Uznawany przez niektórych obserwatorów za "rewolucję przemysłową w erze cyfrowej", od jakiegoś czasu nowa produkcja zmienia oblicze przemysłu wytwórczego. Wiele osób uważa, że ​​technologia druku 3D upraszcza projektowanie i produkcję, czyniąc ją bardziej dostępną i mniej zależną od efektu skali. Tradycyjne metody produkcji często wiążą się z wygórowanymi kosztami narzędzi, co oznacza, że ​​mniejsze firmy i osoby prywatne często są wyceniane poza rynkiem, jeśli chodzi o rozwój produktów. Druk 3D został okrzyknięty jako narzędzie do zmiany gry i umożliwił firmom dokonywanie postępów w produkcji, które wcześniej były nie do pomyślenia.

Tutaj w Freshome jesteśmy zaintrygowani procesem druku 3D i chcieliśmy dowiedzieć się więcej o tej przełomowej technologii, która rewolucjonizuje przemysł wytwórczy. Na szczęście ekspert w tej dziedzinie był pod ręką, aby odpowiedzieć na niektóre z naszych pytań. Dr Phil Reeves jest dyrektorem zarządzającym i głównym konsultantem w Econolyst Ltd, brytyjskiej firmie zajmującej się produkcją dodatków (AM) i drukarnią 3D oraz firmą badawczą współpracującą z szeroką gamą klientów w Europie, Ameryce Północnej, na Bliskim Wschodzie, Dalekim Wschodzie i Afryka. Dr Reeves doradza producentom dodatków do systemów produkcyjnych w zakresie przyszłej strategii biznesowej i technologicznej oraz użytkownikom technologii w zakresie korzyści biznesowych płynących z przyjmowania AM.

Czym dokładnie jest drukowanie 3D?

Drukowanie 3D to termin używany do opisania szeregu nowych technologii, które wytwarzają namacalny produkt z 3-wymiarowych danych komputerowych. Technologia jest często określana w branży jako "Additive Manufacturing", ponieważ podejście polega na łączeniu dwuwymiarowych warstw materiału, warstwa po warstwie, aż do zakończenia części 3D.

Druk 3D już istnieje od ponad 20 lat, jakie postępy osiągnięto w tym czasie?

Wczesne maszyny drukarskie 3D były używane wyłącznie do produkcji modeli Rapid Prototyping (RP) używanych podczas opracowywania produktu. Te wczesne modele RP miały bardzo ograniczoną wytrzymałość i często ulegały deformacji lub degradacji w ciągu tygodni lub nawet dni od wyprodukowania. Ale biorąc pod uwagę, że były one używane tylko do oceny kształtu lub formy produktu, było to do przyjęcia w tym czasie.

Wraz z rozwojem technologii zwiększyła się oferta dostępnych nam materiałów, a wraz z nią nastąpiła poprawa właściwości mechanicznych i długowieczności. Możemy teraz wytwarzać części z metali takich jak tytan lub złoto, polimery takie jak ABS, nylon i poliwęglan lub ceramika, np. Aluminium lub cyrkon.

Jednocześnie technologie stały się większe i szybsze, dzięki czemu są bardziej produktywne i bardziej ekonomiczne pod względem wielkości produkcji. Jest to połączenie zwiększonej produktywności ze zwiększoną przydatnością materiałów, które napędza tę technologię w aplikacjach produkcji prądu głównego w obszarach takich jak implanty ortopedyczne, czapki i korony dentystyczne, aparaty słuchowe, etui na telefony komórkowe, protezowe nakładki na kończyny i produkty do wnętrz.

W jaki sposób wykorzystuje się technologię druku 3D w przemyśle wnętrz?

Co ciekawe, wnętrza domowe były jedną z pierwszych aplikacji, w których drukowanie 3D było naprawdę wykorzystywane do wytwarzania produktów, a nie tylko prototypów. Około przełomu tysiącleci młodzi twórcy, którzy na Uniwersytecie mieli styczność z technologiami RP, zaczęli zakładać firmy zajmujące się sprzedażą trójwymiarowych produktów do wnętrz, od opraw lamp i mis do owoców po meble i dzieła sztuki.

Prawdopodobnie najbardziej wpływowy był Janne Kyttanen w wolności tworzenia. Janne rozumiał moc drukowania 3D pod kątem ułatwienia biznesowego. Był w stanie ustanowić firmę sprzedającą złożone geometrycznie produkty, które wcześniej były nie do pomyślenia, bez potrzeby inwestowania kapitału w narzędzia. Za pośrednictwem Internetu był w stanie sprzedawać produkty niemal przed ich wyprodukowaniem, otrzymując małe partie produkowane na żądanie przez firmy trzecie, które zainwestowały w technologię druku 3D, aby obsługiwać przemysł RP.

Inne firmy, takie jak Materialise MGX, wkrótce zaczęły agregować trójwymiarowe wydrukowane produkty wnętrz od wielu projektantów i wprowadzać je na rynek za pośrednictwem tradycyjnych sprzedawców wnętrz. Inni projektanci drukarek 3D, tacy jak Lionel Dean w Future Factories, nawiązali współpracę z istniejącymi producentami wnętrz, takimi jak oświetlenie Kundalini we Włoszech, wykorzystując swoje kanały do ​​wprowadzania produktów drukowanych 3D na rynek.

I jak to jest wykorzystywane przez architektów?

W tej chwili druk 3D nadal jest narzędziem szybkiego prototypowania dla architektów. Ponieważ coraz więcej architektów przeszło z oprogramowania CAD 2D na oprogramowanie 3D CAD, udało im się wykorzystać połączenie między 3D CAD i drukowaniem 3D. Architekci obecnie regularnie produkują bardzo szczegółowe modele budynków, wnętrz, planów terenu 3D, a nawet całe plany nadbudowy, możliwe dzięki powiązaniu druku 3D ze skanowaniem topologicznym i danymi satelitarnymi. Możliwe jest nawet wyodrębnienie danych z określonego obszaru geograficznego z programu Google Earth i wydruk 3D w celu ułatwienia planowania.

Obecnie widzimy firmy opracowujące technologię 3D specjalnie dla branży budowlanej, takie jak D-Shape.D-shape opracował system druku 3D na dużą skalę, który wykorzystuje odzyskany marmurowy proszek lub piasek, który jest konsolidowany przez wtryskiwanie spoiwa do materiału. D-Shape produkuje obecnie stosunkowo duże (około 5 m wysokości) produkty architektoniczne, takie jak altanki, kioski, ławki parkowe i meble. Inne grupy badawcze szukają możliwości dalszego skalowania druku 3D do produkcji całych budynków, ale myślę, że to może być jakieś dziesięć czy kilkanaście lat od rzeczywistości, jeśli w ogóle.

W jakim stopniu trendy rynkowe i oczekiwania konsumentów napędzają drukowanie 3D?

W tej chwili na pewno istnieje duże zainteresowanie i szum wokół 3DP. Z jednej strony to dobrze. Z drugiej jednak strony musimy uważać, aby nie sprzedać możliwości tej technologii. Technologia bardzo dobrze reaguje na niektóre trendy rynkowe, takie jak rynek bardziej stylowych i indywidualnych okładek telefonów komórkowych. Technologia ta również zareagowała na rozwój gier komputerowych on-line i sieci społecznościowych, umożliwiając realizację postaci gier online i awatarów w namacalne, a jednocześnie spersonalizowane produkty.

Jednak wciąż istnieją ograniczenia pod względem ekonomicznych i materiałowych możliwości procesowych. Oczekuje się, że pewnego dnia druk 3D będzie mógł drukować prawie wszystko, nawet w domu, z garnków i patelni, po zepsute części pralek, pryszniców lub pilota telewizora. W rzeczywistości jesteśmy latami od takich systemów. Ale mamy już stosunkowo podstawowe systemy ukierunkowane na rynek konsumencki, które są odpowiednie do produkcji podstawowych zabawek, gier i ciekawostek.

Jaki wpływ ma druk 3D na projektowanie i procesy produkcyjne?

Jednym z najważniejszych aspektów drukowania 3D jest umiejętność wytwarzania złożonych geometrii przy niewielkim koszcie kosztów. W rzeczywistości drukowanie 3D jest często wykorzystywane do wytwarzania produktów, których nie można wyprodukować przy użyciu tradycyjnych procesów, takich jak formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych. Projektanci wykorzystują tę elastyczność geometryczną, umożliwiając coraz większe zróżnicowanie produktów. W końcu żaden produkt 3DP nie musi być taki sam.

Ta pojedyncza produkcja wsadowa jest także istotnym motorem dla społeczności produkcyjnej. W przeszłości ekonomika produkcji zawsze opierała się na wytwarzaniu wystarczających składników do pokrycia kosztów środków trwałych, takich jak narzędzia do formowania. Ale gdy pozbędziesz się narzędzi do formowania, model ekonomiczny radykalnie się zmieni.

Proces drukowania 3D przynosi realne korzyści w odniesieniu do łańcucha dostaw. Czy możesz wyjaśnić te korzyści?

Drukowanie 3D to nie tylko destrukcyjna technologia wykorzystywana do zastępowania formowania, odlewania lub obróbki skrawaniem. Jest to technologia umożliwiająca firmom odmienne myślenie o łańcuchach dostaw, a co ważniejsze, łańcuch wartości i interakcja z klientami w ramach ich działalności. W całym łańcuchu wartości istnieje naprawdę sześć głównych korzyści wynikających z wdrożenia drukowania 3D.

• Produkcja cyfrowa i beznarzędziowa - umożliwia zwiększenie poziomu zróżnicowania produktów i mniejszej produkcji partii ekonomicznej w celu wspierania określonych trendów geograficznych, demograficznych lub społecznych
• Wykorzystanie swobód projektowych - umożliwienie produkcji produktów o rosnących poziomach złożoności geometrycznej, przy niewielkim koszcie kosztów
• Umożliwienie personalizacji produktu - łączenie produkcji małoseryjnej w rozmiarach partii o złożonej geometrii w celu realizacji zindywidualizowanych produktów
• Oferowanie nowych doświadczeń w sprzedaży detalicznej - angażowanie konsumenta w proces projektowania produktu poprzez dostęp online lub w sklepie do intuicyjnych narzędzi programowych lub skanowania 3D
• Zajęcie się rynkami wschodzącymi - powiązanie personalizacji produktu z dostępnością detaliczną dla starzejącej się i zmieniającej się populacji
• Ekologizacja łańcucha dostaw - ograniczenie zapasów, złagodzenie odpadów opakowaniowych, ograniczenie logistyki i zmniejszenie emisji CO2

W efekcie druk 3D może całkowicie zmienić orientację łańcucha dostaw, ponieważ stawia konsumenta zarówno na tylnym, jak i na przednim końcu łańcucha. Konsumenci mogą zaangażować się w początkowy projekt produktu lub mogą zamówić na żądanie produkty wytwarzane po wymianie płatności. Drukowanie 3D może zapewnić zarówno elastyczny, elastyczny łańcuch dostaw, jak i ten, który jest chudy - nazywamy to legalnym wytwarzaniem.

Jakie są istotne ograniczenia drukowania 3D i jakie postępy poczyniono w celu przezwyciężenia tych ograniczeń?

Jak już powiedzieliśmy, nadal mamy istotne ograniczenia. Niektóre są fizyczne, inne ekonomiczne, inne estetyczne, a inne środowiskowe. Procesy drukowania 3D wciąż mają trudności z uzyskaniem właściwości mechanicznych formowanych tworzyw sztucznych lub części metalowych obrabianych z materiału stałego. Ale w laboratoriach i na uniwersytetach na całym świecie dużo się dzieje, aby poszerzyć zakres materiałów i ulepszyć to, co już mamy.

Widzimy także, że coraz więcej firm wchodzi do łańcucha dostaw materiałów, co obniża koszty surowców, co oczywiście wpływa na ekonomikę końcowych produkowanych części. Dostrzegamy także lepszą definicję koloru i przezroczystość, poprawiając estetykę części, a także bardziej zrównoważone materiały, takie jak zielone polimery, takie jak Nylon 11 i PLA pochodzące z roślin, a nie z oleju. Wciąż mamy przed sobą długą drogę, ale poruszamy się szybko i zmierzamy we właściwym kierunku.

Jakie są główne przeszkody, aby druk 3D stał się technologią głównego nurtu?

Jak już powiedzieliśmy, materiały są problemem, ale można to w pewnym stopniu ograniczyć poprzez projektowanie produktu.Problemem jest także ekonomia, ponieważ produkcyjne maszyny i materiały do ​​drukowania 3D są względnie drogie i stosunkowo powolne, co sprawia, że ​​produkowane przez nie części wydają się bardziej kosztowne niż te wytwarzane technikami produkcji masowej. Jednak wraz ze spadkiem cen materiałów i wzrostem wydajności, ekonomika druku 3D staje się bardziej akceptowalna.

Drugim głównym ograniczeniem jest wiedza. Wiele firm po prostu nie wie, jak korzystać z drukowania 3D lub gdzie umieścić go w swoim łańcuchu wartości. Obecny łańcuch dostaw produkcji jest wrażliwy, a projektanci nie rozumieją w pełni, jak wykorzystać zalety geometryczne i ich funkcje marketingowe, aby zrozumieć, jak zintegrować drukowanie 3D z łańcuchem wartości klienta. Sądzę, że właśnie tam przychodzimy jako konsultant pomagający firmom zrozumieć te problemy, ocenić technologie, rozwinąć biznes i wdrożyć w strumień wartości.

Wraz z pojawieniem się niedrogich przenośnych drukarek 3D na pulpit pojawiły się głosy, że wkrótce będziemy je mieć w naszych domach. Jak prawdopodobny jest ten scenariusz?

Mam dwie maszyny do druku 3D w moim domu, a moje dzieci je uwielbiają. Ale z drugiej strony, przedsiębiorca pogrzebowy prawdopodobnie ma w garażu dziwną trumnę. Poważnie, zainteresowanie drukiem 3D w domu było fenomenalne w ostatnich latach, podobnie jak wzrost firm produkujących maszyny do obsługi rynku. Ostatnim razem policzyliśmy, że znaleźliśmy ponad 40 firm z całego świata produkujących low-endowe, domowe i konsumenckie drukarki. Większość opiera się na tej samej konstrukcji typu open source wytłaczania stopionego polimeru przez dyszę, ale niektóre z nich stosują inne podejścia. W ubiegłym roku sprzedano około 15 000 domowych drukarek. Spodziewamy się, że liczba ta zbliży się do 60 000 w tym roku (może więcej). Więc nie każdy dom - jeszcze.

Obecnie większość maszyn domowych jest używana przez osoby zainteresowane tą technologią lub zainteresowane projektowaniem produktu. Obserwujemy, że coraz więcej osób kupuje, aby wspierać swoje hobby, czy to zdalnie sterowane części samolotów, czy nawet tworzenie dostosowanych przynęt. Są świetne z punktu widzenia edukacji - weź drukarkę 3D, trochę koszeniliowego barwnika spożywczego, ocet i wodorowęglan sodu i masz najlepszy "zwycięski w klasie" projekt pracy domowej wulkanu w historii.

Jaką radę dałbyś przedsiębiorcom, którzy chcą zbadać druk 3D jako potencjalną inwestycję biznesową?

Musisz znać swój rynek, znać swoich klientów i znać swoje umiejętności. Istnieje wiele możliwości w całym łańcuchu dostaw od projektowania produktów drukowanych 3D, handlu detalicznego w Internecie lub na ulicy, opracowywania interfejsów oprogramowania, aby umożliwić innym angażowanie się w proces projektowania, formułowanie nowych materiałów lub dla osób z głębszymi kieszeniami, ustalanie zdolności produkcyjnej . Dla firm kluczowe jest zrozumienie doświadczenia klienta i jego wartości. Dla niektórych firm drukowanie 3D jest cichym czynnikiem ułatwiającym życie firmom. Dla innych druk 3D to "hak", powód, dla którego produkt istnieje, wyróżnik. Gdy firmy zrozumieją, jak druk 3D może dodawać wartości, muszą zrozumieć, jak go używać i kiedy go używać, ale to już inna historia.

Freshome pragnie podziękować dr Philowi ​​Reevesowi za jego ekspercki wgląd w świat druku 3D. Wszystkie zdjęcia przedstawione w tym artykule dzięki uprzejmości Freedom of Creation