• закрытая архитектура большинства АП-установок, что не позволяет исследователям и технологам варьировать условия обработки.

Энергопотребление и влияние на окружающую среду

Исчерпывающее сравнение АП и других производственных процессов с точки зрения энергопотребления, расходования водных ресурсов, захоронения отходов и использования первичных материалов проведено к 2016 г. в рамках проекта ATKINS. Результаты проекта указывают на то, что с точки зрения влияния на окружающую среду АП имеет явные преимущества, однако энергопотребление этой технологии (13,1 кг CO2 на изделие) значительно выше показателей для технологий литья (1,9 кг CO2). Впрочем, другие исследования потребления энергии в различных процессах АП ведут к заметным расхождениям в данных, что указывает на необходимость дальнейшего, более целенаправленного изучения этой проблемы.

Аналогичным образом у технологий АП есть значительный потенциал в вопросе снижения выброса парниковых газов посредством оптимизации дизайна изделий и сокращения потерь материала. Результаты проекта ATIKINS приводят к заключению, что оптимальный дизайн должен приводить к 40%-ному снижению веса и экономии материала. Выполненный в рамках проекта анализ показывает, что снижение веса магистрального самолета на 100 кг на протяжении всего жизненного цикла влечет за собой экономию $2,5 млн на топливных расходах и сокращает выбросы углекислого газа на 1,3 млн т.

Имеется несколько отчетов по результатам исследований влияния АП на окружающую среду. Однако многие вопросы к 2016 г. остаются неразрешенными, и точная оценка экологических последствий АП требует дальнейших исследований. При этом очевидно, что наибольший потенциал в вопросах снижения влияния на окружающую среду имеют изделия, спроектированные таким образом, чтобы в полной мере задействовать уникальные возможности по снижению веса, предлагаемые технологиями АП.

Примечания