Большинство людей воспринимают аддитивное производство — более известное как 3D-печать — как небольшие пластиковые прототипы или настольные машины, которые производят предметы, которые можно держать в руке.

С момента появления в 1980-х годах технология постепенно эволюционировала от быстрого инструмента прототипирования в серьёзный промышленный процесс, применяемый в аэрокосмической, автомобильной, медицинской и оборонной промышленности.

Однако масштабирование аддитивного производства для производства очень крупных промышленных компонентов остаётся гораздо сложнее. Отрасли, такие как авиация, морская и энергетика, по-прежнему сильно зависят от дорогих форм, длительных производственных циклов и высокоцентрализованных цепочек поставок для производства компонентов в метрическом масштабе с использованием дорогостоящих, трудоёмких и значительных материальных отходов методов.

По словам Франческо Де Стефано, аддитивное производство в значительной степени принимало физическую «коробку» принтера как ограничение до примерно 2015 года. Внутри этой коробки ещё требовалось много работы, чтобы индустриализировать технологии.»

Но что если вы полностью сломаете коробку?

Итальянская компания передового производства Caracol, основанная в Италии, решает задачу производства промышленных, крупных и смешанных объёмов деталей с помощью крупноформатного аддитивного производства (LFAM), используя роботизированные руки, современное программное обеспечение, комплексные системы аддитивного производства, материалы и интеграцию с заводами для надёжного производства крупных полимерных, композитных и металлических компонентов в производственных масштабах.

Caracol объединяет робототехнику, автоматизацию, программное обеспечение и производственную инженерию в интегрированные производственные системы, способные создавать сложные лёгкие конструкции и промышленные компоненты в масштабах. Промышленные роботизированные руки уже широко применялись в автомобильном производстве, сварке и системах pick-and-place.

Традиционный 3D-принтер работает по трём осям, а промышленные роботы — на шести, что обеспечивает гораздо большую геометрическую свободу и масштабируемость.

«Это сочетание позволило нам выйти за рамки традиционных ограничений аддитивного производства», — объяснил он.

До основания Caracol Де Стефано изучал бизнес в Милане и Лондоне, а затем перешёл в консалтинг, работая в сфере исполнительного консультирования, особенно в аэрокосмической и промышленной сферах.

В какой-то момент он понял, что хотя презентации PowerPoint и Excel отличные, он хочет работать над чем-то с настоящим промышленным эффектом.

«Я уже знал Джованни и Паоло, двух других соучредителей, из университета. Ещё в 2015 году они уже считали, что аддитивное производство — это будущее, но считали, что технология всё ещё слишком ограничена по масштабу.»

Их идея заключалась в сочетании аддитивного производства с робототехникой. В период с 2015 по 2017 год они работали над интеграцией этих двух технологий для внедрения аддитивного производства в крупномасштабное промышленное производство. С присоединением другого соучредителя, Jacopo, к концу 2017 года они поняли, что их технологии могут реально повлиять на промышленное производство.

Разрушение укоренившихся привычек производства

Геополитическая напряжённость, хрупкость цепочек поставок и промышленный суверенитет становятся всё более важными в аэрокосмической отрасли, обороне, энергетике и транспорте. После COVID и последовавших сбоев в цепочках поставок многие компании поняли, что старая модель высокоцентрализованного производства больше не устойчива.

По мере роста нехватки рабочей силы, регионализации цепочек поставок и поиска более гибких производственных моделей, аддитивное производство всё больше переходит от экспериментальной технологии к стратегическим промышленным возможностям.

Тем не менее, стартапы и масштабируемые компании обычно испытывают трудности с нарушением традиционных отраслей, таких как производство и цепочки поставок.

Когда речь заходит об аддитивном производстве, одной из первых задач является сертификация.

Возьмём, к примеру, компонент лодки.

«Традиционные процессы производства композитов сертифицированы, хорошо изучены и поддерживаются десятилетиями производственных данных. Сертификационные органы уже признают эти методы производства», — объяснил Де Стефано.

Второй барьер — это мышление. В таких отраслях, как морская или композитная промышленность:

«Вы создаёте формы вручную, операторы вручную устанавливают углеродное и стекловолокно, а отделочные работы тоже в основном ручные. Это работает, относительно недорого, и люди делают это уже десятилетиями.

Поэтому, когда вы вводите новую технологию, первая реакция часто звучит так: «Это никогда не сработает. Мы всегда так делали.’»

Caracol решила задачи, стоящие перед аддитивным производством, с помощью научного подхода.

Для fiПервые пять лет он вообще не продавал эту технологию. Вместо этого компания работала как сервисное бюро, квалифицируя и сертифицируя процесс перед его коммерциализацией. Он сотрудничал с производителями в аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности над тестированием, прототипированием, характеристикой материалов и сертификацией.

Только после того, как заявки были квалифицированы и бизнес-кейс валидированы, компания начала предлагать технологию коммерчески в 2022 году. В то же время она уделяла большое внимание обучению клиентов.

Де Стефано объяснил:

«Поскольку мы сами эксплуатировали системы в течение многих лет, мы смогли направлять клиентов не только по самой машине, но и по тому, как перепроектировать и масштабировать производственные процессы под эту технологию.»

Преимущества роботизированного аддитивного производства

Вместо 3D-печати небольших прототипов деталей роботизированные системы Caracol производят крупномасштабные морские конструкции, формы и функциональные компоненты для лодок и яхт.

Вместо того чтобы полагаться на традиционные инструменты или формы, системы Caracol производят детали слой за слоем непосредственно из цифровых конструкций, помогая компаниям сократить отходы, снизить производственные затраты и ускорить сроки производства. Сегодня её основные отрасли — транспорт (включая двойное оборонное применение в морской, аэрокосмической и наземной мобильности), креативные отрасли, такие как архитектура, строительство, торговая среда, а также проектирование с использованием устойчивых материалов и индивидуальных геометрий.

Около двух лет назад компания запустила платформу для производства металлических аддитивов, расширив направление на энергетические приложения, включая силовые установки, промышленные компоненты и ядерные приложения. Компания также изучает решения для производства в космосе.

В морском композитном производстве традиционно производство компонента требует нескольких месяцев срока поставки. Создание формы может занять три-четыре месяца, затем ещё несколько недель на ламинирование и отделку детали. Caracol полностью устраняет плесень.

Де Стефано подробно описал:

«Вы сразу переходите в производство, а затем выполняете те же процессы отделки. Во многих случаях сроки доставки сокращаются более чем вдвое.»

Это экономит не только время, но и деньги. Проект с яхтенными производителями Ferretti Group позволил экономить средства более чем на 30 процентов. Преимущества также распространяются на сокращение отходов.

В традиционном аэрокосмическом инструменте традиционное производство часто теряет 70–80 процентов материала во время обработки. В Caracol отходы падают ниже 5 процентов. Процесс Каракола также приводит к значительному снижению веса. В некоторых случаях инструментальные компоненты теперь весят в десятую раз меньше традиционных альтернатив, что значительно упрощает их перемещение и управление на фабриках.

Создание трансатлантического производственного следа

В настоящее время компания является единственным крупноформатным аддитивным производством, управляющим производственными мощностями как в Европе, так и в США.

По словам Де Стефано, Caracol приняла это решение на раннем этапе, осознавая, насколько важным станет рынок США, особенно для аэрокосмической, оборонной и промышленной промышленности. В США производители исторически больше полагались на очень большие и дорогие портальные системы. Гибкое производство роботизированных устройств сейчас набирает обороты, поскольку компании всё больше понимают важность разворачиваемого, локального производства.

Сравнивая два рынка, Де Стефано сказал: «Интересно, что Европа на самом деле более продвинута в интеграции робототехники, чем некоторые части США. Я думаю, это связано с промышленным наследием и производственными традициями Европы.

«Одно из главных отличий в том, что американские клиенты, как правило, быстрее внедряют новые технологии. С точки зрения мышления меньше сопротивления и больше готовности рисковать. В то же время ожидания относительно поддержки и отзывчивости в США значительно выше:

«Клиенты ожидают, что вы будете физически близко, быстро реагируете и будете поддерживать их напрямую на протяжении всего внедрения.»

От контролируемых машин до автономного производства

Автоматизация в крупномасштабном аддитивном производстве быстро эволюционировала за последнее десятилетие, переходя от строго контролируемых производственных сред к более автономным и самооптимизирующим системам. Де Стефано описывает прогресс в секторе как «драматичный». В 2017 году системы компании требовали постоянного контроля.

«Операторы должны были постоянно контролировать машины и вручную вмешиваться на протяжении всего процесса.»

Сегодня он объяснил: «Системы Каракола могут работать без света несколько дней подряд. После запуска печати машина может запуститьБез исключения, с минимальным вмешательством.»

Хотя при настройке печати, загрузке материалов и постобработке деталей всё ещё требуется ручная работа, ИИ и машинное обучение всё больше автоматизируют эти операции.

Следующий этап — это то, что машины станут способными понимать и оптимизировать собственные процессы в реальном времени. У компании уже есть программная платформа Nexus, которая отслеживает большие объемы производственных данных.

«В прошлом году мы также запустили нашу платформу ADOS AI, которая позволяет системе не только отслеживать процесс, но и понимать отклонения от целевого результата и автоматически корректировать параметры в реальном времени. Это повышает производительность, уменьшает отходы, минимизирует простои и даже обеспечивает прогнозное обслуживание.»

Для поддержки этого видения Caracol создала собственную интегрированную экосистему аппаратного, программного обеспечения и автоматизации, призванную централизовать производственную разведку по всей своей глобальной сети. Де Стефано объяснил: «Все наши системы подключаются через платформу Nexus, которая позволяет нам агрегировать и анализировать производственные данные по всему миру. Это значит, что машины фактически уже учатся друг у друга.

Для Каракола то, что начиналось как попытка «разорвать коробку» традиционной 3D-печати, превратилось в более широкое видение распределённых, программно-управляемых производственных систем. Её долгосрочная цель — не просто автономные машины, но и глобально связанные производственные системы, способные коллективно учиться и совершенствоваться со временем.

Вместо того чтобы роботы напрямую «общаются» друг с другом по отдельности, обучение происходит через централизованный слой данных и программного обеспечения. Чем больше данных мы собираем в сети, тем быстрее системы улучшаются вместе.

«Это действительно долгосрочное видение: глобально связанные производственные системы, постоянно обучающиеся и оптимизирующиеся вместе», — поделился Де Стефано.