Менять рынок, а не нести убытки: как 3D‑печать дополняет традиционное производство

От прототипирования к производству | Качество | Скорость | Эффективность | Креативность | Эволюция аддитивного производства

Мы живем в эпоху стремительного прогресса технологий и бизнес-процессов, однако надо признать, что производителей по-прежнему ограничивает вечная троица: качество, скорость и стоимость. Найти баланс между ними – достаточно непростая задача, но хорошая новость в том, что аддитивная индустрия выходит на новые уровни. Как именно 3D-печать может дополнить традиционное производство и поменять бизнес-модели в разных отраслях?

Согласно проведенному международной компанией Jabil исследованию тенденций рынка 3D-печати в 2021 году, аддитивное производство уже сейчас помогает производителям находить новые уникальные подходы, позволяющие лучше отвечать требованиям рынка. В последние годы представители регулируемых отраслей со строгими стандартами безопасности и качества, в том числе здравоохранения, авиакосмического сектора, оборонной промышленности и автомобилестроения с энтузиазмом продвигают стратегические преимущества аддитивного производства.

Цифровизация поможет производителям из разных отраслей менять рынок, а не терять конкурентоспособность на нем. К переходу на цифровые технологии подталкивают и показатели ценности, и стремительное распространение цифрового производства. Благодаря 3D-печати компании лучше реагируют на меняющиеся условия, выполняют совместные проекты и проводят модернизацию.

В статье рассмотрены четыре ключевых фактора, лежащих в основе взаимодействия аддитивного и традиционного производства:

1. качество,

2. скорость,

3. эффективность,

4. креативность.

От прототипирования к производству

3D-печать принято ассоциировать с генерированием идей, проектированием и прототипированием, однако ей уже давно тесно в этих рамках. Сегодня с помощью аддитивных технологий создают технологическую оснастку, тестируют изделия перед запуском в массовое производство и изготавливают небольшие серии деталей. Согласно проведенному Jabil в 2021 году исследованию тенденций рынка 3D-печати с участием более 300 лиц, принимающих решения, 62% компаний используют 3D-печать для серийного выпуска. Для сравнения: в 2017 году об этом говорили только 27%.

Из этого можно сделать вывод, что распределенные производственные сети – реалия сегодняшнего дня. Глобальные сети активов аддитивного производства (такие, как Jabil Additive Manufacturing Network), дают возможность компаниям производить продукцию вблизи места поставки. Преимущество такой модели заключается в «цифровой гибкости»: один участник загружает файлы проекта в Чикаго, а другой печатает их на объекте в Сингапуре, ближе к конечному клиенту. При таком подходе цепочки поставок используются гораздо эффективнее.

Значительные недавние успехи аддитивной индустрии создают основу для распределенного производства методом 3D-печати, что позволяет ускорить прогресс и шире применять технологии на практике. Перечислим лишь несколько аспектов, определяющих, как 3D-печать дополняет производство.

1. Качество

3D-печать позволяет производителям изготавливать детали уникальных сложных форм стабильно высокого качества по низкой цене. Так, аддитивным методом можно выгодно производить небольшое количество деталей разных размеров, а в некоторых случаях – одну деталь разных размеров.

В последние годы значительно повысились качество печати и надежность 3D-принтеров: теперь на них можно печатать более точные детали с лучшим качеством поверхности. В 2019 году Jabil провела опрос о качестве напечатанных изделий. Около 40% респондентов ответили, что не уверены в надежности произведенных деталей. Всего через два года такой ответ дали 27%.

Кроме того, новые материалы, платформы и ПО дают возможность компаниям преодолевать трудности, связанные с обеспечением повторяемости деталей от серии к серии и от машины к машине. Благодаря этим решениям предприятие сокращает временные и финансовые затраты на организацию или переориентирование производства, а значит, может быстрее реагировать на меняющиеся требования рынка.

2. Скорость

Применяя аддитивные технологии в сочетании с «умными» цифровыми цепочками поставок, виртуальные команды по всему миру могут работать над новыми проектами, сравнивать реальные репрезентации продукта, экономить время в цепочке «концепт – прототип – опытный образец – изготовление» и даже переносить производство ближе к потребителям.

Сравним такой подход с традиционным (предполагающим вложения в оснастку, детали, оборудование, партнерства и выпуск первого серийного образца) и увидим, насколько очевидны преимущества аддитивного производства: нет никаких сомнений, что оно может затрагивать все этапы разработки продукта.

Быстрое прототипирование дает возможность изучать различные итерации и пробовать различные варианты дизайна в ходе производства. Здравоохранение, автомобильная и авиакосмическая отрасли претерпевают стремительные изменения, и 3D-печать стала ключевым инструментом, без которого производители не могут поспеть за наиболее гибкими и эффективными стратегиями управления жизненным циклом продукта.

Еще одно важное преимущество 3D-печати – возможность быстро менять ассортимент изготавливаемой продукции. Каждую напечатанную делать можно сделать неповторимой, а значит, и продукт можно создавать по индивидуальным заказам. Производители могут быстрее реагировать на изменения на рынке и адаптировать темпы производства к спросу.

В итоге аддитивные технологии могут сократить время вывода новой или модернизированной продукции на рынок с нескольких месяцев до нескольких дней.

3. Эффективность

У созданных аддитивным методом продуктов более простые спецификации материалов, и это существенно упрощает управление цепочкой поставок и ускоряет производство. Платформами 3D-печати пользуется все большее число предприятий. Совершенствование конструкций ведет к тому, что проектирование становится эффективнее, детали – легче, производство – экологичнее, и все это сказывается на общем улучшении рабочих характеристик продукта. Благодаря упрощению спецификаций повышается эффективность не только всего производственного процесса, но и самого конечного изделия.

Применение принципов проектирования для аддитивного производства (Design for Additive Manufacturing, DfAM) для создания монолитных деталей и проектирования на системном уровне приводит к объединению спецификаций и сокращению количества деталей, благодаря чему компании значительно экономят средства, а надежность продукции зачастую повышается.

У 3D-печати есть еще одно экономическое преимущество: различные детали со сложной геометрией можно изготавливать на одном 3D-принтере. Внедрившие технологию компании получают возможность экономить средства за счет роста масштаба производства. Распределение производства по цепочкам ценности становится более реальным. Быстрое изготовление оснастки, запчастей и многое другое – все это можно осуществлять на объектах, расположенных ближе к конечному клиенту: так вы сократите расходы на всех этапах – от транспортировки до хранения на складе.

Более того, цифровизация управления запасами позволяет производителям высвобождать капитал и дает больше гибкости для разработки новых продуктов, производственных процессов и (или) инвестиций в другие направления бизнеса. Меньше деталей на складе – меньше контейнеров в цехах и больше места на складах.

Сокращение спецификаций материалов за счет применения 3D-печати позволяет уменьшить расходы на ведение документации, контроль качества, планирование массового производства и управление запасами. Меньше деталей – это еще и меньше временных и трудовых затрат на создание самого продукта, что ведет к дополнительной экономии производственных издержек.

4. Креативность

Впечатляющий потенциал аддитивного производства нельзя реализовать без большого выбора материалов. В центре разработки инновационных материалов Jabil в городе Часка (штат Миннесота) проектировщики, химики, исследователи материалов и эксперты по производству взаимодействуют с клиентами и разрабатывают порошки и филаменты с высокими характеристиками. Такие материалы, созданные в соответствии с индивидуальными требованиями, повышают эффективность, долговечность, огнестойкость, проводимость и лубрикацию конечной продукции.

Как показывает отчет Jabil, материалов для 3D-печати становится все больше, при этом наиболее распространенными остаются пластики, полимеры, композиты и, с небольшим отставанием, металлы. Металл в 3D-печати менее популярен, чем пластик или полимер. Такова ситуация сегодня, однако, она может измениться, ведь участники опроса заявили, что хотели бы применять больше различных материалов в будущем.

«Инновационные материалы не просто помогают увеличить чистую прибыль. Революционные подходы к производству с применением новых полимеров могут решить важные проблемы устойчивого развития, здравоохранения, транспортировки, экологии и авиакосмической отрасли», – утверждает старший химик и инженер-материаловед Jabil Элизабет Гарднер.

Эволюция аддитивного производства

3D-печать будет динамично развиваться, и уже в последние годы мы видим, как растут темпы ее внедрения. Конвергенция цифровых технологий (в том числе 3D-сканирования, комплексных информационных систем и аддитивного производства) наводит на очевидную мысль: производители присматриваются к цифровым решениям для повышения прибыльности и ускорения разработки и изготовления своей продукции.

Подобное развитие будет иметь последствия для сегодняшнего крупного бизнеса. «В этой сфере происходит очень активная деятельность, задействуются огромные деньги и творческие ресурсы», – пишет Ричард Д'Авени в журнале Harvard Business Review, задавая вопрос: «Какова цена ожидания?». И действительно, новые возможности повышают темпы и эффективность 3D-печати, и нет сомнений, что успешные компании предпочтут набрать такой темп, а не внедрять технологию медленно.

Все больше компаний осознают ценность и рентабельность аддитивных технологий для проектирования, прототипирования и производства. 3D-печать становится одним из ключевых инструментов в арсенале производственного предприятия. Если с помощью 3D-принтера вы оптимизируете процесс итераций и усовершенствуете продукт на этапе прототипирования, в конечном итоге вы сэкономите время и средства, а также снизите процент ошибок на стадии изготовления. 3D-печать – не просто новшество, она несет ощутимую выгоду.

Сначала изучите своих клиентов. Крайне важно понимать, чего они хотят и как наилучшим способом удовлетворить их потребности. Решения для 3D-печати в корне меняют создание прототипов, оснастки и производство самих изделий. Крупные компании, которые активно используют эти возможности (включая проектирование для аддитивного производства), окажутся в более выгодном положении и смогут сохранить стабильность.

Д'Авени рекомендует пересмотреть текущие процессы. «3D-печать создает бесчисленное множество новых подходов к производству деталей, и компаниям необходимо понять, какая конфигурация цепочек поставок и какое сочетание старых и новых процессов станут оптимальными», – рассуждает ученый.

Наконец, необходимо изучить стратегические последствия, ведь уже скоро технологию аддитивного производства начнут применять целые торговые платформы. Производство – отрасль со 150-летней историей, по своей природе не так сильно подверженная изменениям. И тем не менее мы видим, что новые технологии внедряются все активнее, и более половины топ-менеджеров компаний, принявших участие в вышеупомянутом опросе, видят стратегические возможности в применении аддитивных технологий. В прошлые годы этот процент был меньше.

Уникальные технологии, материалы, процессы и возможности аддитивного производства делают его краеугольным камнем цифровой трансформации – процесса, который уже затрагивает многие отрасли. Нет никаких сомнений, что аддитивное производство меняет подход компаний к проектированию и изготовлению своей продукции, и Jabil – пример бизнеса, работающего на стыке аддитивных и традиционных технологий.

Статья опубликована 03.11.2021 , обновлена 15.05.2023