Александр Фертман об аддитивных технологиях

Сколково Александр Фертман, директор по науке, технологиям и образованию фонда «Сколково» Сколково

Сегодня аддитивные технологии (в просторечии — 3D-печать) и основанное на них аддитивное производство определяют направление новой промышленной революции — несмотря на то что перспективы и возможности аддитивных технологий долгое время переоценивались. Казалось, будто скоро на 3D-принтерах будут печатать автомобили, самолеты, многоэтажные здания. Во многом такие представления проистекали из того, что аддитивные технологии двигали на рынок их разработчики, представлявшие их отдельно от других методов производства: не как часть цепочки создания стоимости, а как отдельную, самостоятельную сферу.

Сейчас все встало на свои места, области применения и направления развития аддитивных технологий определились. Наряду с совершенствованием самих технологий идет встраивание их во все большее количество производственных цепочек. Это позволяет активнее использовать цифровое проектирование и, сочетая аддитивные и традиционные технологии, повышать эффективность производства, а также создавать новые конкурентоспособные продукты и сервисы.

Одновременно углубляется разделение труда внутри самой аддитивной отрасли.

Аддитивные технологии используются в первую очередь для разработки и изготовления продуктов со сложной геометрией. Именно поэтому они все более востребованы в авиастроении, где критически важно снижение массы деталей. Заменяя цельнометаллические элементы летательных аппаратов на детали сложной формы с внутренними полостями, можно существенно уменьшить их массу, сохранив прочность и другие функциональные характеристики. Boeing печатает уже более 22 тыс. деталей 300 наименований для 10 типов военных и гражданских летательных аппаратов, включая Dreamliner.

Детали, произведенные с помощью аддитивных технологий, все шире применяются в отраслях с длинным жизненным циклом машин и механизмов, многокомпонентных изделий: в железнодорожном транспорте, производстве электроэнергии, нефтегазовом секторе. Здесь на первый план выходит использование аддитивных технологий для ремонта и замены компонентов — можно не держать полного набора запасных частей. Нередко аддитивное производство несложно организовать прямо на месте, что снижает или полностью исключает транспортные расходы.

Аддитивные технологии все активнее используются в автомобилестроении, например, компанией BMW. Другие автопроизводители создали инициативу «запасные части по первому требованию», которая тоже основывается на аддитивном производстве.

Аддитивное производство как нельзя лучше вписывается в тренд кастомизации, то есть подходит для создания небольших партий изделий или вовсе единичных экзепляров, необходимых для данного конкретного потребителя или группы потребителей. Это медицинские импланты (например, для эндопротезирования суставов), ювелирные украшения, кроссовки, велосипеды, самокаты, даже детали для «Формулы-1».

Аддитивные технологии в последнее время совершили мощный рывок. В частности, появились три многообещающие технологии печати металлами, существенно улучшающие качество изделий. Все они используют полимерные связующие, удаляемые после окончания формирования изделий. Кроме того, возникла так называемая 4D-печать, позволяющая создавать трехмерную геометрию деталей из материалов, способных реагировать на изменения параметров окружающей среды. Это позволяет производить изделия с программируемой чувствительностью к температуре.

А с экономической точки зрения аддитивное производство становится отдельной отраслью, развивающейся в соответствии с общемировыми трендами как часть системных платформенных решений по производству и продаже товаров. В ней действует четыре типа рыночных игроков: 1. Узкоспециализированные производители оборудования для аддитивного производства (например, EOS). 2. Компании, обеспечивающие клиентов оборудованием для обработки материалов и создания изделий (например, Trumph). 3. Компании — лидеры сектора систем управления жизненным циклом продукции (например, Siemens; компании третьего типа легко входят в партнерство с двумя другими: EOS и Siemens совместно развивают сообщество Additive Manufacturing Network). 4. Компании, производящие материалы для аддитивного производства — в их число недавно вошел крупнейший в мире производитель металлических порошков Oerlikon. Таким образом, крупные компании делают аддитивные технологии частью производственных цепочек.

Рост конкуренции в аддитивном производстве вынуждает отрасль все теснее взаимодействовать с информационно-коммуникационными технологиями. Увеличивается число систем, не только построенных на открытом программном обеспечении, но и использующих материалы (порошки, связующие, проволоку) разных производителей. В отчете 2019 года консультанты из BСG прогнозируют, что по мере развития таких систем материалы станут отдельной товарной категорией, которая все больше будет напрямую продаваться конечным пользователям крупными независимыми поставщиками. Цены на материалы упадут, а ассортимент увеличится, что существенно расширит возможности применения и конкурентоспособность аддитивных производств.

По данным Wohlers за 2018 год (более свежих данных еще нет), мировые доходы аддитивного производства в 2017 году выросли по сравнению с 2016 годом на 17,4% и составили $3,133 млрд. Оборот рынка аддитивного производства в 2017 году составил $7 млрд.

Россия пока делает первые шаги по направлению к промышленному применению аддитивных технологий. Создано несколько «металлических» 3D-принтеров для использования в промышленном производстве, в первую очередь в «оборонке». Это рассматривается как важный шаг в плане импортозамещения и технологической безопасности, но, к сожалению, погоды в экономике не делает. 

Ситуация сопоставима с производством компьютеров или смартфонов: рынок уже поделен между крупнейшими западными игроками — конкурировать с ними крайне сложно, учитывая, что на пятки лидерам наступают корейские и китайские производители.

Возникает вопрос: стоит ли нам гнаться за ушедшим поездом? Мне представляется, что стратегия России в аддитивных технологиях и производстве может заключаться в концентрации усилий на тех направлениях, где российские исследователи и разработчики удерживают лидерство, и попытках через эти направления встраиваться в международное разделение труда. В первую очередь речь идет о цифровых моделях, которые лежат в основе 3D-печати. Здесь российские возможности достаточно широки, поскольку у нас сохранились сильные школы в области математики, механики и физики.

В России также сильна школа материаловедения, способная сделать следующий шаг в инженерном подходе к материалам и в формировании материалов с заданными свойствами за счет применения аддитивных технологий. К примеру, недавно созданы опытные установки, позволяющие печатать детали сразу из нескольких материалов. Физико-математические модели, обеспечивающие процесс формирования деталей, конкурентоспособны на мировом уровне.

Мировые лидеры в каждом из направлений аддитивного производства — частные компании, но государство берет на себя бремя создания инфраструктуры, необходимой для исследований в области разработки материалов, процессов и элементов цепочки добавленной стоимости для аддитивных производств. И в России, учитывая мировой опыт, целесообразно сделать ставку на частные компании малого и среднего бизнеса и обеспечение для них благоприятных условий развития технологий для аддитивного производства как важнейшего элемента цифровой индустрии.