Промышленные применения AT & 3D-решений для профессионалов

О развитии аддитивных технологий в России

Аддитивные технологии находят широкое применение в целом ряде отраслей, демонстрируя уникальные возможности. Однако внедрение их на российских предприятиях носит сдержанный характер. Пояснить сложившую ситуацию по просьбе редакции журнала «Аддитивные технологии» согласился эксперт в области аддитивных технологий Виктор Максимович Рекимчук.
Насколько сегодняшняя отечественная промышленность открыта идеям внедрения аддитивных технологий?
В последнее время наблюдается все возрастающий интерес к аддитивным технологиям со стороны промышленного сектора. Но это происходит только из-за успешного использования данных технологии зарубежными пользователями. Масштабного применения в нашей стране не происходит.
Любые начинания и открытия всегда нелегко входят в нашу обычную жизнь, так это происходит и с аддитивными технологиями. Существуют объективные политические и финансовые причины, по которым на сегодняшний день отечественная промышленность с большим трудом внедряет новые инновационные возможности. В чем же суть? Условно можно разделить любое развитие новых технологий на несколько этапов: — открытие новой технологии для новых возможностей, — изучение этой технологии с целью ее использования, — производство оборудования на базе приобретенных знаний с использованием технологии, — внедрение этого оборудования в производство после прохождения сертификационных процедур, — дальнейшее изучение возможностей данной технологии на базе созданного оборудования с целью достижения необходимого качества конечного продукта. В нашей стране эти технологии уже прошли стадию изучения и находятся на этапе внедрения с последующей организацией локального производства. Отечественная промышленность уже получила компетенции, но, несмотря на это, в основной своей массе заняла выжидательную позицию. Позиция же пассивного наблюдателя ограничивает практическое применение данной инновационной технологии. Кроме того, как мы знаем из нашей истории, догонять всегда тяжелее, это также сдерживающий
фактор. Возможно, одной из немаловажных причин является то, что приобретенное ранее оборудование не окупило свои затраты или удовлетворяет текущие потребности, но технологии развиваются и предлагают более совершенные решения. Производственный сектор пробовал подстроить аддитивные технологии под существующую модель производства, но аддитивное производство имеет свои законы и правила, так же, как и традиционные производства. Аддитивная технология дает возможность на этапе проектирования производить симуляцию построения детали, что позволяет учесть все возможные ошибки и произвести анализ ее прочности, воздействие на нее внешних факторов (воздух, вода, вибрация и т. д.). Это помогает сэкономить массу времени и уменьшить трудозатраты на разработку изделия. Ни одна из существующих технологий не может предложить такие возможности, а также экономию средств при проектировании новых функциональных деталей. Однако также следует отметить, что сам производственный сектор не имеет времени на отработку и внедрение аддитивных технологий, поскольку должен выпускать продукцию согласно производственным планам. Разработками и внедрениями, как правило, занимаются отраслевые, промышленные КБ и лаборатории, но, к сожалению, даже корпорации с огромными бюджетами практически не выделяют средства на исследования с последующим применением, ожидая от производителей технологий готовых решений.

Мне очень часто задают один вопрос: «Насколько Россия отстает в развитии аддитивных технологий от западных передовых стран?» На основании своего семилетнего опыта работы в этом направлении и знакомства с международными и российскими компетенциями я могу сделать вывод, что мы не очень сильно отстаем от ведущих стран в развитии, но мы очень сильно отстаем в реальном применении и внедрении этих технологий в производство. Одним из важных аргументов отказа от применения аддитивных технологий в промышленности ранее являлось качество производимой продукции, которое не всегда обеспечивалось из-за отсутствия дополнительного оборудования, требуемого для создания аддитивного производства. На данном этапе этот фактор не является аргументом, потому что аддитивное производство может производить продукцию с качеством, во многих случаях даже превышающим качество традиционного производства, за счет применения ряда инновационных решений проектирования, постобработки, использования качественных материалов. Все в конечном итоге зависит от предъявляемых требований к конечной продукции. Лет пять назад все разговоры о продвижении аддитивных технологий заканчивались вопросом о стандартизации данных технологий. На данный момент такой проблемы нет, так как у нас появился технический комитет по стандартизации «Аддитивные технологии» и в стране есть национальные стандарты. Тогда почему внедрение в отечественную промышленность происходит медленно и настороженно? По этому поводу выскажу свое экспертное мнение, которое, возможно, не совпадет с общепринятым мнением (это всего лишь взгляд через призму инновационных технологий).

Рис. 1. Интерьер автомобиля Lamborghini Sian включает компоненты, выполненные 3D-печатью

На сегодняшний день наша промышленность все еще сохраняет наследие, которое осталось после распада СССР, со стандартами производства того времени. Конечно, есть и передовые предприятия, которые имеют современное оснащение и выпускают высокотехнологическую продукцию, но это больше исключение, чем правило. Перейти на новый уклад мешает определенный менталитет, сложившийся в течение долгого времени, когда государство финансировало и принимало решения по переоборудованию предприятий, тем самым беря на себя все риски внедрения. Но этот риск покрывался заказами, которыми государство поддерживало эти предприятия. В современных же реалиях наша промышленность находится в жесткой конкуренции как внутри страны, так и за рубежом, и для того чтобы оставаться конкурентными, требуется совсем другая культура производства, которая, в свою очередь, предполагает финансовые вложения. Вот мы и подошли к главной проблеме, почему отечественная промышленность, несмотря на все плюсы, не совсем открыта идеям внедрения аддитивных технологий. И этой проблемой являются финансовые риски, связанные с вложениями в современное производство. Вот поэтому отечественная промышленность предпочитает не рисковать и оставаться неконкурентоспособной.

Одним из решений этой проблемы является снижение финансовой нагрузки за счет создания отечественного производства, оборудования и материалов с последующим их внедрением на предприятиях с целью создания аддитивного производства и т. д.
В каких промышленных отраслях следует ожидать наиболее высокого спроса на аддитивные технологии?
За короткий промежуток времени от разработки до применения аддитивные технологии нашли решения почти во всех отраслях промышленности. За счет гибкости, вариативности в использовании, широкого выбора материалов, новейших программных продуктов с возможностями на грани фантастики они позволяют обеспечить быстрый выход на рынок с новым продуктом. Автомобильная промышленность с каждым годом расширяет список производимых деталей (рис. 1) и демонстрирует рост числа компаний, которые очень активно используют аддитивные технологии: от прямого выращивания металлических или пластиковых компонентов до печати песчаных форм с последующим литьем. В дальнейшем с применением робототехники номенклатура производимых деталей будет только расширяться, а логистические услуги могут выйти на качественно другой уровень. Но это в большей степени относится к зарубежным компаниям; к сожалению, в нашей стране внедрения практически не происходят по причине того, что весь технологический процесс в автомобильной промышленности сконцентрирован на сборке зарубежных автомобилей из комплектующих, которые тоже произведены зарубежными компаниями. Для многих не является секретом, что активными пользователями аддитивных технологий являются авиационно-космические компании (рис. 2).

Рис. 2. Передняя стойка шасси самолета

Это связано с тем, что данные компании применяют очень сложные в плане постобработки материалы, такие как титановые сплавы, жаропрочные сплавы, кобальт-хром, супер сплавы и т. д. Для облегчения конструкций очень активно изготавливаются различные детали из инженерного пластика, детали из керамики, применяемые в криогенных условиях. Современные производства требуют технологии с возможностью быстрого изготовления деталей или оснастки со сложной геометрией построения, а это могут обеспечить только аддитивные технологии. Преимущества этих технологий успешно используют разработчики при конструировании новых газотурбинных установок и двигателей.
Широкое внедрение аддитивных технологий происходит в медицине с использованием инновационных материалов (рис. 3): от индивидуальных имплантатов до изготовления дорогостоящих инструментов и т. д.

Рис. 3. Напечатанный слуховой протез

Надо отдать должное нашей медицинской промышленности, которая уже сейчас, преодолевая определенные трудности, довольно активно использует аддитивные технологии, тем самым улучшая медицинские услуги и сервис, спасая жизни людей. Большая доля рынка аддитивных технологий в мире задействована в энергетическом секторе, где они применяются для производства и ремонта лопаток паровых турбин и ветряных установок, также как и для скоростных локомотивов. Но в России это направление почти не востребовано по причине малого использования данных изделий либо из-за поставки готовых турбин с пожизненным циклом обслуживания (когда весь бизнес отдан западным компаниям). С разработкой различных пластиковых материалов появилась возможность применения аддитивных технологий в изготовлении товаров народного потребления: в обувной промышленности (рис. 4), индустрии моды, в подготовке различных макетов и т. д.

Рис. 4. 3D-печать обуви 

Ювелирная промышленность используют восковые (выплавляемые) аддитивные технологии для создания ювелирных украшений, которые в России пользуются большим спросом. В последнее время аддитивные технологии стали использовать в строительной индустрии (рис. 5), облегчая физический труд при строительных работах, уменьшая ошибки человеческого фактора, предлагая возможности быстрого и качественного строительства.

Рис. 5.  3D-печать здания

Для металлургической промышленности аддитивные технологии предлагают 3D-печать различных песчаных форм, в том числе со сложными внутренними стержнями (рис. 6), с последующим литьем под давлением в эти формы, или использование пластика ПММА для создания литниковой формы с последующим отжигом и как результат получение форм для литья.

Рис. 6 Литейные формы, напечатанные на 3D-принтере ExOne S-MAX. Фото: http://kcdt.ru/

Технологии SLA и SLS тоже предлагают уникальные материалы, которые выжигаются с малой зольностью, позволяя создавать точные литейные формы с наилучшей шероховатостью поверхности. Видно, что аддитивные технологии применяются практически во всех отраслях промышленности. А еще есть более экзотические применения, такие как использование биологического материала для печати, использование принтеров для печати гастрономических блюд и т. д.
Использование аддитивных технологий требует наличия различных материалов соответствующего качества. Как обстоят дела с производством расходных материалов в России?
Это очень важный вопрос: без появления качественных российских материалов очень трудно представить дальнейшей рост развития аддитивных технологий в нашей стране. Если в технологиях с использованием металлического порошка для SLM, DED, EBM этот вопрос как-то решается и можно с уверенно сказать, что при появлении потребности в этих материалах рынок может быстро отреагировать производством требуемого количества металлического порошка, то производство других важных материалов для технологий SLA, SLS, Binder Jetting, керамики, проволоки для WAAM, WEBAM, смесей для строительных принтеров и т. д. практически не существует. Только за счет демократичности и доступности в использовании технология FDM на российском рынке представлена большим разнообразием различных отечественных инженерных и высокоэффективных пластиков. Вывод из этого находится на поверхности: с ростом развития аддитивных технологий (а главные применения их в промышленности) как следствие должны появиться качественные отечественные материалы. Однако нужно подчеркнуть, что, несмотря на кажущуюся простоту, производство качественных материалов является сложным и инновационным. По своей сути материалы, которые предлагает сейчас зарубежный рынок, являются прорывными. Для их создания потребовалось много времени и большие усилия лучших ученых, компаний-производителей, поэтому российским производителям материалов очень сложно конкурировать на данный момент. Существующие цены на зарубежные материалы являются высокими для российского рынка, тем самым делая аддитивное производство дорогим в сравнении с традиционным производством. Появление отечественных материалов должно дать толчок развитию аддитивных технологий, но, к сожалению, на данный момент этого в нашей стране не происходит по разным причинам, но, без сомнения, произойдет в скором времени. Стоит ли ожидать применения аддитивных технологий в России в массовом производстве?
Для внедрения аддитивных технологий в массовом производстве в России должно появиться отечественное производство оборудования, так как зарубежное оборудование является дорогим для наших предприятий и тем самым не позволяет закупать его массово. Если рассматривать зарубежный опыт применения аддитивных технологий в массовом производстве, то исторически так сложилось, что созданием аддитивных технологий занимались коммерческие частные компании, что происходит и по сей день. Крупные же западные корпорации с огромным бюджетом пытались создавать свое оборудование, но после нескольких безуспешных лет предпочли выкупать готовое производство у этих частных компаний, потому что аддитивные технологии развиваются стремительно, а корпорации не готовы к такому ритму развития. В России это тоже происходит. Пока корпорации пытаются повторить, а не создать что-то новое, на мировом рынке появляется конкурентное инновационное оборудование и технологии, за которыми корпорации просто не успевают. Не успевая за инновациями, они просто тормозят развитие отечественных аддитивных технологий, так как производство не может получить качественное конкурентное оборудование, которое они не в силах создать. В последнее время в стране появились частные компании, которые успешно производят отечественное оборудование для различных аддитивных технологий, материалы и программное обеспечение за счет своей гибкости и компетенций в этих инновационных технологиях. Это является отличным показателем интеллектуальности наших отечественных разработчиков аддитивных технологий, поэтому я уверен, что вскоре должны появиться инвесторы, готовые вкладываться в дальнейшее их развитие. Если этого не произойдет, то, возможно, произойдет слияние зарубежных и отечественных компаний–производителей оборудования и материалов с последующей локализацией производства. На данный момент аддитивные технологии в нашей стране в основном используются для быстрого прототипирования, восстановления деталей с применением технологии реверс-инжиниринга для производства деталей малой серии, которые были спроектированы для традиционных технологий. Эта бизнес-модель подходит в основном для малого и среднего бизнеса. Применение же аддитивных технологий для массового производства влечет за собой изменение конструирования деталей и, как следствие, изменение их конфигураций, функциональности, увеличение их жизненного цикла, увеличение количества деталей в едином производственном цикле. Только после этого можно ожидать применения аддитивных технологий в массовом производстве.
Каким вы видите развитие отечественных аддитивных технологий в следующие пять – десять лет?
Дальнейшее развитие отечественных аддитивных технологий напрямую будет зависеть от благосостояния страны и поддержки государства. При анализе опыта зарубежных стран видны причины, по которым государство стало стимулировать и продвигать эти технологии. В первую очередь это было связано с борьбой за экологию: был принят ряд законов, облагающих налогами предприятия, использующие в своем производстве любую дымящую в атмосферу трубу, тем самым стимулируя развитие аддитивных технологий как эко
логически чистых. Снижение налогов и повышение льгот позволило скомпенсировать переход на другой уровень производства. Дальше больше: с развитием аддитивных технологий произошло развитие различных продуктов программного обеспечения. Они позволили создать аддитивное производство, кардинально отличающееся от традиционного производства, с потрясающими возможностями в проектировании и создании новых деталей, с применением ранее недоступных материалов. Во вторую очередь были приняты приоритетные законы стандартов безопасности на рабочем месте.

Например, при получении травм или при наличии каких-либо других факторов, повлекших ухудшение здоровья на рабочем месте, работодатели обязаны предоставить пожизненную пенсию пострадавшему работнику и т. д. Все эти принятые меры подтолкнули разработчиков оборудования к созданию новых безопасных технологий, какими, безусловно, являются аддитивные технологии. С улучшением жизненного уровня в развитых странах новое поколение все больше стало выбирать рабочие места с экологически чистым и безопасным производством. В какой-то мере это постепенно происходит и в нашей стране. Все больше наблюдается отток рабочих кадров от предприятий с устаревшим оборудованием либо с вредными условиями на производстве. Сейчас, в век компьютеров и интернета, довольно трудно привлечь молодежь к станку или в литейный цех.

Рабочая профессия из-за этого перестала быть привлекательной, профессия курьера, официанта, водителя такси стала более приоритетной. Только повышая культуру отечественного производства, можно привлечь молодые кадры и тем самым поднять престиж рабочей профессии. Высокоразвитые промышленные страны, которые активно внедряют аддитивные технологии, каждый год закладывают огромные бюджетные средства на их развитие и создание новых рабочих мест, тем самым привлекая и создавая новое рабочее сословие, с которым они переходят к новому укладу организации умного и экологически чистого производства. Дорога ли финансовая нагрузка этих государств? Ответ, конечно, да, но здоровье является приоритетным фактором для дальнейшего процветания нации, так же, как и интеллектуальное ее развитие.

Российское правительство сделало определенные шаги: выделило довольно большой бюджет на оснащение школ, колледжей, университетов, различных детских технопарков различными 3D-принтерами и сопутствующим оборудованием. Однако в этом году будет выпуск первых дипломированных инженеров и операторов для аддитивных технологий, и для родителей и выпускников стоит серьезный вопрос, куда трудоустроиться после получения диплома, так как рабочие места для них не созданы. Поэтому государство является главным генератором применения аддитивных технологий в нашей стране в ближайшие 5—10 лет. Нужна четкая и понятная программа их развития в стране, стимулирование предприятий различными льготами и финансовой поддержкой при переходе на современное производство. Хотелось бы завершить интервью на позитивной ноте. Аддитивные технологии, несмотря на мнения скептиков, состоялись от инноваций до реального применения в промышленности, поэтому, хотим мы или не хотим, объективные обстоятельства заставят нас перейти на эти технологии. Мы живем в стране больших возможностей, и в ней достаточно места для развития экосистемы для аддитивных технологий.

Поделиться статьёй: