Laivo korpusas yra toks objektas, kurį 3D spausdinimas visada žadėjo pagaminti pigiau: didelis, sudėtingas, reikalaujantis daug darbo ir paprastai lėtai pagaminamas. Nyderlandų mieste Delfte viena komanda teigia, kad dabar gali atspausdinti korpusą per kelias dienas, o ne savaites, derindama specialiai pritaikytą plastiko ir stiklo pluošto mišinį su didelio formato spausdintuvu, kuris gali beveik nepertraukiamai spausdinti medžiagą.
Jei šis metodas pasitvirtins realiame pasaulyje, tai nebus tik naujovė apie „spausdintą laivą“. Tai bandymas, ar adityvioji gamyba gali pereiti nuo mažų dalių ir prototipų prie reglamentuotų, saugai svarbių gaminių, kartu keičiant gamybos vietą ir būdą.
Kodėl laivų statyba yra toks viliojantis automatizavimo taikinys
Laivų statyba yra žinoma dėl darbo jėgos intensyvumo, nes aplinka jai yra negailestinga. Sūrus vanduo, saulės šviesa, pasikartojantys smūgiai ir biologinis augimas (užterštumas) kenkia medžiagoms ir gamybos sutrumpėjimui. Tradicinė stiklo pluošto konstrukcija taip pat dažnai remiasi formų naudojimu ir kruopščiu rankų darbu, siekiant užtikrinti, kad korpusas būtų tvirtas tinkamose vietose.
Šis derinys – didelės darbo sąnaudos, ilgi gamybos terminai ir daug pasikartojančio darbo – sukuria aiškią paskatą: jei galite daugiau pastangų skirti projektavimui, o mažiau – praktinei gamybai, galite sutaupyti laiko ir sutaupyti išlaidų.
Tokia yra CEAD lažybų logika. Delfte Maartenas Logtenbergas (vienas iš CEAD įkūrėjų) apibūdina jų tikslą kaip automatizuoti „beveik 90 % laivų statybos proceso“. Kai projektas bus baigtas ir spausdintuvas paruoštas, gamybos etapas teoriškai gali vykti beveik be žmogaus įsikišimo, išskyrus pagrindinės medžiagos tiekimą ir proceso stebėjimą.
Materialinė problema: stiprumas, saulės šviesa ir jūros augimas
Sunkiausia yra ne spausdintuvas, o korpuso medžiaga.
Norint pagaminti korpusą, kurį būtų galima naudoti (ne tik demonstruoti), atspausdinta konstrukcija turi atlaikyti smūgius ir ilgalaikį degradavimą. Delfte paprastas „kūjo bandymas“ tapo svarbiu etapu: Logtenbergas aprašo pavyzdį, nuo kurio kūjis „tiesiog atšoko“, vos palikdamas įbrėžimą.
Tas bandymas nebuvo apie demonstracinį meistriškumą; tai buvo inžinerinio klausimo atitikmuo. Korpusas turi būti tvirtas ir standus, bet taip pat atsparus UV spindulių poveikiui ir jūrinių augalų polinkiui prilipti prie paviršių.
CEAD atsakymas buvo specialus termoplastų ir stiklo pluošto mišinys. BBC praneša, kad gauta medžiaga yra tvirta, nereikalauja papildomos dangos, apsaugančios nuo saulės spindulių, ir atspari apnašoms bei jūrinei augmenijai.
Šios savybės yra svarbios, nes pašalina etapus. Jei spausdintam korpusui reikia daug papildomo apdorojimo – papildomų dangų, kruopštaus apdailos ar konstrukcinio sutvirtinimo – „greito spausdinimo“ pranašumas gali virsti kitokiomis darbo sąnaudomis.
Kaip didelio formato 3D spausdinimas keičia gamybos procesą
Naudingas būdas galvoti apie adityviąją gamybą yra tai, kad ji iš anksto padidina sudėtingumą.
Tradicinėje stiklo pluošto gamyboje didelę dalį darbo atlieka forma ir rankinis klojimo procesas. Didelio formato 3D spausdinimo srityje darbas persikelia anksčiau:
- Dizainas turi būti pakankamai tikslus, kad mašina galėtų jį sukurti sluoksnis po sluoksnio.
- Spausdintuvas turi būti suprojektuotas taip, kad galėtų dirbti su dideliais, nenutrūkstamais spaudiniais.
- Medžiagos formulavimo ir nusodinimo procesas turi užtikrinti patikimą sukibimą tarp sluoksnių.
CEAD spausdintuvai laivą konstruoja „po vieną sluoksnį“ pagal skaitmeninį dizainą, kiekvienas sluoksnis sujungiamas su paskutiniu ir sukuriamas vienas vientisas objektas.
Pagrindinis šio metodo privalumas yra iteracija. Jei norite pakeisti dizainą, dažnai galite atnaujinti skaitmeninį modelį ir spausdinimo planą, o ne iš naujo apdoroti formą. Tai svarbu rinkose, kuriose reikalavimai yra neaiškūs arba kai klientai nori individualizavimo.
Didžiausias CEAD 3D spausdintuvas yra beveik 40 m (131 pėdos) ilgio, praneša BBC, ir jį jau panaudojo klientas Abu Dabyje, norėdamas atspausdinti elektrinį keltą. Toks dydis yra skirtumas tarp mažų komponentų ir ištisų korpuso sekcijų spausdinimo.
Ankstyvieji naudojimo atvejai: kariniai prototipai ir nepilotuojami laivai
Labiausiai tikėtinos ankstyvosios rinkos yra tos, kurios labiau vertina greitį, iteraciją ir lankstumą nei tradicijas.
BBC teigia, kad per 12 mėnesių nuo tada, kai CEAD pradėjo eksploatuoti savo Jūrų taikymo centrą Delfte, komanda Nyderlandų kariniam jūrų laivynui pastatė 12 m ilgio greitaeigės valties prototipą – panašią į standžią pripučiamą valtį (RIB).
Logtenbergas tai palygina su įprasta istorija apie pirkimus: „Paprastai, kai Karinis jūrų laivynas perka laivą, prireikia metų, kol jį gauna, ir sumoka nemažus pinigus.“ Šiuo atveju, anot jo, komanda tai padarė per šešias savaites su „labai ribotu biudžetu“.
Yra dar vienas aspektas, atitinkantis pridėtinės gamybos stipriąsias puses: nepilotuojami laivai. BBC atkreipia dėmesį į bandymą su NATO specialiosiomis pajėgomis, kurio metu „jūriniai dronai“ buvo pagaminti vietoje per kelias valandas, o jų dizainas buvo keičiamas atsižvelgiant į operacinius reikalavimus.
Šiuose pavyzdžiuose nuolat kartojasi dvi idėjos:
- Gamybos perkėlimasNet ir didelį spausdintuvą galima gabenti gabenimo konteineryje ir priartinti prie galutinio vartotojo.
- Žaliavų, o ne gatavų produktų transportavimasLogtenbergas teigia, kad užuot gabenus didelių gabaritų korpusą, pagrindinė medžiaga gabenama dideliuose maišuose, o tai gali būti efektyviau transportuojant.
Šie privalumai yra įtikinamiausi tais atvejais, kai logistika ir laikas yra tokie pat svarbūs kaip ir vieneto kaina.
Vartotojo istorija: naujovė dabar, kaina vėliau
Roterdame kita bendrovė bando pritaikyti spausdintus laivus laisvalaikio rinkoje.
BBC praneša, kad „Raw Idea“ prekės ženklas „Tanaruz“ ypač domisi nuoma. „Raw Idea“ generalinė direktorė Joyce Pont teigia, kad vartotojai gali dvejoti, nes produktas yra naujas, tačiau nuomos rinka yra susidomėjusi. Dalis patrauklumo slypi rinkodaroje: „turime 3D spausdintuvu pagamintą valtį“ ir žmonės nori ją pamatyti bei paliesti.
„Raw Idea“ taip pat pabrėžia medžiagas. BBC teigia, kad korpusų gamyboje naudojamas stiklo pluošto ir perdirbto plastiko (pvz., gazuotų gėrimų butelių) mišinys.
Kol kas tai nebūtinai reiškia mažesnes kainas. Pont teigia, kad kaina šiuo metu yra panaši į tradiciniu būdu statomo laivo kainą, nes perdirbtos medžiagos kainuoja brangiau. Tačiau ji tikisi, kad mastas ir lankstumas sumažins išlaidas.
Ji taip pat pateikia drąsią prognozę: per penkerius metus, jos manymu, 3D spausdinti laivai gali perimti greitaeigių darbinių laivų / katerių segmentą.
Tokias prognozes lengva atmesti – kol nepasikeis kelios praktinės realybės.
Viską lemiantis apribojimas: reguliavimas ir sertifikavimas
Laivai nėra išmaniųjų telefonų dėklai. Jūrų pramonė yra griežtai reglamentuojama, o sertifikavimas ne be reikalo linkęs būti konservatyvus.
BBC praneša, kad tiek CEAD, tiek „Raw Idea“ bendradarbiauja su Europos reguliavimo institucijomis „beveik realiu laiku“, nes naudoja naujas medžiagas ir naujus metodus laivams statyti, kurių sunku palyginti su senesniais gamybos metodais.
Tai esminis adityvinės gamybos klausimas: net jei fizika veikia, „popierinis sluoksnis“ turi pasivyti. Reguliuotojai turi suprasti:
- Kas yra ši medžiaga, kaip ji laikui bėgant degraduoja ir kaip elgiasi esant įtempiui
- Ar sluoksnis po sluoksnio kūrimas įveda naujus gedimo režimus
- Kaip standartizuoti spausdintų konstrukcijų bandymus ir patikras
Praktiškai sertifikavimas gali būti greičio ribotojas. Jei reguliavimo institucijos negali greitai patvirtinti, greičiausias pasaulyje spausdintuvas nepadės.
Taigi, ar kada nors atspausdinsime visą laivą?
BBC aiškiai pareiškė, kad dar toli gražu nereikėtų spausdinti ištisų laivų vienu ypu.
Pontas skeptiškai vertina neišvengiamą masinio laivų spausdinimo galimybę, teigdamas, kad superjachtos ir panašūs laivai yra „laivas“, kuris atsispirs automatizavimui.
Logtenbergas nusiteikęs optimistiškiau. Jis teigia, kad net 12 m ilgio laivo statyba pranoko jo lūkesčius prieš metus. Tolimųjų perspektyvų jis apibrėžia taip: laivų statyba jau vyksta moduliais, ir visiškai atspausdinti laivo korpusą gali prireikti „dešimtmečio ar dviejų“, tačiau tolesni termoplastikų tyrimai ir mašinų našumo didinimas galėtų tai padaryti įmanomu.
Tai nėra garantija – tai veiksmų planas. Kliūtis yra ne tik didesni spausdintuvai. Tai ilgalaikiai medžiagų tyrimai, procesų patikimumas ir reguliuotojų bei klientų pasitikėjimas.
Esmė
Didelio formato 3D spausdinimas laivams pagaliau pradeda atrodyti kaip daugiau nei triukas, nes komandos sprendžia nepatrauklųjį aspektą: medžiagas, kurios gali atlaikyti saulės šviesą, smūgius ir jūros aplinką. Jei sertifikavimo sistemos neatsiliks – ir jei ankstyvosios rinkos, tokios kaip kariniai prototipai, nepilotuojami laivai ir nuoma, ir toliau pirks – spausdinti korpusai gali tapti tikra gamybos kategorija, o ne retenybe.