Варианты развития производства 3D-принтеров в цепях поставок

Существует общая статистика развития 3D-принтерного производства, основных направлений, проблем и ограничений. На мой взгляд, развитие 3D-печати в последнее время можно отметить 2 факторами. С одной стороны, появляются новые методы, совершенствуются как филаментные, так и фотополимерные принтеры. Растет количество материалов, с которыми работают 3D-принтеры. С другой стороны, не удается снять ограничения по высокой стоимости оборудования и материалов, что тесно связано с вопросами низкой производительности и значительными затратами на постобработку.

В материальном потоке от сырья до готовой продукции, как правило, меняется плотность продукции в сравнительно небольшом интервале. Готовая продукция вкупе с упаковочным решением занимает больший объем, чем сумма объемов сырья. Это правило имеет известные ограничения. Например, смартфон примерно в 2 раза меньше суммы исходных углеводородов и металлов, которые использовались при его производстве, а продукты деревообработки имеют отходы от 30 до 60%, если смотреть на разницу дерева и готового изделия.

Интересно отметить, что в случае 3D-принтеров у нас есть более выраженные закономерности, где сырье занимает значительно меньший объем, чем готовое изделие, и разница может быть до 10 раз. Если готовое изделие изначально содержит много воздуха, то эта цифра достигает 30. Разница в объеме полиуретана и пенополиуретана доходит до 50! Классический пример – матрас или подушка. При таком соотношении возникает соблазн сдвигать производство в сторону покупателя. Если сэкономить на таком объеме хранения, как склад готовой продукции при производстве, не перевозить его на РЦ, а производить товар перед доставкой клиенту, то это драматично разгружает цепь поставок и позволяет 3D-принтеру в таком случае быть более дорогим.

Рассмотрим упрощенную модель экономического эффекта для товаров с коэффициентом объемного расширения при производстве:

k = V_готов / V_сырья = 20.

Основные затраты при традиционной модели на хранение продукции:

Cs = V × Rs × t

и транспортировку:

Сt = V × Rt,

где V – объем готовой продукции; Rs – ставка хранения руб./м³/сут.; Rt – ставка перевозки, руб./м³.

Рассчитаем модель с 3D-печатью. Затраты на хранение сырья:

Сs = V / k × Rs × t,

его транспортировку:

Сt = V / k × Rt,

печать и амортизацию:

Сp = c print × V.

Сделаем расчет экономического эффекта: 

C = (Cs + Ct) – (Cs3D + Ct3D + Cp).

Если С больше 0, то 3D-производство оправданно при стоимости печати до 8000 руб./ед. при объеме 0,2 м³, стоимости хранения 30 руб./м³/сут. и стоимости перевозки 6000 руб./м³.

Еще одним перспективным для логистики моментом является разница в ассортименте. Ограниченный несколькими артикулами сырьевой ряд несопоставим с бесконечным количеством вариантов готовой продукции, которую можно из него производить, играя с такими параметрами, как размер, цвет, состав и характеристики. Хранение крупных партий моноартикулов всегда оптимальнее множества штучных остатков, да и управлять запасами намного проще.

И здесь мы можем использовать преимущество 3D-технологии – возможность сделать изделие индивидуально под клиента. Как нельзя кстати здесь может сработать ИИ-помощник. На примере подушки мы можем увидеть, услышать, измерить клиента и практически при нем изготовить подушку! Идеально подходящую именно ему! (Есть реальные примеры работы 3Dmax). Это может отлично сопроводить доставку крупногабаритного товара – дивана, матраса, кровати, и производство могло бы стать параллельно процессу сборки.

Сам 3D-принтер может располагаться в машине доставки, которая является источником энергии и местом, где рождается новая профессия – водитель- оператор 3D-принтера. Произведенная таким образом подушка – альтернатива цеху, складам сырья и готовой  продукции, огромному количеству картона как для индивидуальной, так и для групповой упаковки, минимум 3 касаниям, операциям приемки / размещения / инвентаризации. Это угроза производства и складов, они становятся не нужны.

Это выглядит революционно, но перспектива совмещения склада и производства с минимизацией накопления запасов готовой продукции – это вектор, который сейчас можно увидеть в разных отраслях. Косвенно это подтверждается и в фуд-ритейле, где на РЦ могут быть фабрики готовой еды. 

Дополнительным улучшением может стать переработка старых подушек (матрасов), что с точки зрения органической химии является рутинным процессом.  Если смотреть на старый товар как на источник сырья для нового производства, то, делая возврат от клиента, мы пополняем склад сырья своего производственно-складского комплекса. Перспективным видится метод ацидолиза полиуретанов с помощью янтарной кислоты при 220 ⁰С.

Полиэстер, латекс – это органика, которая может проходить циклы деполимеризации и полимеризации, не теряя своих свойств.

Ниже приведен обзор практических кейсов по внедрению аддитивного производства в логистике и ритейле.

1. UPS. 3D-печать установлена в ряде распределительных центров для печати мелких запасных частей, производственных прототипов, деталей по требованию b2b-клиентов, причем сроки поставки сокращены до 24 ч!

2. DHL развивает модель цифрового склада для запчастей, где деталь хранится не физически, а в цифровом формате CAD-файла, и печатается локально при заказе. Это запчасти для авиационной и транспортной отраслей, складской техники, промышленного оборудования.

3. IKEA исследует концепцию локальной печати деталей, особенно для мебели и механизмов. Пилотные сценарии – печать крепежных элементов и пластмассовых деталей, производство аксессуаров к мебели, ремонтные комплекты.

4. Decathlon тестирует 3D-печать спортивных аксессуаров и персонализированных товаров, включая амортизационные элементы для велосипедов и индивидуальные ортопедические вставки.

5. Adidas. Проект Futurecraft 4D – производство подошв методом лазерной полимеризации (Digital Light Synthesis). Цель – персонализировать амортизацию и геометрию изделия, сократить логистическую цепочку. Проект стал первым крупным примером перехода от массового производства к массовой кастомизации в спортивной индустрии.

6. Ford, BMW, Daimler – внедряют 3D-печать для быстрых прототипов, мелких деталей, набора запчастей с низкой частотой потребления, внутреннего инструмента. Особенно ценна модель виртуального склада и локального производства для постгарантийного обслуживания.

7. Local Motors запускала концепцию микрофабрик для производства и ремонта городских электротранспортных средств методом крупногабаритной печати (ВААМ).

Кейсы подтверждают, что 3D-печать может стать стратегическим элементом цепей поставок, а не только производственной технологией. Ключевой вывод этих теорий, частично подкрепленных практикой на Западе, в том, что аддитивное производство меняет правила игры, открывая путь к более гибкому, изменчивому и персонализированному миру.