Как изменит автомобилестроение технология 3D-печати

Людям нравится выражать свою индивидуальность. Мы старательно демонстрируем чувство стиля, хороший вкус и тщательно выбираем покупки. Некоторые люди нанимают архитекторов для индивидуального проектирования домов. Мы стараемся украсить свои рабочие места. А кто-то заказывает и обувь по индивидуальному заказу. Что же тогда можно сделать с автомобилем, в котором на протяжении жизни мы проводим тысячи часов? Разве и он не заслуживает того уровня персонализации, к которому мы привыкли? Представьте, как, посетив автосалон, мы сообщаем проектировщику свои пожелания к конструкции автомобиля, и они тут же учитываются в программе САПР, а затем все это реализуется на наших глазах с помощью гигантского 3D-принтера.

Рис. 1. Сможет ли клиент в ближайшее время выбрать автомобиль с учетом всех своих запросов? Некоторые разработчики верят в это

Специалисты по 3D-печати и проектировщики верят в реализацию подобного сценария уже в скором времени, а в реальности такие компании как Local Motors уже сейчас расширяют возможности использования 3D-печати в производстве автомобилей.

Однако не все так просто. Современный автомобиль обычно включает около 20 000 отдельных компонентов, собранных в конструкцию, где каждая деталь имеет собственное назначение. Детали автомобилей изготавливаются из материалов различного рода, формы и толщины, не говоря уже о степени сложности. Кроме того, есть компьютерные и электрические системы, двигатели, аккумуляторные батареи. Поэтому нельзя просто нажать кнопку и сразу напечатать автомобиль. В действительности, на традиционном конвейере могут одновременно собираться сотни автомобилей, но даже самые современные 3D-принтеры сегодня и в ближайшем будущем за один рабочий цикл смогут напечатать лишь один автомобиль (рис. 1). И все это пока - мечты.

Многие компетентные специалисты утверждают, что максимальная персонализация автомобилей в массовом производстве практически невозможна в ближайшие 100 лет или даже более из-за отсутствия соответствующей инфраструктуры, согласованных требований к конструкции и общегосударственным нормам безопасности и прочих проблем. «Если нужна просто механическая конструкция автомобиля, то это можно распечатать уже сегодня. Но если требуются такие создающие комфорт элементы как кондиционер, электрические стеклоподъемники и система удаленного контроля, думаю, это будет достижимо к 2025 году», - сказал Алдер Райли, который уже почти десять лет работает обозревателем автомобильного рынка.

Реконструкция автомобиля

«Генри Форд потерял свою долю рынка в самом начале эры автомобилестроения, потому что не видел необходимости в учете персональных потребностей, - объясняет Марко Перри, изобретатель, конструктор и инженер из Нью-Йорка. - Известна его легендарная фраза: «Любой цвет, который вы хотите, при условии, что он черный» (рис. 2). В конечном счете, Дженерал Моторс доказала Форду, что люди хотят иметь выбор».

Рис. 2. Начиная с Ford Model T до наших дней автомобильный дизайн и потребительский выбор прошли долгий путь, и не только в цветовых решениях

С другой стороны, как признался Перри, слишком широкий выбор способен лишь запутать людей. Вероятнее всего, будет востребована не столько массовая персонификация, сколько возможность выпускать небольшие партии автомобилей. В этом случае не нужно производить большое количество разнообразного встроенного оборудования, что позволит сократить издержки производства.

С этим согласен Джон Кавола – президент компании-производителя систем 3D-печати. «Это проблема масштаба, - говорит он. - Для печати бампера все еще нужен большой 3D-принтер». Благодаря экспоненциальным темпам внедрения технологии ее немыслимые ранее возможности могут стать доступными быстрее, чем можно было бы ожидать.

Можно, например, начать с кузовных деталей и постепенно расширять ассортимент изделий. Теоретически, автопроизводители могут создавать контролируемые САПР, в которых пользователи могут самостоятельно делать дополнения к шасси автомобиля, но без удаления базовых элементов. С помощью программного обеспечения можно даже проводить испытания в виртуальной аэродинамической трубе, чтобы определить влияние дополнительных элементов и автоматически гарантировать работоспособность капота, дверей, стеклоподъемников, зеркал бокового вида, стеклоочистителей и прочего.

Другие эксперты полагают, что аддитивное производство будет иметь важное значение в рамках определенных правил безопасности, поскольку снижение веса машин с использованием легких 3D-печатных материалов поднимает важные вопросы безопасности, которые еще ждут окончательного решения. «Автомобильная индустрия руководствуется правилами безопасности. Если кто-то позволяет потребителю изменить конструкцию автомобиля, он идет на риск», - сказал Кавола.

С внедрением в производство технологии 3D-печати изменятся и используемые в конструкции автомобилей материалы. В аэрокосмической промышленности, которая так же, как и автомобильная, нуждается в надежных деталях, способных работать длительное время, процесс перемен уже начался. Кавола отметил, что поскольку объемы производства в аэрокосмической промышленности сравнительно небольшие, компании к настоящему времени уже могут внедрять инновационные решения с применением 3D-печати. «Для аэрокосмической отрасли очень важны преимущества, которые может дать 3D-печать, особенно когда нужно создавать облегченные конструкции», - сказал он, отметив, что такие компании обычно производят лишь несколько десятков новых самолетов в год, в сравнении с сотнями тысяч автомобилей.

«За прошедшие два года большое внимание уделялось новым материалам для создания 3D-печатных автомобилей. Многие детали сегодня могут быть оптимизированы и качество их работы, соответственно, может быть улучшено», - сказал Адам Кларк, еще один консультант по аддитивным технологиям и услугам проектирования.

«С функциональной точки зрения это будут только металлы и углеродное волокно, но все догадываются, что в один прекрасный день кто-то напечатает кузов автомобиля из блинного теста», - пошутил Райли, добавив, что шасси из алюминиевого сплава, скорее всего, получат более широкое распространение благодаря легкому весу и прочности. Сегодня алюминий редко используется в автомобилях, потому что с ним сложно работать при использовании современных технологий. Между тем, Кларк отметил, что крупные производители запчастей уже заявляют, что в течение двух-трех лет ожидается рост использования 3D-печатных деталей. Хотя не совсем ясно, насколько производители смогут отказаться от контроля над своими проектными решениями в пользу клиентов. «Как я понимаю, изменения в конструкции должны получить одобрение производителя», - сказал он.

Пересмотр норм автомобильного дизайна

Хотя кому-то могут и не понравиться вышеизложенные ограничения, накладываемые на 3D-печать, они, скорее всего, действительно необходимы. В конце концов, клиенты редко осознают, чего хотят в действительности, и большинство из них не сможет создать для себя что-то безопасное и функциональное. Эксперты сходятся во мнении, что проектная работа должна остаться за разработчиками.

«В конечном счете люди не просто хотят больше вариантов, они хотят иметь возможность выбора», - объяснил Перри.

Хотя нынешнее поколение разработчиков хорошо знакомо с технологией 3D-печати, это не означает, что на дорогах уже появились безопасные и качественно спроектированные автомобили. «Я вижу, что многие правила проектирования в будущем поменяются, но полагаю, что инструменты анализа будут достаточно мощными, чтобы автоматически создавать конструкцию, которая сможет соответствовать условиям применения», - сказал Кларк. Однако впечатляет тот факт, что как только машины станут достаточно совершенными, а технология будет отработана, автопроизводитель сможет распечатать как родстер, так и минивэн на одном и том же оборудовании за счет простой перенастройки программного обеспечения.

И это - даже не упоминая пользовательские автоаксессуары, которые уже сегодня обеспечивают огромный рынок сбыта. По мере совершенствования технологии 3D-печати появятся тысячи недорогих деталей, изготовленных по индивидуальному заказу.

Станет ли дешевле ремонт автомобилей? Если в целом, то, вероятно, да. Но если все автомобили будут автономными, слишком сложный ремонт не понадобится.

Уже сегодня при замене фары ее корпус вам могут распечатать прямо на месте, что позволяет сократить складские запасы и место, требуемое для хранения. 3D-печать позволит исключить процессы инвентаризации и закупки. Поставщики запчастей смогут производить детали по требованию. Производители автомобилей также постепенно осваивают преимущества 3D-печати - пока что для замены производственного оборудования и приспособлений, выполненных из дорогостоящих металлов.

Так как же будет выглядеть в будущем процесс покупки автомобиля? Сможем ли мы в действительности конструировать на экране персональный автомобиль, пока не будем удовлетворены окончательным результатом? Вполне возможно. Это также может привести к созданию автомобилей по заказу вместо привычной схемы с выпуском сотен тысяч машин и ожиданием, когда их купят. Именно так уже поступает компания Tesla, принимая от клиентов авансовые платежи перед началом производственного процесса. Это более рациональный и экономически обоснованный подход.

Примером для производителей автомобилей могут стать и компании, занимающиеся протезированием конечностей с использованием 3D-печати. Конечно, базовая механика протеза стандартизирована, но многие компании пытаются предложить своим клиентам конечности, которые наиболее ярко подчёркивают их индивидуальность. «Богатые всегда найдут способ потратить деньги, поэтому я уверен в реальности этой технологии», - отметил Райли.

Вместо заключения

Стоит вспомнить, что оцениваемая в $ 9 триллионов автомобильная индустрия пережила несколько коренных преобразований. В конечном счете именно потребители диктуют объемы и темпы производства, рост и падение доходов компаний. А потребители хотят персональных решений.

Опубликовано: 22.01.2018