Revoluția imprimării 3-D

Revoluția imprimării 3-D

Imprimarea industrială 3-D se află într-un punct critic, fiind pe cale să se generalizeze într-un mod deosebit. Cei mai mulți directori și mulți ingineri nu realizează acest lucru, dar această tehnologie a trecut cu mult dincolo de prototipuri, scule rapide, bibelouri și jucării. „Producția aditivă” creează produse durabile și sigure pentru a fi vândute unor clienți reali în cantități moderate sau mari.

Începuturile revoluției apar într-un sondaj realizat de PwC în 2014 în rândul a peste 100 de companii de producție. La momentul realizării sondajului, 11% dintre acestea trecuseră deja la producția în volum de piese sau produse tipărite în 3-D. Potrivit analiștilor de la Gartner, o tehnologie este „mainstream” atunci când atinge un nivel de adoptare de 20%.

Printre numeroasele companii care folosesc imprimarea 3-D pentru a crește producția se numără GE (motoare cu reacție, dispozitive medicale și piese pentru electrocasnice), Lockheed Martin și Boeing (industria aerospațială și de apărare), Aurora Flight Sciences (vehicule aeriene fără pilot), Invisalign (dispozitive dentare), Google (electronice de consum) și compania olandeză LUXeXcel (lentile pentru diode emițătoare de lumină, sau LED-uri). Urmărind aceste evoluții, McKinsey a raportat recent că imprimarea 3D este „pregătită să iasă din statutul său de nișă și să devină o alternativă viabilă la procesele de fabricație convenționale într-un număr tot mai mare de aplicații”. În 2014, vânzările de imprimante 3-D de nivel industrial în Statele Unite reprezentau deja o treime din volumul vânzărilor de automatizări industriale și robotică. Unele proiecții arată că această cifră va crește la 42% până în 2020.

Mai multe companii vor urma, pe măsură ce gama de materiale imprimabile continuă să se extindă. Pe lângă materialele plastice de bază și rășinile fotosensibile, acestea includ deja ceramica, cimentul, sticla, numeroase metale și aliaje metalice, precum și noi compozite termoplastice infuzate cu nanotuburi și fibre de carbon. Aspectele economice superioare îi vor convinge în cele din urmă pe cei care au rămas în urmă. Deși costurile directe de producere a bunurilor cu aceste noi metode și materiale sunt adesea mai mari, flexibilitatea mai mare oferită de fabricarea aditivă înseamnă că costurile totale pot fi substanțial mai mici.

Cu această schimbare revoluționară deja în curs de desfășurare, managerii ar trebui să se angajeze acum cu întrebări strategice pe trei niveluri:

În primul rând, vânzătorii de produse tangibile ar trebui să se întrebe cum ar putea fi îmbunătățite ofertele lor, fie de către ei înșiși, fie de către concurenți. Fabricarea unui obiect strat cu strat, în conformitate cu o „schiță” digitală descărcată pe o imprimantă, permite nu numai o personalizare nelimitată, ci și modele de o mai mare complexitate.

În al doilea rând, întreprinderile industriale trebuie să-și revizuiască operațiunile. Pe măsură ce fabricarea aditivă creează o multitudine de noi opțiuni pentru cum, când și unde sunt fabricate produsele și piesele, ce rețea de active ale lanțului de aprovizionare și ce combinație de procese vechi și noi va fi optimă?

În al treilea rând, liderii trebuie să ia în considerare implicațiile strategice pe măsură ce ecosisteme comerciale întregi încep să se formeze în jurul noilor realități ale imprimării 3D. S-a vorbit mult despre potențialul ca mari porțiuni din sectorul de producție să se atomizeze într-un număr incalculabil de mici „producători”. Dar această viziune tinde să ascundă o evoluție mai sigură și mai importantă: Pentru a permite integrarea activităților între proiectanți, producători și producători de bunuri, va trebui să se creeze platforme digitale. La început, aceste platforme vor permite activități de proiectare la tipar, precum și schimbul de proiecte și descărcarea rapidă. În curând, ele vor orchestra operațiunile de imprimare, controlul calității, optimizarea în timp real a rețelelor de imprimante și schimburile de capacități, printre alte funcții necesare. Cei mai de succes furnizori de platforme vor prospera din plin prin stabilirea de standarde și prin furnizarea de setări în care un ecosistem complex poate coordona răspunsurile la cererile pieței. Dar fiecare companie va fi afectată de ascensiunea acestor platforme. Vor fi multe lupte între operatorii tradiționali și cei nou-veniți pentru a captura părți din valoarea enormă pe care o va crea această nouă tehnologie.

Aceste întrebări însumează o cantitate substanțială de gândire strategică, și încă una rămâne: Cât de repede se vor întâmpla toate acestea? Pentru o anumită afacere, iată cât de repede se poate întâmpla: Industria americană a aparatelor auditive s-a convertit la producția 100% aditivă în mai puțin de 500 de zile, potrivit unui director executiv din industrie, și nicio companie care a rămas la metodele tradiționale de producție nu a supraviețuit. Managerii vor trebui să stabilească dacă este înțelept să aștepte ca această tehnologie în evoluție rapidă să se maturizeze înainte de a face anumite investiții sau dacă riscul de a aștepta este prea mare. Răspunsurile lor vor fi diferite, dar pentru toți pare sigur să spunem că momentul gândirii strategice este acum.

Avantajele tehnologiei aditive

Poate fi greu de imaginat că această tehnologie va înlocui modalitățile standard de astăzi de fabricare a lucrurilor în cantități mari. Presele tradiționale de turnare prin injecție, de exemplu, pot scuipa mii de widget-uri pe oră. În schimb, persoanele care au urmărit imprimantele 3-D în acțiune pe piața pasionaților consideră adesea că acumularea strat cu strat a obiectelor este comic de lentă. Dar progresele recente ale tehnologiei schimbă dramatic acest lucru în mediile industriale.

Câțiva ar putea uita de ce producția standard are loc cu o viteză atât de impresionantă. Acele widget-uri se revarsă rapid pentru că s-au făcut investiții grele la început pentru a stabili gama complexă de mașini-unelte și echipamente necesare pentru a le produce. Prima unitate este extrem de costisitoare de fabricat, dar pe măsură ce urmează unități identice, costul lor marginal se prăbușește.

Fabricarea aditivă nu oferă nimic asemănător cu această economie de scară. Cu toate acestea, ea evită dezavantajul producției standard – lipsa de flexibilitate. Deoarece fiecare unitate este construită independent, aceasta poate fi modificată cu ușurință pentru a se potrivi unor nevoi unice sau, în sens mai larg, pentru a se adapta la îmbunătățiri sau la schimbarea modei. Iar înființarea sistemului de producție în primul rând este mult mai simplă, deoarece implică mult mai puține etape. Acesta este motivul pentru care imprimarea 3D a fost atât de valoroasă pentru producerea de piese unicat, cum ar fi prototipurile și piesele de schimb rare. Dar fabricarea aditivă are din ce în ce mai mult sens chiar și la scară mai mare. Cumpărătorii pot alege din combinații nesfârșite de forme, mărimi și culori, iar această personalizare adaugă puțin la costul unui producător chiar și atunci când comenzile ating niveluri de producție în masă.

O mare parte a avantajului aditivului este că piesele care înainte erau turnate separat și apoi asamblate pot fi acum produse ca o singură bucată într-o singură serie. Un exemplu simplu este reprezentat de ochelarii de soare: Procesul 3-D permite ca porozitatea și amestecul de materiale plastice să varieze în diferite zone ale ramei. Căștile ies moi și flexibile, în timp ce marginile care țin lentilele sunt dure. Nu este nevoie de asamblare.

Imprimarea pieselor și produselor permite, de asemenea, proiectarea acestora cu arhitecturi mai complexe, cum ar fi alveolarea în interiorul panourilor de oțel sau geometrii care anterior erau prea fine pentru a fi frezate. Piesele mecanice complexe – un set de angrenaje încastrate, de exemplu – pot fi realizate fără asamblare. Metodele aditive pot fi utilizate pentru a combina piesele și pentru a genera mult mai multe detalii interioare. Acesta este motivul pentru care GE Aviation a trecut la imprimarea duzelor de combustibil ale anumitor motoare cu reacție. Se așteaptă să producă mai mult de 45.000 de motoare cu același design pe an, așa că s-ar putea presupune că metodele de fabricație convenționale ar fi mai potrivite. Dar tehnologia de imprimare permite ca o duză care înainte era asamblată din 20 de piese turnate separat să fie fabricată dintr-o singură bucată. GE spune că acest lucru va reduce costul de fabricație cu 75%.

Fabricarea aditivă poate folosi, de asemenea, mai multe jeturi de imprimantă pentru a așeza simultan diferite materiale. Astfel, Optomec și alte companii dezvoltă materiale conductoare și metode de imprimare a microbateriilor și a circuitelor electronice direct în sau pe suprafețele dispozitivelor electronice de consum. Alte aplicații suplimentare includ echipamente medicale, bunuri de transport, componente aerospațiale, dispozitive de măsurare, infrastructură de telecomunicații și multe alte lucruri „inteligente”.

Atractivitatea enormă a limitării lucrărilor de asamblare împinge echipamentele de fabricație aditivă să crească din ce în ce mai mult. La extrema actuală, Departamentul american al Apărării, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel și Oak Ridge National Laboratory colaborează pentru a dezvolta o capacitate de imprimare a majorității endo și exoscheletelor avioanelor de vânătoare cu reacție, inclusiv corpul, aripile, panourile structurale interne, cablurile și antenele încorporate și, în curând, structura centrală portantă. Așa-numita fabricație aditivă pe suprafețe mari face posibilă fabricarea unor astfel de obiecte de mari dimensiuni prin utilizarea unui portal uriaș cu comenzi computerizate pentru a muta imprimantele în poziție. Când acest proces va fi certificat pentru utilizare, singura asamblare necesară va fi instalarea modulelor electronice plug-and-play pentru sistemele de navigație, comunicații, armament și contramăsuri electronice în compartimentele create în timpul procesului de imprimare. În Irak și Afganistan, armata americană a folosit drone de la Aurora Flight Sciences, care tipărește întregul corp al acestor vehicule aeriene fără pilot – unele cu o anvergură a aripilor de 132 de picioare – într-o singură construcție.

Strategia tridimensională

Această scurtă discuție despre avantajele fabricației aditive sugerează cât de ușor vor îmbrățișa companiile această tehnologie – iar economiile suplimentare în ceea ce privește stocurile, transportul și costurile de instalare vor face ca argumentul să fie și mai puternic. Implicația clară este că managerii din companiile de toate tipurile ar trebui să se străduiască să anticipeze modul în care afacerile lor se vor adapta pe cele trei niveluri strategice menționate mai sus.

Ofertele, reproiectate.

Strategia de produs este răspunsul la cea mai elementară întrebare din afaceri, Ce vom vinde? Companiile vor trebui să își imagineze modul în care clienții lor ar putea fi mai bine deserviți într-o eră a producției aditive. Ce modele și caracteristici vor fi acum posibile care nu erau posibile înainte? Ce aspecte pot fi îmbunătățite pentru că au fost eliminate restricțiile sau întârzierile de livrare?

De exemplu, în industriile aerospațială și auto, imprimarea 3D va fi utilizată cel mai adesea în urmărirea creșterii performanțelor. Anterior, eficiența consumului de combustibil al avioanelor de vânătoare și al vehiculelor putea fi îmbunătățită prin reducerea greutății acestora, dar acest lucru le făcea frecvent mai puțin solide din punct de vedere structural. Noua tehnologie le permite producătorilor să scobească o piesă pentru a o face mai ușoară și mai eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil și să încorporeze structuri interne care asigură o rezistență mai mare la tracțiune, durabilitate și rezistență la impact. Iar noile materiale care au o rezistență mai mare la căldură și la substanțe chimice pot fi utilizate în diverse puncte ale unui produs, în funcție de necesități.

În alte industrii, utilizarea fabricării aditive pentru produse mai personalizate și în evoluție rapidă va avea ramificații în ceea ce privește modul în care sunt comercializate ofertele. Ce se întâmplă cu conceptul de generații de produse – ca să nu mai vorbim de entuziasmul din jurul unei lansări – atunci când lucrurile pot fi actualizate în mod continuu în timpul imprimărilor succesive, mai degrabă decât în salturi cuantice cerute de costurile mai mari ale sculelor și de timpii de pregătire ai producției convenționale? Imaginați-vă un viitor apropiat în care inteligența artificială bazată pe cloud sporește capacitatea fabricării aditive de a schimba sau adăuga produse instantaneu, fără a fi nevoie de retehnologizare. Modificările în timp real ale strategiei de produs, cum ar fi mixul de produse și deciziile de proiectare, ar deveni posibile. Cu o astfel de adaptare rapidă, ce noi avantaje ar trebui să fie esențiale pentru promisiunile mărcilor? Și cum ar putea departamentele de marketing să prevină derapajele mărcii fără a pierde vânzări?

Operațiile, reoptimizate.

Strategia operațională cuprinde toate întrebările legate de modul în care o companie va cumpăra, produce, muta și vinde bunuri. Răspunsurile vor fi foarte diferite în cazul producției aditive. O mai mare eficiență operațională este întotdeauna un obiectiv, dar aceasta poate fi obținută în mai multe moduri. În prezent, cele mai multe companii care se gândesc la utilizarea acestei tehnologii fac analize financiare fragmentate ale oportunităților specifice de a schimba echipamente și modele 3D acolo unde acestea pot reduce costurile directe. Câștiguri mult mai mari vor veni atunci când își vor lărgi analizele pentru a lua în considerare costul total de fabricație și cheltuielile generale.

Cât de mult ar putea fi economisit prin tăierea etapelor de asamblare? Sau prin reducerea stocurilor prin producerea doar ca răspuns la cererea reală? Sau prin vânzarea în moduri diferite – de exemplu, direct către consumatori prin intermediul unor interfețe care să le permită acestora să specifice orice configurație? Într-o lume hibridă a vechilor și noilor metode de fabricație, producătorii vor avea mult mai multe opțiuni; ei vor trebui să decidă ce componente sau produse vor trece la fabricarea aditivă și în ce ordine.

Întrebări suplimentare vor apărea în jurul locațiilor instalațiilor. Cât de apropiate ar trebui să fie acestea de care clienți? Cum pot fi livrate comenzile foarte personalizate la fel de eficient pe cât sunt produse? Ar trebui ca imprimarea să fie centralizată în fabrici sau dispersată într-o rețea de imprimante la distribuitori, la comercianți cu amănuntul, pe camioane sau chiar în instalațiile clienților? Poate că toate variantele de mai sus. Răspunsurile se vor schimba în timp real, adaptându-se la schimbările de curs valutar, la costurile forței de muncă, la eficiența și capacitățile imprimantelor, la costurile materialelor, la costurile energiei și la costurile de expediere.

O distanță de deplasare mai scurtă pentru produse sau piese nu numai că economisește bani; economisește timp. Dacă ați fost vreodată nevoit să vă lăsați vehiculul la un atelier de reparații în timp ce mecanicul așteaptă o piesă, veți aprecia acest lucru. BMW și Honda, printre alți producători auto, se îndreaptă spre fabricarea aditivă a multor unelte industriale și piese auto de utilizare finală în fabricile și reprezentanțele lor – în special pe măsură ce noi materiale metalice, din plastic compozit și din fibră de carbon devin disponibile pentru a fi utilizate în imprimantele 3D. Distribuitorii din multe industrii iau notă, dornici să își ajute clienții de afaceri să profite de noile eficiențe. UPS, de exemplu, se bazează pe afacerea sa existentă de logistică pentru terți pentru a transforma depozitele sale din hub-urile aeroporturilor în mini-fabrici. Ideea este de a produce și de a livra clienților piese personalizate în funcție de necesități, în loc de a dedica hectare de rafturi unor stocuri vaste. Dacă deja trăim într-o lume a gestionării stocurilor „just-in-time”, acum vedem cât de mult poate deveni JIT. Bine ați venit la gestionarea instantanee a stocurilor.

Într-adevăr, având în vedere toate eficiențele potențiale ale producției aditive puternic integrate, gestionarea proceselor de afaceri poate deveni cea mai importantă capacitate existentă. Unele companii care excelează în acest domeniu vor construi sisteme de coordonare brevetate pentru a-și asigura un avantaj competitiv. Altele vor adopta și vor contribui la modelarea pachetelor standard create de marile companii de software.

Ecosisteme, reconfigurate.

În cele din urmă vine întrebarea unde și cum se încadrează întreprinderea în mediul său de afaceri mai larg. Aici managerii abordează enigmele: Cine suntem? și Ce trebuie să deținem pentru a fi ceea ce suntem? Pe măsură ce fabricarea aditivă permite întreprinderilor să achiziționeze imprimante care pot realiza mai multe produse și pe măsură ce capacitatea nefolosită este tranzacționată cu alte întreprinderi care se ocupă cu oferirea de produse diferite, răspunsurile la aceste întrebări vor deveni mult mai puțin clare. Să presupunem că aveți rânduri de imprimante în instalația dvs. care construiesc piese auto într-o zi, echipamente militare a doua zi și jucării a doua zi. Din ce industrie faceți parte? Granițele tradiționale se vor estompa. Cu toate acestea, managerii au nevoie de un simț puternic al rolului companiei în lume pentru a lua decizii cu privire la activele în care vor investi sau de care se vor despărți.

Ei pot descoperi că organizațiile lor evoluează în ceva foarte diferit de ceea ce au fost. Pe măsură ce companiile sunt eliberate de multe dintre cerințele logistice ale producției standard, ele vor trebui să analizeze din nou valoarea capacităților lor și a altor active și modul în care acestea completează sau concurează cu capacitățile altora.

Oportunitatea platformei

O poziție în ecosistem se va dovedi a fi cea mai centrală și mai puternică – iar acest fapt nu este pierdut de echipele de conducere ale celor mai mari jucători care se ocupă deja de fabricarea aditivă, cum ar fi eBay, IBM, Autodesk, PTC, Materialise, Stratasys și 3D Systems. Mulți se luptă pentru a dezvolta platformele pe care alte companii vor construi și se vor conecta. Ei știu că rolul de furnizor de platforme este cel mai mare obiectiv strategic pe care l-ar putea urmări și că acesta este încă foarte mult în joc.

Platformele sunt o caracteristică proeminentă pe piețele puternic digitalizate ale secolului XXI, iar fabricarea aditivă nu va face excepție. Aici, proprietarii de platforme vor fi puternici, deoarece producția în sine este probabil să conteze mai puțin în timp. Deja unele companii înființează „ferme de imprimante” contractuale care vor rentabiliza efectiv fabricarea de produse la cerere. Chiar și modelele valoroase pentru produsele imprimabile, fiind pur digitale și ușor de partajat, vor fi greu de reținut. (În acest sens, dispozitivele de scanare 3-D vor face posibilă realizarea de inginerie inversă a produselor prin capturarea informațiilor despre designul lor geometric.)

Toată lumea din sistem va avea un interes în susținerea platformelor pe care producția este orchestrată în mod dinamic, planurile sunt stocate și îmbunătățite continuu, stocurile de materii prime sunt monitorizate și achiziționate, iar comenzile clienților sunt primite. Cei care controlează ecosistemul digital se vor afla în mijlocul unui volum imens de tranzacții industriale, colectând și vânzând informații valoroase. Aceștia se vor angaja în arbitraj și vor împărți munca între părțile de încredere sau o vor repartiza la nivel intern, atunci când este cazul. Aceștia vor face schimb de capacități și modele de imprimante în întreaga lume, influențând prețurile prin controlul sau redirecționarea „fluxului de tranzacții” pentru ambele. La fel ca și arbitrii de mărfuri, vor finanța tranzacțiile sau vor cumpăra la prețuri mici și vor vinde la prețuri mari cu ajutorul informațiilor asimetrice pe care le obțin prin supravegherea a milioane de tranzacții.

Responsabilitatea pentru alinierea capacității dispersate la cererea în creștere a pieței va cădea în sarcina unui număr mic de companii – iar pentru ca întregul sistem să funcționeze eficient, unii vor trebui să facă un pas înainte. Așteptați-vă la apariția unor analogi la Google, eBay, Match.com și Amazon ca motoare de căutare, platforme de schimb, piețe de marcă și agenți de potrivire între imprimantele de fabricație aditivă, proiectanți și depozite de proiecte. Poate că va apărea chiar și o tranzacționare automatizată, împreună cu piețe de tranzacționare a derivatelor sau a contractelor futures privind capacitatea și modelele imprimantelor.

În esență, deci, proprietarii de active de producție bazate pe imprimante vor concura cu proprietarii de informații pentru profiturile generate de ecosistem. Și, într-un timp destul de scurt, puterea va migra de la producători la marii integratori de sisteme, care vor înființa platforme de marcă cu standarde comune pentru a coordona și susține sistemul. Aceștia vor încuraja inovarea prin intermediul sursei deschise și prin achiziția sau parteneriatul cu companii mai mici care îndeplinesc standarde înalte de calitate. Companiile mici ar putea într-adevăr să continue să încerce noi abordări interesante la margine – dar vom avea nevoie de organizații mari care să supravegheze experimentele și apoi să le împingă să fie practice și scalabile.

Istoria digitală replicată

Gândindu-ne la revoluția în desfășurare în domeniul producției aditive, este greu să nu reflectăm la acea mare tehnologie transformatoare, internetul. În ceea ce privește istoria acestuia din urmă, ar putea fi corect să spunem că fabricarea aditivă este abia în 1995. Nivelul de hype era ridicat în acel an, însă nimeni nu și-a imaginat cum se vor schimba comerțul și viața în următorul deceniu, odată cu sosirea Wi-Fi, a smartphone-urilor și a cloud computing-ului. Puțini au prevăzut ziua în care inteligența artificială și sistemele software bazate pe internet ar putea conduce fabricile – și chiar infrastructurile orașelor – mai bine decât oamenii.

Viitorul fabricării aditive va aduce surprize similare, care ar putea părea strict logice în retrospectivă, dar care sunt greu de imaginat astăzi. Imaginați-vă cum noile imprimante extrem de capabile ar putea înlocui muncitorii cu înaltă calificare, mutând companii întregi și chiar țări bazate pe producție spre o producție fără oameni. În „organizațiile de mașini”, oamenii ar putea lucra doar pentru a deservi imprimantele.

Și acest viitor va sosi rapid. Odată ce companiile pun un deget de la picior în apă și experimentează avantajele unei flexibilități mai mari a producției, au tendința de a se scufunda adânc. Pe măsură ce știința materialelor creează mai multe substanțe imprimabile, tot mai mulți producători și produse vor urma. Local Motors a demonstrat recent că poate imprima un roadster arătos, inclusiv roțile, șasiul, caroseria, acoperișul, scaunele din interior și tabloul de bord, dar încă nu și trenul de rulare, de jos în sus, în 48 de ore. Când va intra în producție, roadsterul, inclusiv trenul de rulare, va avea un preț de aproximativ 20.000 de dolari. Pe măsură ce costul echipamentelor și materialelor 3-D scade, avantajele rămase ale metodelor tradiționale în ceea ce privește economiile de scară devin un factor minor.

Iată la ce ne putem aștepta cu încredere: În următorii cinci ani vom avea sisteme de fabricație aditivă complet automatizate, de mare viteză și de cantități mari, care sunt economice chiar și pentru piese standardizate. Datorită flexibilității acestor sisteme, personalizarea sau fragmentarea în multe categorii de produse va lua apoi avânt, reducând și mai mult cota de piață a producției de masă convenționale.

Liderii de afaceri inteligenți nu așteaptă ca toate detaliile și eventualitățile să se dezvăluie de la sine. Ei pot vedea destul de clar că evoluțiile în domeniul producției aditive vor schimba modul în care produsele sunt proiectate, fabricate, cumpărate și livrate. Aceștia fac primii pași în reproiectarea sistemelor de fabricație. Aceștia își imaginează pretențiile pe care le vor avea în ecosistemul emergent. Ei iau numeroasele straturi de decizii care se vor adăuga pentru a obține avantaje într-o nouă lume a imprimării 3-D.

.