Актуальность аддитивных технологий в строительстве: ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ИЦ РИОР — Эдиторум

Аддитивные технологии как технологическая инновация: понятие, содержание, анализ развития

Дресвянников Владимир Александрович¹, Страхов Евгений Петрович^2
1Пензенский государственный университет, д.э.н., к.т.н., профессор кафедры менеджмента и экономической безопасности
²Пензенский государственный университет, аспирант

Аннотация
Аддитивные технологии (3D-печать) являются видом радикальных технологических инноваций, находящимся в настоящее время в стадии активного внедрения в различные отрасли экономики. Однако, теория аддитивных технологий до сих пор не сформирована. В связи с этим в статье представлен теоретический анализ понятия «аддитивные технологии», дано его авторское определение. Также проведен хронологический анализ развития аддитивных технологий и отмечено, то они находятся в стадии роста. На это также указывают статистические данные применения аддитивных технологий и динамика интернет-запросов. Исходя из этого, сделан вывод об актуальности дальнейших теоретических исследований в данной области, разработки специализированной теории и методологии, которая найдет практическое применение.

Ключевые слова: динамика роста аддитивных технологий, понятие «аддитивные технологии», радикальные технологические инновации, университет как «точка роста» аддитивных технологий, хронологический анализ развития аддитивных технологий

Библиографическая ссылка на статью:
Дресвянников В.А., Страхов Е.П. Аддитивные технологии как технологическая инновация: понятие, содержание, анализ развития // Экономика и менеджмент инновационных технологий. 2018. № 1 [Электронный ресурс]. URL: https://ekonomika.snauka.ru/2018/01/15666 (дата обращения: 25.11.2022).

Введение

Одним из значительных достижений 5 технологического уклада и 3 промышленной революции являются аддитивные технологии (АТ). Их практическое применение в настоящее время находится в стадии роста как количественного – увеличение масштабов деятельности, так и качественного – совершенствование оборудования, материалов и способов формообразования, повышение точности, конструктивной сложности изделий, производительности труда, снижение себестоимости продукции.

Однако теоретическое и методологическое обеспечение этой новой технологии изготовления изделий сконцентрировано на технических проблемах, а теория экономики и менеджмента, что характерно для радикальных инноваций, значительно отстает. Внимания ученых в настоящее время требуют следующие аспекты:

– формирование понятийной базы АТ, их классификация;

– анализ направлений использования АТ;

– разработка теоретико-методологических основ формирования экономических отношений участников рынка, управления использованием и развитием АТ в реальном секторе экономики;

– создание теории и методологии управления проектами освоения АТ на предприятиях.

В рамках данной статьи объектом нашего исследования являются АТ как радикальные технологические инновации. Предметом – существенные свойства и анализ развития АТ. При этом используются формально-логические, хронологические и статистические методы исследования.

Понятие «аддитивные технологии»

Выполним, прежде всего, теоретическое исследование понятия «аддитивные технологии», выделив смысловые единицы, входящие в его содержание. Необходимо отметить родственность понятий «3D-печать» (3D-print) и «аддитивные технологии», «аддитивное производство» (AD manufacturing), что дает возможность нам в последующем равнозначно использовать указанные термины. ^[1]

Родовым понятием для данного является понятие «технология». Современный экономический словарь определяет: технология (от греч. techne – искусство и logos – слово, учение) – способ преобразования вещества, энергии, информации в процессе изготовления продукции, обработки и переработки материалов, сборки готовых изделий, контроля качества, управления. Технология воплощает в себе методы, приемы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами. Совокупность технологических операций образует технологический процесс. Современная экономическая наука использует термин «технология» и в таких сочетаниях, как «технология обучения, образовательного процесса, лечения, управления» [1].

Поскольку термин «технология» используется во всех сферах деятельности человека – образование, медицина, менеджмент и пр., то следует уточнить – аддитивные технологии (АТ) относятся к производственным технологиям, т.е. используются для преобразования вещества в процессе производства продукции.

Рассмотрим ряд определений:

1. Аддитивное производство (АП, также AM – от англ. additive manufacturing) представляет собой класс перспективных технологий кастомизированного производства деталей сложной формы по трехмерной компьютерной модели путем последовательного нанесения материала (как правило, послойного) – в противоположность так называемому вычитающему производству (например, традиционной механической обработке) [2].

2. Аддитивные технологии предполагают изготовление (построение) физического объекта (детали) методом послойного нанесения (добавления, англ. – «add») материала, в отличие от традиционных методов формирования детали за счёт удаления (subtraction – вычитание) материала из массива заготовки [3].

3. Термин «аддитивные технологии» означает класс процессов, которые автоматически создают сложные трехмерные физические объекты без инструментального их изготовления, путем преобразования данных, поступающих из CAD-системы [4].

4. Аддитивные технологии (от английского Additive Fabrication) – обобщенное название технологий, предполагающих изготовление изделия по данным цифровой модели (или CAD-модели) методом послойного добавления (add, англ. – добавлять, отсюда и название) материала [5].

5. Аддитивные технологии – процесс объединения материала с целью создания объекта из данных модели, как правило, слой за слоем, в отличие от «вычитающих» производственных технологий [6].

6. Аддитивное производство; АП (аддитивный технологический процесс) (additive manufacturing): Процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки) [7].

Таким образом, в содержание понятия аддитивные технологии (АТ) входят смысловые единицы:

– технология;

– деталь сложной формы; физический объект; трехмерный физический объект;

– послойное нанесение материала; последовательное нанесение материала; добавление материала;

– цифровая модель; CAD-модель; преобразование данных; поступающих из CAD-системы;

В ряде определений – пункты 1, 2, 5, 6 – в содержание понятия включен признак отличия АТ от других технологий, причем ряд авторов указывают только, так называемые, «вычитающие» традиционные технологии» (см. пункты 1, 2), другие делят существующие технологии на две группы (см. пункт 6): «вычитающие» и традиционные, при этом к «вычитающим» относят технологии механообработки (обработку резанием), а к традиционным только литье и штамповку, хотя механообработка тоже является традиционной технологией и, кроме того, существуют и другие технологии изготовления изделий, например, сварка. Кроме того, указанные технологии относятся к технологиям машиностроения, а АТ позволяют изготавливать пищевые, строительные, биологические и другие изделия и, соответственно, отличаются от этих отраслевых технологий. При этом спектр применения АТ в различных областях деятельности человека постоянно растет, следовательно, АТ целесообразно отнести к межотраслевым технологиям.

В приведенных определениях в качестве предмета производства используются семантические единицы «деталь сложной формы», «трехмерный физический объект», однако, во-первых, изготавливаться может не деталь как сборочная единица, а готовое изделие, во-вторых, это может быть не физический, а например, биологический объект. Следовательно, к объекту целесообразно ввести обобщающее определение «материальный».

Исходя из этого, можно дать следующее определение: аддитивные технологии – это межотраслевые технологии получения трехмерных материальных объектов из цифровой модели путем послойного нанесения материала.

Семантическая модель понятия «аддитивные технологии» представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Семантическая модель понятия «аддитивные технологии» (разработано авторами)

Представленное понятие является основой для построения онтологии знаний исследуемого объекта посредством формализованного представления основных понятий, входящих в его содержание, связей и отношений между ними, что позволяет перейти к их классификации и к созданию методологии управления практической деятельностью по изготовлению реальных объектов методами и способами 3D-печати, что является предметом отдельного исследования.

Анализ развития аддитивных технологий

С целью определения потребности в дальнейших теоретических исследованиях АТ интерес представляет оценка стадии их развития.

Исследуем и формализуем жизненный цикл АТ, представляя данные в табличной форме (Таблица 1).

Таблица 1 – Хронологический анализ изобретения и промышленного использования АТ (разработано авторами)

Автор, компания, содержание этапа	Область применения: при создании / в настоящее время	Производственные и рыночные характеристики: при создании / в настоящее время	Страна. Временной период
Wyn Swainson получил патент на технологию с использованием двух лазерных лучей для создания трехмерных объектов (патент США № 4041476, выдан 9 августа 1977 г.). Создал компанию Formigraphic в США.	Данных нет.	Данных нет.	США. 1977 г.
Чарльз Халл (Charles W. Hull) (компания 3D Systems) создал 3D-принтер, работающий по технологии послойного выращивания физических трехмерных объектов из фотополимеризующейся композиции (SLA-технология, от англ. Stereolithography Apparatus).	В НИОКР оборонной промышленности. Создание моделей, прототипов.	Низкие производительность и качество. Высокая цена 3D-принтера. Единичное производство как принтеров, так и изделий.	США. В 1986 г.  изобретение технологии. В 1987 г. производство первого принтера «установка для стереолитографии». В 1988 г. запущено производство принтеров. Потребительские принтеры от компании 3D Systems созданы в начале 2012 г.
	Большинство 3D-принтеров, работающих по технологии SLA, создают объекты размером примерно 50x50x60см, что ограничивает их область применения. Используется для: НИОКР, медицине и стоматологии, ювелирном деле, искусстве, в промышленности для создания литьевых моделей.
		Технология усовершенствована и позволяет получать изделия высокой точности (15 мкм) и сложности, производительность повысилась, но стоимость изделий высока из-за дороговизны материала.
Скотт Крамп (Scott Crump) (компания Stratasys) разработал FDМ-аппарат (FDM – Fused Deposition Modeling – послойная заливка экструдируемым расплавом или «печать расплавленным материалом»), который отличался от SLA-технологии применяемыми материалами и способом нанесения материала.	Университеты, любители-энтузиасты. Экспериментирование, создание моделей, прототипов.	Низкие производительность и качество. Высокая цена 3D-принтера. Единичное производство как принтеров, так и изделий.	США. 1988 г. Выход на коммерческий рынок в 1991 г. (компания Stratasys).
	Для быстрого прототипирования и быстрого производства изделий во многих сферах деятельности, частности, для товаров широкого потребления (бытовых). Используемые материалы: ABS, полифенилсульфон, поликарбонат и полиэфиримид.
		Производительность и качество значительно повышены. Цена на принтеры значительно снизилась вследствие широкого распространения технологии.
Адриан Бойер (Adrian Bowyer) (University of Bath) принтеры Darwin и Mendel – результат проекта RepRap (от англ. Replicating Rapid Prototyper – самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов).	Печатать объектов размером до 200×200×200 мм пластиком для экспериментирования и использования любителями-энтузиастами.	Низкие производительность и качество. Цена снижена по сравнению с предыдущими принтерами. Единичное производство самих принтеров и изделий.	Великобритания. 2008 г.
	Подход самопроизводства принтера обеспечил его широкое распространение среди любителей. Активизации этого процесса способствовали сетевые технологи общения энтузиастов 3D-печати.
Иосиф Прусс, чешский инженер, разработал 3D-принтер Prusa Mendel.	Печать объектов размером до 280х280х200 мм пластиком. Ориентирован на широкое бытовое использование – категория «домашний принтер». Использует технологию RepRap.	Низкая производительность. Низкая стоимость. Простота конструкции («народный принтер»).	Предположительно Чешская республика. 2010 г.
Gеnеrаl Еlectric первая корпорация, которая перешла на аддитивное производство.	Прототипирование, производство и ремонт газовых турбин, авиадвигателей, топливных инжекторов и другой сложной продукции.	Достаточно высокая производительность. Высокая точность,   качество, сложность изготовляемых изделий. Снижение издержек.	США. 2010 г.

* Обзор сделан по источникам [3, 8, 9].

Согласно данных таблицы 1 временной лаг аддитивных технологий как инновации от создания первых принтеров-образцов, печатающих прототипы и модели в единичном экземпляре, до промышленных принтеров, которые перешли от прототипирования к изготовлению изделий в серийном производстве составил порядка 20 лет. Для сравнения укажем, что для предшествующей 3D-печати другой инновационной технологии – обработка изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), это лаг в два раза короче – около 10 лет: Джон Т. Парсонс, профессор Массачусетского технологического института в конце 40-х годов разработал первое оборудование с ЧПУ, а начало массовой эксплуатации станков с ЧПУ относится к концу 50-х годов [10]. С нашей точки зрения, это объясняется тем, что технологии ЧПУ совершенствовали существующие традиционные технологии механообработки, используя те же самые физические принципы, а АТ являются радикальной инновацией, основанной на новых принципах изготовления изделий и представляют собой замещающие технологии.

В настоящее время в развитых странах технологии 3D-печати, как, в частности, свидетельствуют статистический (Рисунок 2), публикационный (Рисунок 3) и хронологический анализ (Таблица 1), пройдя фазу зарождения инновационного цикла, вышли на фазу роста. Происходящие изменения коснулись многих отраслей промышленности и, в недалеком будущем, как утверждают аналитики, в корне изменят существующую экономическую систему.

Так согласно отчета Wohlers Associates, которая отслеживает развитие 3D-печати с 1980 года, в последние годы в мировой экономике наблюдается значительный рост применения аддитивных технологий – с 3,07 млрд долларов США выручки в 2013 г. до 12,8 млрд долларов к 2018 г. и, в прогнозе, более чем 21 млрд долларов к 2020 г. Хотя Wohlers Report в 2013 прогнозировал, что к 2021 году индустрия 3D-печати вырастет до 10,8 млрд долларов [11]. На рисунке 2 желтым цветом представлена диаграмма прогноза 2013 г., синим – фактические данные и текущий прогноз на 2018 – 20120 гг.

Рисунок 2 – Динамика мирового роста 3D-печати

Проведенный нами анализ средствами Google Trends показал значительный рост поисковых запросов в сети Интернет на тему 3D-печати с 2004 по 2018 г. На рисунке 3 представлена кривая запросов, при этом по оси ординат числа обозначают уровень интереса интернет-пользователей к теме, так в январе 2004 г. он был равен 11 ед., а в феврале 2017 г. – 100 ед., что говорит о наивысшем уровне популярности запроса.

Рисунок 3 – Динамика мировой популярности интернет-запросов по теме 3D-печати с 2004 по 2017 гг. (разработано авторами)

Таким образом, несмотря на то, что интерес со стороны потенциальных пользователей 3D-печати является динамичным с повышением и снижением интереса, общий тренд положителен.

Заключение

Согласно проведенного анализа, АТ в настоящее время находятся на стадии роста инновационного цикла, что обеспечивается экономической целесообразностью их применения по критериям производительности, точности, качества изготавливаемых изделий. При этом интерес к АТ с положительной динамикой роста проявляют как производители, так и потенциальные потребители 3D-продукции.

Таким образом, можно сделать вывод об актуальности разработки специализированной теории и методологии аддитивных технологий с учетом особенностей российской экономики, что, в частности может явиться темой диссертационного исследования. Отсутствие такой теории приводит к невозможности подготовки высококвалифицированных технических и управленческих АТ-специалистов, а также сложности создания и реализации инновационных проектов освоения АТ, что обуславливает технологическое отставание России от передовых стран [12, 13].

Эта проблема может быть решена, по мнению авторов, не только интенсивным формированием теории и формализацией ее в учебное обеспечение и учебные курсы, но и целенаправленным использованием социальных и Интернет-технологий. При этом «точкой роста» освоения АТ может стать региональный университет, в котором создана интегрированная среда, включающая в себя как образовательную, так и производственно-рыночную среду, в которой как производителями, так и потребителями соответствующих знаний, а также реальных 3D-продуктов являются, прежде всего, преподаватели и студенты учебного заведения. Накопленные результаты по освоению АТ будут передаваться в реальный сектор экономики следующими способами:

1. Трудоустройство подготовленных специалистов АТ.

2. Трансфер созданных знаний.

3. Продажа объектов интеллектуальной собственности: дизайн изделий, конструкторско-технологическое решение, программное обеспечение для изготовления изделий АТ.

При этом необходимо учитывать региональные особенности экономики: ее структуру, характеристики предпринимательства, потребительских рынков, меры государственной поддержки.

[1] Применяются также и другие термины: Additive Fabrication (AF), Additive Processes, Additive Techniques, Additive Layer Manufacturing, Layer Manufacturing и Freeform Fabrication

Библиографический список

1. Райзберг, Б.А. Современный экономический словарь. / Б.А. Райзберг, Л.Ш. Лозовский, Е.Б. Стародубцева. 2-е изд., испр. М.: ИНФРА-М, 1999. – 479 с.
2. Новые производственные технологии: публичный аналитический доклад / рук. И.Г. Дежина. М.: Изд. дом «Дело», РАНХ и ГС, 2015. – С. 109
3. Зленко, М.А. Аддитивные технологии в машиностроении: пособие для инженеров / М. А. Зленко, М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш. – М: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. – 220 с.
4. Валетов, В. А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы): Учебное пособие / В.А. Валетов. – СПб.: Университет ИТМО, 2015. – 63с.
5. Зленко, М.А. Аддитивные технологии в машиностроении: / М.А. Зленко, А.А. Попович, И.Н. Мутылина. – С-Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2013. – 22 с.
6. ASTM F2792-12a (American Society for Testing and Materials).
7. ГОСТ Р 57558—2017 «Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Термины и определения».
8. 3D Today. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://3dtoday.ru (дата обращения: 25.10.17).
9. Рентюк, В. Сказ о том, как игрушечная лягушка помогла совершить прыжок в сферу высоких технологий / В.Рентюк // Control Engineering Россия. – №4 (70). – С.48 – 52
10. История развития станков с ЧПУ. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://poznayka.org/s77334t1.html (дата обращения: 25.10.17).
11. Steve Heller. Why 3D Printing Stocks Could Have a Tremendous Runway for Growth. [электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.fool.com/investing/general/2014/09/09/why-3d-printing-stocks-could-have-a-tremendous-run.aspx (дата обращения: 11.11.17)
12. Дресвянников, В.А. Приоритетность подготовки специалистов в системе менеджмента знаний в условиях четвертой научно-технической революции / В.А. Дресвянников // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Общественные науки. – 2017. – № 4(44). г. Пенза.
13. Дресвянников, В.А. Состояние и перспективы использования аддитивных технологий для производства товаров потребительского назначения / В.А. Дресвянников, И.Д. Бунимович // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Экономические науки. – 2017. – № 2(6). г. Пенза.

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Дресвянников Владимир Александрович»

главные тренды и прогнозы экспертов

Аналитика и бизнес

Эксперты рекомендуют

Автор: Семен Попадюк

Автор: Семен Попадюк

Какие тенденции в области 3D‑печати, по мнению экспертов по аддитивному производству, будут особенно актуальны в 2022 году?

3D Printing Industry, одно из ведущих интернет‑изданий 3D‑индустрии, попросило исследователей, руководителей высшего звена, технических экспертов и инвесторов поделиться своим видением перспектив 3D‑печати в текущем году.

Посыл ясен: потенциал 3D‑печати в различных сферах, включая авиакосмический сектор, автомобилестроение и медицину, по‑прежнему растет.

Пандемия дала толчок развитию отрасли, поскольку с выявлением слабых звеньев в цепочке поставок передовые аддитивные технологии вновь возглавили повестку дня. Рост требований к материалам, а также повышение спроса на материалы с более высокими эксплуатационными характеристиками свидетельствуют о доверии к 3D‑печати со стороны производителей. При этом внимание к проблемам устойчивого развития говорит о том, что отрасль идет в ногу со временем.

В обсуждении затронуты такие тенденции, как консолидация, производство, автоматизация, расширение производственной экосистемы (включая постобработку), а также достижения в области программного обеспечения – цифровые нити, моделирование и растущее применение искусственного интеллекта.

Станьте квалифицированным специалистом по 3D‑технологиям! Учебный центр iQB Technologies предлагает пройти курсы по работе с оборудованием и программными продуктами для подготовки моделей к 3D‑печати и обработки данных 3D‑сканирования

Барт Ван дер Шурен (Bart Van der Schueren), главный технический директор Materialise

Аддитивное производство доказало свою ценность для множества различных задач и бизнес-моделей. За последние два года из‑за проблем с поставками ей уделяли особое внимание. Это ускорило процесс внедрения технологии, но в то же время ставит сложные задачи перед пользователями и всей 3D‑отраслью в целом. По мере того как исчезают границы между традиционным производством и 3D‑печатью, эти две экосистемы начинают объединяться и формировать более интегрированную производственную среду.

© Materialise

Такая унифицированная производственная среда на основе цифровизации позволяет повысить эффективность и повторяемость, расширить масштабы производства и контроль, но при этом требует общего ресурса, а именно данных. Данные будут играть все более важную роль в 3D‑печати. Речь идет не только о доступе к данным, но и о том, как организации и пользователи могут собирать, использовать и защищать собственные данные.

Умное производство основывается на способности анализировать данные для формирования действенных стратегий. Именно они позволяют совершенствовать и расширять производство и, в результате, создавать более качественную продукцию. Объединение данных разных процессов и уровней дает возможность оптимизировать и автоматизировать производство. Для этого нужна программная платформа АП, способная подключаться ко всем системам и наборам данных, имеющимся в производственной среде и за ее пределами.

В то же время организации должны иметь возможность защитить свою интеллектуальную собственность. В случае аддитивных процессов это актуально как с точки зрения проектирования деталей, так и самого процесса. При 3D‑печати материал и изделие создаются одновременно. Учитывая эту сторону вопроса, в 3D‑печати данные, очевидно, играют более важную роль, чем в традиционном производстве.

Но даже при наличии больших объемов данных для оптимизации сначала необходимы знания людей в конкретных областях специализации, и только потом появляется смысл автоматизировать процесс. Другими словами, если вы используете много данных для автоматизации и масштабирования неэффективного производства, вы все равно не добьетесь качественного результата. Главное – сочетать подходящую технологию с соответствующим опытом.

Подробнее в статье Тренд‑2022: умные данные все более актуальны для аддитивного производства

Брайан Томпсон (Brian Thompson), вице‑президент отдела САПР и генеральный директор PTC

Проектирование для аддитивного производства (DfAM) будет продолжать развиваться, а программное обеспечение станет важнейшим фактором внедрения промышленного аддитивного производства. Мы будем продолжать преодолевать фрагментацию, связанную с точечными решениями, и стремиться к созданию взаимосвязанной экосистемы, сочетающей в себе оборудование, программные продукты и материалы.

Мы ожидаем повышения активности и заинтересованности в области постобработки изделий, напечатанных на металлических 3D‑принтерах. Сейчас активно разрабатываются технологии, дополняющие собственно процесс печати. Это означает, что технологии 3D‑печати металлом становятся все более зрелыми, по крайней мере, на нескольких нишевых рынках.

Гибридное производство (когда одна установка осуществляет и аддитивные, и субтрактивные процессы) остается актуальной темой, особенно среди производителей, заинтересованных в объединении З- и 5‑осевого фрезерного станка с 3D‑принтером, что позволило бы отказаться от отдельного оборудования для постобработки.

Мы уже наблюдаем большие успехи в прогнозировании деформаций при печати металлом. Однако ожидается и повышение интереса к инструментам моделирования для решения проблем деформаций, присущих 3D‑печати полимерами. Мы также ждем появления продуктов, повышающих предсказуемость полимерной печати.

Скачайте бесплатную брошюру 3D‑печать пластиком: технология и практическое применение

Наконец, мы прогнозируем рост внимания к технологии комплексных цифровых нитей по всей цепочке создания стоимости: от концепции до постобработки и контроля качества. В нашей практике был демонстрационный проект: он включал не только инновационный теплообменник (достижение уже само по себе), созданный с применением флагманских технологий САПР, управления жизненным циклом продукта и промышленного интернета вещей (выполнение и мониторинг заказов), но и возможности дополненной реальности, позволяющей «отправить» деталь специалисту в любую точку мира! К сентябрю 2022 года вряд ли найдутся производители, способные полностью внедрить эту практику, но это то, к чему мы стремимся.

Ави Райхенталь (Avi Reichental), соучредитель и генеральный директор Nexa3D

В этом году пандемия продолжит в значительной мере определять тенденции развития. За последние два года были выявлены слабые стороны сложной и хрупкой цепи поставок, что для большинства производителей является приоритетным вопросом. Это вынуждает их ускорить цифровизацию и локализацию поставок. При этом 3D‑печать играет ключевую роль, в частности, с точки зрения скорости, пропускной способности, затрат и устойчивого развития.

По мере увеличения числа компаний, переходящих на массовое аддитивное производство, будет наблюдаться повышенный спрос на масштабируемые решения для постобработки и полной автоматизации производства. Базой для этих решений будут служить передовые адаптивные технологии машинного обучения и зрения, позволяющие повысить стабильность и эффективность производства.

© Nexa3D

Мы, несомненно, станем свидетелями расширения открытых экосистем инноваций и сотрудничества, от чего все только выиграют. Благодаря более широкому и гибкому участию специалистов со всего мира такой коллективный подход будет способствовать более быстрому внедрению и развитию технологий.

Мохсен Сейфи (Mohsen Seifi), директор по международным программам аддитивного производства, Мартин Уайт (Martin White), руководитель программ по аддитивному производству в европейском регионе, Великобритания, Александр Лю (Alexander Liu), руководитель программ по аддитивному производству в азиатском регионе, Сингапур, и Терри Уолерс (Terry Wohlers), руководитель отдела консультационных услуг и анализа рынка, Центр передового опыта в области аддитивного производства ASTM International

В 2022 году ожидается развитие по двум ключевым направлениям:

В важнейших областях применения контроль на объекте поможет обеспечить структурную целостность с учетом факторов риска и позволит сертифицировать крупные детали, которые трудно сканировать методом КТ. Например, ASTM сейчас работает с NASA над трехлетним проектом в области использования контроля на объекте для определения влияния дефектов на структурную целостность.

Что касается постобработки, то очевидно: для разработки прочных и надежных деталей и изделий необходимо оптимизировать обработку поверхностей и внутреннюю структуру (микроструктуры, уровень пористости). В некоторых случаях более 60% стоимости конечного продукта приходится на постобработку. Таким образом, мы наблюдаем, что отрасль действительно стремится к улучшению качества продукции. Мы считаем, что постобработка окажет существенное влияние на успех аддитивного производства, что было очевидно еще на выставке Formnext 2021.

Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью: 3D‑печать как полноценная производственная технология в условиях пандемии COVID-19

Дэхо Хонг (Daeho Hong), руководитель производства nTopology

В 2022 году многие предприятия будут развивать основные аддитивные технологии – от прототипирования и НИОКР до производства. Мы ожидаем, что в аэрокосмической, автомобильной, тяжелой промышленности, а также в области медицинского оборудования будет утверждено и запущено в производство больше изделий, чем за последние годы.

Более интегрированное и автоматизированное аддитивное производство будет способствовать рационализации разработки и изготовления продукции за счет интеграции корпоративных систем, программного обеспечения 3D‑печати и оборудования. В этом году мы станем свидетелями перехода от прототипирования к производству, и основными задачами станут стабилизация выбранных аддитивных технологий, расширение масштабов для сокращения затрат и контроль качества.

Гил Лави (Gil Lavi), основатель и генеральный директор 3D Alliances

В краткосрочной перспективе я вижу больше синергии между следующими четырьмя направлениями:

1. 
   программы для 3D‑печати,

2. 
   3D‑принтеры,

3. 
   постобработка,

4. 
   материалы для 3D‑печати.

С ростом осведомленности и спроса со стороны промышленных пользователей на внедрение аддитивных технологий в производственные процессы поставщики решений осознают значимость формирования единого комплексного рабочего процесса. Поэтому в 2022 году я ожидаю более тесного сотрудничества между поставщиками оборудования, программного обеспечения и материалов для 3D‑печати, что поможет пользователям интегрировать 3D‑технологии в производство.

Еще одна задача, по моему мнению, состоит в том, чтобы открытые акционерные компании, занимающиеся 3D‑печатью, были по достоинству оценены на фондовой бирже. Лишь немногие из них смогут добиться этого только за счет высоких финансовых показателей. Проще говоря, в более долгосрочной перспективе эта отрасль будет продолжать развиваться и расширять границы, открывая новые способы преобразования аналоговых и неавтоматизированных процессов в цифровые.

Раш Ласелль (Rush LaSelle), старший директор по аддитивному производству Jabil

Мы ожидаем дальнейшего развития инициатив, направленных на снижение производственных издержек за счет 3D‑печати. Полученные результаты помогут доказать, что аддитивные процессы обладают значительными преимуществами перед традиционными применительно к изготовлению средних серий и производствам, чувствительным к колебаниям цен. Основные затраты будут направлены на увеличение производительности промышленных 3D‑принтеров относительно капитальных вложений. Кроме того, нужно ориентироваться на снижение затрат на оплату труда и материалы, а также сокращение времени от проектирования до поставки.

Сокращение расходов на закупку и эксплуатацию 3D‑принтеров остается важнейшим фактором для предприятий серийного производства. Поскольку пользователи стремятся реализовать преимущества аддитивных технологий для повышения объемов производства, крайне важно иметь возможность увеличивать производительность принтеров. Использование большего количества лазеров в установках плавления/спекания порошков или более высокая скорость нанесения слоя при одновременном улучшении разрешения печати повысят экономическую эффективность и привлекательность капиталовложений.

Зависимость от высококвалифицированной рабочей силы на протяжении всего производственного цикла по‑прежнему будет ограничивать возможности, несмотря на рост внимания к обучению кадров и автоматизации подготовки к производству. Обучение инженеров, офисного и производственного персонала, а также расширение автоматизации процессов будут способствовать более широкому использованию 3D‑принтеров, помимо прототипирования, комбинированного изготовления и прибыльных отраслей.

Проблемы, связанные с поставками материалов для 3D‑печати, будут и впредь определять высокую стоимость деталей. Отчасти это было сделано умышленно, поскольку поставщики управляют закрытыми экосистемами, чтобы окупить инвестиции в собственные технологические портфели. До недавнего времени объем материалов, потребляемых 3D‑принтерами, не был настолько высок, чтобы заинтересовать крупнейших поставщиков. Ожидается, что в ближайшем будущем динамика продолжит меняться: все больше поставщиков оборудования будут ориентироваться на материалы открытой системы, тогда как крупные поставщики полимеров и металлов будут активнее участвовать в рынке, что позволит сократить расходы на порошки и филаменты.

Источник: 3dprintingindustry.com. Автор: Майкл Петч. Статья приводится в сокращении

Статья опубликована 17.02.2022 , обновлена 07.10.2022

Аддитивное производство в строительстве

Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, вызывает все больший интерес в строительной отрасли. С использованием различных материалов было разработано различное оборудование и методы, с помощью которых можно печатать строительные детали. Преимущества аддитивного производства для строительства включают автоматизацию производственного процесса, значительное улучшение свободы проектирования и расширенные возможности оптимизации конструкции как самого здания, так и компонентов внутри него. Однако для реализации этих преимуществ компоненты должны быть точно смоделированы. В результате крайне важно обеспечить надежность цифровых методов проектирования, используемых для проектирования строительных компонентов и планирования процессов аддитивного производства.

Что такое аддитивное производство в строительстве?

Аддитивное производство в строительстве тесно связано с типом печатаемого материала. Метод, используемый для создания строительной части, зависит от используемого материала, при этом наиболее распространены бетон, металлы или полимеры (пластики). Материалы на основе заполнителей, такие как бетон, обычно экструдируют в слои желаемой формы. В качестве альтернативы используется процесс со слоем частиц, при котором сухие материалы наслаиваются, а затем добавляется жидкость для связывания материалов вместе. Другие типы аддитивного производства включают динамическое литье и формование сетки для бетона, в то время как в металлических деталях используются такие методы, как плавление в порошковом слое и направленное осаждение энергии, когда источник тепла сплавляет металл вместе. Пластмассы — как один из наиболее адаптируемых материалов — имеют широкий спектр методов, которые можно использовать для аддитивного производства, в зависимости от типа используемого полимера.

Преимущества аддитивного производства для строительства

Традиционные строительные процессы, такие как кладка кирпича и установка армирования бетона, требуют много времени, труда и сопряжены с риском для безопасности рабочей силы. Они также ограничивают проектировщика формами и структурной прочностью, которые могут быть достигнуты с помощью традиционных строительных компонентов.

Напротив, аддитивное производство предлагает большую свободу проектирования, повышает безопасность и производительность труда, а также снижает производственные затраты. Можно не только создать практически любую форму, объекты можно создавать из различных материалов, чтобы увеличить прочность любых участков объекта, которые будут подвергаться высоким нагрузкам. Это предоставляет разработчикам новые возможности для оптимизации компонентов. Кроме того, автоматизация, которую предлагает аддитивное производство, делает его особенно подходящим для строительных проектов в суровых условиях, например, в районах, подверженных воздействию атомной радиации.

Готовы ли технологии аддитивного производства к AEC?

Процессы аддитивного производства уже являются стандартной технологией во многих областях производства продукции. Печатные компоненты не только ускоряют создание разрабатываемых прототипов, но и все чаще используются в конечных продуктах, таких как автомобили и самолеты. В строительной отрасли аддитивные процессы используются инновационными компаниями для автоматизированного производства масштабных иллюстративных прототипов. При производстве реальных зданий особый размер компонентов и связанные с этим экономические условия представляют собой особую проблему. Поэтому университеты и компании по всему миру проводят исследования новых материалов, машин и процессов, чтобы заложить основу для их использования в архитектуре, проектировании и строительстве (AEC).

Как внедрить аддитивное производство в строительные проекты

Чтобы воспользоваться возможностями аддитивного производства в строительных проектах, необходим широко автоматизированный цифровой рабочий процесс планирования. Сложные геометрические данные и данные о материалах должны быть точно представлены, а также легко перенесены на используемое производственное оборудование. 3D-принтерам требуются определенные команды для изготовления деталей, которые выводятся из геометрической модели детали, чтобы создать траекторию движения инструмента и другие инструкции, которые требуются 3D-принтеру. Поэтому использование программного решения для гражданского строительства, которое может создавать точные и сложные модели и надежно обмениваться этими данными в удобном для использования формате, имеет решающее значение для обеспечения успеха аддитивного производства.

Являясь одной из самых точных программ 3D-моделирования благодаря ядру моделирования Siemens Parasolid, Allplan Engineering особенно подходит для нужд аддитивного производства. Любую форму можно быстро, легко и точно смоделировать в Allplan, а также при необходимости усилить. Благодаря мощному интерфейсу Allplan Visual Scripting автоматизация процессов моделирования может быть достигнута даже без знаний программирования. Allplan также поддерживает openBIM и независимый от поставщика обмен данными с использованием формата Industry Foundation Classes (IFC) и стандартного языка тесселяции (STL), который является отраслевым стандартом для аддитивного производства.

Аддитивное производство в строительстве предлагает значительную свободу проектирования и широкие возможности автоматизации. Однако без цифрового метода планирования, такого как BIM, и правильного программного решения эти преимущества было бы трудно реализовать. По мере того, как аддитивное производство становится все более популярным в отрасли AEC, эти требования будут становиться все более важными. Узнайте больше об аддитивном производстве и его преимуществах.

Загрузите следующий информационный документ: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860419309029?via%3Dihub

Аддитивное производство в строительстве – Управление технологиями и операциями

Автор: Triple E

Студент

Изменено 12 ноября 2018 г.

Далее:

3-D печать: последний «Вау-фактор» Disney

Насколько важным будет аддитивное производство в строительстве будущего? На протяжении многих лет аддитивное производство было постоянной темой обсуждения в отрасли. По большей части обсуждение вращается вокруг попыток понять ограничения, области применения и общее влияние на стоимость строительства.

Введение

Насколько важным будет аддитивное производство в строительстве будущего? На строительной площадке вы сталкиваетесь с рядом проблем: отсутствие согласованности между работами, неэффективность труда, задержки в графике, превышение бюджетных прогнозов, задержки с доставкой материалов и высокий процент отходов материалов. Я наблюдал эти проблемы во время своего опыта работы на сайтах по трудоустройству и постоянно бросал себе вызов, чтобы найти творческие способы смягчения этих проблем. Однако 3D-печать обещает решить некоторые из этих проблем. На протяжении многих лет аддитивное производство было постоянной темой обсуждения в отрасли. По большей части обсуждение вращается вокруг попыток понять ограничения, области применения и общее влияние на стоимость строительства.

Возможности и проблемы

3D-печать может произвести революцию в отрасли. Некоторые компании уже начали работать с этим нововведением. Bouygues, французская компания с глобальным присутствием, является одной из таких компаний. В сотрудничестве с Нантским университетом они построили первый 3D-дом в Нанте. «С помощью 3D-технологии дом площадью 95 м² стал реальностью всего за три дня с помощью руки многошарнирного робота: две полиуретановые стены с залитым между ними бетоном. Этот процесс имеет ряд преимуществ, включая возможности свободной формы и скорость выполнения. Кроме того, теплоизоляция уже установлена ​​в конце процесса строительства». [1]

Первый 3D-дом в Нанте [1]

Преимущества этого процесса на этом не заканчиваются. Он обеспечивает согласованность между рабочими местами, повышает эффективность труда, оптимизирует производство, обеспечивает прочность/долговечность здания или дома, снижает себестоимость производства, сокращает материальные отходы и имеет потенциал для добавления экологически чистых материалов. [2] Внедрение аддитивного производства также изменит рабочую среду, уменьшив количество несчастных случаев и угроз безопасности благодаря автоматизации процесса. [3]

Тем не менее, внедрение 3D-печати в промышленность имеет и свои недостатки: высокая стоимость крупномасштабного принтера, необходимость в специалисте для работы с принтером и черновая отделка. [2] Но самое главное, это необходимость дальнейшего изучения и исследования разработок для улучшения технологий, ориентированных на строительство. Несмотря на то, что аддитивное производство широко используется в других отраслях, этот процесс нуждается в доработке, прежде чем он действительно изменит строительную отрасль. «Эта область все еще находится в зачаточном состоянии, без стандартизированного тестирования и контроля качества для сравнения или оценки этих последних достижений. Кроме того, многие из этих ранних проектов и технологий аддитивного производства являются запатентованными, в них отсутствует общедоступная подробная информация о методологии и качестве конечной детали, что затрудняет сравнение или оценку новых технологий аддитивного производства. Хотя для полной реализации AM в качестве экономичного и надежного варианта в строительной отрасли необходимо проделать большую работу, потенциальные преимущества, которые он может обеспечить, заслуживают дальнейших исследований и разработок». [4]

В 2015 году с использованием новой технологии строилось расширение гранд-отеля «Льюис» на Филиппинах. Эта структура была первой полностью разрешенной структурой, которую действительно можно было использовать. Якич, инженер-материаловед, вместе с Андреем Руденко, разработчиком замкового 3D-принтера, отвечали за проект. «Филиппины — отличное место для печати бетоном из-за погоды. В настоящее время все сделано из бетона, и это страна третьего мира, поэтому она может принести много пользы в зонах бедствий и т. д.», — сказал Якич 3DPrint.com. Площадь проекта составляет около 1500 квадратных футов, и на печать ушло около 100 часов. [5]

Расширение The Lewis Grand Hotel на Филиппинах [5]

Эволюция технологии

Сегодня много компаний занимаются 3D-печатью. Однако, поскольку несколько подрядчиков до сих пор не используют эту технологию, большинство из этих компаний активно участвуют в строительной фазе цепочки создания стоимости; в краткосрочной перспективе более вероятно, что компании будут искать интегрированные решения, в которых они будут использовать собственные ресурсы для проектирования, проектирования, оборудования, программного обеспечения, материалов и строительства. [3]

В среднесрочной/долгосрочной перспективе, по мере развития и совершенствования технологии, ожидается, что субподрядчики будут специализироваться на 3D-печати и превратят аддитивное производство в технологию строительства, такую ​​как сборные конструкции. Это позволит большему количеству компаний воспользоваться преимуществами этой технологии, поскольку для этого потребуется меньше капитала и местных знаний, что расширит использование 3D-печати на строительных площадках. [3]

Некоторые вопросы, касающиеся применения 3D-печати в строительстве, до сих пор остаются без ответа. Будут ли правила препятствием для развития технологии? Заменит ли использование этой технологии строителей?

(количество слов: 746)

Ссылки

[1] Bouygues Construction, «Инновации», https://www.bouygues-innovation/ennovation.com-conss /3d-printing, по состоянию на ноябрь 2018 г.

[2] Сейед Хамидреза Гаффар; Хорхе Коркер; Мизи Фан, «Технология аддитивного производства и ее внедрение в строительство как экоинновационное решение» https://www-sciencedirect-com.ezp-prod1.hul.harvard.edu/science/article/pii/S0926580517309731, по состоянию на ноябрь 2018 г.

[3] BCG, «Publications» https://www.