доцент кафедры «Экономика промышленности и производственный менеджмент»
Самарского государственного технического университета, г. Самара
E-mail: max.brh@yandex.ru
В статье рассмотрены основные преимущества аддитивных технологий перед «традиционными» и то, как меняется современное производство при их внедрении. А также приведены примеры успешного внедрения и использования технологий послойного синтеза деталей на современных предприятиях различных отраслей.
Ключевые слова: аддитивные технологии, 3D печать, промышленность, производство, исследования.
Технологии аддитивного создания изделий получают всё большее распространение в современном мире. Различные модели 3D принтеров появляются на рынках каждый год, при этом они отличаются не просто внешним видом. Существуют различные технологии печати, которые подходят для решения различных задач: от постройки красивого макета для презентации до изготовления готового узла силовой установки автомобиля. И технологии такого производства распространяются в промышленности, с каждым годом проникая во всё новые отрасли. Причины успешного распространения аддитивных технологий в промышленности будут рассмотрены в настоящей статье.
Метод производства изделий при помощи аддитивных технологий («выращивание» изделия при помощи послойного нанесения материала) известны уже несколько десятков лет. Однако долгое время никто не употреблял в их отношении термин «3D печать», и только в последние годы, когда такие технологии стали более доступными, понятие «3D принтер» прочно вошло в нашу жизнь. Объёмная печать распространилась во многие сферы человеческой деятельности. Сегодня наблюдается стремительный переход промышленного производства к использованию таких технологий. Многие считают это началом третьей промышленной революции.
Уже сегодня компания Boeing использует около 200 различных деталей, изготовленных с применением 3D принтеров, в 10 моделях своих самолётов [1, с. 76].
Существует множество причин этого процесса. Одна из основных – очевидное преимущество аддитивного метода производства («выращивание» изделия) по сравнению с «традиционным», когда от некоторой заготовки «отсекаются лишние» части. Использование трехмерной печати позволяет сократить объёмы отходов производства, сократить затраты на переработку сырья. Особенно это заметно в авиапромышленности. В среднем, отношение приобретённого количества материала для производства детали к количеству материала, которое содержит готовая деталь, составляет 15:1, а в некоторых случаях 20:1. Использование аддитивных технологий позволяет свести этот показатель до 2:1 [2, с. 11]. Объём отходов производства снижается в несколько раз, что позволяет экономить время и ресурсы производственного предприятия.
Объёмная печать позволят существенно сократить затраты предприятия на изготовление прототипов деталей. Время, которое должно пройти от «рисунка» детали до её физического воплощения снижается на несколько порядков (от нескольких месяцев до нескольких дней или часов). При этом материал детали не имеет принципиального значения. Современные технологии позволяют печатать детали из практически любого материала: пластик, резина, полимеры, воск, металл, композиты и т.д. Особо «продвинутые» установки способны печатать различными материалами (хотя на данный момент они лишь начинают появляться на рынке). Такая палитра позволяет не только производить прототипы, но и готовые к установке компоненты.
Исследования компании GE Aviation, занимающейся разработкой авиационных двигателей, показали, что если напечатать – слой за слоем – инжектор из кобальт-хромового порошка, изделие будет легче и долговечнее. Необходимо отметить, что уже сегодня компания GE производит около 10 % своей продукции с использованием технологий 3D печати [3]. Подобные исследования открывают новые возможности для производства деталей аддитивными методами, которые невозможно было создать «традиционным» вытачиванием или литьём (сложной и необычной формы, в сочетании с повышенными механическими характеристиками). Такие узлы могут быть использованы в самых современных отраслях от ядерной энергетики до освоения космоса.
Широкое распространение аддитивных технологий приводит к кастомизации производства, т.е. заказчик всё больше участвует в процессе разработки и изготовления изделия. Такая тенденция приносит выгоду как для потребителя (всегда есть возможность внести необходимые коррективы в конечный продукт, даже на этапе его изготовления), так и для производителя (нет необходимости переделывать заказ несколько раз, что экономит время). Производство единичных или мелкосерийных деталей (для космических аппаратов или ускорителей частиц) теперь отнимает меньше времени и стоит гораздо дешевле.
Так, например, если рассматривать статистику работы компании ACTech, занимающейся литьём металлических деталей для автомобилей с использование технологий 3D печати, то 20 % заказов – единичные детали, 40 % – заказов 2-5 деталей. При этом клиентами данной компании является большинство производителей автомобилей в Европе [4].
Ко всему вышеперечисленному следует добавить и то, что с внедрением технологий объёмной печати значительно упрощается процедура постпродажного обслуживания и поставки комплектующих для изделий. Постепенно исчезает необходимость содержать склады с некоторым количеством запасных частей, достаточно иметь небольшие аутсорсинговые компании, имеющие необходимый набор оборудования 3D печати для производства той или иной детали.
Таким образом, преимущества аддитивных технологий можно выразить в следующем перечне:
– экономия материальных ресурсов
– сокращение затрат, связанных с проектированием изделия
– персонификация заказа
– совершенствование технологии сервисного обслуживания
В заключение необходимо отметить, что технологии аддитивного производства продолжают развиваться стремительными темпами и проникать во всё новые отрасли промышленности. По данным консалтинговой фирмы PwC около 2/3 ведущих промышленных комплексов используют технологии 3D печати в той или иной форме [5]. И количество таких комплексов растёт ежегодно. В России, к сожалению, скорость внедрения 3D технологий не очень высока. Многие эксперты связывают это с недостаточной поддержкой государством процессов разработки и внедрения таких технологий. Однако в нашей стране всё же ведутся перспективные исследования в области материалов для высокоточной печати и соответствующего оборудования для их использования.
Основная задача развития 3D-технологий заключается в выделении ключевых параметров экономической целесообразности внедрения аддитивного производства [6, с. 95]:
– позиции с высокими затратами на рабочую силу (высокая трудоемкость сборки и вторичной обработки);
– номенклатура, требующая сложной механической обработки;
– мелкосерийное производство;
– компоненты, подверженные быстрому устареванию;
– производство с высоким процентом брака.
Список использованной литературы
1. Коэн Д., Сарджент М., Сомерс К. Трехмерная печать // Вестник McKinsey: Теория и практика управления. – 2014. – № 30. – С. 72-79.
2. Зленко М.А., Нагайцев М.В., Довбыш В.М. Аддитивные технологии в машиностроении: пособие для инженеров – М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. – 220 с.
3. Аддитивные технологии: перспективы 3D печати в промышленности [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.up-pro.ru/ – дата обращения: 10.12.2016.
4. Аддитивные технологии в Российской промышленности [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://konstruktor.net/ – дата обращения: 10.12.2016.
5. Make-3D [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://make-3d.ru/ – дата обращения: 9.12.2016.
6. Бражников М.А., Хорина И.В. Управление изменениями: базовый курс: Учебное пособие. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2015. – 238 с. – ISBN 978-5-7964-1827-7.