Аддитивное производство: от истоков к инновациям завтрашнего дня

За исключением, пожалуй, огня, никакая технология не готова внести осмысленный вклад в производство, пока ей не дано время на рост и развитие. Компьютеры — яркий пример. Современный уровень технологической изощренности невозможен без них, а подростки делают селфи на портативных устройствах, вычислительная мощность которых превышает ту, что использовалась для посадки на Луну. Неудивительно, что 3D-печать (аддитивное производство, или просто AM) еще не выполнила всех возложенных на нее надежд.

Продолжая аналогию с компьютерами: первая машина, хоть как-то претендовавшая на название компьютера, была построена в середине 1800-х Чарльзом Бэббиджем. Цель его «Разностной машины» — быстрее и надежнее производить математические таблицы. Прошло почти столетие, прежде чем нечто, похожее на современные компьютеры, вошло в рабочие места, а домашний ПК появился только в 1977 году. Напротив, 3D-печать существует только с 1986 года, когда Чак Холл из 3D Systems придумал процесс, использующий УФ-свет для затвердевания настольных покрытий.

Взрывной рост аддитивных технологий в производстве

Технология развивалась 30 лет, но настоящий взрыв интереса пришелся на 2012 год с появлением домашних 3D-принтеров. До этого 3D-печать была в основном в лабораториях и подсобках для быстрого прототипирования. Компании вроде MakerBot уловили дух времени nascent maker movement, продвигая домашние 3D-принтеры как идеальный инструмент мастерской. Хотя идея демократизации технологии привлекала многих, большинство домашних 3D-принтеров аналогичны перфораторам для лент: медленные и трудоемкие.

Потребительский интерес к домашним 3D-системам то нарастал, то спадал, но промышленные применения двигались вперед. Одним из самых энтузиастских ранних внедрителей AM стала GE. В отличие от хоббистов, GE быстро поняла: для быстрого ROI нужны эксперты по 3D-печати.

Это понимание привело GE к покупке компании Morris Technologies в 2012 году. Приобретение добавило экспертизу AM в GE Aviation, где она быстро применилась к разработке метода 3D-печати топливных форсунок для реактивного двигателя LEAP. После доказательств концепции GE выбрала процесс лазерного спекания и открыла два основных принципа 3D-печати.

Гибкость и экономия

Первый принцип: 3D-печать — возможно, самый гибкий производственный процесс когда-либо изобретенный. Вместо проектирования детали с оглядкой на удобство изготовления, 3D-детали рождаются в цифровой среде, где главное — функциональность. Можно, и это становится рутиной, создавать детали с невероятно сложными внутренними геометриями, невозможными (или исключительно дорогими) традиционными методами. Форсунка GE имеет надстройки и внутреннюю архитектуру, изготавливаемую за одну сборку, а не из множества деталей, требующих монтажа.

Второй принцип: 3D-печать экономит деньги. В случае форсунки GE экономия двойная. Поскольку деталь изготавливается за одну сборку, AM экономит время. Хотя сам процесс может считаться медленным, сложную деталь можно произвести менее чем за 24 часа — это молниеносно по сравнению со старым методом: изготовление серии мелких деталей и их сборка. Экономия времени начинается с исключения сборки, продолжается сокращением механической обработки и сокращением или полным устранением цепочки поставок.

Кроме того, форсунки, изготовленные 3D-печатью, дают существенную экономию материала. Традиционные вычитающие методы теряют до 90% материала. Это особенно больно в авиации, где используют титан и другие дорогие материалы. 3D-печать снижает ожидаемые отходы до менее 10%.

Будущее

В эпоху инвесторской неуверенности, отбрасывающей тень на 3D-печать в глазах публики, GE удвоила ставки. После входа в AM в 2012 году GE вложила еще миллионы в НИОКР, включая строительство завода высокого объема AM площадью 300 000 кв. фут в Оберне и Центра передовых аддитивных технологий под Питтсбургом. Каждый год системы становятся быстрее, больше или с лучшим разрешением. По мере развития технологии GE уже позиционирована, чтобы использовать каждое улучшение. Вопрос времени, когда другие компании последуют примеру.

Дополнительные информационные ресурсы:

• 3D-печать и малый бизнес
• Примеры для бизнеса
• Компании, использующие аддитивные технологии
• Промышленные примеры

Особая благодарность:
Джону Ньюману, фрилансеру в производственной отрасли.