Ключевые направления применения 3D-печати

3D-печать или аддитивное производство — это способ изготовления деталей, который отличается от привычной мехобработки и формообразующего (литья или штамповки) тем, что необходимый объект создается добавлением материала шаг за шагом, послойно. Это делает специальный 3D-принтер по цифровой модели. Материалы могут быть самые разные — металлические и полиамидные порошки, керамические пасты, фотополимеры, воск, пластик.

Аддитивные технологии позволяют быстро создать продукт с низкими затратами, а также предоставляют возможность экспериментировать с дизайном и составом — производитель может использовать сложные геометрические формы или несколько типов материалов, на что традиционные производственные решения не всегда способны.

В индустрии 3D-печати есть два главных направления: изготовление того, что ранее было невозможно создать, и повышение эффективности за счет увеличения скорости производства, экономии материала.

Среди сфер применения аддитивных технологий: 3D-печать зданий, электронных комплектующих, 3D-биопечать человеческих органов, лекарств, пищевых продуктов, автономное производство в космосе, серийное производство крупногабаритных полнофункциональных аналогов деталей и промышленной продукции. Во многих отраслях уже есть успешные кейсы.

Медицина стала одной из первых сфер, где начали внедрять технологии аддитивного производства. Сегодня 3D-печать используется при создании индивидуальных имплантов и протезов. Уже сейчас печатают кожу, кости и даже отдельные органы.

Стоит отметить, что технологии 3D-печати активно используются в стоматологии. Благодаря им стоматологи могут за считанные минуты создать точную 3D-модель коронок, виниров, имплантаты и протезы. Например, SIU System печатает более 250 000 моделей челюстей в год для изготовления элайнеров для выравнивания прикуса. Ожидается, что применение технологий 3D-печати в стоматологии будет активно развиваться и, согласно исследованию, к 2025 году будет закрывать более 60% всех потребностей стоматологического производства.

Также 3D-печать уже стала стандартом для ювелирной отрасли, которая применяет эти технологии для создания основ ювелирного украшения (восковки). После того, как восковка была распечатана, ее переносят в форму для выжигания, а затем заливают драгоценные металлы. Когда раствор отвердевает, форму помещают в печь и разогревают. Благодаря 3D-технологиям сокращается процесс ручного труда (при традиционном литье ювелиры вручную вырезают оригинальный узор), а сам дизайн легко сохранить, изменить и воссоздать при необходимости.

В целом прототипирование — это межотраслевая потребность каждого конструкторского бюро. Инженерные изделия, такие как прототипы корпусов, отдельные детали, переходники и многое другое сейчас печатают на 3D-принтере для того, чтобы протестировать точность конструкции.

В авиакосмических разработках 3D-печать традиционно пользуется повышенным спросом. Аэрокосмическая промышленность очень рано внедрила технологию и до сих пор продолжает вносить большой вклад в ее развитие. Компании в этой отрасли начали использовать 3D-печать в 1989 году, а сегодня, по данным Минпромторга РФ, на отрасль приходится порядка 30% всего производства с применением аддитивных технологий.

3D-печать произвела революцию в конструировании самолетов. Она позволяет быстро создавать необходимые компоненты, снижает производственные затраты при одновременном повышении характеристик самолета. Так, благодаря аддитивным технологиям авиаконструкторы могут значительно снизить вес самолета. Это позволяет уменьшить сопротивление воздуха, что, в свою очередь, снижает расход топлива, которое выбрасывается в атмосферу, на 70-95%.

Тренды развития 3D-печати в России

Государственная поддержка как двигатель рынка

Основным импульсом развития индустрии 3D-печати в России и мире являются значительные инвестиции государства и технологических корпораций. А наиболее существенным сдерживающим фактором считаются высокие первоначальные капиталовложения. Это затраты на оборудование, программное обеспечение, материалы, сертификацию, образование в области аддитивных технологий и обучение сотрудников.

Так, государственные структуры, особенно в условиях изолированного санкциями рынка, становятся основными интересантами, а их поддержка и инвестиционная активность открывают дорогу к возможностям 3D-печати широкому кругу клиентов. Еще летом прошлого года правительство РФ утвердило стратегию развития аддитивных технологий (3D-печати) до 2030 года. В рамках нее локальные производители могут получить гранты или субсидии до 50 процентов объема выручки от реализации нового или модернизированного продукта. Кроме того, существуют десятки программ по нефинансовой поддержке инновационных технологических компаний.

К примеру, на платфоме i.moscow есть сервис «Фабрика прототипов», помогающий начинающим технологическим предпринимателям создать первые образцы на 3D-принтере. Сервис актуален для стартапов, так как аддитивные технологии позволяют снизить стоимость пилотных испытаний, а также повысить точность получаемых прототипов.

Санкционное давление как фактор развития индустрии

Несмотря на то, что санкции ограничили доступ к иностранному оборудованию, они послужили катализатором для развития российского рынка 3D-печати.

Прежде всего они ограничили доступ к европейскому оборудованию. В связи с этим многие отечественные компании начали развивать собственные технологии, а также ориентироваться на азиатский рынок.

Во-вторых, именно с изоляцией российского рынка интерес к 3D-печати вырос в геометрической прогрессии, хотя количество заказов растет не пропорционально. Связано это с тем, что кто-то только узнает о возможностях 3D-печати и рассматривает эту технологию в перспективе. Другие сейчас не готовы заменить традиционное производство, но тестируют разные возможности.

Импортозамещение как необходимость

Импортозамещение — не просто тренд, это необходимость для многих компаний. Сегодня наша компания уже производит ряд деталей, которые раньше были только импортными. Главный вопрос при этом — отсутствие чертежей, поэтому процесс замены и изготовления традиционным способом не быстрый и технологически сложный. Наиболее приемлемым решением является реверс-инжиниринг.

Заказчик передает деталь, которую нужно заменить, далее ее сканируют и подготавливают 3D-модель. При необходимости проводится оптимизация ее для 3D-печати. Это позволяет экономить ресурсы и ускорить процесс изготовления. На производстве SIU System 18 промышленных 3D-принтеров работают в режиме 24/7. Печатают металлами, фотополимерами, керамикой, полиамидом, воском, пластиками, в том числе высокотемпературными. Самые частые запросы — это шестерни для станков, форсунки, узлы в сборе, корпуса для приборов.

Импортозамещение возможно во всех сферах, особенность 3D-технологий в том, что конкретно необходимо заменить: весь комплекс работ с созданием чертежа, 3D-модели и последующей печатью или реверс-инжиниринг с последующей реализацией традиционными технологиями.

Отрасль развивается, появляется все больше российских производителей оборудования и материалов. На рынке существуют и отечественные пластики, и полиамид, а также металлические порошки и сами 3D-принтеры.

Среди трудностей развития отрасли в РФ эксперты отмечают отсутствие сырья и комплектующих для производства материалов и 3D-принтеров. Сейчас многие компании активно разрабатывают отечественные аналоги таких технологий, например, в московском межотраслевом кластере по аддитивным технологиям ученые уже работают над созданием российского 3D-принтера.

Можно ожидать, что развитие инноваций в области аддитивных технологий станет ключевым трендом в 2023 году.