В октябре кластер ядерных технологий, новых промышленных технологий и материалов Фонда «Сколково» провел ставший уже традиционным круглый стол на выставке 3D Print Expo в Сокольниках. Эксперты из сферы технологий и бизнеса подвели итоги года и обсудили тенденции и идеи развития применений аддитивных технологий в промышленности. В материале, написанном специально для Sk.ru, директор по науке кластера Александр Фертман и проектный менеджер Владимир Туртиков рассказали о темах, поднятых на круглом столе
Аддитивные технологии (Additive Manufacturing), или технологии синтеза деталей и конструкций, являются на сегодняшний день наиболее быстро развивающимся сегментом в производственной сфере.
Модератор круглого стола Александр Фертман перевел дискуссию в практическую плоскость, поделившись статистикой роста рынков оборудования для аддитивных технологий и продукции, произведенной с их помощью (32 и 51% соответственно в 2014 г.).
«Что нового произошло за год в сфере аддитивного производства? Какие направления выглядят наиболее перспективными? Что тормозит активный рост в России? Ведь, несмотря на улучшение качества экспонатов выставки 3D Print Expo, мы видим значительное преобладание «бытовых» 3D-принтеров над промышленными системами»,
- констатировал Александр.
Обсуждая поставленные вопросы, участники дискуссии отметили, что аддитивное производство требует комплексного подхода, объединяющего проектирование и моделирование конструкций с учетом свойств материалов и их изменений в процессе формирования деталей с высокотехнологичными инструментами и системами контроля качества.
Особое внимание выступавшие обратили на высокие требования, которые аддитивные технологии предъявляют к материалам. Если наработка металлических порошков, это, скорее, вопрос импортозамещения, то по керамике и композитам во всем мире идет поиск оптимальных пар «материал – технологический режим». В этой части применение нанотехнологий при создании материалов для аддитивного производства позволяет существенно улучшить потребительские свойства изготовленных из них изделий. Более того, сегодня разработаны наноматериалы, позволяющие достигать уникальных характеристик изделий, создание конструкций из которых другими методами практически не возможно.
Огромные перспективы для аддитивных технологий кроются в возможности комбинирования различных материалов при изготовлении детали. Такой подход может не только обеспечить экономию дорогих материалов, но и позволит придавать разным частям детали требуемые свойства в зависимости от условий эксплуатации. Так, например, одна часть детали может быть сверхтвердой, а другая пластичной или упругой – этого невозможно добиться, используя традиционные субстрактивные методы производства. Рост активности разработчиков новых материалов для аддитивного производства подтверждается значительным увеличением числа новых патентов: если в прошлом году появилось только 3 новых патента, то в этом году - уже 33. Также отмечена тенденция на снижение стоимости материалов, вызванная увеличением числа производителей и совершенствованием технологий производства.
Огромные перспективы для аддитивных технологий кроются в возможности комбинирования
различных материалов при изготовлении детали
Оценивая общие тренды, Олег Лысак, генеральный директор ООО «ЛВМ АТ», компании, работающей на рынке инжиниринга решений для аддитивного производства, отметил: «Отрасль взрослеет, происходит выделение профессиональных игроков, специализирующихся на отдельных секторах рынка: проектирование изделий, разработка и внедрение технологий печати, производство порошков, производство изделий. Большинство внедрений происходит в медицине, где производство имплантов с помощью аддитивных технологий уже запущено в серию, а, к примеру, авиация пока покупает принтеры для ОКР и страдает от отсутствия нормативной базы по применению. Кроме того, в отрасли активно обсуждается специальное программное обеспечение для организации и управления серийным выпуском изделий на базе аддитивных технологий. В целом оборудования для аддитивного производства приобретено много, расходные материалы дешевеют, и все это готовит базу для серьезного прорыва в сфере применения аддитивных технологий».
Производство страдает от отсутствия нормативно-правовой базы, которая регламентирует применение аддитивных технологий и материалов в промышленности. Предприятия не могут применять несертифицированные технологии. Разработка новых стандартов ведется, и оптимистичная оценка их внедрения – 2017 год. Оценивая потенциал роста для аддитивных технологий, Денис Федосеев, представитель НПО «Сатурн», отметил, что «для активного внедрения аддитивных технологий в летательных аппаратах есть сложности – без методик сертификации самих технологий практически невозможно с их помощью изменить конструкцию детали или применить новый материал». «А вот в наземных двигателях потенциал есть, хотя уменьшение массы наземного двигателя не такая острая задача. Но, например, снизили массу кронштейна маслобака на 25%, а это уже снижение материалоемкости и существенное уменьшение стоимости, то есть – прямая выгода».
Существенные изменения в текущем году произошли и сфере подготовки квалифицированных кадров для аддитивного производства. Андрей Рипецкий из Московского авиационного института, рассказывая о подготовке кадров для промышленности, отметил, что «МАИ начал заниматься и аккумулировать знания и технологии по аддитивному производству с 2007 года. К настоящему времени налажен диалог с авиастроителями: сформулирован запрос на подготовку специалистов, идет работа по разработке новых технологий для промышленности, таких как программные компоненты для аддитивного производства, у которого тоже есть ограничения, и их нужно учитывать при конструировании. У нас уже есть опыт, который мы транслируем в промышленность – НПО «Сатурн» уже давно нарабатывает технологии в этой области, а другие отрасли не знают, как подступиться к аддитивному производству».
Неотъемлемой частью аддитивных технологий является новый подход к разработке или дизайну изделий. Идя от функционального назначения изделия и принимая во внимание свойства материалов, удается решить задачу не только красиво, но и надежно и экономично. Общим трендом является так называемый бионический дизайн изделий для аддитивного производства. Описывая возможности аддитивных технологий, Бенуа Жобер, представитель Fives Group, привел следующий пример: «Для современного «Аэробуса» разработана деталь – коллектор из четырех соосных труб. Ее просто нарисовать, но путем традиционной сварки изготовить невозможно. Ее можно изготовить только с помощью аддитивных технологий, при этом можно добиться существенного снижения веса конструкции, что всегда актуально для авиации».
Под дизайном следует понимать не только внешний вид изделия, но и возможности технологии производства, поведение материала в аддитивном процессе формования детали. При этом основа дизайна – расчеты конструкции и техпроцесса. Моделируется не только сама деталь, но с помощью так называемого виртуального 3D-принтера проводится моделирование всего процесса производства, что существенно ускоряет разработку и аттестацию готового изделия.
Рассматривая проблемы российского рынка аддитивных технологий, участники круглого стола сошлись во мнении, что большинство компаний не хотят вступать в кооперацию и пользоваться услугами сторонних производителей, а все хотят делать самостоятельно. Поэтому очень многие взялись за создание аддитивных установок. Такое поведение характерно для больших компаний и, конечно, тормозит процесс разработки новых изделий, так как требует наличия высококвалифицированных специалистов по многим направлениям. Однако мировой опыт показывает, что решение сложных задач консорциумами специализированных компаний чрезвычайно эффективно. И одним из ключевых направлений для российских разработчиков в консорциумах может стать моделирование технологических процессов и оптимизация конструкций. Именно эти направления в рамках аддитивного производства очень перспективны сегодня для запуска нового бизнеса.