Мегатех. Технологии и общество 2050 года в прогнозах ученых и писателей - Дэниел Франклин

Компания Airbus также разработала собственный новый материал, названный Scalmalloy. Этот сплав алюминия, магния и скандия, и он, по мнению компании, будет особенно хорош для изготовления с помощью 3D-принтера более легких и высокопрочных деталей для самолетостроения.

Рис. 10.1. Аддитивное производство.

3D-печать, рыночная стоимость, млрд долларов

В Китае первый 3D-принтер уже пошел в массовое производство, за ним последует множество других. Ведущий тайваньский производитель электроники LITE-ON использует 3D-принтеры, изготовленные компанией Optomec из Альбукерке, штат Нью-Мексико, на фабрике в Гуанчжоу, где печать электронных схем осуществляется прямо внутри мобильных телефонов и другой потребительской электроники, вместо того, чтобы создавать эти компоненты по отдельности и собирать их в устройства с помощью робота или вручную.

Ассортимент подобной продукции растет. На одном конце шкалы находится Winsun — китайская компания, печатающая дома. С помощью экструзионной головки, очень похожей на ту, что используется для нанесения глазури на торт, из быстро высыхающей смеси цемента и переработанных строительных отходов создаются большие плиты, которые затем соединяются в здание. Более высокотехнологичный подход применяет Oak Ridge National Laboratory из Теннесси, которая совместно с архитектурной фирмой Skidmore, Owings and Merrill печатает строительные конструкции из материалов, включающих такие компоненты, как изоляция, воздушные и влагозащитные барьеры и наружная облицовка. Идея состоит в разработке безотходного процесса строительства.

На другом конце шкалы — Scrona, компания, созданная на базе Швейцарского технического университета. Она занимается 3D-печатью самых мелких объектов, для чего использует процесс под названием NanoDrip. В ходе последнего, как предполагает его название, построение микроскопических структур происходит из осадка, содержащегося в крошечных каплях жидкости в виде наночастиц размером около 100 нм (миллиардных частей метра). Подобным образом производятся невидимые невооруженным глазом серебряные или золотые проводники, делающие сенсорные экраны более чувствительными к движениям пальцев.

Добродетельная утилизация

Нанотехнологии позволят расширить возможности уже давно применяющихся в производстве материалов. Компания Modumetal из наноматериалов с помощью разновидности процесса электролитического осаждения, немного напоминающего гальванику, но сложнее, изготавливает облицовочные плиты для производства так называемых наноламинатов. Путем тщательного управления электрическим полем в жидкости создаются взвеси различных металлов, которые затем слоями осаждаются на поверхности предметов. Компания начала осуществлять антикоррозийное покрытие компонентов, используемых в газовой и нефтяной промышленности: по утверждению специалистов, такая защита почти в восемь раз эффективнее, чем при обычных способах обработки.

В будущем, по мнению Modumetal, можно будет не только покрывать поверхности конструкций слоями металлов, но и «выращивать» комплектующие из наноламинатов с использованием таких традиционных материалов, как сталь, цинк и алюминий. Кроме того, электролитический процесс может быть обращен вспять. Это означает, что по окончании срока службы наноламинированных компонентов, материал, использовавшийся для их производства, будет извлечен из них и использован снова.

По мере усложнения состава материалов их повторная переработка станет насущной необходимостью. Для демонтажа, например, различной электроники и восстановления содержащихся в ней материалов придется создавать новые методики. Автомобили, изготовленные из стали, и самолеты, произведенные из алюминия, сегодня относительно просты в переработке. Но в будущем этот процесс станет сложнее, поскольку для снижения веса в транспортных отраслях используется все больше углеродного волокна. Компании уже работают над тем, чтобы научиться перерабатывать его, в некоторых случаях измельчая и используя для производства некритичных компонентов, таких как панели, не подвергающиеся большим нагрузкам. Со временем придется перерабатывать все большее число аккумуляторов. Как известно, некоторые наночастицы токсичны, но ученые еще не в полной мере изучили долгосрочные эффекты их воздействия на окружающую среду. Наночастицы осаждаются на суше, а также смываются в реки и моря. Ежегодно в воду попадают тонны наночастиц используемого в солнцезащитных лосьонах диоксида титана.

Производители будут нести все более серьезную ответственность за так называемый жизненный цикл своей продукции — от добычи элементов, используемых для изготовления материалов, до того, где эти материалы окажутся в конечном итоге. Это также будет обусловлено коммерческими соображениями: некоторые используемые в производстве элементы являются редкими и дорогостоящими. Крупным бизнесом станет «городская добывающая промышленность», извлекающая из отслуживших свое гаджетов, электромобилей, аккумуляторов и бытовых товаров следовые количества таких материалов, как золото, серебро, неодим, иттрий и диспрозий. Компьютеры в очередной раз могут помочь компаниям смоделировать жизненные циклы их продукции, а также способы демонтажа и переработки.

Все это преобразит производственную цепочку, к которой мы привыкли за последнее столетие. По большей части сейчас это игра по принципу «и я тоже»: все фабрики используют примерно одинаковые основные материалы, методы и оборудование. Все это очень легко копируется. Поэтому применительно к товарам массового спроса масштаб производства и затраты на оплату труда имеют очень большое значение. В результате компаниям значительно выгоднее открывать заводы в странах с низкой стоимостью рабочей силы. К 2050 году многие производства, вынесенные таким образом за границу, будут возвращены на родину.

Возвращение производства

Это будет происходить по ряду причин. Прежде всего, новые материалы и новые технологии обеспечат большую гибкость производства. Компаниям придется размещать фабрики ближе к рынкам сбыта, чтобы иметь возможность лучше адаптировать свою продукцию к последним и, соответственно, гораздо быстрее реагировать на изменяющиеся тенденции.

По-прежнему очень большое значение будут иметь затраты на заработную плату. Однако в связи с автоматизацией неквалифицированной и однообразной работы это будет уже не столь важно, как сейчас. Многие изделия по-прежнему будут производиться за рубежом, но в основном речь лишь о специализированных областях, накопивших передовой опыт — как электроника в южном Китае, — а не о низкооплачиваемых потогонных конвейерах. Особенно это касается производства компонентов, таких как компьютерные чипы и другие электронные микросхемы. Однако при этом значительно возрастет количество заводов, где эти компоненты будут встраиваться в готовые изделия и, что самое главное, эти предприятия станут выпускать свою неповторимую продукцию.

Компании будут все чаще использовать уникальные производственные процессы, зачастую индивидуализированные под конкретные нужды и материалы. Множество фирм пойдут по стопам BMW, придумавшей свой собственный способ изготовления электромобилей, и GE, разработавшей собственные материалы и методы для печати топливных форсунок. Например, Nike тоже использует «вязание» изделий — процесс, называемый Flyknit. С его помощью на компьютерной вязальной машине, используя специальную микропряжу, можно связать пару кроссовок — вместо ручного шитья обуви из раскроенных деталей (такую работу в основном выполняют на заводах, расположенных в Азии). Автоматизированные вязальные станки Nike могут работать в любом месте (даже внутри обычных магазинов), производя персонализированные кроссовки на основании данных, полученных при сканировании стоп клиентов. Соперник Nike — компания Adidas — перенесла некоторые производства своих кроссовок обратно в Германию, выстроив новый высокоавтоматизированный завод рядом с Ансбахом.