Бережливые инновации: Делать лучше с меньшими затратами - Джайдип Прабху

3D-печать стала крупным прорывом в технологиях промышленного производства. В сочетании со средствами компьютерного проектирования и другими цифровыми инструментами 3D-принтеры резко снижают себестоимость продукции и одновременно повышают возможности массового производства изделий по индивидуальным заказам.

Используемая в 3D-печати технология послойного синтеза заключается в добавлении к изделию материалов до готовности. По эффективности использования ресурсов это полная противоположность традиционно использовавшимся в XIX–XX веках субтрактивным («вычитающим») производственным технологиям, в частности механообработке, когда из большей по размерам заготовки, например металлической болванки, вытачивалась, выковывалась или вырезалась деталь нужной формы и меньшего веса и размера. Субтрактивные технологии по определению сопряжены с более высокими энергозатратами, чем аддитивные, и непродуктивным расходованием 50% и более материалов, идущих в отходы производства. В отличие от них, поскольку на одном и том же 3D-принтере можно печатать самые разнообразные детали и изделия, послойный синтез позволяет организовывать массовое производство продукции под заказ на порядок дешевле, чем при традиционной, субтрактивной, обработке материалов. Кроме того, при использовании технологии 3D-печати заработная плата рабочих перестает серьезно сказываться на себестоимости продукции, а это, в свою очередь, потенциально приводит к пересмотру компаниями базовых экономических моделей организации производства.

Есть у 3D-принтеров и другие завидные свойства и возможности. С каждым годом ширится спектр используемых материалов, допускающих послойное выращивание предмета: уже сегодня возможна трехмерная печать продуктов из самых разнообразных материалов, включая различные пластмассы и нержавеющую сталь, керамику и стекло. Современные принтеры способны даже печатать сложные механические изделия с подвижными деталями, не требующие последующей сборки. Методом 3D-печати можно сегодня изготавливать очень многое – от мелочей типа бижутерии и конфет до технически сложных и крупногабаритных продуктов, включая ортопедические и зубные протезы, концепт-кары, строительные конструкции и персональные электронные устройства.

3D-печать может помочь производителям значительно снизить финансовые затраты и углеродный след во всей их цепи поставок. Например, избыточные и устаревшие запасы, особенно запасные части, составляют более 20% складских запасов производителей, что наносит ущерб их прибыли. Вместо того чтобы складировать миллионы запасных частей по всему миру «на всякий случай», производители, если возникнет потребность, могут быстро напечатать на 3D-принтере нестандартную запасную часть в непосредственной доступности для клиента именно тогда, когда она ему нужна. Daimler, владелец Mercedes-Benz, печатает на 3D-принтере запасные части для своих автобусов и грузовиков. А Whirlpool объединилась с технологической компанией из Сингапура Spare Parts 3D для 3D-печати своих запасных частей по требованию, тем самым снижая стоимость хранения запасных частей.

При этом множество инициатив по созданию программных продуктов с открытыми исходными кодами и краудфандинговых проектов было направлено на резкое снижение стоимости 3D-принтеров и открытие простым людям массового доступа к возможностям самостоятельного или под заказ изготовления продуктов методом 3D-печати. К примеру, именно с целью сделать 3D-печать «доступной миллионам» в мае 2014 года Autodesk, компания – разработчик компьютерных средств проектирования, запустила общедоступную программную платформу Spark, призванную максимально упростить 3D-моделирование и печать. (В 2019 году Autodesk объединила Spark с Forge, своей облачной платформой сервисов для проектировщиков и инженеров-строителей.)

И в том же месяце стартап M3D собрал через краудфандинговый сервис Kickstarter ни много ни мало $3,4 млн на проект предельно простого в использовании базового 3D-принтера по цене $300 за штуку.

Не удовлетворенные качеством существующих 3D-принтеров, Матье Ренье и Готье Виньон, два французских предпринимателя, основали Dagoma в 2013 году, профинансировав ее на Kickstarter. Dagoma, чей офис находится в Рубе (Франция), производит 3D-принтеры, очень простые в использовании и продаваемые менее чем за €300. Уже будучи европейским лидером в этой области, Dagoma стремится демократизировать 3D-печать, сделав ее доступной для всех, и массово упростить ее использование.

Особо впечатляет производство на 3D-принтерах деталей для медицинских услуг. Northwell Health (NH), крупнейший поставщик медицинских услуг штата Нью-Йорк, располагающий 23 больницами, использует автоматизированную систему 3D-печати для создания пациентоспецифичных 3D-моделей частей тела и хирургических шаблонов. Хирурги используют эти модели и шаблоны, чтобы объяснить пациентам процедуры, которые им предстоит пройти, тем самым успокаивая их и лучше планируя операции, что резко сокращает время пребывания в операционной и риск осложнений. Когда семилетнему Исайе Онассису Гобердхану сказали, что ему нужна операция по удалению агрессивной опухоли в небе и носовой полости, затруднявшей ему дыхание, он испугался – но доктор Неха Патель, детский отоларинголог, использовала напечатанную на принтере 3D-модель его неба, чтобы объяснить Исайе операцию, и это помогло ему успокоиться. Операция прошла успешно, и Исайя теперь может дышать свободно. NH предполагает, что, используя 3D-печать моделей и шаблонов, они смогут сэкономить $7 млн только на времени пребывания в операционной в течение четырех лет.

Исходя из собственного четвертьвекового опыта, в GE также полагают, что подобные инструменты помогут спровоцировать новую промышленную революцию. Компания построила полноразмерный опытный цех в Цинциннати, штат Огайо, для разработки и вывода на промышленные масштабы технологий производства новых сплавов и промышленного оборудования для послойного синтеза различных компонентов продукции компании. В GE 600 инженеров-конструкторов работают в 21 производственной лаборатории в пространстве, посвященном аддитивному производству. GE намерена апробировать производство деталей и компонентов методом 3D-печати в ряде направлений своего бизнеса и, в случае успеха, развернуть их полномасштабное производство. Например, GE Aerospace использует аддитивное производство для перепроектирования своих продуктов, чтобы повысить их производительность и уменьшить их экологический след. Одно из применений – 3D-печатная топливная форсунка для реактивного двигателя CFM LEAP, которая на 25% легче и в пять раз долговечнее предыдущей, произведенной традиционным способом. Отгружено уже более 180 000 3D-печатных наконечников топливных форсунок LEAP, при этом каждую неделю производится 1000 единиц. GE Aerospace также построила GE9X, крупнейший в мире (более 11 футов в диаметре) и самый мощный двигатель, интегрировав более 300 деталей двигателя всего в семь 3D-печатных компонентов. Благодаря 3D-печати GE9X на 10% более топливоэффективен, чем его предшественник GE90.

В производстве медицинского оборудования инженеры-разработчики GE планируют значительно удешевить и ускорить за счет 3D-печати производство пьезоэлектрических датчиков-преобразователей для УЗИ-оборудования. Не стоит, однако, думать, что GE полагается по всем этим направлениям исключительно на собственные силы: напротив, компания тесно сотрудничает с инновационными проектами во всем мире с прицелом на постепенное формирование глобальной экосистемы производства высокотехнологичной продукции аддитивным методом. Главной трудностью на пути реализации этого концептуального замысла является нехватка мощностей для обеспечения потребностей как крупных, так и малых промышленных предприятий в общемировых масштабах; как только инновационных средств производства окажется в достатке, это послужит мощным толчком к развитию множества новых производств и созданию массы дополнительных рабочих мест.

В 2016 году GE создала GE Additive, которая стремится стать ведущим поставщиком аддитивных технологий, материалов и услуг для промышленности и бизнеса по всему миру. Сегодня GE Additive может похвастаться тремя основными локациями по всему миру и насчитывает более 10 000 сотрудников. Она помогает внутренним клиентам, вроде GE Aviation, производить детали и продукты быстрее,