Bărcile imprimate 3D devin în sfârșit realitate

Coca unei nave este genul de obiect pe care imprimarea 3D a promis întotdeauna că îl va face mai ieftin: mare, complex, necesită multă forță de muncă și, de obicei, se construiește lent. În orașul olandez Delft, o echipă spune că poate imprima acum o cocă în câteva zile, în loc de săptămâni, combinând un amestec personalizat de plastic și fibră de sticlă cu o imprimantă de format mare care poate așeza materialul aproape continuu.

Dacă abordarea se menține în lumea reală, nu este vorba doar de o poveste inedită cu „barci imprimate”. Este un test care demonstrează dacă fabricația aditivă poate depăși limita pieselor mici și a prototipurilor și se poate transforma în produse reglementate, critice pentru siguranță - schimbând în același timp locul și modul în care are loc fabricația.

De ce construcția de ambarcațiuni este o țintă atât de tentantă pentru automatizare

Construcția de ambarcațiuni necesită multă forță de muncă, deoarece mediul înconjurător este nemilos. Apa sărată, lumina soarelui, impacturile repetate și creșterea biologică (ancrasarea) afectează materialele și scurtăturile de fabricație. Construcția tradițională din fibră de sticlă tinde, de asemenea, să se bazeze pe matrițe și pe o muncă manuală atentă pentru a asigura rezistența corpului navei în locurile potrivite.

Această combinație – volum mare de muncă, termene lungi de execuție și multă muncă repetitivă – creează un stimulent simplu: dacă poți aloca mai mult efort proiectării și mai puțin fabricării manuale, poți reduce timpul și costurile.

Aceasta este logica din spatele pariului CEAD. În Delft, Maarten Logtenberg (cofondator al CEAD) descrie obiectivul lor ca fiind automatizarea a „aproape 90% din procesul de construcție a ambarcațiunilor”. Odată ce designul este finalizat și imprimanta este configurată, faza de producție poate, în teorie, să se desfășoare cu puțină intervenție umană, în afară de alimentarea cu materialul de bază și monitorizarea procesului.

Problema materială: rezistența, lumina soarelui și creșterea mării

Partea dificilă nu este imprimanta, ci materialul cocii.

Pentru a construi o cocă care poate fi utilizată (nu doar expusă), structura imprimată trebuie să reziste impacturilor și degradării pe termen lung. La Delft, un simplu „test cu barosul” a devenit o piatră de hotar: Logtenberg descrie o mostră de care un baros „pur și simplu a ricoșat”, lăsând abia o zgârietură.

Testul acela nu era despre spectacol; era o aproximare pentru o întrebare de inginerie. O cocă are nevoie de rezistență și rigiditate, dar și de rezistență la expunerea la radiațiile UV și la tendința vegetației marine de a se lipi de suprafețe.

Răspunsul CEAD a fost un amestec special de termoplastice și fibră de sticlă. BBC relatează că materialul rezultat este rezistent, nu necesită un strat suplimentar pentru a fi protejat de lumina soarelui și este rezistent la murdărire și vegetație marină.

Aceste proprietăți contează deoarece elimină etapele. Dacă o cocă imprimată necesită multă post-procesare - acoperiri suplimentare, finisaje extinse sau ranforsări structurale - avantajul „imprimării rapide” se poate transforma într-un alt tip de cost al forței de muncă.

Cum schimbă imprimarea 3D de format mare fluxul de lucru în producție

O modalitate utilă de a gândi despre fabricația aditivă este că aceasta încarcă complexitatea în avans.

În construcțiile tradiționale din fibră de sticlă, o matriță și procesele manuale de așezare a materialelor fac o mare parte din muncă. În imprimarea 3D de format mare, munca se schimbă mai devreme:

• Designul trebuie specificat suficient de precis încât mașina să îl poată construi strat cu strat.
• Imprimanta trebuie să fie proiectată să gestioneze imprimări mari și continue.
• Procesul de formulare și depunere a materialului trebuie să producă legături fiabile între straturi.

Imprimantele CEAD construiesc barca „un strat pe rând” conform unui design digital, fiecare strat lipind-o de ultimul pentru a crea un singur obiect, fără sudură.

Un avantaj cheie al acestei abordări este iterația. Dacă doriți să modificați un design, puteți adesea actualiza modelul digital și planul de imprimare, în loc să reechipați o matriță. Acest lucru este important pe piețele în care cerințele sunt incerte sau în care clienții doresc personalizare.

Cea mai mare imprimantă 3D a CEAD are aproape 40 m lungime, potrivit BBC, și a fost deja utilizată de un client din Abu Dhabi pentru a imprima un feribot electric. Această dimensiune face diferența dintre imprimarea unor componente mici și imprimarea unor secțiuni întregi ale corpului navei.

Cazuri de utilizare timpurii: prototipuri militare și nave fără echipaj uman

Cele mai plauzibile piețe timpurii sunt cele care prețuiesc viteza, iterația și flexibilitatea mai mult decât tradiția.

BBC afirmă că, în cele 12 luni de când CEAD a început să opereze Centrul său de Aplicații Marine din Delft, echipa a construit un prototip de barcă rapidă de 12 m - similară unei barci gonflabile rigide (RIB) - pentru Marina Olandeză.

Logtenberg contrastează acest lucru cu povestea obișnuită a achizițiilor: „În mod normal, când Marina cumpără o ambarcațiune, durează ani de zile până o primesc și plătesc o sumă considerabilă.” În acest caz, el spune că echipa a făcut-o în șase săptămâni, cu un „buget foarte limitat”.

Există și o altă perspectivă care se potrivește cu punctele forte ale fabricației aditive: navele fără pilot. BBC menționează un test cu Forțele Speciale NATO în care „drone nautice” au fost construite la fața locului în câteva ore, designul schimbându-se în funcție de cerințele operaționale.

Două idei apar în mod repetat în aceste exemple:

1. Relocarea producțieiChiar și o imprimantă de dimensiuni considerabile poate fi transportată într-un container de transport și mutată mai aproape de utilizatorul final.
2. Transportul materiilor prime în loc de produse finiteLogtenberg susține că, în loc să se transporte o cocă voluminoasă, materialul de bază se transportă în saci mari, ceea ce poate fi mai eficient din punct de vedere al transportului.

Aceste avantaje sunt cele mai convingătoare în contexte în care logistica și timpul contează la fel de mult ca costul unitar.

Povestea consumatorului: noutatea acum, costul mai târziu

În Rotterdam, o altă companie încearcă să facă bărci imprimate să funcționeze pe piața de agrement.

Marca „Tanaruz” a companiei Raw Idea, relatează BBC, se concentrează în special pe închirieri. Joyce Pont, directorul general al Raw Idea, spune că utilizatorii pot fi ezitanți deoarece produsul este inovator, dar piața de închirieri este interesată. O parte din atractivitate constă în marketing: „avem o barcă imprimată 3D”, iar oamenii vor să o vadă și să o atingă.

Raw Idea evidențiază și materialele. BBC spune că folosește un amestec de fibră de sticlă și materiale plastice reciclate pentru consumatori (cum ar fi sticlele de băuturi carbogazoase) în carenele navelor.

Deocamdată, asta nu înseamnă automat prețuri mai mici. Pont spune că prețul este în prezent comparabil cu cel al unei ambarcațiuni construite în mod tradițional, deoarece materialul reciclat costă mai mult. Dar ea se așteaptă ca amploarea și flexibilitatea să reducă costurile.

De asemenea, ea face o predicție îndrăzneață: în termen de cinci ani, ea crede că bărcile imprimate 3D ar putea prelua segmentul bărcilor de lucru/bărcilor cu motor cu conducere rapidă.

Astfel de predicții sunt ușor de respins – până când nu se schimbă câteva realități operaționale.

Constrângerea care decide totul: reglementarea și certificarea

Bărcile nu sunt huse pentru smartphone-uri. Industria maritimă este puternic reglementată, iar certificarea tinde să fie conservatoare pe bună dreptate.

BBC relatează că atât CEAD, cât și Raw Idea colaborează cu autoritățile de reglementare europene „aproape în timp real”, deoarece utilizează materiale și metode noi pentru a construi recipiente care nu pot fi comparate cu abordările de fabricație mai vechi.

Aceasta este o problemă fundamentală pentru fabricația aditivă: chiar dacă fizica funcționează, „stratul de hârțogărie” trebuie să recupereze terenul pierdut. Autoritățile de reglementare trebuie să înțeleagă:

• Ce este materialul, cum se degradează în timp și cum se comportă sub stres
• Dacă construcția strat cu strat introduce noi moduri de eșec
• Cum se standardizează testarea și inspecția structurilor imprimate

În practică, certificarea poate fi limitatorul de viteză. Dacă autoritățile de reglementare nu pot aproba rapid, cea mai rapidă imprimantă din lume nu ajută.

Deci, vom printa vreodată o navă întreagă?

BBC spune clar că mai suntem departe de a tipări nave întregi dintr-o dată.

Pont este sceptic că imprimarea navelor la scară largă este iminentă, argumentând că superiahturile și navele similare sunt o „ambalaj” care va rezista automatizării.

Logtenberg este mai optimist. El spune că până și construirea unei ambarcațiuni de 12 metri a fost peste așteptările sale cu un an în urmă. El prezintă orizontul pe termen lung astfel: construcția navelor se face deja în module, iar imprimarea completă a corpului unei nave ar putea dura „un deceniu sau două”, dar continuarea cercetărilor în domeniul termoplastelor și extinderea mașinilor ar putea face acest lucru fezabil.

Modul de a interpreta asta nu este ca o garanție, ci ca o foaie de parcurs. Bariera nu o reprezintă doar imprimantele mai mari. Este vorba de cercetarea pe termen lung a materialelor, fiabilitatea proceselor și încrederea autorităților de reglementare și a clienților.

Concluzie

Imprimarea 3D de format mare pentru ambarcațiuni începe în sfârșit să pară mai mult decât o simplă platformă, deoarece echipele rezolvă partea mai puțin atractivă: materiale care pot supraviețui luminii solare, impactului și mediului marin. Dacă cadrele de certificare țin pasul - și dacă piețele timpurii, precum prototipurile militare, navele fără echipaj și cele de închiriat, continuă să cumpere - carenele imprimate ar putea deveni o adevărată categorie de producție, mai degrabă decât o curiozitate.

---

Surse

• https://www.bbc.com/news/articles/c751xw96e9yo?at_medium=RSS&at_campaign=rss