Принтер для ракет: когда технология 3D-печати получит массовое применение в аэрокосмической отрасли

3D-печать активно используется в космической индустрии, уже можно встретить новости про напечатанную на принтере ракету, двигатель или компонент. Но при этом технология все еще с трудом продвигается на неподготовленном и консервативном рынке. Что мешает повсеместному распространению перспективного решения, — в материале SATCOMRUS.

Производство как услуга

Эрик Палич — экс-инженер в NASA, который позднее руководил созданием и запуском двигателя Merlin 1C Vacuum и второй ступени РН Falcon 9 v1.0. Во время работы над проектами он разглядел мощный потенциал 3D-печати, а также заметил, что сама эта индустрия сейчас, особенно применительно к оборонной и аэрокосмической сферам, не успевает за требованиями на рынке. Многие представления заказчиков и пользователей о возможностях технологии ошибочны, решения не становятся лучше, быстрее или дешевле. Примеры успешных компаний не всегда тиражируются по всей отрасли. Так, для реализации собственных идей в этой области Палич вместе с коллегой из SpaceX Ти Джей Ронекером организовали фирму Freeform. Ти Джей Ронекер имел подходящие компетенции — он был ведущим аналитиком программ по двигателям, занимался проектированием и анализом теплозащитных экранов. О своем опыте предприниматели рассказали в подкасте «The Future of Manufacturing, with Erik Palitsch & TJ Ronacher (Co-Founders of Freeform)».

Клиентами нового предприятия сейчас являются компании из аэрокосмической и оборонной отраслей, автомобильной промышленности, сферы энергетики и производства полупроводников. Наблюдается интерес и в других промышленных секторах, например, связанных с нефтью и газом.

В Freeform разработали систему массового производства для печати, создав первый прототип примерно за девять месяцев. Участие в проекте приняли около шести человек, а затраты составили менее $10 млн. По словам представителей стартапа, самая сложная задача — управление процессами в реальном времени. Например, для анализа данных телеметрии, обратной связи, контроля тепловых режимов и перекрестной калибровки контрольных лазеров задействованы объемы информации, сравнимые с тем, что обрабатывает Netflix.

Ронекер при этом смотрит на развитие технологии довольно пессимистично и считает, что до внедрения 3D-принтинга в массовом производстве пройдут десятилетия (как минимум, 20 лет). Эрик Палич с ним не согласен и уверен, что опыт ряда игроков рынка доказывает обратное. Он привел в пример создание двигателя Raptor компании SpaceX, которое заняло примерно два дня.

Илон попросил

В случае со SpaceX использование 3D-печати изначально было обусловлено сроками и темпами: нужно было ускорить и проектирование, и производство, т.к. Илон Маск наметил (и позже выполнил) фантастические цифры по числу пусков в год.

По словам Палича, детали двигателя Merlin, которые делались на принтере, сначала «выглядели отвратительно» и требовали серьезной постобработки. Но потом у специалистов просто не осталось выхода, кроме как положиться на новое решение, потому что Илон Маск настаивал на «множестве вещей, которые было бы довольно сложно достичь» без этого. Такой подход позволял «иметь хоть какой-то шанс приблизиться к тому, о чем он просил».

Почему именно 3D-печать

Сегодня есть как детали, которые действительно выгоднее печатать (учитывая, что разговор идет о сложных и дорогих агрегатах, например, ракетных двигателях), так и элементы, которые подобным образом делать не следует. Но первых со временем будет становиться все больше, поскольку, поверив в технологию и осознав ее возможности, заказчики будут разрабатывать все больше компонентов, «заточенных» именно под 3D-печать.

Среди клиентов Freeform сейчас гораздо больше тех, кому необходимо изготовление новой детали, чем тех, кто хочет организовать производство старого изделия. Хотя вторые тоже имеются, потому что компаниям все еще необходимо оптимизировать цепочки поставок.

Но основным преимуществом 3D-печати герои подкаста назвали прирост производительности при относительно небольших вложениях, что в свою очередь сказывается на конечной цене. Это решение, уверены они, имеет большой потенциал для развития и может изменить многие индустрии. Ожидается рост рынка с миллиардов до триллионов долларов. Среди перспектив — улучшение отделки поверхностей, сокращение постобработки, работа с несколькими материалами и изготовление новых сплавов и материалов.

Отрасль консервативна и напугана

При этом важно, в какой конкретно сфере развивается технология. Например, индустрия 3D-печати, обслуживающая оборонную аэрокосмическую промышленность, испытывает трудности с продвижением. Отрасль весьма консервативна, в ней не очень активно внедряются инновации и механизмы удешевления, ускорения производства. Представители сектора очень мало знают о возможностях 3D-печати, представляя себе машины десятилетней давности.

Еще одна из основных проблем заключается в том, что большинство производителей соответствующего оборудования предлагают только его непосредственно, не предоставляя полный цикл услуг. А именно выстраивание всех дальнейших процессов требует значительных усилий и опыта, которого не хватает многим предприятиям, что делает освоение технологии крайне трудным, а иногда даже невозможным.

Типичная картина: компания покупает за $2 млн машину, не получает от нее ожидаемого результата и через год-два продает ее за сотни тысяч. Существуют предприятия, которые скупают эти устройства по сильно сниженной стоимости и предлагают услуги печати, таким образом имея возможность устанавливать более низкие цены. И хотя эта схема действенная, технология в таком случае не развивается, а индустрия, в свою очередь, в ней сильно разочаровывается.

Купить производство или продукцию

Основной идеей Freeform стал принцип «производство как услуга», позволяющий клиентам получать нужные компоненты без покупки и освоения дорогостоящих устройств. На фоне спада рынка продажи производственного оборудования такая модель, будет успешна, считают основатели. К тому же даже вышеупомянутый SpaceX, чей опыт активно использует Эрик Палич, теперь по возможности стремится не покупать машины, а приобретать готовые изделия.

Паличу в свое время удалось убедить Илона Маска в необходимости покупки соответствующих печатных аппаратов, но предприниматель был сильно недоволен ситуацией. Он хотел сразу покупать детали, и сейчас, анализируя ситуацию, Палич не сомневается в его правоте.

Автоматизация — не самоцель

Идеалом для создателей Freeform стала бы модульная платформа, которая позволила бы масштабироваться на любые производственные объекты по всей территории США и мира. Сейчас в операциях присутствуют элементы ручного труда, но уровень автоматизации постепенно увеличивается.

Однако автоматизация не означает полное исключение человека: в некоторых процессах, особенно в механической обработке, важна роль специалиста для интерпретации данных.

Цифровизация, считают предприниматели, не является каким-то абсолютом: она нужна ровно настолько, насколько это оправдано экономически. И есть компании, которые потерпели неудачу из-за сложностей с автоматизацией, особенно в задачах, требующих анализа человеком.

При этом спикеры, помимо прочего, являются энтузиастами освоения Марса. Они рассчитывают, что технология Freeform станет одной из ключевых в этом процессе, т.к. проще взять на другую планету комплекс для 3D-печати, чем огромную номенклатуру различных изделий.