Как COVID-19 ускоряет принятие 3D-печати по отраслям

За несколько недель пандемия COVID-19 перевернула жизнь по всему миру, и ее влияние становится более серьезным с каждым проходящим днем. Быстрота и всепроникающая природа сбоя беспрецедентны в современной истории, поскольку целые экономики замирают в усилиях сдержать распространение вируса. Общества были вынуждены быстро адаптироваться к сбою, во многих случаях обращаясь к технологиям, которые давно хвалились за их собственный деструктивный потенциал.

В цепочке поставок аддитивное производство, также известное как 3D-печать, наконец имеет свой момент.

По отраслям цепочки поставок были жестоко ударены, как заводы закрывались или ограничивали производство. Однако ни одна не была напряженнее, чем медицинская цепочка поставок, так как спрос взлетает на защитное оборудование вроде масок и перчаток, а также на критически важное спасательное оборудование, такое как вентиляторы. Больницы, вероятно, скоро будут переполнены, с мощностью и припасами, толкнутыми к их пределам. В лице этого беспрецедентного вызова аддитивное производство вступило, чтобы заполнить пробел.

Когда поставщики не могли встретить взлетающий спрос на спасательные клапаны вентиляторов, больница в Бреши, одном из самых пострадавших регионов Северной Италии, обратилась к аддитивному производству. Работая тесно с местными фирмами Issinova, Lonati SpA и The FabLab, больница смогла обратно спроектировать дизайн клапана вентилятора. В течение шести часов она 3D-печатала новые клапаны на месте и спасала жизни.

В недели с тех пор 3D-принтеры по всему миру гудили, чтобы держать больницы снабженными. Провайдеры вроде Formlabs и MatterHackers настроили онлайн-хабы для соединения больниц с клиентами, готовыми делиться своими 3D-принтерами. Компании от SmileDirectClub до Volkswagen предложили свои возможности аддитивного производства для снабжения критическим защитным оборудованием и частями вентиляторов. Тем временем растущее онлайн-сообщество мейкеров делится CAD-дизайнами и идеями для ответа на пандемию.

Одной из этих инициатив, которую я лично поддерживаю, является MasksOn, которая стремится предоставить 50 000 многоразовых и санитизируемых лицевых масок для клиницистов в высокорисковых настройках. Инициатива конвертирует полно-лицевые маски для сноркелинга в многоразовые лицевые щиты, используя 3D-печать для массового производства медицинских адаптеров дыхания фильтров. (Полный список ресурсов сообщества 3D-печати и проектов, посвященных пандемии COVID-19, можно найти здесь.)

Ответ аддитивного производственного сообщества в этом кризисе был вдохновляющим. То, что пандемия раскрыла, однако, это базовая уязвимость глобализированных цепочек поставок. Организации были вынуждены переосмыслить свою зависимость от далеких или зарубежных поставщиков.

Хотя 3D-печать еще не доступна в масштабе для поддержки локализованного производства для всего, ранние результаты пандемийного ответа указывают на многообещающее будущее. Может ли пандемия стать катализатором для широкого смещения к аддитивному производству в цепочке поставок?

Вот что будущее может держать:

По требованию, на месте и точно в срок

Сбои цепочки поставок не ограничиваются пандемиями. Природные бедствия, торговые политики и забастовки рабочих могут все прервать поток поставок, задерживая критические операции. Аддитивное производство может заполнить пробел, печатая детали по требованию и, как показывает брешианская больница, на месте. В свою очередь операционные сбои могут быть сокращены или устранены путем обхода зарубежного производства и доставки.

Рассмотрите трубу, лопающуюся на глубоководной нефтяной вышке. Ожидание заменяющей детали может занять дни, простоивая операции на вышке и ставя выручку на паузу. С 3D-принтером инженеры на вышке могли бы быстро спроектировать и напечатать патч-зажим и вернуться к качке, пока они ждут поставщика доставить долгосрочную замену.

В Бреши мейкеры, обратно спроектировавшие клапаны вентиляторов для аддитивного производства, теперь сталкиваются с потенциальным судебным иском от оригинального поставщика клапанов вентиляторов больницы за нарушение патента. Для смягчения интеллектуальных имущественных споров в будущем производители могли бы лицензировать свои дизайны своим клиентам, так чтобы они могли печатать заменяющие детали локально для заполнения непредвиденных пробелов в поставках. Это в свою очередь привело бы к экономии для производителя, так как они «аутсорсят» свои производственные затраты клиенту.

Дизайн неэкспертов

Как 3D-напечатанные клапаны вентиляторов в Бреши иллюстрировали, возможно для инженеров с малым или нулевым опытом проектирования определенной детали быстро спроектировать функциональный дизайн и создать его с аддитивным производством. В отличие от других техник fabricación, гибкость аддитивного производства означает, что инженеры и дизайнеры не нуждаются в годах опыта адаптации своих дизайнов для ограничений производительности.

Разрушение неэкспертов будет доведено дальше генеративным дизайном, также известным как ИИ-ассистированный дизайн. Сегодняшнее ПО может автоматически оптимизировать для разных техник производства, сокращая время между дизайном и производством. Оптимизация дизайнов для аддитивного производства будет особенно ценна не только для последствий цепочки поставок, но и потому, что она может разблокировать лучшие дизайны.

Генеративный ИИ запускает тысячи симуляций для нахождения лучших и самых эффективных дизайнов, удовлетворяющих все цели и ограничения дизайнера, оптимизируя для вещей вроде веса, прочности, тепловых свойств и динамики жидкостей. В большинстве случаев результаты вовлекают сложные органические геометрии, в отличие от жестких прямых линий и полиэдров, к которым человеческие дизайнеры гравитируют. Как выясняется, эти органические, неправильные формы могут быть наиболее эффективно созданы аддитивным производством.

Консолидация деталей

Другое преимущество генеративного дизайна — способность консолидировать дизайны сборок, состоящих из множественных компонентов, которые затем могут быть напечатаны с аддитивным производством. Вместо распределенной цепочки поставок для деталей и сборки внутри, вся сборка может быть напечатана на месте.

Консолидация деталей может драйвить значительную экономию для производителей. В контрасте к вычитающему производству, аддитивное производство использует только материал, необходимый для дизайна, сокращая отходы и материальные затраты. Стоимость доставки деталей также устраняется, и сборочные затраты сокращаются, так как меньше деталей для сборки.

Консолидация сложных сборок может быть особенно ценной для некоторого критически важного спасательного оборудования, которое будет в дефиците во время пандемии. Уже есть инженеры, работающие над новыми дизайнами для встречи взлетающего спроса. Вызов CoVent-19 краудсорсит усилия для разработки инновационных, быстро развертываемых вентиляторов для увеличения способности больниц управлять наводнением пациентов, борьбащих дышать.

Джесси Кус-Бланкеншип — старший вице-президент передовых разработок в PTC.