Аддитивные технологии: Россия включилась

Мы уже не раз рассказывали истории успеха о внедрении на предприятиях АМ-технологий (от Additive Manufacturing – "аддитивное производство"). О сложных и высококлассных деталях, которые изготовляются на машинах послойного синтеза. Эффективное применение такого подхода действительно дает отличный результат. В пользу этого говорит и тот факт, что многие отечественные производственные предприятия, по обыкновению проявлявшие недоверие, стали активно оснащаться AM-машинами.

Сегодня все понимают эффективность применения AM-технологий и стараются максимально использовать их возможности. Темпы роста рынка дали возможность компаниям – поставщикам услуг и оборудования существенно нарастить объемы привлекаемых инвестиций. Современными тенденциями рынка аддитивных технологий с нами поделился эксперт отрасли Кирилл Казмирчук.

КМ: Какие AF-технологии сегодня лидируют?

В сфере профессионального применения по-прежнему используются хорошо зарекомендовавшие себя технологии SLA и SLS, большой потенциал у PolyJet-технологии, в том числе и для создания литейных форм. Много внимания приковано к SLM-технологии и подобным способам производства деталей. В фокусе сегодня все технологии, которые позволяют создавать детали из металла. Это объяснимо: за прямым производством – будущее.

КМ: Год назад вы рассказывали о перспективах создания в России собственных 3D-принтеров. Как изменилась ситуация за это время?

Хотя процесс создания отечественных машин послойного синтеза в нашей стране начат уже давно, разработки велись только одним Институтом проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) из Шатуры. Он фокусировался на создании SLA-машин и материалов для них, велись работы по освоению SLS-технологии.

С прошлого года к процессу подключились СПбПУ и УРФУ-УПИ (Екатеринбург). Эти университеты ведут разработку аддитивных машин на базе АМ-технологий с использованием металлопорошковых композиций. И уже наметилась важная тенденция – переход от использования заимствованных технологий к созданию собственных.

КМ: Мичиганский университет (MTU) разработал 3D-принтер, который создает детали из стали и стоит всего полторы тысячи долларов. Насколько промышленные AF-технологии доступны сегодня для мелких и средних компаний?

АМ-машины разрабатывают сегодня многие учебные заведения и частные компании. Создается широкий спектр техники – от небольших и недорогих FDM-принтеров до AM-машин, работающих с металлом, типа той, что создали в MTU и университете Cranfield. Сегодня подобное оборудование строят в СПбПУ и еще нескольких университетах.

Потребителям, особенно небольшим компаниям, важна эффективность оборудования, поэтому требования к характеристикам высокие. Требуется постоянство результата, высокое качество и скорость изготовления. Зачастую качество деталей, изготавливаемых на недорогих машинах, невысокое.

Чтобы соответствовать высоким критериям, недостаточно только хорошей идеи. Например, такой как сплавление металла лазером, электронным лучом или склеивание связующим составом. Важно комплексное решение, которое учитывало бы материалы, оптимальные режимы работы, скорость и качество построения, повторяемость результата и т. п. Когда удается учесть все аспекты – появляется качественный продукт, востребованный на рынке.

КМ: По мнению главы Stratasys Джеффа Дегранжа, недопонимание конструкторов и инерция в области стандартов – одни из основных факторов, мешающих бурному росту аддитивных технологий. Вы разделяете эту точку зрения?

Конструкторские и технологические службы на производстве часто недопонимают друг друга, и возникают спорные моменты. В общественной жизни для урегулирования подобных ситуаций существуют законы. У конструкторов и технологов также есть свои законы: ОСТы и ГОСТы, стандарты предприятий, терминология. Нормативы, используемые в промышленности в данный момент, не содержат информации о правильном применении аддитивных технологий.

Нормативную базу необходимо дорабатывать на основе накопленного опыта эффективного применения AM-оборудования.

Отсутствие правил сдерживает распространение аддитивных технологий как в мире, так и в нашей стране. В России ситуация дополнительно усугубляется тем, что большинство материалов, используемых в AM-оборудовании, импортные. Для отечественных оборонных предприятий это ограничение является серьезной проблемой и существенно сдерживает развитие отрасли.

Немецкие научные центры, такие как LZN в Гамбурге и DMRC в Падерборне, уже начали разработку требований к проектированию деталей, изготавливаемых с использованием аддитивных технологий.

AM-производство дало возможность применить не только новые материалы, но и новый подход к проектированию изделий для оптимизации конструкций с учетом возможностей аддитивных технологий. Ограничения классических технологий больше не сдерживают конструктора и позволяют создавать облегченные детали и заменять узлы, состоящие из нескольких деталей, лишь одной. Так, при конструировании сейчас активно используют бионический дизайн по мотивам "систем", созданных природой в ходе эволюционного развития.

Такой подход дает возможность оптимизировать конструкцию деталей и узлов, сэкономить материал при сохранении прочности конструкции.

Одним из центров компетенций России, способных стать точкой "кристаллизации" знаний в этой области, способен стать ФГУП "НАМИ". Специалисты института работают с аддитивными технологиями более десяти лет и реализуют высокотехнологичные проекты высокотехнологичных направлений промышленности.

General Electric, 3D Printing Design Quest

КМ: Отразились ли санкции на российском рынке аддитивного оборудования?

Сложившаяся ситуация оказывает существенное влияние на высокотехнологичные производства – основных потребителей оборудования двойного назначения.

Для некоторых предприятий это привело к дополнительному процессу согласования и получения разрешений. Это не только увеличивает срок, но в некоторых случаях приводит к отказам на поставки оборудования и материалов. Это понимают как поставщики, потенциальные покупатели, так и отечественные разработчики AM-машин. Их деятельность теперь носит не только исследовательский характер.

Требования к разработкам машин и материалов стали выше, и несложно спрогнозировать, что конкуренция на рынке аддитивных технологий усилится. В результате покупатели получат более широкий выбор оборудования и номенклатуру отечественных материалов.

КМ: Президент США упомянул о развитии аддитивных технологий в своем обращении к нации и выделил десятки миллионов на соответствующую программу. Сегодня AМ-технологии – это прежде всего американские Stratasys и Hewlett-Packard?

В нашей стране руководство также заинтересовалось возможностями цифрового производства и аддитивных технологий.

В феврале на конференции во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов зампред правительства Дмитрий Рогозин призвал специалистов сконцентрироваться на этой тематике, однако сделать упор на вопросы, в которых разработчики имеют наибольшие компетенции.

Сравнение Stratasys и Hewlett-Packard – хорошая иллюстрация важности компетенций в развитии компании. HP – это глобальная компания, но новый игрок в сегменте AM-оборудования. Соответственно, она тратит большие средства на сокращение своего отставания. Однако опыт нельзя купить – он нарабатывается только в процессе непрерывной работы и систематизации знаний. Stratasys – наоборот, один из пионеров в области аддитивных технологий. Изначально компания сосредоточилась на FDM-технологии (Fused Deposition Modeling) и достигла впечатляющих результатов. Сегодня в западных странах FDM-машины Stratasys очень популярны. Успех компании вдохновляет создателей разнообразных домашних 3D-принтеров, использующих пластиковую нить в качестве модельного материала.

Рынок аддитивных технологий значительно расширился в последние несколько лет, появляются новые производители оборудования и материалов. Однако доверие заслужили хорошо зарекомендовавшие себя компании, такие как 3D Systems, Stratasys, EOS, Voxeljet и другие.

КМ: По оценкам экспертов, рынок AM-оборудования вырастет за десять лет с 1,7 млрд до 10 млрд долларов. В каких промышленных отраслях ожидается наибольший спрос на эту технику?

Традиционно инновационные технологии внедряются в наукоемких производствах, таких как авиация, медицина, оборонная и космическая техника. К примеру, уникальная возможность создавать сложные структуры делает AM-машины незаменимым инструментом медицины. С помощью аддитивных технологий можно создавать индивидуальные металлические импланты на основе данных компьютерной томографии.

КМ: AM-технологии уже используются в производстве истребителей и элементов ракетных двигателей. Появляются программы снижения веса самолетов благодаря деталям, изготовленным аддитивным способом. Для каких задач экономическая эффективность AF-технологий уже доказана на практике?

Экономя топливо, в авиации постоянно стремятся уменьшить массу самолета. Так, уменьшение массы всего на 1 кг экономит 14 тонн керосина в год. Конструкцию лайнеров постоянно оптимизируют и для повышения надежности.

Яркий пример оптимизации и эффективного применения AM-оборудования показала компания General Electric. Была оптимизирована конструкция топливной форсунки авиадвигателя LEAP. Количество деталей этого узла сократили с 25 всего до 5 шт. Таким образом, удалось повысить надежность элемента и добиться снижения массы. Учитывая, что в двигателе 19 топливных форсунок, можно смело говорить о серийном производстве.

В 2014 г. открылась новая производственная площадка General Electric, которая выпускает изделия для нужд подразделений корпорации. Треть производственных площадей там занимают машины послойного синтеза, а изготовление AM-деталей планируют увеличить с существующих 1000 шт./год в 2014 году до 40 000 шт./год к 2020 году. Подобные компании денег на ветер не бросают.

КМ: Глава Stratasys считает, что 3D-принтерами должны заменить склады. Потребовалась, например, инструментальная оснастка – загрузил модель с компьютера, распечатал и поставил на станок. А немецкая компания Schunk уже говорит о производстве персонифицированных захватов eGrip аддитивным методом буквально за минуты...

Несомненно, тенденция к так называемому прямому производству – это атрибут новой промышленной революции. Во многих отраслях компании уже активно пользуются аддитивными технологиями. Уникальные или индивидуальные конструкции, как упомянутые захваты, – хороший пример качественно нового подхода к производству. Он позволяет расширить границы использования уникальных возможностей цифрового производства, а постоянное развитие техники сокращает время на изготовление деталей.

В России аддитивные технологии уже нашли свои области применения и, несмотря на сложившуюся ситуацию, продолжают развиваться. Однако создание новых образцов AM-машин малоэффективно без применения в реальном производстве. Поэтому важно систематизировать знания и опыт отечественных высокотехнологичных производств и создавать необходимую нормативную базу.

Конструктор. Машиностроитель, 2015-2