Ένα κύτος σκάφους είναι το είδος του αντικειμένου που η τρισδιάστατη εκτύπωση πάντα υπόσχεται να κάνει φθηνότερο: μεγάλο, πολύπλοκο, απαιτητικό σε εργασία και συνήθως αργό στην κατασκευή. Στην ολλανδική πόλη Ντελφτ, μια ομάδα λέει ότι μπορεί πλέον να εκτυπώσει ένα κύτος σε μέρες αντί για εβδομάδες συνδυάζοντας ένα ειδικά σχεδιασμένο μείγμα πλαστικού και υαλοβάμβακα με έναν εκτυπωτή μεγάλου μεγέθους που μπορεί να τοποθετεί υλικό σχεδόν συνεχώς.
Αν η προσέγγιση αυτή αντέξει στον πραγματικό κόσμο, δεν πρόκειται απλώς για μια πρωτότυπη ιστορία «τυπωμένου σκάφους». Είναι μια δοκιμή για το κατά πόσον η προσθετική κατασκευή μπορεί να προχωρήσει πέρα από τα μικρά εξαρτήματα και τα πρωτότυπα σε ρυθμιζόμενα, κρίσιμα για την ασφάλεια προϊόντα — αλλάζοντας παράλληλα τον τόπο και τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιείται η κατασκευή.
Γιατί η ναυπηγική βιομηχανία είναι ένας τόσο δελεαστικός στόχος για αυτοματοποίηση
Η ναυπήγηση σκαφών είναι φημισμένα απαιτητική σε εργατικό δυναμικό επειδή το περιβάλλον είναι αδυσώπητο. Το αλμυρό νερό, το ηλιακό φως, οι επαναλαμβανόμενες κρούσεις και η βιολογική ανάπτυξη (ρύπανση) τιμωρούν τα υλικά και τις συντομεύσεις στην κατασκευή. Η παραδοσιακή κατασκευή από υαλοβάμβακα τείνει επίσης να βασίζεται σε καλούπια και προσεκτική χειρωνακτική εργασία για να διασφαλιστεί ότι το κύτος είναι ανθεκτικό στα σωστά σημεία.
Αυτός ο συνδυασμός - υψηλό κόστος εργασίας, μεγάλοι χρόνοι παράδοσης και πολλή επαναλαμβανόμενη εργασία - δημιουργεί ένα απλό κίνητρο: εάν μπορείτε να αφιερώσετε περισσότερη προσπάθεια στο σχεδιασμό και λιγότερη στην πρακτική κατασκευή, μπορείτε ενδεχομένως να μειώσετε χρόνο και κόστος.
Αυτή είναι η λογική πίσω από το στοίχημα του CEAD. Στο Ντελφτ, ο Maarten Logtenberg (συνιδρυτής του CEAD) περιγράφει τον στόχο τους ως την αυτοματοποίηση «σχεδόν του 90% της διαδικασίας κατασκευής σκαφών». Μόλις ολοκληρωθεί ο σχεδιασμός και εγκατασταθεί ο εκτυπωτής, η φάση παραγωγής μπορεί, θεωρητικά, να εκτελεστεί με ελάχιστη ανθρώπινη παρέμβαση πέρα από την τροφοδοσία του βασικού υλικού και την παρακολούθηση της διαδικασίας.
Το πρόβλημα της ύλης: αντοχή, ηλιακό φως και θαλάσσια ανάπτυξη
Το δύσκολο κομμάτι δεν είναι ο εκτυπωτής—είναι το υλικό του κύτους.
Για να κατασκευαστεί ένα κύτος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί (όχι απλώς να εκτεθεί), η τυπωμένη δομή πρέπει να αντέχει σε κρούσεις και να αντιστέκεται σε μακροπρόθεσμη φθορά. Στο Ντελφτ, μια απλή «δοκιμή βαριοπούλας» έγινε ορόσημο: ο Λόγκτενμπεργκ περιγράφει ένα δείγμα στο οποίο μια βαριοπούλα «απλώς αναπήδησε», αφήνοντας μόλις μια γρατσουνιά.
Αυτή η δοκιμή δεν αφορούσε επίδειξη δύναμης. Ήταν μια ένδειξη ενός μηχανικού ζητήματος. Ένα κύτος χρειάζεται ανθεκτικότητα και ακαμψία, αλλά και αντοχή στην έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία και την τάση της θαλάσσιας βλάστησης να προσκολλάται στις επιφάνειες.
Η απάντηση του CEAD ήταν ένα συγκεκριμένο μείγμα θερμοπλαστικών και υαλοβάμβακα. Το BBC αναφέρει ότι το υλικό που προκύπτει είναι ανθεκτικό, δεν χρειάζεται επιπλέον επίστρωση για να το προστατεύσει από το ηλιακό φως και είναι ανθεκτικό στη ρύπανση και την ανάπτυξη των θαλάσσιων υδάτων.
Αυτές οι ιδιότητες έχουν σημασία επειδή αφαιρούν τα σκαλοπάτια. Εάν ένα τυπωμένο κύτος απαιτεί πολλή μετεπεξεργασία —επιπλέον επιστρώσεις, εκτεταμένο φινίρισμα ή δομική ενίσχυση— το πλεονέκτημα της «γρήγορης εκτύπωσης» μπορεί να καταρρεύσει σε ένα διαφορετικό είδος κόστους εργασίας.
Πώς η τρισδιάστατη εκτύπωση μεγάλου μεγέθους αλλάζει τη ροή εργασίας κατασκευής
Ένας χρήσιμος τρόπος για να σκεφτούμε την προσθετική κατασκευή είναι ότι φορτώνει την πολυπλοκότητα εκ των προτέρων.
Στην παραδοσιακή κατασκευή από υαλοβάμβακα, ένα καλούπι και οι χειροκίνητες διαδικασίες τοποθέτησης κάνουν μεγάλο μέρος της εργασίας. Στην τρισδιάστατη εκτύπωση μεγάλου μεγέθους, η εργασία μετατοπίζεται νωρίτερα:
- Ο σχεδιασμός πρέπει να καθορίζεται με αρκετή ακρίβεια ώστε η μηχανή να μπορεί να τον κατασκευάσει στρώση προς στρώση.
- Ο εκτυπωτής πρέπει να είναι σχεδιασμένος ώστε να χειρίζεται μεγάλες, συνεχείς εκτυπώσεις.
- Η διαδικασία σχηματισμού και εναπόθεσης του υλικού πρέπει να παράγει αξιόπιστους δεσμούς μεταξύ των στρωμάτων.
Οι εκτυπωτές της CEAD κατασκευάζουν το σκάφος «ένα στρώμα τη φορά» με βάση ένα ψηφιακό σχέδιο, με κάθε στρώμα να συνδέεται με το προηγούμενο για να δημιουργήσουν ένα ενιαίο, απρόσκοπτο αντικείμενο.
Ένα βασικό πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι η επανάληψη. Εάν θέλετε να αλλάξετε ένα σχέδιο, μπορείτε συχνά να ενημερώσετε το ψηφιακό μοντέλο και το σχέδιο εκτύπωσης αντί να αναδιαμορφώσετε ένα καλούπι. Αυτό έχει σημασία σε αγορές όπου οι απαιτήσεις είναι αβέβαιες ή όπου οι πελάτες επιθυμούν προσαρμογή.
Ο μεγαλύτερος τρισδιάστατος εκτυπωτής του CEAD έχει μήκος σχεδόν 40 μέτρα (131 πόδια), σύμφωνα με το BBC, και έχει ήδη χρησιμοποιηθεί από έναν πελάτη στο Άμπου Ντάμπι για την εκτύπωση ενός ηλεκτρικού πορθμείου. Αυτό το μέγεθος είναι η διαφορά μεταξύ της εκτύπωσης μικρών εξαρτημάτων και της εκτύπωσης ολόκληρων τμημάτων του κύτους.
Πρώιμες περιπτώσεις χρήσης: στρατιωτικά πρωτότυπα και μη επανδρωμένα σκάφη
Οι πιο πιθανές πρώιμες αγορές είναι αυτές που εκτιμούν την ταχύτητα, την επανάληψη και την ευελιξία περισσότερο από ό,τι την παράδοση.
Το BBC αναφέρει ότι στους 12 μήνες από τότε που το CEAD ξεκίνησε τη λειτουργία του Κέντρου Θαλάσσιων Εφαρμογών στο Ντελφτ, η ομάδα έχει κατασκευάσει ένα πρωτότυπο γρήγορο σκάφος 12 μέτρων —παρόμοιο με ένα άκαμπτο φουσκωτό σκάφος (RIB)— για το Ολλανδικό Ναυτικό.
Ο Λόγκτενμπεργκ αντιπαραβάλλει αυτό με τη συνηθισμένη ιστορία των προμηθειών: «Κανονικά, όταν το Ναυτικό αγοράζει ένα σκάφος, χρειάζονται χρόνια μέχρι να το παραλάβει και πληρώνουν αρκετά χρήματα». Σε αυτήν την περίπτωση, λέει ότι η ομάδα το ολοκλήρωσε σε έξι εβδομάδες, με «πολύ περιορισμένο προϋπολογισμό».
Υπάρχει μια άλλη οπτική γωνία που ταιριάζει στα δυνατά σημεία της προσθετικής κατασκευής: τα μη επανδρωμένα σκάφη. Το BBC σημειώνει μια δοκιμή με τις Ειδικές Δυνάμεις του ΝΑΤΟ, στην οποία «ναυτικά drones» κατασκευάστηκαν επί τόπου μέσα σε λίγες ώρες, με τα σχέδια να αλλάζουν ανάλογα με τις επιχειρησιακές απαιτήσεις.
Δύο ιδέες εμφανίζονται επανειλημμένα σε αυτά τα παραδείγματα:
- Μετεγκατάσταση παραγωγήςΑκόμα και ένας μεγάλος εκτυπωτής μπορεί να μεταφερθεί σε ένα κοντέινερ μεταφοράς και να μετακινηθεί πιο κοντά στον τελικό χρήστη.
- Μεταφορά πρώτης ύλης αντί για τελικά προϊόνταΟ Logtenberg υποστηρίζει ότι αντί να μεταφέρετε ένα ογκώδες κύτος, μεταφέρετε το βασικό υλικό σε μεγάλες σακούλες, κάτι που μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικό στη μεταφορά.
Αυτά τα πλεονεκτήματα είναι πιο συναρπαστικά σε περιβάλλοντα όπου η εφοδιαστική και ο χρόνος έχουν την ίδια σημασία με το κόστος μονάδας.
Η ιστορία του καταναλωτή: καινοτομία τώρα, κόστος αργότερα
Στο Ρότερνταμ, μια άλλη εταιρεία προσπαθεί να αξιοποιήσει τα τυπωμένα σκάφη στην αγορά αναψυχής.
Η μάρκα «Tanaruz» της Raw Idea, σύμφωνα με το BBC, εξετάζει ιδιαίτερα τις ενοικιάσεις. Η Joyce Pont, διευθύνουσα σύμβουλος της Raw Idea, λέει ότι οι καταναλωτές μπορεί να διστάζουν επειδή το προϊόν είναι καινοτόμο, αλλά η αγορά ενοικίασης είναι ενθουσιώδης. Μέρος της ελκυστικότητας είναι το μάρκετινγκ: «έχουμε ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο σκάφος» και οι άνθρωποι θέλουν να το δουν και να το αγγίξουν.
Το Raw Idea δίνει επίσης έμφαση στα υλικά. Το BBC αναφέρει ότι χρησιμοποιεί ένα μείγμα από υαλονήματα και ανακυκλωμένα πλαστικά ευρείας κατανάλωσης (όπως μπουκάλια αναψυκτικών) στα κύτη.
Προς το παρόν, αυτό δεν σημαίνει αυτόματα χαμηλότερες τιμές. Η Pont λέει ότι η τιμή είναι επί του παρόντος συγκρίσιμη με ένα σκάφος παραδοσιακής κατασκευής, επειδή το ανακυκλωμένο υλικό κοστίζει περισσότερο για να αγοραστεί. Αλλά αναμένει ότι η κλίμακα και η ευελιξία θα μειώσουν το κόστος.
Κάνει επίσης μια τολμηρή πρόβλεψη: μέσα σε πέντε χρόνια, πιστεύει ότι τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα σκάφη θα μπορούσαν να κατακτήσουν τον τομέα των γρήγορων σκαφών εργασίας/ταχύπλοων.
Προβλέψεις σαν κι αυτή είναι εύκολο να απορριφθούν — μέχρι να αλλάξουν κάποιες λειτουργικές πραγματικότητες.
Ο περιορισμός που αποφασίζει τα πάντα: η ρύθμιση και η πιστοποίηση
Τα σκάφη δεν είναι θήκες για smartphone. Η ναυτιλιακή βιομηχανία υπόκειται σε αυστηρούς κανονισμούς και η πιστοποίηση τείνει να είναι συντηρητική για καλό λόγο.
Το BBC αναφέρει ότι τόσο η CEAD όσο και η Raw Idea συνεργάζονται με τις ευρωπαϊκές ρυθμιστικές αρχές «σχεδόν σε πραγματικό χρόνο», καθώς χρησιμοποιούν νέα υλικά και νέες μεθόδους για την κατασκευή σκαφών που δεν μπορούν εύκολα να συγκριθούν με παλαιότερες προσεγγίσεις κατασκευής.
Αυτό είναι ένα θεμελιώδες ζήτημα για την προσθετική κατασκευή: ακόμη και αν η φυσική λειτουργεί, το «στρώμα γραφειοκρατίας» πρέπει να καλύψει τη διαφορά. Οι ρυθμιστικές αρχές πρέπει να κατανοήσουν:
- Τι είναι το υλικό, πώς φθείρεται με την πάροδο του χρόνου και πώς συμπεριφέρεται υπό πίεση
- Εάν η δημιουργία επιπέδου προς επίπεδο εισάγει νέες λειτουργίες αστοχίας
- Πώς να τυποποιήσετε τις δοκιμές και την επιθεώρηση για τυπωμένες δομές
Στην πράξη, η πιστοποίηση μπορεί να είναι ο περιοριστής του ρυθμού παραγωγής. Εάν οι ρυθμιστικές αρχές δεν μπορούν να εγκρίνουν γρήγορα, ο ταχύτερος εκτυπωτής στον κόσμο δεν βοηθάει.
Θα εκτυπώσουμε ποτέ λοιπόν ένα ολόκληρο πλοίο;
Το BBC είναι σαφές ότι απέχουμε πολύ από την εκτύπωση ολόκληρων πλοίων με τη μία.
Ο Ποντ είναι σκεπτικός ως προς το αν η εκτύπωση πλοίων σε πλήρη κλίμακα είναι επικείμενη, υποστηρίζοντας ότι τα σούπερ γιοτ και παρόμοια σκάφη είναι «σκάφη» που θα αντισταθούν στον αυτοματισμό.
Ο Λόγκτενμπεργκ είναι πιο αισιόδοξος. Λέει ότι ακόμη και η κατασκευή ενός σκάφους 12 μέτρων ήταν πέρα από ό,τι περίμενε ένα χρόνο νωρίτερα. Οριοθετεί τον μακροπρόθεσμο ορίζοντα ως εξής: η ναυπηγική βιομηχανία ήδη γίνεται σε μονάδες και θα μπορούσε να χρειαστεί «μία ή δύο δεκαετίες» για να τυπωθεί πλήρως το κύτος ενός πλοίου, αλλά η συνεχιζόμενη έρευνα για τα θερμοπλαστικά και η κλιμάκωση των μηχανών θα μπορούσε να το καταστήσει εφικτό.
Ο τρόπος για να το ερμηνεύσουμε αυτό δεν είναι ως εγγύηση—είναι ως οδικός χάρτης. Το εμπόδιο δεν είναι απλώς οι μεγαλύτεροι εκτυπωτές. Είναι η μακροπρόθεσμη έρευνα υλικών, η αξιοπιστία των διαδικασιών και η εμπιστοσύνη των ρυθμιστικών αρχών και των πελατών.
Συμπέρασμα
Η τρισδιάστατη εκτύπωση μεγάλου μεγέθους για σκάφη αρχίζει επιτέλους να μοιάζει με κάτι περισσότερο από ένα απλό κόλπο, επειδή οι ομάδες λύνουν το άκομψο κομμάτι: υλικά που μπορούν να επιβιώσουν από το ηλιακό φως, τις κρούσεις και το θαλάσσιο περιβάλλον. Εάν τα πλαίσια πιστοποίησης συμβαδίσουν - και εάν οι πρώιμες αγορές, όπως τα στρατιωτικά πρωτότυπα, τα μη επανδρωμένα σκάφη και οι ενοικιάσεις, συνεχίσουν να αγοράζουν - τα τυπωμένα κύτη θα μπορούσαν να γίνουν μια πραγματική κατηγορία κατασκευής και όχι μια περιέργεια.