Ограничения 3D-печати

Вопреки распространенному мнению, 3D-печать не сможет революционизировать производство и не приведет к упразднению традиционных заводов и фабрик. Простой подсчет ее экономических издержек как в настоящий момент, так и в обозримом будущем, показывает нам, что большинство производимых сегодня деталей делать на принтере просто невыгодно. Поэтому вместо того, чтобы рассматривать 3D-печать как замену существующему производству, нам стоит искать новые области ее применения, в которых можно использовать ее уникальные свойства для дополнения традиционных процессов производства.

Совершенно естественно, что аддитивное производство (чаще известное под термином 3D-печать) завоевало такую популярность у широкой общественности : новые материалы, готовые к «распечатыванию», появляются буквально каждый день, а последнее поколение принтеров даже способно печатать из нескольких материалов одновременно, что еще больше расширяет наши возможности. Уже обнаружилось весьма разнообразное применение данной технологии — от аэрокосмической и медицинской отраслей до биотехнологий и пищевой промышленности.

Некоторые эксперты прогнозируют, что в скором времени мы сможем напечатать любую деталь, нажав кнопку на локальном принтере, и это приведет к упразднению мировых цепочек поставки, определяющих работу сегодняшней промышленности. К сожалению, это видение не соответствует экономическим реалиям. Первые результаты научного проекта, проводимого группой исследования аддитивного производства и 3D-печати Ноттингемского университета и Школы бизнеса им. Саида Оксфордского университета, показывают, что процессы 3D-печати сопряжены с серьезными проблемами масштаба и необходимых навыков. (Этот проект, где я являюсь ведущим исследователем, преимущественно занимается промышленным селективным лазерным спеканием (если точнее, сплавлением) и оставляет в стороне моделирование методом наплавления и стереолитографию, которые больше подходят для быстрого создания прототипов и домашних побрякушек).

Более того, значительную часть общих издержек на одну деталь составляют расходы на допечатную подготовку и обработку готового изделия. Поэтому, даже когда снизится цена на материалы, трудовые затраты будут оставаться на довольно высоком уровне.

Читайте материал по теме: Изменят ли 3D-принтеры традиционные модели производства?

Надо признать, что 3D-печать лучше работает в тех областях, где основной потребностью является индивидуализация — от изготовления слуховых аппаратов и зубных имплантов до фигурок счастливых молодоженов на свадебном торте. Сочетая 3D-сканирование и печать, импланты можно как никогда точно подобрать к конкретному анатомическому строению человека. Но также нам известно, что 99% всех производимых деталей стандартны и не требуют индивидуализации. В таком случае 3D-печать вынуждена конкурировать с крупномасштабными производственными процессами и достаточно эффективной логистикой. Хорошим примером служит гаечный ключ, в прошлом году распечатанный NASA на международной космической станции. Цена его доставки на станцию составила бы минимум $400 (при чистом весе в 18 г с использованием самых свежих данных по стоимости транспортировки объектов на околоземную орбиту). Для сравнения, его доставка из Китая в США обошлась бы всего в $0,002 за штуку. Итак, с экономической точки зрения печать на борту орбитальной станции весьма разумна, а вот для локального потребления в США — вовсе нет.

Все очень просто: когда индивидуализация не важна, 3D-печать неконкурентоспособна. Во-первых, издержки на изготовление одной единицы сильно зависят от степени использования строительной камеры — трехмерного пространства внутри принтера, где происходит лазерное сплавление металлических или пластиковых частиц. Поэтому поставщики услуг трехмерной печати, например Shapeways, обычно ожидают определенного количества заказов для заполнения всего пространства. Печать одиночной детали значительно поднимает ее стоимость; получается, что экономия от эффекта масштаба имеет серьезное значение. Интересно, что самая упоминаемая в связи с массовой трехмерной печатью деталь (топливная форсунка GE для авиадвигателя CFM LEAP) имеет такой успех не собственно в связи с низкими производственными издержками, и благодаря своей более низкой массе и экономичному расходу топлива.

Читайте материал по теме: Как мне распечатали зубную коронку на 3D-принтере

Второй аспект, на который часто не обращают внимание — это сохраняющиеся трудовые затраты. Вопреки распространенному представлению, 3D-печать не происходит путем «нажатия кнопки». Данный процесс включает в себя значительную до- и послепечатную подготовку, требующую нетривиальных трудовых навыков. Любой процесс трехмерной печати начинается с 3D-файла, готового к печати. Простого электронного чертежа в программе CAD недостаточно; на настоящий момент времени нет способа автоматической конвертации рисунка из CAD в трехмерный файл.

Создание «печатного» файла состоит из двух этапов: изготовление трехмерной объемной модели, готовой к печати, и «нарезание» этой объемной модели оптимальным способом, позволяющим избежать потери материала и предотвращающим ошибки печати. Оба шага подразумевают серьезный объем знаний. После распечатывания изделие нужно достать, очистить, помыть (или отшлифовать и отполировать, в случае с металлическими деталями) и проверить. В свою очередь, все это означает, что использование трехмерной печати для послепродажного сервиса (а именно такое применение представляется разумным) потребует серьезных первоначальных вложений в создание файлов необходимых запчастей. Эти инвестиции должны быть ниже, чем издержки хранения на складе полного запаса возможных деталей, что не так уж легко осуществить в случае с болтами, гайками и скобами небольших размеров, составляющими основную часть послепродажных потребностей.

Как и многие другие, я просто-таки влюбился в идею «сверхгоризонтальных цепочек поставок», когда на каждом углу будут 3D-принтеры, печатающие любую деталь точно в тот момент, когда она потребуется. Но я боюсь, что эта мечта не выдерживает экономической критики. Вне всякого сомнения, технология 3D-печати обладает огромным потенциалом. Однако она вряд ли заменит собой традиционное производство. Вместо этого нам следует рассматривать ее как дополнение, как новый инструмент, и использовать ее уникальные возможности — как для изготовления уже существующей продукции, так и совершенно новых, невиданных ранее изделий.

Читайте по теме:

• 5 устоявшихся стереотипов о пользе технологий
• Почему Германия опережает США в инновациях
• Изменит ли Facebook* мир?

* принадлежит Meta, которая признана в России экстремистской и запрещена