3D-печать запчастей: принтер вместо склада

«3D-печать уничтожит традиционный рынок запчастей», «3D-принтеры меняют индустрию комплектующих» — подобные заголовки можно встретить в интернете в поисках информации о том, как аддитивные технологии помогают промышленникам избегать закупки дефицитных импортных деталей и производства сложных изделий взамен вышедших из строя. Конечно, об уничтожении рынка речь не идёт — по крайне мере, на данном этапе. Но вот с тем, что подходы производителей промышленного оборудования к складскому хозяйству меняются, придётся согласиться.

Традиционное производство предполагает наличие склада запасных частей, комплектующих и расходных материалов, который необходимо регулярно пополнять, обновлять и вести учёт ассортимента. Активное развитие аддитивных технологий подтолкнуло промышленников к мысли о том, что привычный склад можно заменить 3D-принтерами, а вместо закупок и традиционных методов производства деталей просто печатать их по мере необходимости. Такой подход позволит отказаться от содержания складских помещений и обслуживающего их персонала, ведь весь ассортимент комплектующих будет виртуальным.

Производитель перестал выпускать или поставлять нужную деталь в вашу страну? При наличии документации её можно воссоздать на 3D-принтере, а, если необходимых данных нет, на помощь придёт реверс-­инжиниринг. В этом случае можно не просто изготовить копию, а улучшить её характеристики с учётом опыта эксплуатации оригинала.

С каждым годом перечень материалов, с которыми работают аддитивные производства, расширяется, так что повысить качество изделия можно за счёт применения новых полимеров, металлов и композитов. Кроме того, в некоторых случаях 3D-печать позволяет избавиться от сборки: можно просто напечатать комплекс деталей сразу в собранном виде, сэкономив время и производственные затраты.

Казалось бы, сплошные плюсы. Так ли это в реальности? Могут ли 3D-принтеры заменить склады и нужно ли это промышленникам? Выясняем вместе с представителями рынка аддитивных технологий.

Серия, прототип или сложный сплав

«Начнём с того, что аддитивный метод уже длительное время является серийным для определённой номенклатуры изделий. Особенно если мы говорим о технологии SLS, где нет поддержек и привязки к платформе построения. В таком случае полимерные изделия могут печататься в количестве от 1 до 2500 за один цикл — это ли не серийность?

Мало того, так как цикл единый, усадка будет сопоставима, а это говорит о хорошей повторяемости конкретной партии. Также важно обратить внимание на некрупные металлические изделия: их поместится несколько на одной платформе, они буду иметь идентичные физико-­механические свой­ства и деформации», — поясняет руководитель проектов по направлению «Промышленные аддитивные системы» ООО «Топ 3Д Групп» (Top 3D Group) Виктор Наумов.

Производство детали для промышленного оборудования аддитивным способом может быть эффективнее, чем запуск серийного производства традиционными способами или ввоз параллельным импортом, подтверждает главный технолог и руководитель направления «Аддитивные технологии» ГК «Диполь» Иван Зайцев. По его опыту, это возможно в нескольких случаях.

Во-первых, когда речь идёт о прототипировании: изготовление деталей с помощью аддитивных технологий может быть полезным на этапе разработки и тестирования новых продуктов. Это позволяет быстро создавать прототипы и проверять их функциональность без необходимости запуска полномасштабного производства.

Во-вторых, использовать 3D-печать целесообразно при маленькой серийности. Когда требуется небольшое количество деталей, производство аддитивным методом может быть более эффективным, так как не требует больших затрат на настройку оборудования и организацию массового производства.

«Если требуется небольшое количество деталей, серийное производство может быть экономически невыгодным из-за высоких затрат на настройку оборудования и производство форм. Аддитивное производство позволяет изготавливать детали по мере необходимости без значительных начальных затрат.

Кроме того, с помощью 3D-печати можно создавать детали со сложной геометрией, которые трудно или невозможно изготовить традиционными методами. Это может быть особенно полезно для создания уникальных или специализированных компонентов», — продолжает тему руководитель Центра Аддитивного Инжиниринга SIU System АО «НПО СИСТЕМ» Дмитрий Филиппов.

Одним из самых значимых преимуществ 3D-печати он считает возможность изготовления деталей сложной геометрии, как внешней, так и внутренней. В некоторых случаях для повышения эффективности печати необходимо рассматривать весь узел целиком. Это может привести к тому, что узел, состоящий из 15 сборных деталей, будет напечатан как единое целое.

По словам Ивана Зайцева, аддитивный подход также уместен при производстве изделий из сложных сплавов, которые трудно или невозможно получить с помощью традиционных методов обработки материалов. Это может быть полезно в случае, когда требуются уникальные свой­ства материала, такие как высокая прочность, износостойкость или коррозионная стойкость.

«Существуют целые направления производства, которые недоступны для импорта, а изготовление традиционными технологиями требует открытия целого направления в отрасли с огромными финансовыми вложениями. Например, количество предприятий, поставляющих крупногабаритные заготовки литьём, сейчас крайне недостаточно. Ранее большой объём поставок осуществлялся из за рубежа.

Альтернативой может являться аддитивное производство заготовок методами порошковой или проволочной наплавки. В данном случае выигрыш получается не только по стоимости организации производства, но и по срокам последующего изготовления заготовок, а зачастую и по качеству структуры и свой­ствам материала», — дополняет директор ООО «ИксВелд» Дмитрий Трушников.

«В случаях, когда требуется быстрое изготовление деталей, аддитивное производство может значительно сократить время от разработки до готового изделия. Это особенно важно для прототипирования и быстрого реагирования на изменения в проекте. Если требуется изготовление индивидуализированных деталей или небольших партий с различными характеристиками, применение 3D-печати позволяет легко вносить изменения в дизайн без дополнительных затрат», — отмечает Дмитрий Филиппов.

Кроме того, по опыту специалистов SIU System, для оборудования, снятого с производства, или устаревших моделей аддитивные технологии могут оказаться единственным способом получить требуемые запчасти без необходимости искать альтернативные источники или заказывать дорогостоящие партии.

«В каждом из этих случаев, а иногда и в комплексе, запуск аддитивного производства может быть рациональнее, чем традиционного. В любой ситуации, где стоит вопрос о выборе технологий изготовления деталей, требуется детальный расчёт эффективности на конкретных деталях. В некоторых обстоятельствах может быть эффективен комплекс из аддитивных и традиционных методов», — поясняет руководитель Центра Аддитивного Инжиниринга SIU System.

3D-печать vs импорт

Представители аддитивной отрасли сходятся во мнении, что в некоторых сферах промышленности 3D-печать может позволить предприятиям отказаться от ввоза иностранных комплектующих, что в условиях санкций, согласитесь, весьма привлекательно.

«Автомобильная и нефтегазовая отрасли, приборостроение — это база. Далее всё зависит от самой отрасли и номенклатуры. Многие предприятия не могут позволить себе использовать аддитивные решения либо по соображениям соблюдения ГОСТов и нормативов, либо в связи с высокой себестоимостью», — отмечает Виктор Наумов.

В портфеле компании Top 3D Group есть кейсы с применением технологий SLS и SLM, которые полностью закрыли запрос клиента на импортозамещение. Например, одна из компаний поставляла запчасти для гидронасосов и сантехнического оборудования. Мало того, что изготовленные аддитивным способом детали (элементы корпуса, крыльчатки насосов, детали клапанов и затворов) позволили закрыть запрос клиента, они ещё оказались прочнее и дешевле, чем оригинальные, к тому же их можно быстрее доставлять клиентам.

«Аддитивные технологии становятся всё более популярными и востребованными в различных отраслях промышленности, включая те, где ранее использовались импортные комплектующие. Данное производство позволяет создавать сложные и уникальные детали, которые могут заменить импортные аналоги. Это особенно актуально в условиях экономических ограничений и санкций», — подтверждает Иван Зайцев.

По его мнению, в список таких отраслей следует внести космическую промышленность, где востребовано изготовление деталей сложной формы и геометрии, а также авиационную и судостроительную — здесь 3D-печать можно использовать для создания прототипов и небольших серий авиационных и судовых компонентов, таких как детали двигателей или элементы фюзеляжа, системы управления и навигации.

Медицинскую промышленность аддитивные технологии могут избавить от импорта инструментов, протезов и имплантатов, которые можно печатать с учётом индивидуальных потребностей пациентов. А в строительной отрасли с помощью 3D-принтеров можно создавать архитектурные модели, элементы декора и даже целые строительные конструкции.

«Это лишь некоторые примеры отраслей, где применение 3D-печати позволяет предприятиям отказаться от импортных комплектующих. Однако стоит учитывать, что аддитивное производство требует тщательного анализа экономической целесообразности и определения наиболее эффективного метода производства в каждом конкретном случае», — напоминает представитель
ГК «Диполь».

Дмитрий Трушников также считает, что этот подход уместен в тех случаях, когда речь идёт об организации вспомогательного производства, изготовлении оснастки, макетов, деталей для опытных испытаний или комплектующих в областях, не требующих сертификации.

«У нас большой опыт производства высококачественных крупногабаритных заготовок для предприятий. Ранее такое литьё заказывали за границей. Мы уже не раз выручали промышленников, предоставляя заготовки и выигрывая у иностранных поставщиков по стоимости и срокам поставки.

Препятствием является необходимость сертификации подобных изделий для большинства отраслей. Поэтому многие заготовки мы изготавливали для опытных деталей и стендов. Но есть примеры, когда заказчики с успехом использовали изделия, изготовленные аддитивным способом, для ремонта технологического оборудования», — подчёркивает директор компании «ИксВелд».

В свою очередь, Дмитрий Филиппов в числе отраслей, где 3D-печать обладает наибольшим потенциалом, помимо уже перечисленных отмечает энергетику. По его словам, в этом секторе аддитивные технологии применяют для изготовления сложных компонентов турбин, насосов и других устройств. Это особенно актуально для удалённых объектов, где доставка запчастей может занимать много времени и быть дорогостоящей.

«В последние годы 3D-печать стала революционным инструментом в различных отраслях промышленности, позволяя предприятиям отказаться от импорта комплектующих и перейти на локальное производство. Это не только снижает затраты и риски, связанные с глобальными цепочками поставок, но и открывает новые возможности для инноваций и повышения конкурентоспособности. Внедрение аддитивных технологий становится ключевым фактором успеха в современном промышленном производстве», — напоминает руководитель Центра Аддитивного Инжиниринга SIU System.

У специалистов центра также есть опыт реализации проектов, которые позволили заказчикам заместить импортные детали печатными и при этом получить выгоду. Один из примеров — рабочее колесо итальянского насоса для перекачки воды со шламом. Оригинальное изделие изготовлено из чугуна и изнашивается через три месяца работы. После этого эффективность насоса падает, и требуется замена колеса.

Срок службы детали, изготовленной методом 3D-печати, увеличился с трёх месяцев до шести, а вес уменьшился в семь раз. Кроме того, применение аддитивной технологии позволило снизить стоимость закупки с 12 тыс. до 7,5 тыс. руб­лей и сократить срок поставки с двух месяцев до недели. Неудивительно, что заказчик принял решение все последующие колёса не закупать за границей, а производить аддитивным способом.

«В этом кейсе отмечу очень приятное отношение и энтузиазм со стороны заказчика. Он поставил себе цель восстановить работу насоса как можно скорее, несмотря на то, что технология ему незнакома и не отработана. Сейчас мы работает с ним уже по другому оборудованию с похожими сложностями», — комментирует Дмитрий Филиппов.

Не купим — напечатаем

Вернёмся к первоначальному вопросу: может ли оборудование для 3D-печати в реальности стать альтернативой складу комплектующих? Наши собеседники уверены — может, но есть нюансы.

«Всё зависит от вида запчастей. Как и было сказано ранее, если изделие формально может быть использовано в устройстве, почему бы его не напечатать за пару часов? Если мы говорим о глобальной поставке одинаковых деталей на разные предприятия, могут возникнуть вопросы целесообразности. Полимерная печать — да, однозначно. Печать металлом имеет ряд но в связи с технологическими особенностями», — поясняет Виктор Наумов.

«Оборудование для 3D-печати может стать альтернативой складу запчастей в некоторых случаях, но не полностью заменить его. Запчасти бывают сложные и многосоставные, из разных материалов. Аддитивные технологии могут помочь в изготовлении таких изделий, но не всегда позволят обеспечить необходимое качество и точность сложных и многосоставных деталей из различных материалов. В некоторых случаях может потребоваться дополнительная обработка или проверка качества», — отмечает Иван Зайцев.

По словам Дмитрия Филиппова, аддитивные технологии действительно позволяют предприятиям отказаться от хранения больших объёмов запасных частей и производить их по мере необходимости. А для компаний, расположенных вдали от крупных логистических центров, 3D-печать может стать настоящим спасением.

«Применение центра аддитивного производства в качестве передвижного пункта по созданию запчастей может быть ещё более экономически выгодным. Такие передвижные пункты уже успешно работают в различных условиях. Важно понимать, что 3D-печать в основном создаёт заготовки, которые не являются конечными изделиями.

Для того, чтобы они стали полноценными деталями, необходима механическая обработка на традиционных токарных и фрезерных станках. Поэтому при формировании центра аддитивного производства для создания запасных частей необходимо оснащать его также станками для обработки и правильно подбирать номенклатуру. В некоторых случаях изделия могут быть готовы к использованию сразу после печати», — подчёркивает руководитель.

По мнению главного технолога

ГК «Диполь», 3D-печать — лишь помощник в изготовлении изделий. Такое оборудование позволяет быстро создавать прототипы и небольшие партии деталей с учётом индивидуальных потребностей. Однако для массового производства требуется расчёт экономической и временной выгоды.

Таким образом, оборудование для 3D-печати может быть полезным инструментом для создания уникальных и нестандартных деталей, особенно в тех случаях, когда требуется быстрое изготовление или тестирование прототипов. Однако оно не может полностью заменить склад запчастей.

Учитывая, что 3D-принтер, как мы уже выяснили, — всё‑таки не универсальное решение, предприятиям не всегда есть смысл запускать собственное аддитивное производство на своих площадях.

«Необходимость в его создании, конечно же, связана с требуемыми объёмами и стоимостью планируемых к применению технологий. Так, всё, что касается металлов и больших габаритов, пока очень дорого. В этом случае дешевле обратиться к компаниям, специализирующимся на оказании услуг по трёхмерной печати. Если же планируемый объём заказов в году превышает стоимость организации участка, то есть смысл задуматься о закупке оборудования», — рекомендует Дмитрий Трушников.

По опыту Виктора Наумова, если речь идёт о малой серии мелких деталей или несложных изделий, если присутствует проблема передачи информационных данных и NDA, то целесообразно установить на производстве 3D-принтеры.

«Конечно, мы призовём клиента напечатать детали, а не приобретать оборудование за десятки миллионов руб­лей. Всегда стоит вопрос рациональности. Также мы напоминаем заказчикам, что при помощи обратного проектирования можно оптимизировать геометрию изделия для 3D-печати», — дополняет руководитель проектов компании Top 3D Group.

Работают профессионалы

Иван Зайцев подтверждает, что организация аддитивного производства не всегда необходима, если предприятие готово заменить импортные комплектующие напечатанными на 3D-принтерах. В некоторых случаях эффективнее прибегнуть к услугам центра аддитивных технологий (ЦАТ). Во-первых, когда завод планирует выпускать небольшие партии деталей, создание 3D-участка может быть нецелесообразным из-за высоких начальных затрат на оборудование и обучение персонала. В этой ситуации обращение в центр аддитивных технологий может оказаться более выгодным решением.

Во-вторых, по словам главного технолога ГК «Диполь», услуги центров аддитивных технологий выгодны для создания прототипов и небольших партий деталей. Это позволяет предприятиям быстро и экономично тестировать новые идеи и концепции без необходимости запуска полномасштабного производства.

«Однако в случае большого объёма заказа или серийного изготовления организация собственного аддитивного производства может стать более эффективным решением. Это позволит предприятию контролировать качество продукции, оптимизировать процессы и снизить затраты на изготовление деталей», — поясняет Иван Зайцев.

Дмитрий Филиппов напоминает, что организация собственного аддитивного производства требует значительных затрат на оборудование, обучение персонала и инфраструктуру. Услуги ЦАТ позволяют избежать этих затрат, предоставляя доступ к необходимым ресурсам по мере необходимости. Кроме того, центры аддитивных технологий часто располагают более современным и разнообразным оборудованием, что позволяет использовать новейшие технологии и материалы без необходимости обновления собственного парка оборудования.

А специалисты ЦАТ обладают опытом и экспертизой в области аддитивных технологий, что позволяет получать высококачественные детали с минимальными усилиями со стороны предприятия. Это особенно полезно для компаний, которые только начинают осваивать аддитивные технологии.

«Услуги ЦАТ позволяют быстро масштабировать производство в зависимости от потребностей, что особенно полезно для стартапов и малых предприятий, которые могут испытывать колебания в объёмах производства. Решение о том, организовывать ли собственное аддитивное производство или прибегнуть к услугам центра аддитивных технологий, зависит от множества факторов, включая объём производства, требования к качеству, бюджет и стратегические цели предприятия.

Важно тщательно оценить все аспекты и выбрать наиболее подходящий подход для конкретной ситуации», — резюмирует руководитель Центра Аддитивного Инжиниринга SIU System.

Текст: Мария Кармакова. Фото редакции PromoGroup Media