Поиск - новости науки и техники

Поспорим с Микеланджело? AF-технологии позволят обходиться без лишнего

Под знаком аддитивных технологий, или AF-технологий (AF – от Additive Fabrication), прошла вторая неделя февраля сразу в нескольких регионах страны. Новосибирская мэрия провела совещание, на котором организовала “мозговой штурм” по поводу запуска производства 3D-принтеров и создания целого кластера с участием новосибирских промышленных предприятий, СО РАН, ФАНО. В Воронеже состоялось торжественное открытие Центра технологической компетенции аддитивных технологий на базе ООО “Воронежсельмаш”, в котором принял участие министр промышленности и торговли Денис Мантуров. Через два дня он уже был во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ), где ему продемонстрировали уникальные разработки на основе AF.

Но, пожалуй, самое основательное обсуждение этой темы развернулось на научно-практической конференции “Аддитивные технологии в российской промышленности”, которая под эгидой коллегии ВПК РФ на той же неделе прошла в ВИАМ. Здесь собрались почти 600 ведущих ученых и специалистов из 172 организаций и предприятий НИИ авиационной, космической и других отраслей, работающих с AF. Конференцию дополнила выставка новейших отечественных разработок в области AF. Дмитрий Рогозин, заместитель председателя Правительства России, был впечатлен ею: “На каком высоком уровне у нас работают AF-специалисты – и молодые, и старые, и москвичи, и немосквичи!” Он буквально застрял возле стендов, забыв, что должен открывать конференцию. Но, выйдя, наконец, на трибуну, уже во вступительном слове сказал самое главное: “В России дан старт развитию аддитивных технологий”.
 Старт даем чему?
Не так давно россияне услышали о неведомых аддитивных технологиях. И быстро стали ассоциировать термин со смыслом английского глагола “to add” – добавлять. Достаточно сказать “3D-принтер”, и значительное число сограждан утвердительно закивает головой. Одни “что-то слышали про 3D-печать”, у других есть сувениры, у третьих – украшения, напечатанные на 3D-принтере, а вот он-то как раз и есть техника, позволяющая с помощью AF создавать не только уникальные вещицы для дома, семьи, но и кое-что посущественнее: детали авиадвигателей, “запчасти” человеческого организма, обувь, мебель… Даже здания – китайский изобретатель выложил в Интернете впечатляющий ролик о 3D-печати дома. Бедовые головы предлагают таким способом печатать… оружие.
 В основе аддитивных технологий лежит принцип послойного создания объекта (addition – добавление). 3D-принтер начинает формирование изделия от основания и заканчивает верхней точкой. На выставке студент МГТУ им. Н.Э.Баумана Никита Лазарев продемонстрировал в действии принтер, который он сконструировал с однокурсниками. На красной платформе лежали детали зеленого цвета, по которым перемещался по заданной программе экструдер – печатающая головка.
– Это машина для печати аддитивным методом, то есть методом наложения материала слой за слоем. Идет процесс выращивания 3D-модели. Мы разработали саму конструкцию и систему управления принтером. Расходный материал – зеленый пруток из пластика – подается в горячую область, расплавляется до мягкого состояния, затем его продавливают через фильеру (особо малое, до 0,1 мм, формующее отверстие), нанося материал в нужные точки детали в определенном количестве. Наш принтер применим пока только для прототипирования, но не для создания готовых деталей машин. А в будущем мы намерены разработать машину, которая сможет “печатать” металлом.
Считается, что аддитивные технологии впервые были разработаны и применены более 20 лет назад компанией Stratasys (США), которая и по сей день продолжает оставаться лидером в области 3D-печати и AF. Но на конференции в ВИАМ академик Владислав Панченко напомнил, что еще в пятидесятых годах прошлого столетия советский академик Лев Кошкин предвидел перспективу развития промышленного производства изготовления сложного изделия путем его выращивания из материала, а не удаления лишнего при обработке. Идея Кошкина и лежит в основе AF.
В начале девяностых годов по инициативе академика Евгения Велихова начались работы по созданию систем цифрового аддитивного производства на основе лазерной стереолитографии – послойного отверждения жидкого фотополимера лазером (лазерная 3D-печать). В 1995 году в Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН для процедуры идентификации останков членов императорской семьи была создана первая стереолитографическая модель черепа человека. Трехмерные модели в медицинских целях были созданы в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева. Словом, у оте-чественных ученых здесь тоже есть чем гордиться.
Об аддитивном производстве полного цикла, созданном в ВИАМ в наши дни, рассказал академик Евгений Каблов. Оно включает в себя разработку порошковых композиций, 3D-моделей, конструирование поддержек технологий синтеза (мощность лазера, стратегию лазерного сканирования, скорость и шаг сканирования). В институте впервые в России изготовили по аддитивной технологии с применением отечественной металлопорошковой композиции так называемый завихритель – деталь перспективного авиационного двигателя. Цикл изготовления 60 изделий методом селективного лазерного сплавления составляет 5-6 дней, что в 10 раз меньше, чем при традиционной технологии литья, которая требует 59 дней! Аддитивным путем выращенный завихритель уже внесен в конструкторскую документацию и пошел в производство.
 Трудности роста
На конференции многие говорили о преимуществах AF по сравнению с традиционными технологиями. Инновационные AF позволяют вырастить “деталь в детали”, деталь – с переменными по толщине свойствами материала; сетчатые конструкции, которые не получить литьем или механообработкой. Используя бионические принципы, можно спроектировать и  изготовить, например, эндопротез пустотелой кости. Один из существенных плюсов AF – возможность моментальной передачи цифровых моделей в любую точку мира и организации в кратчайшие сроки локального производства в любых масштабах.
Еще стоит сказать, что экономия сырья при использовании AF может достигать 75 процентов! Ведь технологический процесс выстроен не по принципу “беру камень и отсекаю от него лишнее” (вспомнили на конференции и Микеланджело), а наоборот: “не беру ничего лишнего” и выращиваю так, как творит природа тот или иной живой объект. Докладчики привели и много других обнадеживающих примеров, а выставка убедила в том, что не оскудела земля российская талантами.
И все бы хорошо, да только, пожелав развернуть такое высокотехнологичное производство в масштабах страны, мы можем опять уткнуться в стену. Как сказал директор Института металлургии УрО РАН академик Леопольд Леонтьев, “выставка впечатляет, но я подходил к стендам и спрашивал у всех: “А порошки чьи?”, и большинство говорили: “Импортные”.
 Словом, старт-то технологиям дан, однако растить их придется с большими трудностями. Председатель научно-технического совета российской ВПК академик Юрий Михайлов обозначил основные проблемы, которые требуют безотлагательного решения, если мы хотим развивать аддитивное производство. Ведь не только порошки, но и другие расходные материалы по большей части – чужеземные, аддитивное оборудование – зарубежное, программное обеспечение – и то заемное. По его словам, необходимо совместить прогрессивность AF с функциональными возможностями конструкций, что позволит создавать принципиально новые изделия. Юрий Михайлов отметил также важность межведомственной координации работы НИИ, лабораторий и предприятий, задействованных в реализации аддитивных технологий, разработке нормативной базы для приемки изделий, созданных с помощью послойного синтеза, отечественного программного обеспечения. Особого подхода требуют технологии и оборудование неразрушающего контроля изделий, созданных с помощью AF. На этой проблеме более подробно остановился академик Николай Алешин.
 Гвозди печатать не стоит
Однако конференция по аддитивным технологиям, первая и столь представительная по этой тематике, была организована не только для общения специалистов. Дмитрий Рогозин поставил перед участниками форума прагматичную задачу: помочь выработать конкретный план действий по созданию новой отрасли промышленности – отрасли аддитивных технологий, а также определить направления ее развития.
Мировой рынок AF составляет сейчас более 3 млрд долларов, прирастая ежегодно более чем на 27%. В ближайшие 20 лет цифровое производство сменит некоторые виды массового, особенно с высокой конечной стоимостью продукции. Необходимо “оседлать эту тенденцию”, объединить усилия специалистов по созданию национальной концепции цифрового производства, в том числе программных кодов, технологического оборудования, а также единых подходов и стандартов, позволяющих обеспечить сквозной цикл проектирования и производства перспективных типов вооружения и военной техники, считает Дмитрий Рогозин. Один из важнейших вопросов, который необходимо решать оперативно, – обеспечение новой отрасли кадрами. По его словам, Минобрнауки уже к началу нового учебного года должно создать систему сквозного обучения, сформировать единый госзаказ на подготовку специалистов по АF-технологиям.
Судя по всему, в России они стартуют прежде всего на предприятиях ОПК. Но на оборонщиках, считает вице-премьер, лежит двойная ответственность: за перевооружение армии и флота к 2020 году и создание высокотехнологичных гражданских производств. С помощью аддитивных технологий можно, конечно, и безделушки, и гвозди делать, но это не удел умной экономики. Необходимо создать прозрачный промышленный рынок, который должен учитывать интересы не только крупных предприятий, но и всех потребителей. Рогозин предложил участникам форума “уже сегодня” приступить к формированию рабочей группы по созданию дизайна отрасли, определению основных ее участников, источников финансирования, круга покупателей разрабатываемых продуктов. Эти и другие задачи нашли отражение в решениях конференции, где сказано, что будут определены компетенции каждого участника отрасли, разработаны “дорожные карты”.
Но, надо заметить, аддитивные технологии увлекли не только оборонку, но и малый бизнес. Интернет полон объявлениями, консультациями о том, “как заработать на 3D-принтере”, сколько нужно денег для старта. “Трое обычных ребят из Казани” рассказывают, как они запустили первый в регионе магазин 3D-принтеров. Идет виртуальное обучение работе с оборудованием и программами, кто-то делится пошаговым описанием изготовления конечных изделий, создания 3D-модели для последующей печати. Другой сам соорудил экструдер для изготовления прутка к 3D-принтеру и делится чертежами в Сети. Совсем нерыночный призыв: “Присоединяйтесь к 3D-принтингу! У нас есть огромное преимущество по сравнению с теми, кто придет в следующем году. Сейчас пока пирога хватает всем желающим, потому что он прирастает на 25% в месяц, важно вовремя свой кусок взять!”.
А в завершение анекдот из Сети. Один умный человек взял у соседа 3D-принтер. Напечатал по этому образцу еще два 3D-принтера, один вернул соседу, один забрал себе, а третий продал…
Смеются все: и академики, и блогеры. Вот такие они, аддитивные технологии.

Светлана КРЫМОВА
Фото автора

Нет комментариев