Пандемия ускоряет переход к трехмерной печати

За несколько недель пандемия COVID-19 перевернула жизнь во всем мире, и ее последствия становятся все более серьезными с каждым днем. Скорость и масштабы разрушения не имеют себе равных в современной истории, поскольку целые экономики останавливаются в попытках сдержать распространение вируса. Общества были вынуждены быстро адаптироваться к потрясениям, во многих случаях обращаясь к технологиям, которые долгое время считались собственными разрушительными возможностями.

В цепочке поставок аддитивное производство, также известное как трехмерная печать, наконец-то находит свое применение.

Во всех отраслях цепочки поставок сильно пострадали из-за закрытия заводов или ограничения производства. Однако ни один из них не пострадал больше, чем цепочка поставок медицинского оборудования, поскольку резко растет спрос на защитное снаряжение, такое как маски и перчатки, а также на жизненно важное оборудование, такое как вентиляторы. Больницы, скорее всего, скоро будут переполнены, их вместимость и запасы будут исчерпаны. Перед лицом этой беспрецедентной проблемы аддитивное производство восполнило этот пробел.

Когда поставщики не смогли удовлетворить растущий спрос на спасательные вентиляционные клапаны, больница в Брешии, одном из наиболее пострадавших регионов Северной Италии, обратилась к аддитивному производству. В тесном сотрудничестве с местными фирмами Issinova, Lonati SpA и The FabLab больница смогла реконструировать конструкцию вентиляционного клапана. В течение шести часов компания занималась трехмерной печатью новых клапанов прямо на месте и спасала жизни.

С тех пор в течение нескольких недель 3-D принтеры по всему миру работали, чтобы обеспечить снабжение больниц. Такие провайдеры, как Formlabs и MatterHackers, создали онлайн-центры для связи больниц с клиентами, желающими поделиться своими 3-D принтерами. Компании от SmileDirectClub до Volkswagen предложили свои возможности аддитивного производства для поставки критически важного защитного оборудования и деталей вентиляторов. Тем временем растущее онлайн-сообщество производителей делится проектами САПР и идеями для реагирования на пандемию.

Одна из этих инициатив, которую я лично поддерживаю, - это MasksOn, цель которой - предоставить 50 000 многоразовых и дезинфицируемых масок для лица для врачей, работающих в условиях повышенного риска. Инициатива заключается в преобразовании полнолицевых масок для снорклинга в маски для лица многоразового использования с использованием трехмерной печати для массового производства медицинских адаптеров дыхательных фильтров. (Полный список ресурсов сообщества 3D-печати и проектов, посвященных пандемии COVID-19, можно найти здесь.)

Реакция сообщества производителей аддитивов на этот кризис была вдохновляющей. Однако пандемия выявила основную уязвимость глобализированных цепочек поставок. Организации были вынуждены пересмотреть свою зависимость от удаленных или зарубежных поставщиков.

Хотя трехмерная печать еще не доступна в таком масштабе, чтобы поддерживать локализованное производство для всего, первые результаты ответных мер на пандемию указывают на многообещающее будущее. Может ли пандемия стать катализатором повсеместного перехода к аддитивному производству в цепочке поставок?

Вот что ждет нас в будущем:

По запросу, на месте и точно в срок

Сбои в цепочке поставок не ограничиваются пандемиями. Стихийные бедствия, торговая политика и забастовки рабочих могут прервать поток поставок, задерживая выполнение критически важных операций. Аддитивное производство может заполнить этот пробел путем печати деталей по запросу и, как показывает больница Брешиана, на месте. В свою очередь, сбои в работе можно сократить или устранить, отказавшись от производства и доставки за границу.

Представьте себе разрыв трубопровода на глубоководной нефтяной вышке. Ожидание замены детали может занять несколько дней, что приведет к остановке работы буровой установки и приостановке выручки. С помощью трехмерного принтера инженеры на буровой могли быстро спроектировать и напечатать патч-зажим и вернуться к перекачиванию, пока они ждут, пока поставщик отправит замену на долгий срок.

В Брешии производители, которые перепроектировали вентиляционные клапаны для аддитивного производства, теперь сталкиваются с потенциальным иском от первоначального поставщика вентиляционных клапанов больницы за нарушение патентных прав. Чтобы смягчить споры об интеллектуальной собственности в будущем, производители могут лицензировать свои разработки для своих клиентов, чтобы они могли печатать запасные части на месте, чтобы заполнить непредвиденные пробелы в поставках. Это, в свою очередь, приведет к экономии для производителя, поскольку он «перекладывает» свои производственные затраты на клиента.

Непрофессиональный дизайн

Как показано на трехмерной печати клапанов вентилятора в Брешии, инженеры, практически не имеющие опыта проектирования конкретной детали, могут быстро спроектировать функциональную конструкцию и создать ее с помощью аддитивного производства. В отличие от других технологий изготовления, гибкость аддитивного производства означает, что инженерам и дизайнерам не нужны годы опыта, чтобы адаптировать свои конструкции к ограничениям технологичности.

Расширение прав и возможностей неопытных дизайнеров в Additive будет продолжено генеративным дизайном, также известным как дизайн с использованием искусственного интеллекта. Современное программное обеспечение может автоматически оптимизироваться для различных производственных технологий, сокращая время между проектированием и производством. Оптимизация конструкций для аддитивного производства будет особенно полезна не только с точки зрения цепочки поставок, но и потому, что она может открыть более совершенные конструкции.

Генеративный ИИ выполняет тысячи симуляций, чтобы найти лучшие и наиболее эффективные конструкции, отвечающие всем целям и ограничениям проектировщика, оптимизируя такие параметры, как вес, прочность, тепловые свойства и гидродинамика. В большинстве случаев результаты включают сложную органическую геометрию, в отличие от жестких прямых линий и многогранников, к которым тяготеют дизайнеры-люди. Как оказалось, эти органические неправильные формы наиболее эффективно можно создать с помощью аддитивного производства.

Объединение частей

Еще одно преимущество генеративного дизайна - это возможность объединять конструкции сборок, состоящих из нескольких компонентов, которые затем могут быть напечатаны с помощью аддитивного производства. Вместо того, чтобы иметь распределенную цепочку поставок деталей и сборку на месте, всю сборку можно было бы распечатать на месте.

Объединение деталей может дать производителям значительную экономию. В отличие от субтрактивного производства, в аддитивном производстве используются только материалы, необходимые для проектирования, что сокращает отходы и затраты на материалы. Стоимость доставки деталей также исключается, а затраты на сборку снижаются, так как требуется меньше деталей.

Объединение сложных сборок может быть особенно ценным для некоторого критически важного жизненно важного оборудования, которого не хватит во время пандемии. Инженеры уже работают над новыми конструкциями, чтобы удовлетворить растущий спрос. CoVent-19 Challenge - это краудсорсинговые усилия по разработке инновационных, быстро развертываемых аппаратов ИВЛ, чтобы повысить способность больниц справляться с потоком пациентов, которые изо всех сил пытаются дышать.

Джесси Курс-Бланкеншип - старший вице-президент по передовым разработкам PTC .