3D-принтеры — хайп прошел, технологии остались

Спорткар Blade, сделанный из карбоновых трубок и алюминиевых стержней, на которые прикреплены распечатанные на 3D-принтере металлические кузовные панели. Естественно, это концепт, который в серию не пошел — очередная демонстрация прогрессивных технологий, которую некоторые пытались продать как бизнес-возможность для всех и каждого

Local Motors Strati — еще одна попытка создать мелкосерийный напечатанный автомобиль. Состоит всего из 50 узлов

450-килограммовый электромобиль LSEV, напечатанный на 3D-принтере, прогремел на весь мир в 2018-м. Он должен был стать первым серийным напечатанным на принтере транспортом. Но что-то про него ничего не слышно уже лет пять

А ведь многие на хайпе в 2013–2015 годах действительно хорошенько вложились в эту новомодную технологию. Но в списке Форбс так и не оказались. И спрос не тот, и, как оказалось, технология не совсем подходящая для малого бизнеса.

Но как же многочисленные новости и статьи о том, что с помощью 3D-принтеров уже печатают автомобили целиком, космические корабли уже на какой-то там процент состоят из деталей, напечатанных на 3D-принтере? Да что говорить — уже протезы и чуть ли не человеческие органы могут быть напечатаны таким технологичным образом! Впрочем, печать органов — это пока что-то из будущего, а вот все остальное уже действительно применяется. Но, разумеется, с оговорками.

Не очень похоже на принтер, правда? Но показывает принцип действия 3D-печати. Ферма с рельсами, козловые краны со швингом, заданные координаты движения, регулируемая скорость подачи бетона. Осталось только научиться автоматически добавлять арматуру

Да, технологии 3D-печати за прошедшие годы действительно шагнули вперед. Точнее, даже не сами технологии — они, аддитивные, по сути остались такими же. Прогрессировали материалы и возможности оборудования. Но сопромат и материаловедение за эти годы тоже изменений не претерпели. Поэтому сама возможность применения в «бытовом» автомобилестроении 3D-печати все так же под большим вопросом, как и экономическая составляющая.

В 2019 году мы уже задавались таким вопросом, и коллега даже сумел распечатать нишу под магнитолу в свой автомобиль. Деталь тогда напечатали из полилактида (PLA) — одного из самых дешевых и доступных материалов. Он экологичен и биоразлагаем, имеет малый коэффициент усадки, поэтому для печати таких изделий подойдет любой принтер. И точные модели деталей на нем можно печатать даже больших размеров (как раз потому, что изделие не деформируется при остывании) — опять же, если позволяют размеры принтера. Но есть у PLA и серьезные недостатки — если из него планируется изготовить какую-то подставку или заглушку в открытом месте в салоне, то нужно учитывать, что этот материал плохо поддается постобработке — не шлифуется и не полируется, поэтому смотрится не очень эстетично. Во-вторых, он не переносит высокие температуры, и, например, летом под открытым солнцем может деформироваться. В-третьих, он хрупкий. И при неаккуратном монтаже может попросту сломаться. Ну и в-четвертых, он не устойчив к воздействию УФ-лучей, поэтому достаточно быстро выцветет и станет еще более хрупким.

Печать из PLA-пластика подходит для создания точных моделей деталей. Но не самих деталей, потому что потребительские свойства PLA не очень высокие. Стоимость PLA начинается от 1350 руб./кг. Стоимость самого дешевого принтера начинается от 24 000 рублей

Поэтому для какой-то интерьерной или экстерьерной мелочовки лучше использовать акрилонитрилбутадиенстирол (ABS). Он лишен всех недостатков PLA и легко поддается шлифовке и сверлению после печати, а при помощи ацетоновой бани и вовсе можно добиться идеальной гладкости поверхности. Поэтому из ABS-пластика можно запросто мастерить, например, «акульи плавники» на крышу, эмблемы или буквы небольших размеров. Небольших, потому что ABS при остывании очень легко деформируется, поэтому для такого пластика нужны принтеры с подогреваемым столом и желательно с камерой, ибо при плавлении ABS попахивает. Ну и еще возникает вопрос — не проще ли заказать такую мелочовку с маркетплейсов? Потому что чего там сейчас только нет.

Опять же, во всех этих случаях речь идет о небольших и ненагруженных деталях. И то — тех, для которых есть привычная альтернатива на разборках и в интернет-магазинах. Стоит ли игра свеч?

Распечатывать декоративные элементы для серийных автомобилей из ABS-пластика можно, но игра вряд ли стоит свеч, учитывая, что всякие безделушки для интерьера и экстерьера можно заказать в интернете. А вот для реставрации раритетных автомобилей 3D-печать является чуть ли не единственной доступной возможностью воссоздать оригинальный облик автомобиля

Казалось бы, печать обычных клипс для интерьерных панелей и подкапотных кожухов может быть выгодной, учитывая, сколько за них просят официалы, но изготовить на 3D-принтере мастер-модель и сделать форму для литья оказывается намного проще и выгоднее. По крайней мере для массовых моделей автомобилей

Пожалуй, единственный для «малой» автомобильной промышленности случай, когда 3D-печать может оказаться выгодной альтернативой каталожным запчастям — если речь идет о различных роликах, шестеренках и прочих направляющих, которые в свободной продаже или даже под заказ днем с огнем не сыщешь. В далеком 2004-м на моем автомобиле Suzuki Swift багажная дверь при срабатывании центрального замка начала издавать громкий визг. Оказалось, что сломалась маленькая, диаметром 1 см, шестеренка в замке, из-за этого механизм и «визжал». Так вот стоимость этой маленькой пластиковой звездочки составляла по тем временам какие-то нереальные 5000 рублей! Это раньше надежда была только на токаря, который сможет выточить деталь по образцу, а в наше время подошел бы и 3D-принтер. Также аддитивные технологии придут на помощь, если каталоги в принципе не предусматривают такую деталь и узел продается только в сборе — за немалые деньги. Что, например, свойственно для технологичных немецких автомобилей.

Пожалуй, единственный случай, когда может пригодиться именно печать готовых элементов — изготовление различных шестеренок, направляющих и шайб. Для таких деталей требуются специальные принтеры (стоимость уже от 50 000 рублей), условия печати и соответствующие материалы (от 2200 рублей за кг)

Но в таких, уже более нагруженных деталях, тем более если речь идет о работе с высокими температурами (масло, например) или с повышенным трением, то и требования к материалу печати также возрастают. Как и стоимость такого материала. Так, например, инженерные пластики на основе нейлона с добавлением углеволокна, стекловолокна или карбоновых нитей уже можно использовать для печати нагруженных элементов, такие детали уже будут иметь хорошую износостойкость.

Есть, кстати, и мягкие, но прочные на разрыв FLEX-пластики, из которых можно напечатать приводные ремни, в том числе ремни ГРМ. Вопрос в том, насколько это может оказаться необходимо и выгодно для клиента и «производителя»?

Даже приводные ремни, оказывается, можно напечатать из гибких и стойких к разрывам FLEX-пластиков. Но, опять же, вопрос — кому это может потребоваться?

Изначально технология 3D-печати задумывалась для того, чтобы сэкономить на проектировании и упростить создание прототипов. Но кто-то решил подзаработать на хайпе вокруг 3D-принтеров, и в массы запустилась информация о том, что печатать без потери качества можно вообще все что угодно. Частники клюнули, а вот серьезные игроки рынка стали использовать технологии по назначению.

В рамках крупных корпораций и производств ускорение процесса прототипирования позволяет экономить колоссальные деньги — сотни миллионов долларов, если говорить о каком-нибудь концерне масштаба General Motors, например. Да, автомобильные концерны тоже печатают! В автомобильном производстве, в частности, такие концерны, как Ford, GM и Volvo, эту технологию используют для изготовления оснастки, различных креплений, элементов конвейера, форм для отливки — это сокращает сроки проектирования и изготовления деталей, особенно если речь идет о каких-то нестандартных и высокоточных деталях.

Крупные производители используют 3D-печать для изготовления оснастки на производстве, что экономит немало времени и денег

Для автомобильных конструкторов 3D-печать, пожалуй, нужнее всего, потому что она позволяет быстро создавать прототипы не только отдельных деталей или узлов, но даже прототипы целых интерьеров или вовсе автомобилей в целом. Таким образом временной промежуток от задумки до физической концептуальной модели, которую можно презентовать, сокращается с нескольких месяцев до нескольких недель. Затем на основе концепта делают полнофункциональный прототип, проверяют его и запускают в серию.

Также широко используют 3D-печать премиальные бренды, которые распечатывают эксклюзивные и кастомизированные детали для своих люксовых моделей. Например, Bentley для концепт-каров использует 3D-принтер по металлу, с помощью которого распечатываются радиаторные решетки, дверные ручки и выхлопные патрубки сложной формы. Стоит предположить, что и оборудование используют совсем не бытовое — стоимость принтера, на котором распечатывают подобные детали, превышает (в пересчете) 18 млн рублей.

Эксклюзивный выхлоп на Bentley. Изготовить такой без использования высокоточной печати почти невозможно

Принтеры для подобных работ оцениваются в сотни тысяч долларов

Bugatti пошли еще дальше — на модель Chiron устанавливают моноблочный тормозной суппорт из титанового сплава, который напечатан на 3D-принтере. Поскольку это сегмент лакшери, то на материалы производитель не скупится, однако даже с учетом конечной стоимости продукта обработка титана традиционными способами — это очень дорого и сложно. В итоге такой элемент, напечатанный, а не отлитый, легче алюминиевого блока (2,9 кг вместо 4,9 кг) и прочнее — прочность на разрыв составляет 1250 Н/мм².

Полностью распечатанный на 3D-принтере из титанового сплава тормозной суппорт Bugatti Chiron. Дорого, богато, технологично

Но это мы сильно углубились в то, как космические корабли бороздят просторы Вселенной, потому что стоимость и применение таких технологий действительно почти космические.

Получается, что для гражданских автомобилей больше нет разумного и востребованного применения 3D-печати? По сути — да. Есть, правда, направление кузовного тюнинга и кастомизации автомобилей, но в отличие от тех же Штатов у нас эта индустрия, можно сказать, и не развита вообще. Если бы технология и возможности 3D-печати существовали в начале 2000-х в том виде, в котором они существует сейчас, то, возможно, это переродилось бы во что-то серьезное. Но монтажно-пенный и штукатурный по большей части тюнинг у нас так и не перерос во что-то полноценное, поэтому удел любителей эксклюзивных автомобилей сегодня — покупать готовые варианты от именитых ателье либо заказывать их за границей. Что сейчас едва ли возможно. Ну или возможно, но очень дорого. Пожалуй, именно тюнинговое направление 3D-печати могло стать действительно актуальной заменой импорту в автомобильной отрасли.

Компания Makka Pro распечатывает на 3D-принтере формы, на них натягивается кожа, наносится специальная пена для равномерного распределения давления, пена затвердевает, а кожа вдавливается в штамп — и получается готовая надпись или логотип. Готовые кожаные детали натягиваются на кресла, приборные панели или дверные карты

Аналогичная технология в Формуле 1. На принтере печатают точные формы некоторых деталей, чтобы затем на их основе сделать углеволоконные детали. Экономия на производстве сокращается в разы

Еще один пример использования 3D-печати в тюнинге. Компания Forge Motorsport использовала так называемый реверс-инжиниринг. Сняли штатный впускной коллектор, с помощью 3D-сканера зафиксировали его размеры, смоделировали потоки воздуха, улучшили конфигурацию коллектора, попутно увеличив его размеры, при этом создали такую конфигурацию, чтобы он не задевал другие элементы или провода. Так и должен выглядеть профессиональный тюнинг автомобилей

А вот пример профессионального 3D-сканера. Он позволяет с точностью до 0,16 мм снимать параметры изделия в трехмерном пространстве и очень быстро оцифровать любой объект. Но и стоит недешево — больше 17 000 долларов

А пока… Пока остается только печатать шестеренки да интерьерные безделушки.