Někteří pozorovatelé se nazývají "průmyslovou revolucí v digitálním věku", rychlá výroba již po nějakou dobu mění tvář zpracovatelského průmyslu. Mnoho lidí se domnívá, že technologie 3D tisku demokratizuje design a výrobu, takže je přístupnější a méně závislá na úsporách z rozsahu. Tradiční výrobní metody často přicházejí s prohibitivními náklady na nástroje, což znamená, že menší společnosti a jednotlivci jsou často z trhu vyloučeni, pokud jde o vývoj produktů. 3D tisk byl přivítán jako hrací měnič a umožnil firmám, aby výrobní zálohy, které byly dříve nemyslitelné.

Tady v Freshome jsme zaujati procesem 3D tisku a chtěli jsme se dozvědět více o této rušivé technologii, která je revolucí ve zpracovatelském průmyslu. Naštěstí byl odborník na poli, aby odpověděl na některé naše otázky. Dr. Phil Reeves je generálním ředitelem a hlavním konzultantem společnosti Econolyst Ltd, britské poradenské a výzkumné společnosti zabývající se výrobou přídavných látek (AM) a 3D tisk, které spolupracují s širokou škálou klientů v celé Evropě, Severní Americe, na Středním východě, Afrika. Dr. Reeves radí dodavatelům dodatečných výrobních systémů o budoucí obchodní a technologické strategii a uživatelům technologií o výhodách podnikání při přijímání AM.

Co přesně je 3D tisk?

3D tisk je termín používaný k popisu řady vznikajících technologií, které produkují hmatatelný produkt z trojrozměrných počítačových dat. Technologie se často označuje v průmyslu jako "aditivační výroba", neboť tento přístup funguje spojením dvourozměrných vrstev materiálu vrstvou po vrstvě až do dokončení 3D dílu.

3D tisk byl již více než 20 let, jaký pokrok se dosáhl v té době?

Včasné 3D tiskové stroje byly použity výhradně pro výrobu modelů Rapid Prototyping (RP) používaných při vývoji produktu. Tyto časné RP modely měly velmi omezenou pevnost a často se deformovaly nebo degradovaly během týdnů nebo dokonce dnů výroby. Vzhledem k tomu, že byly použity pouze k posouzení tvaru nebo formy výrobku, bylo to v té době přijatelné.

Vzhledem k tomu, že technologie zesílila, rozšiřuje se nabídka dostupných materiálů a díky tomu došlo ke zlepšení mechanických vlastností a dlouhověkosti. Nyní můžeme vyrábět díly v kovu, jako je titan nebo zlato, polymery jako ABS, nylon a polykarbonát nebo keramika, jako je hliník nebo zirkon.

Současně se technologie stávají většími a rychlejšími, což z nich činí produktivní a ekonomičtější z hlediska objemové výroby. Je to spojení se zvýšenou produktivitou se zvýšenou vhodností materiálu, která vede technologii k výrobě hlavních proudů v oblastech, jako jsou ortopedické implantáty, zubní uzávěry a korunky, sluchadla, pouzdra na mobilní telefony, chrániče protézních končetin a domácí výrobky interiéru.

Jak se používá technologie 3D tisku v průmyslu interiérů?

Zajímavé je, že domácí interiéry byly jednou z prvních aplikací, kde se 3D tisk skutečně používal k výrobě výrobků, a nikoli pouze prototypů. Okolo přelomu tisíciletí někteří mladí kreativní návrháři, kteří byli vystaveni technologiím RP na univerzitě, začali zakládat firmy, které prodávají 3D potištěné interiérové ​​výrobky, od svítidel a misky na ovoce až po nábytek a umění.

Pravděpodobně nejvlivnější byl Janne Kyttanen na svobodě stvoření. Janne chápal sílu 3D tisku, pokud jde o obchodní aktivitu. Dokázal založit firmu, která prodává geometricky složité výrobky, které byly dříve nemyslitelné, aniž by bylo zapotřebí nějaké upřednostněné kapitálové investice do nástrojů. Prostřednictvím internetu byl schopen prodávat produkty téměř předtím, než byly dokonce vyrobeny, přičemž získaly malé šarže vyráběné na vyžádání od společností třetích stran, kteří investovali do technologií 3D tisku pro služby RP.

Další společnosti, jako je Materialise MGX, brzy začaly agregovat 3D výrobky tištěných interiérů od mnoha návrhářů a uvádějí je na trh prostřednictvím tradičních interiérových maloobchodníků. Jiní návrháři 3D produktů, jako je například Lionel Dean v Future Factories, spolupracovali s existujícími výrobci interiérů, jako je osvětlení Kundalini v Itálii, využívající jejich kanály pro uvedení 3D tištěných výrobků na trh.

A jak to používá architekti?

V současné době je 3D tisk stále velmi rychlým prototypovým nástrojem pro architekty. Vzhledem k tomu, že stále více architektů přešlo od softwaru 2D Computer Assisted Design (CAD) ke 3D CAD softwaru, využili spojení mezi 3D CAD a 3D tiskem. Architekti nyní pravidelně vytvářejí velmi podrobné modely budov, interiérů, 3D plánů a dokonce i celé územní plány pro přestavby, které umožňují propojení 3D tisku s topologickým skenováním a satelitními daty. Je dokonce možné extrahovat data ze specifické geografické oblasti ze služby Google Earth a 3D tisknout to jako pomůcku pro hlavní plánování.

Nyní vidíme některé společnosti, které vyvíjejí 3D technologie specificky pro stavební průmysl, jako je D-Shape.D-tvar vyvinul velkoplošný 3D tiskový systém, který používá recyklovaný mramorový prášek nebo písek, který je konsolidován tryskem pojidla do materiálu. D-Shape nyní vyrábí poměrně velké (přibližně 5M vysoký) architektonické produkty, jako jsou altány, kiosky, lavičky a nábytek. Jiné výzkumné skupiny se zaměřují na škálování 3D tisků na výrobu celých budov, ale myslím, že je to možná deset nebo dvě daleko od skutečnosti, pokud vůbec.

Do jaké míry jsou tržní trendy a očekávání spotřebitelů pohánějící 3D tisk?

V současné době je v okolí 3DP spousta zájmu a humbuk. Na jedné straně to je dobrá věc. Na druhé straně však musíme být opatrní, abychom nepřekročili možnosti této technologie. Tato technologie byla velmi dobrá v reakci na některé trendy na trhu, jako je například trh s více stylovými a individuálními kryty mobilních telefonů. Technologie také reagovala na nárůst on-line herních počítačů a sociálních sítí, což umožnilo realizaci on-line herních postav a avatarů v hmatatelných a přesto personalizovaných produktech.

Ale stále existují omezení, pokud jde o procesní ekonomické a materiálové schopnosti. Očekává se, že jeden denní 3D tisk bude schopen vytisknout téměř vše, a to i v domácnosti, z hrnců a pánví, až po rozbité části praček, sprchy nebo dálkové ovládání televizoru. Realita je, že jsme roky od takových systémů. Máme však relativně základní systémy zaměřené na spotřebitelský trh, které jsou vhodné pro výrobu základních hraček, her a kuriozit.

Jaký vliv má 3D tisk na konstrukční a výrobní procesy?

Jedním z nejvýznamnějších aspektů 3D tisku je schopnost vyrábět složité geometrie s malým, ne-li nákladným trestem. Ve skutečnosti je 3D tisk často používán k výrobě výrobků, které nelze vyrobit pomocí tradičních procesů, jako je vstřikování plastů. Návrháři tuto geometrickou flexibilitu využívají tím, že umožňují větší a vyšší úroveň diferenciace produktu. Nakonec žádný produkt 3DP nemusí být stejný.

Jednotková výroba šarží je také nepřekonatelným řidičem výrobní komunity. V minulosti byla ekonomika vždy založena na výrobě dostatečných prvků pro pokrytí nákladů na dlouhodobý majetek, jako jsou nástroje na výrobu forem. Ale jakmile odstraníte potřebu nástrojů pro formy, ekonomický model se dramaticky změní.

Proces 3D tisku představuje některé reálné výhody, pokud jde o dodavatelský řetězec. Můžete vysvětlit tyto výhody?

3D tisk není jen rušivou technologií, která se používá k nahrazení formování, lití nebo obrábění, je to technologie, která umožňuje společnostem přemýšlet o jejich dodavatelských řetězcích a především hodnotovém řetězci a interakci se zákazníky v rámci jejich podnikání. Existuje skutečně šest hlavních výhod v rámci tohoto hodnotového řetězce, které vyplývají z implementace 3D tisku.

• Digitální a bezproblémová výroba - umožňující zvýšení úrovně rozptylu produktů a menších ekonomických šarží pro podporu specifických geografických, demografických nebo sociálních trendů
• Využívání svobod návrhu - umožnění výroby výrobků s rostoucí úrovní geometrické složitosti s malým, ne-li sankčním nákladem
• Umožnění přizpůsobení produktu - spojování výroby s malým objemem v dávkách velikosti jednoho složité geometrie pro realizaci individuálních produktů
• Nabízí nové zkušenosti v maloobchodě - zapojení spotřebitele do zkušeností s designem produktů prostřednictvím přístupu k intuitivním softwarovým nástrojům nebo 3D skenování
• Řešení rozvíjejících se trhů - spojování personalizace výrobků s dostupností maloobchodu pro stárnoucí a měnící se obyvatelstvo
• Ekologizace dodavatelského řetězce - snižování skladových zásob, zmírňování odpadů z obalů, snížení logistiky a snížení výroby CO2

Ve skutečnosti může 3D tisk zcela změnit orientaci dodavatelského řetězce, neboť spotřebitel stojí na zadní a přední straně řetězu. Spotřebitelé se mohou zapojit do počátečního návrhu výrobku, nebo si mohou objednat na vyžádání s produkty, které jsou vyrobeny po výměně plateb. 3D tisk umožňuje jak agilní reagující dodavatelský řetězec, tak i ten, který je štíhlý - nazýváme to legální výrobou.

Jaké jsou materiální omezení 3D tisku a jaký pokrok se dosáhne překonání těchto omezení?

Jak jsme již řekli, stále máme materiální omezení. Některé jsou fyzické, některé jsou ekonomické, některé jsou estetické a některé jsou environmentální. Procesy 3D tisku se stále potýkají s dosažením mechanických vlastností lisovaných plastů nebo kovových dílů opracovaných z pevných materiálů. V laboratořích a univerzitách po celém světě se však dělá spousta práce, aby se rozšířila nabídka materiálů a zlepšilo se to, co již máme.

Vidíme také, že vstupují do dodavatelského řetězce materiálů více společností, což snižuje náklady na suroviny, což samozřejmě ovlivňuje ekonomiku konečných vyrobených dílů. Vidíme také lepší definici barev a průhlednost, zlepšení estetiky částí a udržitelnější materiály, jako jsou zelené polymery, jako je Nylon 11 a PLA, odvozené od rostlin spíše než oleje. Máme ještě dlouhou cestu, ale pohybujeme se rychle a pohybujeme správným směrem.

Jaké jsou hlavní překážky pro 3D tisk, který se stává běžnou technologií?

Jak jsme řekli, materiály jsou problém, ale to může být do jisté míry zmírněno prostřednictvím návrhu produktů.Ekonomika je také problém, protože výrobní 3D tiskové stroje a materiály jsou relativně drahé a poměrně pomalé, takže díly, které vyrábějí, se zdají být nákladnější než ty, které jsou vyráběny technikami hromadné výroby. Avšak vzhledem k poklesu cen materiálu a zvyšování produktivity se ekonomika 3D tisku stává přijatelnějším.

Dalším hlavním omezením je znalost. Mnoho společností jednoduše nerozumí, jak používat 3D tisk nebo kde ji umístit do svého hodnotového řetězce. Jejich současný výrobní dodavatelský řetězec se cítí zranitelní, jejich návrháři produktů plně nerozumí, jak využít geometrické výhody a jejich marketingové funkce se snaží pochopit, jak integrovat 3D tisk do hodnotového řetězce zákazníků. Myslím, že to je místo, kde přijdeme jako poradenství, které pomáhá firmám porozumět těmto problémům, posuzovat technologie, rozvíjet obchodní situaci a implementovat do toku hodnot.

S příchodem nízkých nákladů přenosných stolních 3D tiskových strojů bylo řeč, že brzy budeme mít v našich domovech. Jaký je pravděpodobný tento scénář?

Mám ve svém domě dva 3D tiskové stroje a mé děti je milují. Ale pak zase má někdo v garáži pravou truhlu dvou. Vážně, zájem o domácí 3D tisk byl fenomenální v posledních několika letech, stejně jako růst ve firmách, které vyrábějí stroje pro servis na trhu. Naposledy jsme počítali, že jsme našli více než 40 společností po celém světě, kteří vyrábějí tiskárny domácí spotřební elektroniky low-end. Většina z nich je založena na stejném otevřeném návrhu vytlačování roztaveného polymeru tryskou, ale některé používají jiné přístupy. V loňském roce bylo prodáno přibližně 15 000 domácích tiskáren. Očekáváme, že tento počet bude bližší k 60 000 letos (možná více). Takže ne každý domov - dosud.

V současné době většinu domácích strojů využívají lidé zajímající se o technologii nebo se zajímají o návrh výrobku. Vidíme, že stále více lidí nakupuje, aby podpořilo své koníčky, ať už jde o dálkové ovládání letadlových částí, nebo dokonce o zakázkové rybářské návnady. Jsou skvělé z hlediska vzdělání - vezměte si 3D tiskárnu, nějakou konzumní barvu potravin, ocot a bikarbonát sódy a máte nejlepší "třídní vítěznou" sopku domácí projekt vůbec.

Jakou radu byste dali podnikatelům, kteří chtějí prozkoumat 3D tisk jako potenciální podnikovou investici?

Potřebujete znát svůj trh, znáte své zákazníky a znáte své schopnosti. Existuje mnoho příležitostí v rámci dodavatelského řetězce od navrhování 3D tištěných produktů, maloobchodních prodejů na internetu nebo na hlavní ulici, rozvíjení softwarových rozhraní umožňujících jiným zapojit se do procesu návrhu, formulování nových materiálů nebo pro ty s hlubšími kapsami, nastavením výrobní kapacity . U firem je klíčem pochopit zkušenosti zákazníků a hodnotu technologie. U některých firem je 3D tisk tichým nástrojem umožňujícím snadnější životy firem. Pro ostatní je 3D tisk "hák", důvod, proč existuje produkt, diferenciační. Jakmile firmy pochopí, jak 3D tisk může přidat hodnotu, pak potřebují pochopit, jak ji používat a kdy jej použít, ale to je další příběh.

Freshome by rád poděkoval Dr. Philovi Reevesovi za jeho odborné poznatky do světa 3D tisku. Všechny obrázky uvedené v tomto článku jsou zdvořilé pro svobodu stvoření