Η τρισδιάστατη εκτύπωση οδηγεί στην ανάπτυξη της παραγωγής κατ' απαίτηση

Παρά την πανδημία, τον πληθωρισμό, τις ελλείψεις εργατικού δυναμικού και τσιπ – και οτιδήποτε άλλο παρεμποδίζει τις παγκόσμιες αλυσίδες εφοδιασμού – η αισιοδοξία για μία κατασκευαστική λύση είναι τόσο ισχυρή που ώθησε τρεις εταιρείες στο κοινό το 2021: Fathom, Shapeways και Xometry. Ένα τέταρτο, το Fast Radius, πρόκειται να κάνει το ντεμπούτο του στη Wall Street τον Φεβρουάριο. 

Αυτή η νέα φυλή ψηφιακής κατασκευαστικής εταιρείας κατ' απαίτηση επενδύεται σε μεγάλο βαθμό σε λογισμικό και τεχνολογίες παραγωγής ψηφιακά, όπως η βιομηχανική τρισδιάστατη εκτύπωση. Δεν υπόσχονται μόνο ταχύτερη και πιο αποτελεσματική κατασκευή ανταλλακτικών σε τοπικό επίπεδο, αλλά και ψηφιακές λύσεις που επιτρέπουν καινοτομίες προϊόντων με εξοικονόμηση κόστους και επιταχυνόμενο χρόνο στην αγορά για σχεδόν κάθε τύπο προϊόντος.

«Υπάρχει μια αυξανόμενη συνειδητοποίηση για το πώς η υποδομή για το σχεδιασμό, την κατασκευή και τη μετακίνηση πραγμάτων σήμερα δεν ανταποκρίνεται στις ανάγκες αυτής της εποχής – είναι άκαμπτη, σπάταλη, ξεπερασμένη και επίσης δεν είναι βιώσιμη», λέει ο Lou Rassey, συνιδρυτής και Διευθύνων Σύμβουλος της Fast Radius με έδρα το Σικάγο.

Το νεότερο μικροεργοστάσιο της εταιρείας στο νησί Goose του Σικάγο διαθέτει βιομηχανικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές από την Carbon και την HP μαζί με ψηφιακά ενσωματωμένες μηχανές CNC, ως μέρος της πλατφόρμας παραγωγής Cloud της Fast Radius. Το μικροεργοστάσιο θα παράγει εξαρτήματα για εταιρείες σε όλους τους κλάδους, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρικών οχημάτων, ιατρικών συσκευών και συσκευών υγειονομικής περίθαλψης και καταναλωτικών αγαθών. Το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ ανακήρυξε το Fast Radius ένα από τα εννέα καλύτερα εργοστάσια στον κόσμο που εφαρμόζουν τις «τεχνολογίες της Τέταρτης Βιομηχανικής Επανάστασης» ή Industry 3.

Ψηφιακά ολοκληρωμένη κατασκευή

Οι εταιρείες σε αυτόν τον τομέα συχνά συγκεντρώνονται κάτω από την ομπρέλα ψηφιακής παραγωγής κατ' απαίτηση, ενώ στην πραγματικότητα προσφέρουν μια σειρά προσεγγίσεων για την τρισδιάστατη εκτύπωση, το Industry 3 και τον εκσυγχρονισμό της αλυσίδας εφοδιασμού παραγωγής.

Σε ένα άκρο του φάσματος, εταιρείες όπως η Shapeways και η Sculpteo (που ανήκει στον χημικό γίγαντα BASF) προσφέρουν μια εύκολη διαδικτυακή πλατφόρμα μεταφόρτωσης και εκτύπωσης. Αυτό το μοντέλο τρισδιάστατης εκτύπωσης κατ' απαίτηση εστιάζει στην ευκολία χρήσης. οποιοσδήποτε μπορεί να ανεβάσει ψηφιακά αρχεία εξαρτημάτων, να κάνει κλικ για να επιλέξει υλικά και να λάβει εξαρτήματα και πρωτότυπα σε ώρες ή ημέρες. Αυτή η σύγχρονη εμπειρία που μοιάζει με τον καταναλωτή στοχεύει να φέρει την κατασκευή στις μάζες διευκολύνοντας τις τρισδιάστατες εκτυπώσεις όλων, από πρωτότυπα προϊόντων έως αρχιτεκτονικά μοντέλα.

Άλλες εταιρείες, όπως η Materialise, που κυκλοφόρησε στο χρηματιστήριο το 2014, έχουν μια ευρεία πελατειακή βάση για τις λύσεις λογισμικού τους που βοηθούν τις εταιρείες να εκτυπώνουν 3D τα δικά τους ψηφιακά αρχεία εσωτερικά και να τρέχουν τον δικό τους στόλο τρισδιάστατων εκτυπωτών. Το λογισμικό χρησιμοποιείται επίσης από άλλες υπηρεσίες τρισδιάστατης εκτύπωσης κατ' απαίτηση για την παρακολούθηση και την εκτύπωση παραγγελιών πελατών. Η κατασκευή κατ' απαίτηση της Materialise σε μία από τις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις τρισδιάστατης εκτύπωσης της Ευρώπης διαθέτει έξι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης.

Η Fathom ξεκίνησε ως κατασκευαστής συμβάσεων μικρού έως μεσαίου όγκου που αγκάλιασε νέες μεθόδους, συμπεριλαμβανομένης της τρισδιάστατης εκτύπωσης, από νωρίς. Εξακολουθούν να προσφέρουν παραδοσιακή κατασκευή, αλλά είναι ενσωματωμένη σε μια ολοκληρωμένη διαδικασία ψηφιακής παραγωγής.

«Οι μεγάλες διαφοροποιήσεις για εμάς και την πλατφόρμα μας είναι ότι έχουμε εμπειρία δεκαετιών και βαθιά εδραιωμένες σχέσεις με τους πελάτες», λέει ο Ryan Martin, Διευθύνων Σύμβουλος της Fathom. «Εστιάζουμε στο να παρέχουμε στους πελάτες μεγάλων επιχειρήσεων μια μοναδική λύση στις προκλήσεις παραγωγής τους».

Το Fast Radius είναι ένας συνδυασμός υπηρεσιών που βασίζονται σε λογισμικό, μηχανικής τεχνογνωσίας και εργοστασιακών ορόφων εξοπλισμού αιχμής. Είναι ένας από τους μόνους κατ' απαίτηση κατασκευαστές που κατέχουν και λειτουργούν όλες τις δικές τους εγκαταστάσεις παραγωγής, γεγονός που τους επιτρέπει να ενσωματώνουν τις λύσεις λογισμικού τους και να αυτοματοποιούν την παραγωγή.

Το λογισμικό της εταιρείας μπορεί να προτείνει βελτιώσεις σε ένα ψηφιακό αρχείο, να καθοδηγήσει τους πελάτες στις επιλογές υλικών και τεχνολογίας και να παρέχει διαφάνεια στη διαδικασία παραγωγής. Αλλά η παραγωγή κατ' απαίτηση είναι μόνο μια λύση Fast Radius, λέει ο Rassey. «Προσφέρουμε προσαρμοσμένα μικροεργοστάσια κατασκευασμένα ειδικά για μοναδικές ανάγκες πελατών, κοντά στο σημείο όπου ο πελάτης χρειάζεται ανταλλακτικά, ώστε να μπορεί να δημιουργήσει ευέλικτες αλυσίδες εφοδιασμού». Πελάτες όπως η Satair (θυγατρική της Airbus) χρησιμοποιούν το Fast Radius Virtual Warehouse για να αποθηκεύουν τα εξαρτήματά τους ψηφιακά, έτοιμα για κατασκευή αμέσως, ελευθερώνοντας φυσικό χώρο αποθήκης και εξαλείφοντας το υπερβολικό απόθεμα. 

Ο αυξανόμενος αριθμός ψηφιακών κατασκευαστών κατ' απαίτηση έχει καταστήσει την επιλογή ενός πρόκληση για πολλές εταιρείες. Η Xometry και μια άλλη start-up, η Craftcloud, προσφέρουν διαδικτυακές πύλες που είναι αγορές αυτών των κατασκευαστών. Οι πελάτες ανεβάζουν το ψηφιακό τους αρχείο και οι συνεργάτες κατασκευής σε όλο τον κόσμο υποβάλλουν προσφορά για το έργο. 

«Συχνά, οι πελάτες αναζητούν την ταχύτερη λύση ή την πιο οικονομική λύση για το έργο τρισδιάστατης εκτύπωσης τους», λέει ο Mathias Plica, Διευθύνων Σύμβουλος της Craftcloud. «Τα συνδυάζουμε με τοπικούς συνεργάτες που έχουν την τεχνογνωσία να προσφέρουν τα υλικά και την ποιότητα που χρειάζονται».

Ανεξάρτητα από το επιχειρηματικό μοντέλο, το κοινό όλων αυτών των εταιρειών είναι η εφαρμογή έξυπνης τεχνολογίας κατασκευής για να επιτρέψει μια εξαιρετικά αυτοματοποιημένη διαδικασία παραγωγής από την ιδέα στην ολοκλήρωση. Αυτό περιλαμβάνει υπολογιστικό νέφος, τεχνητή νοημοσύνη, IoT, μηχανική μάθηση, μεγάλα δεδομένα, ψηφιακή προσομοίωση και, φυσικά, τρισδιάστατη εκτύπωση (ονομάζεται επίσης και πρόσθετη κατασκευή).

Ευαγγελιστές της Προσθετικής Βιομηχανίας 

Παρόλο που η Fathom, που εδρεύει στο Χάρτλαντ, έχει 90 τρισδιάστατους εκτυπωτές βιομηχανικής ποιότητας για πλαστικά και μεταλλικά μέρη και σχεδόν 3 τετραγωνικά πόδια κατασκευαστικής ικανότητας σε 450,000 εγκαταστάσεις των ΗΠΑ, η πιο ισχυρή προσφορά της μπορεί να είναι το προσωπικό της.

«Οι εταιρείες έρχονται σε εμάς για να καταλάβουμε πώς να χρησιμοποιούμε την κατασκευή προσθέτων», λέει ο Martin. «Σε ορισμένες περιπτώσεις εισαγάγαμε τις εταιρείες στην παραγωγή προσθέτων, η οποία είναι ένας τεράστιος τομέας ανάπτυξης για εμάς. Ένας από τους πελάτες μας στην αυτοκινητοβιομηχανία επικοινώνησε μαζί μας την περασμένη εβδομάδα για την τεχνογνωσία μας στη μηχανική, προκειμένου να καταλάβουμε πώς μπορούν να αναπτύξουν περισσότερες εφαρμογές για αυτό πέρα ​​από τη δημιουργία πρωτοτύπων». 

Το μήνυμα από τους κατασκευαστές ψηφιακών κατ' απαίτηση είναι ότι οι πελάτες δεν χρειάζεται να γνωρίζουν πολλά για την τρισδιάστατη εκτύπωση για να επωφεληθούν από την ευελιξία, την ταχύτητα και την εξοικονόμηση κόστους που μπορεί να προσφέρει. Ούτε χρειάζεται να επενδύσουν σε τρισδιάστατους εκτυπωτές με εξαψήφιες τιμές ή να προσλάβουν έμπειρους μηχανικούς για να αποκτήσουν εξαρτήματα, πρωτότυπα και εργαλεία που είναι ελαφρύτερα, ισχυρότερα και φθηνότερα από αυτά που κατασκευάζονται με παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής.

Οι μεγάλες επιχειρήσεις μπορούν να επιλέξουν την τρισδιάστατη εκτύπωση κατ' απαίτηση, επειδή προσφέρει ένα ευρύτερο φάσμα υλικών και τεχνολογιών από ό,τι θα ήταν πρακτικό να υπάρχει σε μια επιτόπια εγκατάσταση. Η Fathom συγκαταλέγεται μεταξύ των πελατών της, η Tesla, η 3M, η Google και η Amazon. Η Shapeways λέει ότι συνεργάζεται με την Target και τον κατασκευαστή προσθετικών Fillauer και η Xometry μπορεί να υπερηφανεύεται για τους μηχανικούς της Bosch, της NASA και της BMW μεταξύ των πελατών της.

Το Fast Radius προσφέρει μια υπηρεσία που ονομάζεται Additive Launch για να βοηθήσει τους πελάτες να αξιοποιήσουν τις πιο πρόσφατες τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης και εργαλεία σχεδίασης για να επιταχύνουν την ανάπτυξη προϊόντων.

«Έχουμε συνεργαστεί με εταιρείες όπως η Rawlings, η Steelcase και η Aptiv για να φέρουμε στην αγορά νέα προϊόντα που είναι δυνατά μόνο με την κατασκευή προσθέτων», λέει ο Rassey. Το νέο γάντι του μπέιζμπολ REV1X Rawlings διαθέτει εσωτερική 3D τυπωμένη επένδυση στον αντίχειρα και ροζ που μειώνει σημαντικά το βάρος του γαντιού χωρίς να θυσιάζεται η προστασία ή η αντοχή, σύμφωνα με την Rawlings.

Η Volvo στράφηκε πρόσφατα στο Materialize για να βελτιώσει την παραγωγή ελαφρύτερων εργαλείων κατασκευής και εξαρτημάτων για τα εργοστάσιά της. Στην Bell Helicopter Textron, οι μηχανικοί στράφηκαν στην πτέρυγα κατασκευής κατ' απαίτηση της εταιρείας κατασκευής τρισδιάστατων εκτυπωτών Stratasys, που ονομάζεται Stratasys Direct, για να εκτυπώσουν 3D εξαρτήματα πιστοποιημένα για πτήση που μειώνουν το βάρος κατά 3% και τον χρόνο κατασκευής κατά 13%, λέει η εταιρεία.

Πέρα από την τεχνογνωσία στην τρισδιάστατη εκτύπωση, μια άλλη ανάπτυξη που οδηγεί στον ουραίο άνεμο για αυτούς τους κατασκευαστές κατ' απαίτηση είναι οι εξελίξεις στο λογισμικό παραγωγής πρόσθετων και στους ίδιους τους τρισδιάστατους εκτυπωτές. Αυτές, και άλλες έξυπνες τεχνολογίες κατασκευής σήμερα, είναι πιο ώριμες, αξιόπιστες και προσιτές, λέει ο Rassey. Αυτό δίνει τη δυνατότητα σε εταιρείες όπως το Fast Radius και άλλες να δημιουργήσουν κερδοφόρα επιχειρηματικά μοντέλα γύρω από αυτά τα εργαλεία. 

«Με το Industry 4.0 να απογειώνεται, βρισκόμαστε στο κατώφλι μιας σημαντικής ευκαιρίας ανάπτυξης», λέει ο Martin. «Οι κύκλοι ζωής των προϊόντων είναι πολύ μικρότεροι από ό,τι πριν από πέντε χρόνια και οι εταιρείες χρειάζονται έναν προηγμένο κατασκευαστικό συνεργάτη κατά παραγγελία, ο οποίος μπορεί να κινηθεί γρήγορα και να εξυπηρετήσει όλες τις απαιτήσεις τους χωρίς να θυσιάζει την ποιότητα».

Εάν αποδεικνύεται ο αυξανόμενος αριθμός παρόχων υπηρεσιών, περισσότερες εταιρείες φαίνεται να ξυπνούν με την ιδέα των ευέλικτων πλατφορμών ψηφιακής παραγωγής και τα οφέλη της μετάβασης της παραγωγής τους από την παραδοσιακή στην ψηφιακή κατασκευή μέσω ενός αξιόπιστου παρόχου υπηρεσιών κατ' απαίτηση.