Laivas korpuss ir tāds objekts, ko 3D drukāšana vienmēr ir solījusi padarīt lētāku: liels, sarežģīts, darbietilpīgs un parasti lēni izgatavojams. Nīderlandes pilsētā Delftā kāda komanda apgalvo, ka tagad var izdrukāt korpusu dažu dienu, nevis nedēļu laikā, apvienojot pielāgotu plastmasas un stiklšķiedras maisījumu ar lielformāta printeri, kas var gandrīz nepārtraukti uzklāt materiālu.
Ja šī pieeja noturēsies reālajā pasaulē, tas nav tikai stāsts par jaunumu – “drukātu laivu”. Tas ir pārbaudījums tam, vai aditīvā ražošana var attīstīties no mazām detaļām un prototipiem līdz regulētiem, drošībai kritiski svarīgiem produktiem, vienlaikus mainot ražošanas vietu un veidu.
Kāpēc laivu būve ir tik vilinošs mērķis automatizācijai
Laivu būve ir slavena ar savu darbietilpību, jo vide ir skarba. Sālsūdens, saules gaisma, atkārtoti triecieni un bioloģiskā augšana (apaugšana) negatīvi ietekmē materiālus un ražošanas saīsnes. Tradicionālā stiklšķiedras konstrukcija arī mēdz balstīties uz veidnēm un rūpīgu roku darbu, lai nodrošinātu korpusa izturību pareizajās vietās.
Šī kombinācija — liels darbaspēka patēriņš, ilgs izpildes laiks un daudz atkārtota darba — rada vienkāršu stimulu: ja varat vairāk pūļu veltīt projektēšanai un mazāk praktiskai izgatavošanai, jūs, iespējams, varat samazināt laiku un izmaksas.
Tā ir CEAD derību loģika. Delftā Mārtens Logtenbergs (CEAD līdzdibinātājs) apraksta viņu mērķi kā automatizēt "gandrīz 90% no laivu būves procesa". Kad dizains ir pabeigts un printeris ir uzstādīts, ražošanas fāze teorētiski var noritēt ar nelielu cilvēka iejaukšanos, izņemot pamatmateriāla padevi un procesa uzraudzību.
Materiālā problēma: izturība, saules gaisma un jūras augšana
Sarežģītākā daļa nav printeris — tas ir korpusa materiāls.
Lai uzbūvētu korpusu, ko var izmantot (ne tikai izstādīt), drukātajai konstrukcijai ir jāiztur triecieni un jābūt izturīgai pret ilgtermiņa degradāciju. Delftā vienkāršs "āmura tests" kļuva par pagrieziena punktu: Logtenbergs apraksta paraugu, no kura āmurs "vienkārši atlēca", tik tikko atstājot skrāpējumu.
Šis tests nebija par šovmākslu; tas bija inženiertehniska jautājuma aizstājējs. Korpusam ir nepieciešama izturība un stingrība, bet arī izturība pret UV starojumu un jūras augu tieksmi pielipt pie virsmām.
CEAD atbilde bija īpašs termoplastu un stiklšķiedras maisījums. BBC ziņo, ka iegūtais materiāls ir izturīgs, tam nav nepieciešams papildu pārklājums, lai to pasargātu no saules gaismas, un tas ir izturīgs pret apaugšanu un jūras augšanu.
Šīs īpašības ir svarīgas, jo tās novērš pakāpeniskas izmaiņas. Ja apdrukātam korpusam ir nepieciešama liela pēcapstrāde — papildu pārklājumi, plaša apdare vai konstrukcijas pastiprināšana —, priekšrocība “ātra drukāšana” var pārvērsties cita veida darbaspēka izmaksās.
Kā lielformāta 3D drukāšana maina ražošanas darbplūsmu
Noderīgs veids, kā domāt par aditīvo ražošanu, ir tas, ka tā priekšlaicīgi palielina sarežģītību.
Tradicionālajā stiklšķiedras konstrukcijā lielu daļu darba veic veidne un manuāla klāšanas procesi. Lielformāta 3D drukā darbs pārceļas agrāk:
- Dizainam jābūt pietiekami precīzam, lai mašīna to varētu uzbūvēt slāni pa slānim.
- Printerim ir jābūt konstruētam tā, lai tas varētu apstrādāt lielus, nepārtrauktus drukājumus.
- Materiāla formulēšanas un uzklāšanas procesam ir jānodrošina uzticama saite starp slāņiem.
CEAD printeri laivu veido “pa vienam slānim vienlaikus” pēc digitāla dizaina, katram slānim savienojot to ar pēdējo, lai izveidotu vienotu, viengabalainu objektu.
Šīs pieejas galvenā priekšrocība ir iterācija. Ja vēlaties mainīt dizainu, bieži vien varat atjaunināt digitālo modeli un drukas plānu, nevis pārveidot veidni. Tas ir svarīgi tirgos, kur prasības ir neskaidras vai kur klienti vēlas pielāgošanu.
Saskaņā ar BBC sniegto informāciju CEAD lielākais 3D printeris ir gandrīz 40 m (131 pēdu) garš, un to jau ir izmantojis klients Abū Dabī, lai izdrukātu elektrisko prāmi. Šis izmērs ir atšķirība starp mazu detaļu drukāšanu un visu korpusa sekciju drukāšanu.
Agrīnie lietošanas gadījumi: militārie prototipi un bezpilota kuģi
Visticamākie agrīnie tirgi ir tie, kas augstāk vērtē ātrumu, iterāciju un elastību, nevis tradīcijas.
BBC ziņo, ka 12 mēnešu laikā, kopš CEAD sāka darboties savā Jūras lietojumprogrammu centrā Delftā, komanda ir uzbūvējusi Nīderlandes Jūras spēkiem 12 m garas ātrgaitas laivas prototipu — līdzīgu stingrai piepūšamai laivai (RIB).
Logtenbergs to pretstata ierastajam stāstam par iepirkumiem: “Parasti, kad Jūras spēki iegādājas laivu, paiet gadi, pirms viņi to saņem, un viņi samaksā diezgan daudz naudas.” Šajā gadījumā viņš saka, ka komanda to paveica sešās nedēļās ar “ļoti ierobežotu budžetu”.
Ir vēl viens aspekts, kas atbilst aditīvās ražošanas stiprajām pusēm: bezpilota kuģi. BBC min testu ar NATO Speciālajiem spēkiem, kurā dažu stundu laikā uz vietas tika uzbūvēti "jūras droni", kuru konstrukcijas mainījās atbilstoši operacionālajām prasībām.
Šajos piemēros atkārtoti parādās divas idejas:
- Ražošanas pārvietošanaPat ievērojamu printeri var pārvadāt pārvadāšanas konteinerā un pārvietot tuvāk gala lietotājam.
- Izejvielu, nevis gatavo produktu transportēšanaLogtenbergs apgalvo, ka apjomīga korpusa vietā pamatmateriāls tiek piegādāts lielos maisos, kas var būt transportēšanas ziņā efektīvāks.
Šīs priekšrocības ir visatbilstošākās situācijās, kad loģistika un laiks ir tikpat svarīgi kā vienības izmaksas.
Patērētāja stāsts: jaunums tagad, izmaksas vēlāk
Roterdamā vēl viens uzņēmums cenšas panākt, lai drukātas laivas darbotos atpūtas tirgū.
Kā ziņo BBC, Raw Idea zīmols “Tanaruz” īpaši pievērš uzmanību nomai. Raw Idea rīkotājdirektore Džoisa Ponta saka, ka patērētāji var vilcināties, jo produkts ir jauns, taču nomas tirgus ir ieinteresēts. Daļa no pievilcības ir mārketings: “mums ir 3D drukāta laiva”, un cilvēki vēlas to redzēt un aptaustīt.
Arī Raw Idea izceļ materiālus. BBC norāda, ka kuģu korpusu ražošanā tiek izmantots stikla šķiedras un pārstrādātas patēriņa plastmasas (piemēram, gāzēto dzērienu pudeļu) maisījums.
Pagaidām tas automātiski nenozīmē zemākas cenas. Ponta saka, ka cena pašlaik ir salīdzināma ar tradicionāli būvētu laivu cenu, jo pārstrādāta materiāla iegāde maksā vairāk. Taču viņa sagaida, ka mērogs un elastība samazinās izmaksas.
Viņa arī izsaka drosmīgu prognozi: piecu gadu laikā viņa uzskata, ka 3D drukātās laivas varētu pārņemt ātri braucošo darba laivu/ātrlaivu segmentu.
Šādas prognozes ir viegli noraidīt — līdz brīdim, kad mainās dažas operacionālās realitātes.
Ierobežojums, kas visu nosaka: regulējums un sertifikācija
Laivas nav viedtālruņu maciņi. Jūrniecības nozare ir stingri regulēta, un sertifikācija pamatota iemesla dēļ mēdz būt konservatīva.
BBC ziņo, ka gan CEAD, gan Raw Idea sadarbojas ar Eiropas regulatoriem “gandrīz reāllaikā”, jo tās izmanto jaunus materiālus un jaunas metodes, lai būvētu kuģus, kurus nav viegli salīdzināt ar vecākām ražošanas metodēm.
Tas ir fundamentāls jautājums aditīvajā ražošanā: pat ja fizika darbojas, "papīra slānim" ir jāpanāk līdzi. Regulatoriem ir jāsaprot:
- Kas ir šis materiāls, kā tas laika gaitā degradējas un kā tas uzvedas stresa apstākļos
- Vai slānis pa slānim veido jaunus atteices režīmus
- Kā standartizēt drukātu konstrukciju testēšanu un pārbaudi
Praksē sertifikācija var būt ātruma ierobežotājs. Ja regulatori nevar ātri apstiprināt, ātrākais printeris pasaulē nepalīdzēs.
Tātad, vai mēs kādreiz izdrukāsim visu kuģi?
BBC skaidri norāda, ka mēs vēl esam tālu no veselu kuģu drukāšanas vienā piegājienā.
Ponts skeptiski vērtē pilna mēroga kuģu drukāšanas nenovēršamību, apgalvojot, ka superjahtas un līdzīgi kuģi ir "kuģis", kas pretosies automatizācijai.
Logtenbergs ir optimistiskāks. Viņš saka, ka pat 12 m garas laivas uzbūvēšana pārsniedza viņa cerības gadu iepriekš. Viņš tālredzīgi raugās šādi: kuģu būve jau notiek moduļos, un kuģa korpusa pilnīga izdrukāšana varētu aizņemt "desmit vai divas desmitgades", taču turpmāki pētījumi par termoplastu un iekārtu palielināšana varētu padarīt to iespējamu.
Tas nav uzskatāms par garantiju — tas ir ceļvedis. Šķērslis nav tikai lielākas printeru iekārtas. Tā ir ilgtermiņa materiālu izpēte, procesu uzticamība, kā arī regulatoru un klientu uzticība.
Apakšējā līnija
Lielformāta 3D drukāšana laivām beidzot sāk šķist kas vairāk nekā tikai triks, jo komandas risina nepievilcīgo daļu: materiālus, kas spēj izturēt saules gaismu, triecienus un jūras vidi. Ja sertifikācijas sistēmas neatpaliks — un ja agrīnie tirgi, piemēram, militārie prototipi, bezpilota kuģi un noma, turpinās pirkt —, apdrukāti korpusi varētu kļūt par reālu ražošanas kategoriju, nevis retumu.