На научно-техническом семинаре «Результаты и перспективы развития технологий моделирования и управления качеством и свойствами материалов при аддитивном производстве», организованном АО «Наука и инновации» (управляющая компания научного дивизиона Госкорпорации «Росатом»), обсудили применение отечественных программных и аппаратных средств для развития аддитивных технологий в России.
Работы по этому направлению включены в четвертый федеральный проект (ФП-4) комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации» (КП РТТН). Семинар был нацелен на консолидацию компетенций ведущих экспертов в областях управления свойствами материала в процессе послойного синтеза изделий, разработки программного обеспечения с возможностью моделирования аддитивных процессов, создания уникальной программно-аппаратной платформы управления отечественным аддитивным оборудованием с возможностью интеллектуального контроля на основе машинного зрения.
В мероприятии приняли участие 115 представителей научных организаций Росатома, НИЦ «Курчатовский институт», профильных высших учебных заведений.
«Росатом является одним из лидеров нового технологического направления аддитивных технологий. В связи с продлением комплексной программы по развитию атомной науки и технологий мы получили дополнительные возможности, включая расширение масштаба деятельности на серьезный период. К концу 2030 года мы должны обеспечить возможность полноценного использования аддитивных технологий в изготовлении сложных изделий из металлических и композиционных материалов, которые должны отвечать всем промышленным требованиям. На данном этапе мы хорошо понимаем химические и физические процессы, протекающие в материалах, но их стабильность зависит от производственного оборудования, возможностей управления и контроля реализуемых технологических процессов», – отметил научный руководитель ФП-4 КП РТТН, первый заместитель генерального директора АО «Наука и инновации» Алексей Дуб.
Новые возможности многомасштабного моделирования изделий представил в своем выступлении начальник научно-исследовательского отдела ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» Александр Быков. Он рассказал о продукте «Виртуальный принтер 1.0», который может использоваться конструкторами и технологами предприятий для проектирования нужных изделий, и какую пользу эта программа может принести реальному оборудованию для 3D-печати.
«Виртуальный принтер – это программное обеспечение, которое может стать эффективным связующим элементом между разработчиками и технологами, конструкторами на предприятиях. Оно состоит из трех больших блоков: проектирования, моделирования и производства. Первый позволяет сформировать описание детали, провести технологическую оптимизацию и виртуальные испытания, сделать его решетчатую структуру. Второй – это моделирование. Здесь сосредоточено моделирование физических процессов, которые характерны для рассматриваемой технологии производства. Третий – непосредственно производство. Это программные модули, которые позволяют конструктору или ученому-исследователю получить уже в железе то, что было смоделировано на виртуальном принтере», – отметил он.
Заведующий лабораторией физики конденсированных сред ФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет» Михаил Кривилев описал технологическую цепочку программы принтера и поделился ее первыми итогами.
«Поддержка новых материалов – одна из важных задач нашей разработки. Поэтому мы постарались выстроить архитектуру таким образом, чтобы на входе можно было ввести марку порошка или химический состав, на выходе – получить эксплуатационные характеристики нужных материалов. На данный момент мы отработали технологии поддержки для двух классов сплавов – титанового и нержавеющей стали. В планах – расширить до семи основных классов, включая группы цветных сплавов, никелевых и кобальтовых суперсплавов, а также сплавы медицинского направления», – обозначил он.
Заказчиком проекта «Виртуальный принтер 1.0» выступил интегратор ООО «Русатом – аддитивные технологии», благодаря чему продукт разрабатывался с учетом текущих и перспективных потребностей рынка. Реализуются мероприятия по подготовке и выводу продукта на рынок, включая опытную эксплуатацию на предприятиях отрасли для формирования пользовательского опыта. Накопленные данные позволят провести доработки интерфейса и функционала с учетом требований и ожиданий реального пользователя, тем самым повысить привлекательность интеллектуального IT-продукта.
Продолжил тему развития программных и аппаратных средств для аддитивных технологий заместитель генерального директора АО «НПО ЦНИИТМАШ» – директор ИМиМ, советник частного учреждения «Наука и инновации» Иван Иванов.
«Перед нами стоит важная задача – продолжить работу над разработкой программно-аппаратной платформой (ПАП), которая станет основой отечественного оборудования, работающего по всем видам аддитивных технологий (SLM, DMD, EBM и пр.). Разрабатываемая сегодня ПАП по некоторым направлениям обладает рядом важных преимуществ по сравнению с имеющимися иностранными аналогами. Прежде всего, речь о наличии обратной связи и возможности подключения систем непосредственного контроля синхронизированных с процессом печати изделий. При этом наличие достаточных вычислительных мощностей позволяет реализовать алгоритмы предиктивной аналитики на “борту”, что дает возможность оценивать влияние текущей траектории процесса на итоговое качество и, в случае необходимости, корректировать последующую стратегию печати, в итоге – обеспечить заданное качество синтезируемой продукции. Уже сейчас реализован отечественный SLM-принтер под управлением ПАП с источниками лазерного излучения разработки РФЯЦ-ВНИИТФ и системой сканирования лазерного луча от НИИ НПО “ЛУЧ”. Если добавить программное обеспечение “Виртуальный принтер” для подготовки 3D-модели к печати, то получается полная инфраструктура для создания новых единиц отечественного аддитивного оборудования, работающего по технологии SLM. Важно отметить, что в планах на текущий 2022 и последующие годы стоит задача создать аналогичный задел для других аддитивных технологий», – сказал он.
Второй доклад Ивана Иванова был посвящен экономически перспективной технологии управления свойствами и качеством металлических изделий с использованием внешнего воздействия на формирование первичной кристаллической структуры при затвердевании. Продемонстрированные в докладе результаты с высокой достоверностью показали возможность получать требуемые характеристики микроструктуры, плотности и прочее при аддитивном процессе сплавления металлических порошков. Это, в свою очередь, позволит перенести разработанные методы управления в машиностроение, «большую металлургию» и другие смежные отрасли.
Во время семинара ученые определили пути дальнейшего развития проектов. Среди них – выбор двух-трех пилотных предприятий для тестирования виртуального принтера, рассмотрение возможности его использования в учебных целях в университетах. Получение количественных зависимостей для определения рациональных параметров затвердевания материалов, которые можно будет использовать при программном моделировании и последующем аддитивном производстве.
Комплексная программа «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ» (КП «РТТН») разработана Госкорпорацией «Росатом» совместно с НИЦ «Курчатовский институт», Российской академией наук, а также Министерством науки и высшего образования РФ. Она включает разработку новых передовых технологий и материалов, образцов новой техники, техническое перевооружение, строительство уникальных комплексов и объектов инфраструктуры в области атомной энергетики и управления реакциями термоядерного синтеза, а также атомных станций малой мощности.