!digital-transformation (846914), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Сегодня можно создать 3D-модель и направить ее на печать, причемотправить модель по интернету и получить готовое изделие от провайдера онлайнового сервиса.В основе 3D-печати лежит принцип послойного создания твердого объекта любой формы, с использованием различных технологийи материалов. Поскольку изделие получают путем добавления материала, а не удалением «лишнего», такие методы получения физических объектов называют «аддитивным» производством. Изделиеформируется послойно в 3D-принтере, который для печати использует данные цифровой модели объекта.На рисунке 2.64 показаны важные события в становлении и развитии технологии 3D-печати.210Глава 2. Новые технологии, определяющие цифровую трансформацию1980198419901999Появилисьсистемыбыстрогопрототипированияс использованиемфотополимеровИзобретениестереолитографииПервыйкоммерческий3D-принтерна базестереолитографииStratasys c методомпослойного наплавлениявышла на коммерческийрынокУченымудалосьразработать3D-печатьдля изготовленияимплантовмочевого пузыря3D Systems Corporation,работающая по технологиилазерной стереолитографии,вышла на рынок20022005201020142017Печатьфункционирующейпочки дляживотногоReprap основанас целью созданияпринтера,который можетреплицироватьсам себяOrganavoвпервыесделалапечатькровеносныхсосудовчеловекаИзготовлениес помощью3D-принтерапротеза длявозмещениячасти черепачеловекуВ несколькихгородах мирапоявилисьнапечатанныена принтеремостыРис.
2.64. События, определившие становление технологии3D печатиПоявление предвестников 3D-принтеров относится к началу1980 годов, когда появились системы быстрого прототипированияс использованием фотополимеров. Первый коммерческий 3D-принтер был основан на технологии лазерной стереолитографии, разработанной Чаком Халлом в 1984 году.
В начале 1990-х годов компания3D Systems Corporation, основанная Чаком Халлом, начала производство 3D-принтеров, работающих по технологии лазерной стереолитографии. В стереолитографических 3D-принтерах платформа располагается в сосуде с жидким фотополимером. Ультрафиолетовыйлазерный луч вычерчивает слой объекта на поверхности жидкости,в результате чего слой затвердевает; процесс повторяется послойно.Примерно в то же время появилась технология селективного лазерного спекания, где вместо жидкого материала воздействию лазера подвергался порошок.Еще одна технология 3D-печати — моделирование методом послойного наплавления — была разработана в тот период под руководством Скотта Крампа в компании Stratasys и вышла на коммерческий рынок в 1990 году.
Изделие создается на базе экструзии,с нанесением микрокапель расплавленного термопластика и формированием последовательных слоев, застывающих сразу после нанесения. Наплавляемый материал в виде нити подается в экструдер —211Цифровая трансформация: анализ, тренды, мировой опытустройство, оснащенное механическим приводом для подачи нити,нагревательным элементом для плавки материала и соплом, черезкоторое осуществляется экструзия.Трехмерные принтеры начали предлагать способы трансформации процессов производства самых различных изделий в разных областях: в промышленном производстве, строительстве, инженериии даже в медицине.Важные достижения в области применения технологий 3D-печатибыли достигнуты в медицине в конце 1990-х — начале 2000-х годови активно развиваются в наше время, — речь идет о создании живыхтканей в искусственных условиях.
Одним из первых громких успеховна этом пути стала имплантация человеку мочевого пузыря, напечатанного на 3D-принтере. В 2001 году удалось напечатать новыймочевой пузырь из собственных клеток пациента, что минимизируетшансы на отторжение импланта. Напечатанный таким образом органбыл позднее пересажен пациенту.Данные технологии активно развиваются. В процессе печати используются тканевые конструкты, которые состоят из клеток (строительный материал живых тканей и органов), из них делаются так называемые биочернила, которые слоями укладываются на скрепляющий элемент — основу из натуральных материалов, которая затемрастворяется в напечатанном органе.В 2010 году фирма Organavo впервые показала печать кровеносных сосудов человека.
Ученые научились печатать хрящи и кровеносные сосуды с использованием человеческих клеток.В 2014 году было продемонстрировано изготовление с помощью3D-принтера протеза для возмещения части черепа человеку. Однако большинство исследователей сходится во мнении, что пройдетболее десяти лет, прежде чем удастся напечатать такие сложные органы, как, например, человеческие почки.В 2005 году стартовал проект RepRap (Replicating RapidPrototyper), основанный Адрианом Боуером, преподавателем машиностроения в Университете Бата (Великобритания), суть которогозаключается в создании самовоспроизводящегося 3D-принтера, который тиражирует сам себя — то есть создает прототипы по своемуобразу и подобию.Исследования в области 3D-печати домов и сооружений идут совторой половины 1990-х годов.
Как правило, строительная смесь на212Глава 2. Новые технологии, определяющие цифровую трансформациюносится с помощью экструдера, установленного на подвижной портальной конструкции. В 2014 году в Китае была представлена технология 3D-печати домов площадью около 200 квадратных метров. Современем стали печатать не только дома, но и инженерные сооружения и даже мосты.Процесс разработки 3D-принтеров продолжается, технологиястановится все более доступной: цена на такие принтеры за последние пять лет упала примерно на порядок.
Инструменты трехмерного моделирования позволяют в лабораторных и домашних условияхстроить сложнейшие модели для печати самых разных изделий. Развитие технологии будет способствовать созданию различных изделий на заказ. 3D печать позволит сэкономить на логистике и оптимизации складских помещений, будет способствовать предоставлениюболее широкого ассортимента товаров. Возникнет новый рынок медицинских услуг по замене пораженных органов на «напечатанные»из собственных клеток пациента.Цифровые двойникиНа стыке нескольких цифровых технологий появляются новыерешения. Ярким примером является концепция цифровых двойников(Digital Twins), которая совмещает технологии автоматизированногопроектирования, моделирования физических процессов, облачныхвычислений, интернета вещей, искусственного интеллекта, машинного обучения и наращивает спектр используемых цифровых технологий по мере их появления.Использование цифровых моделей производственными компаниями для выпуска нового изделия известно давно.
В большинствеслучаев после создания изделия виртуальную модель отправлялив архив. В концепции цифрового двойника виртуальная модель неотбрасывается после создания материального объекта, а используется в связке с физическим на протяжении всего жизненного цикла: на этапе тестирования, доработки, эксплуатации и утилизации.Физический объект использует датчики, которые собирают данныео состоянии объекта в реальном времени, эти данные отправляютсяцифровому двойнику; на базе полученных данных уточняется цифровая модель, которая, в свою очередь, дает рекомендации по оптимизации режима эксплуатации и обслуживания реального объекта,213Цифровая трансформация: анализ, тренды, мировой опытнапример, предсказывает вероятность отказа определенного узла,уточняет время профилактического обслуживания, проведения техосмотра, смены фильтров и т. п.Наглядное представление о данной концепции можно получитьиз рисунка 2.65, на котором показано, как осуществляется мониторинг физического объекта на основе замкнутого цикла информационного обмена между физическим объектом и его виртуальной моделью (цифровым двойником).ФизическийобъектДанныеВИРТУАЛЬНЫЙОБЪЕКТИнформацияРис.
2.65. Базовая концепция «Цифровой двойник».Источник: Dassault Systems 2014Согласно статье «Digital Twin: Mitigating Unpredictable, UndesirableEmergent Behavior in Complex Systems» («Цифровые двойники: снижение эффекта непредсказуемого, нежелательного поведения сложных систем») [43], впервые концепция цифровых двойников былаозвучена на PLM (product lifecycle management) курсе в Мичиганскомуниверситете в начале 2002 года.Цифровые двойники можно разделить на три типа: цифровыедвойники-прототипы (Digital Twin Prototype DTP), цифровые двойники-экземпляры (Digital Twin Instance DTI) и DTA-двойники (Digital TwinAggregate DTA) — агрегированные двойники.Цифровой двойник-прототип (Digital Twin Prototype, DTP) описывает физический объект, прототипом которого он является, и содержит информацию, необходимую для описания и создания физической версии объекта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
