3D-революция

Ричард Д’Авени

Еще немного — и промышленная 3D-печать станет делом обыденным. Большинство руководителей и многие инженеры этого не осознают, но 3D-технология давно переросла свое первоначальное назначение: моделирование, изготовление прототипов, игрушек и разной мелочевки. При так называемом аддитивном производстве — физический объект «выращивается» слой за слоем по параметрам виртуальной модели — создаются мелкими и крупными партиями долговечные и надежные товары для продажи их реальным потребителям.

Революция началась — этот вывод аналитики PwC сделали, проведя в 2014 году опрос более 100 промышленных компаний. К тому времени 11% из них уже перешли на массовое производство изделий или комплектующих с помощью 3D-печати. А по утверждению аналитиков консалтинговой компании Gartner, технология становится мейнстримом, когда уровень ее внедрения превышает 20%.

Среди многочисленных компаний, которые развивают 3D-производство, — GE (реактивные двигатели, медицинское оборудование, запчасти к бытовым электроприборам), Lockheed Martin и Boeing (авиакосмическая и оборонная промышленность), Aurora Flight Sciences (беспилотники), Google (потребительская электроника) и голландская LUXeXcel (светодиодная оптика). Анализируя эту тенденцию, McKinsey недавно заявила, что 3D-печать «вот-вот перестанет быть нишевой технологией и станет жизнеспособной альтернативой традиционным промышленным процессам в различных отраслях, количество которых будет постоянно увеличиваться». В США объем продаж 3D-принтеров промышленного типа составил уже треть от объема продаж промышленной автоматики и роботов. По некоторым прогнозам, к 2020 году этот показатель вырастет до 42%.

Примеру перечисленных компаний последуют другие, поскольку ассортимент материалов для 3D-печати неуклонно расширяется. Это уже не только пластик и светочувствительные смолы, а также керамика, цемент, стекло, разнообразные металлы и металлические сплавы, новые термопластичные композиционные материалы, армированные углеродными нанотрубками. Экономические успехи передовых стран в конце концов убедят остальных. Хотя прямые затраты изготовления товаров с помощью новой технологии и из новых материалов, как правило, выше, общие издержки аддитивного производства благодаря его высокой маневренности будут существенно ниже, чем традиционного.

Поскольку технологическая революция уже идет полным ходом, руководителям сейчас надо искать ответы на стратегические вопросы трех уровней.

Во-первых, поставщикам материальных товаров нужно подумать, как они сами или их конкуренты могли бы усовершенствовать их продукцию. Если предмет изготавливается послойно по загруженному в принтер цифровому макету, то можно учитывать любые пожелания конкретных клиентов и бесконечно усложнять конструкцию предмета.

Во-вторых, промышленным предприятиям надо пересмотреть принципы своего производства. Аддитивные технологии позволяют по-новому решать, как, когда и где лучше всего изготавливать товары и компоненты, выстраивать самые удобные и выгодные цепочки поставок, оптимально комбинировать старые и новые производственные процессы. И вариантов тут — бесчисленное множество.

В-третьих, руководителям нужно проанализировать стратегические последствия перехода на объемную печать, так как вокруг новой технологии начинают формироваться целые бизнес-экосистемы. Способность мощных промышленных образований дробиться на неисчислимое количество мелких производителей эксплуатировалась неоднократно. Но эта идея заслоняет собой более приземленное и важное обстоятельство: чтобы разработчики, производители и продавцы изделий могли постоянно взаимодействовать, нужны цифровые платформы. Поначалу они будут приспособлены для разработки и «допечатной подготовки», а также обмена файлами-схемами и их быстрой загрузки. Но довольно скоро они смогут, кроме всего прочего, управлять работой принтеров, контролировать качество, постоянно оптимизировать сети принтеров и обмениваться их мощностями. Провайдеры самых удачных платформ будут процветать, устанавливая правила игры и создавая условия, при которых сложная экосистема сможет сообща удовлетворять спрос. Но появление этих платформ коснется каждой компании. Старожилы и новички будут бороться друг с другом за долю громадных рынков, которые появятся благодаря новой технологии.

Уже этих вопросов, казалось бы, достаточно для мыслителей-стратегов, но есть еще один: когда наступит новая технологическая эра? Вот как события могут развиваться в конкретных отраслях. В США сектор слуховых аппаратов, по словам генерального директора одной компании, меньше чем за 500 дней полностью перешел на аддитивное производство и в отрасли не осталось ни одного предприятия, которое работало бы по-старому. Руководителям предстоит решить, как быть дальше: ждать, когда быстроразвивающаяся 3D-технология достигнет зрелости, и тогда только инвестировать в нее или же действовать без промедления. Ответы у всех будут разными, но всех без исключения можно заверить, что делать стратегические выводы надо уже сейчас.

Выгоды аддитивного производства

Трудно себе представить, что 3D-технология заменит нынешние стандартные принципы массового производства. Скажем, автоматические прессы для литья под давлением могут производить тысячи деталей в час. И людям, которые видят, как работают 3D-принтеры, послойное наращивание предмета кажется до абсурда медленным. Но благодаря последним разработкам технология стремительно совершенствуется и ситуация с ее применением в промышленности кардинально меняется. Возможно, не все понимают, с чем связана столь впечатляющая скорость стандартного производственного процесса. Отливки изготавливаются так быстро потому, что сначала в станки и другое оборудование, необходимое для их производства, были вложены большие деньги.

Первое изделие обходится очень дорого, но потом чем в большем количестве они производятся, тем более резко сокращаются предельные издержки. Такого эффекта масштаба у аддитивной технологии нет. Но у нее нет и такого минуса традиционного производства, как отсутствие маневренности. Поскольку каждая единица продукции изготавливается автономно, ее легко модифицировать и учесть любые пожелания конкретного заказчика или, в широком смысле, внести конструктивные улучшения или не отстать от моды. И запустить производство гораздо проще, потому что у него значительно меньше этапов. Вот почему 3D-печать идеально подходила для изготовления единственных в своем роде опытных образцов и редких запасных деталей. Но аддитивная технология играет все более важную роль в промышленном производстве. К услугам клиентов — разнообразные и бесчисленные варианты форм, размеров и цветов. Причем выполнение по индивидуальному заказу практически не увеличивает издержек производителя, даже если речь идет о массовой партии товара. При аддитивном производстве детали, которые всегда изготавливались отдельно, а потом собирались, теперь можно делать в один прием, как одно изделие, — и в этом его большой плюс.

Простой пример — солнцезащитные очки: процесс 3D-печати позволяет варьировать пористость и состав пластика в разных местах оправы. Дужки получаются мягкими и гибкими, а ободки, которые держат линзы, — жесткими. И никакой сборки. Благодаря возможности печатать изделия и отдельные компоненты можно усложнять их структуру — скажем, делать сотовые стальные панели или конструкции, раньше слишком трудные для изготовления. Сложные механические детали вроде комплекта зубчатых колес не требуют сборки при изготовлении. С помощью аддитивной технологии можно комбинировать детали и делать их «внутренности» гораздо более сложными. Вот почему GE Aviation теперь печатает топливные форсунки для некоторых реактивных двигателей — и предполагает в год выпускать более 45 тысяч штук одного типа. Может показаться, что традиционные методы в данном случае были бы уместнее. Но раньше эти форсунки собирали из 20 отдельных литых деталей, а теперь их делают единым целым. По подсчетам GE, новый метод сократит издержки производства на 75%.

При аддитивном производстве можно использовать струйные 3D-принтеры, которые печатают изделия сразу из нескольких материалов. Optomec и другие компании разрабатывают новые проводящие материалы, а также способы печати микробатарей и электронных схем прямо на поверхности или внутри бытовых электронных устройств. Так же можно производить медицинскую технику, транспортные средства, измерительные приборы, компоненты для аэрокосмической отрасли и инфраструктуры телекоммуникационных систем и многих других «умных» устройств. Из-за минимальной работы по сборке аддитивное производство оборудования становится все более популярным и выгодным. Вот самый красноречивый на сегодняшний день пример. Министерство обороны США, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel и Oak Ridge National Laboratory заключили партнерство, чтобы вместе развивать технологию печати эндо- и экзоскелетов реактивных истребителей, в том числе фюзеляжа, крыльев, внутренних элементов конструкции, внутренней проводки и антенн, а скоро еще и силового каркаса.

Для столь крупных изделий нужно «большемерное» аддитивное производство, при котором принтеры устанавливают на гигантской платформе с компьютерным управлением. Когда эта технология будет разрешена к применению, единственным видом сборки станет установка в ячейки, созданные в процессе печати, готовых блоков электронной аппаратуры для навигации, связи, оружия и систем радиоэлектронного подавления. В Ираке и Афганистане вооруженные силы США использовали беспилотники фирмы Aurora Flight Sciences, которая печатает их целиком (у некоторых размах крыльев доходит до 40 метров с лишним) и в один прием.

Трехуровневая стратегия

Из этого краткого описания плюсов аддитивной технологии понимаешь, что компании с готовностью будут осваивать ее, а дополнительная экономия на материально-технических запасах, транспортировке грузов и стоимости производственных мощностей делает ее еще более привлекательной. Вывод: руководителям компаний всех типов надо представлять себе, как их предприятия будут адаптироваться к условиям технологической революции на трех стратегических уровнях, о которых говорилось выше.

Продукция — модернизировать?

Ответ на этот основополагающий для бизнеса вопрос дает товарная политика компании. Что мы будем продавать? Компаниям надо думать о том, как лучше обслуживать клиентов в эпоху аддитивного производства. Какие особенности конструкции и характеристики, немыслимые еще недавно, стали возможны теперь? Что можно улучшить, раз уж больше нет прежних ограничений, в том числе в поставках? Например, в авиакосмической и автомобильной промышленности благодаря 3D-печати можно будет прежде всего улучшать характеристики продукции.

Раньше, чтобы реактивные истребители и автомобили эффективнее расходовали топливо, уменьшали вес машин, но из-за этого конструктивно они часто становились менее прочными. Новая технология позволяет делать детали полыми, чтобы облегчить их и повысить КПД топлива, и добавлять в них внутренние элементы, которые повышают предел прочности на разрыв, долговечность и ударную прочность. И при производстве изделия можно в разных его частях использовать новые материалы — более жаропрочные и устойчивые к химическому воздействию.

В других отраслях аддитивная технология, позволяющая производить изделия «под заказчика» и быстро модифицировать их, изменит суть маркетинга. Если раньше маркетологи, готовя новинку к выпуску на рынок, говорили о продукте нового поколения — и поднимали много шума вокруг этого «события», то скоро поколенческая идея канет в Лету. Изделия можно будет совершенствовать постоянно в процессе печати, не совершая, как прежде, при традиционном производстве качественных скачков, для которых требовались более высокие расходы на инструменты и продолжительные подготовительные работы.