3D-печать. Споры.

lexpartizan — 05.05.2015
Вчерашняя статья вызвала много споров о разумности применения зд-принтеров. Были высказаны безусловно правильные аргументы:
1. В условиях автаркии надо беречь ресурсы.
2. Много времени.
3. Требуется особое сырьё.
4. Энергозатратно.
5. Массовое производство дешевле.
6. Это игрушка, которой не место в большом производстве. Ничего серьёзного там не создашь.

Хотелось бы выразить своё эникейное мнение и заодно более глубоко познакомить общественность с современными достижениями 3х мерной печати и её преимуществами.
Возьмём хотя бы тот самый пример, который я уже использую в третий раз о печати микрореактора для нефтепереработки. Стоимость такого принтера около 300 тысяч евро. Принтер печатает используя порошковую металлургию.
Порошковая металлургия применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом. Порошковая металлургия развивалась и позволила получить новые материалы — псевдосплавы из несплавляемых литьём компонентов с управляемыми характеристиками: механическими, магнитными, и др. Изделия порошковой металлургии сегодня используются в широком спектре отраслей, от автомобильной и аэрокосмической промышленности до электроинструментов и бытовой техники. Технология продолжает развиваться.

Начнём постепенно опровергать на этом, крайне удобном для меня, примере))

1. Автаркия.
В условиях автаркии у нас не будет доступа ко многим западным технологиям и станкам. Зато у нас в России множество ресурсов и крайняя необходимость в условиях возможного международного эмбарго, блокады и изоляции удовлетворить хорошо ли плохо ли спрос своего народа. С чем не справился СССР. Так что в условиях автаркии часто вопрос не стоит не так "сколько стоит?", а стоит так "надо любой ценой". И это позволяют зд-принтеры. Любой ценой создать любую вещь.
Приведу простой пример: допустим, мы хотим возродить(а точнее, будем вынуждены это сделать), авиапром. Для этого нужно делать те же лопатки турбинных двигателей. Их уже распечатывали из порошка титановой смеси на зд-принтере методом прямого лазерного спекания.

Образец металлической детали турбины, созданной с помощью устройства 3D System ProX 200 методом прямого лазерного спекания.
А теперь скажите, что выгоднее для автаркии, построить завод или технологическую линию(для каждого вида двигателя для разных самолётов) для производства лопаток(насколько я слышал, такой был\есть в Луганске) или просто распечатывать их для всего спектра самолётов, где ОДИН принтер за 250 тыщ евро сможет обеспечивать лопатками весь авиапром? Учтите, что самолёты каждый день сотнями не производятся и принтер явно не будет загружен. Итак, мы видим, что в данном случае при не слишком больших партиях производства принтер куда выгоднее традиционных способов. Тем более для автаркии, у которой, возможно, нету возможностей наладить производство без заграничных станков. Более того, принтер позволяет использовать для изделия ровно то количество дорогого титана, которое ему нужно и ни граммом больше. Что существенно экономит ресурсы. Более того, есть возможность печатать не сплошной заливкой, а ячеистой\пористой структурой, что ещё больше снизит затраты дорого материала. Ни грамма лишних ресурсов!

2. Время.
Да, принтеры, к сожалению, ещё не способны печатать с должной скоростью. Хотя, как я писал вчера, для фотополимерных принтеров произошёл прорыв, который на порядки увеличил скорость печати. К сожалению это касается только фотополимеров, и здесь уже зависит от химиков\материаловедов, удастся ли им создать удачные фотополимеры, вроде ABS-пластика или дерева и других материалов, доступных для печати филаментом. А вот для для принтеров, печатающих порошковыми сталями, ускорения производства как-то в перспективе незаметно.
Тут придётся смириться, используя зд-принтеры для изготовления прессформ для традиционного литья.

3. Требуется особое сырьё.
В сущности это просто пластик приведённый в нужный вид - смолу\порошок\прутки. При массовом производстве ни вижу ничего дорого. Пластик он хоть в гранулах, хоть в порошке, хоть в смоле пластик. Дешёвка из нефти, которую нам девать уже некуда. А порошковая металлургия вообще используется с 3 века до нашей эры)) Но да, порошки металлов дороже в производстве.

4. Энергозатратно.
Теоретически, не имеет значения, сразу расплавить большой объём пластика\металла в литье или наплавлять его по молекулам, энергии потребуется примерно столько же. А теперь практические цифры.

Потребление принтера для пластика примерно 200 ватт в час.
Если взять принтер для фотополимеров, у которого всё гораздо проще, которому не надо плавить пластик или постоянно дёргать минимум 3 мотора, то его потребление врядли превышает 100 ватт. При этом он в может быть в 100 раз быстрее, а значит в 200 раз минимум энергоэффективнее.
Максимальное потребление принтера для металлов из нашего примера до 8,5 киловатта(типичное потребление 3), лазер потребляет 400 ватт. Насколько я понимаю, вся камера нагревается близко к температуре спекания, а лазер просто довершает переход. Деталь печаталась 16 часов (кстати, если бы печатали 10 деталей, это бы тоже заняло 16 часов и, соответственно упала бы цена, время и потреблённая электроэнергия на единицу продукта), то есть потреблено на её произведение примерно 150 киловатт. Киловатт стоит 3 рубля, потрачено на деталь аж 450 рублей. Хотя я не думаю, что потребление постоянно было максимальным. Итого, 450 рублей максимум на деталь стоимостью в 5-7 тыщ долларов, которая обошлась в 500 баксов...

5. Массовое традиционное производство дешевле.
Тут сильно не поспоришь. Но есть одно но. У зд-печати есть некоторые преимущества, которые недоступны для традиционного производства. И они заметно снижают цену.
1. Деталь может быть изготовлена с неполной заливкой и можно сэкономить материал.
2. Механизмы можно печатать целиком. С подшипниками и прочими движущимися деталями.
Вот примеры дешёвого китайского принтера напечатавшего пластиковые подшипники и планетарку целиком, за один раз. Без запчастей.



И механизм, распечатанный металлом.


Это уже позволило фирме Hettich сэкономить на сборке и сделать центрифугу из 3х частей, а не 32х, как было раньше. Все соединения, шарниры, шестерни, рычаги и прочая механика были распечатаны, как одно целое.
3. Как мы рассмотрели выше энергозатраты незначительны, а стоимость материалов может быть снижена.

Лично я рассматриваю зд-принтеры для производства сложных поверхностей. А болты, гайки, ящички и тд, конечно, следует делать по старинке.
Как я и писал раньше, я не вижу погоню за прибылью основным приоритетом развития человеческого общества. Важнее развивать самого человека. И тут принтеры необычайно важны и их распространение я всячески приветствую. Хотя бы в школе ради таких познавательных игрушек

Кроме того, распространение зд-принтеров таки даст каждому человеку хоть и маленькие, но промышленные мощности, что неплохо для страны в случае трудностей. Допустим, народ сможет самостоятельно делать беспилотники при необходимости для государства. Например, на случай войны. К тому же зд-принтеры позволят колонизировать удалённые уголки России(или космоса или, при нужде нести бремя белого человека, в Африке), решая текущие проблемы отдалённых от снабжения районов.
Лично я вижу структуру будущего примерно такой:
Наряду с традиционным штамповочным производством в каждом областном центре находится зд-принтер, способный печатать металлом. Туда могут посылать заказы жители области, он может решать текущие проблемы населения, с которыми не справляется традиционная промышленность. Обычные фотополимерные принтеры средних размеров находятся в школах и в домашнем пользовании. В каждом населённом пункте есть крупный зд-принтер для пластика и госмагазин разных материалов для печати. Это позволит общинам и городу решать текущие проблемы, не задействуя доставку.

6. Это бесполезная игрушка.
Однако Элон Маск так не считает, на его космическом аппарате SuperDraco (кстати, его фирма SpaceX, единственное на данный момент частное космическое агенство, которое таки неоднократно и успешно летает в космос) стоят посадочные двигатели с тягой 8 тонн, полностью распечатанные на принтере.

НАСА пока успешно экспериментирует с форсунками

В конце 2013 года компания General Electric Aviation сделала крупную ставку на 3D печать, планируя произвести с ее помощью более 85 тысяч топливных форсунок для новых реактивных двигателей Leap. Проведя исследования, специалисты пришли к выводу, что 3D принтеры могут создать сопла, как единое целое без составных частей. При этом готовый объект отличается большим запасом прочности и меньшим весом, по сравнению с деталями, изготовленными традиционным способом. Единственное, на что сетуют разработчики — не слишком высокая скорость печати, но это не ограничивает планы концерна. Уже сейчас GE использует более 300 3D принтеров и планирует производить с помощью этого оборудования до 100 000 деталей к 2020 году.

Boeing была одной из первых, кто внедрил технологии 3D печати в собственное производство. В наши дни объем печатаемых изделий достиг примерно 20 000 единиц, каждое из которых используется в десятке моделей военных и коммерческих самолетов. Один из последних лайнеров компании — 787 Dreamliner имеет в своей конструкции 30 деталей, отпечатанных на 3D принтере. В их числе весьма важные компоненты, такие как воздуховоды и различные шарниры, что является инновацией для отрасли. Не так давно, используя 3D принтеры Stratasys, компания даже напечатала целую кабину самолета. Boeing поддерживает производственные программы в Университете Шеффилда и Университете Ноттингема в Великобритании, где проводятся исследования для аэрокосмической отрасли с целью дальнейшего применения технологий 3D печати. От себя: насколько я знаю, Боинг собирается оцифровать все детали снятых с производства самолётов и в случае необходимости ремонта, печатать их. Это позволит освободить склады. Разумное решение.

Всемирно известный автоконцерн Ford использует технологию трехмерной печати практически с момента ее появления в 1980-х годах и недавно напечатал свою ​​500 000-ю деталь с помощью 3D-принтера. Этой деталью стала крышка двигателя для нового Ford Mustang. По данным Ford, если использовать традиционные методы, на ее производство потребуется четыре месяца и $500 000, но 3D печать позволяет сократить расходы до $3000, а сам процесс занимает всего четыре дня.

Зимой 2014 Nike презентовала пару спортивных кроссовок Vapor Laser Talon, выпущенных специально для чемпионата Национальной футбольной лиги. Обувь имеет отпечатанную на 3D принтере подошву и шипы, выполненных по технологии SLS и общий вес которых не превышает 160 граммов. Этот способ позволил производителю сократить время создания обуви и обеспечил ряд очевидных преимуществ для спортсменов.

В заключение рекомендую почитать эту статью о концепциях промышленности будущего.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• По теме
• Архив