Чтение онлайн

Кроме того, уже доказано, что металлические изделия, напечатанные на 3D-принтерах, по своим свойствам — плотности, остаточному напряжению, механическому поведению, неравновесной микроструктуре, кристаллографической текстуре — отличаются в лучшую сторону от изделий, изготовленных литьем, методами деформации и механической обработкой.

К преимуществам аддитивной технологии можно отнести не только произвольность формы изготавливаемых изделий и их качество, но и возможность моментальной передачи цифровых моделей в любую точку мира, что позволяет при необходимости сразу организовать их локальное производство в мировых масштабах. Хотя стоимость таких деталей выше, чем изготовленных традиционными методами, но аддитивные технологии отвечают современной тенденции повышения гибкости производственных процессов.

Я думаю, что аддитивные технологии — предвестник новой промышленной революции. И конечно, если мы зевнем, упустим и не начнем активно их развивать, о конкурентоспособности нашей промышленности, наших товаров уже в ближайшем будущем, по-моему, даже не будет смысла говорить.

Но хочу специально отметить, что у аддитивных технологий есть своя ниша — делать то, что невозможно сделать традиционными технологиями. Это не панацея. А то у нас иногда увлекаются и рассчитывают с помощью одной технологии решить все проблемы промышленности.

— Насколько распространены аддитивные технологии в мире?

— Мировой рынок аддитивных технологий в 2013 году составил 3,07 миллиарда долларов, прирастая в среднем ежегодно более чем на 27 процентов. Сюда входит разработка и изготовление материалов, оборудования, разработка математических моделей синтеза деталей и технологических процессов из изготовления. Мировым лидером является компания из США 3D Systems, которая уже поставила этот процесс на практическую основу. Boeing уже сейчас ежегодно изготавливает 22 тысячи деталей 300 наименований для десяти военных и коммерческих самолетов.

Компания General Electric считает, что через пять лет половина деталей газотурбинного двигателя будет сделана по аддитивным технологиям. При этом США занимают 38 процентов этого рынка. По распоряжению президента Обамы создан национальный научный центр по аддитивным технологиям, который будет включать в себя пятнадцать, я подчеркиваю, пятнадцать — государственных институтов. Германия занимает 9,4 процента рынка. И конечно, Китай, который сейчас занимает третью позицию в мире — 8,7 процента рынка. Там двадцать исследовательских организаций и 45 университетов работают по проблеме аддитивных технологий.

Кстати, совсем недавно я и делегация специалистов из ВИАМа побывали в Поднебесной, где мы провели весьма успешные переговоры о развитии сотрудничества с китайской Академией авиационной фундаментальной техники (Avic Tech) в области аддитивных технологий. В частности, речь шла о создании совместной лаборатории, металлопорошковой композиции, а также о применении неразрушающих методов контроля определения пористости деталей.

В 22 странах созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA — Global Alliance of Rapid Prototyping Associations. Этот альянс создал специальный международный комитет, который утверждает все нормативные документы. В рамках альянса работает продвинутая кооперация: я делаю 3D-модель, а вы имеете возможность произвести эту деталь нужного размера. Я вам отправляю по почте цифровую 3D-модель. Вы мне говорите: «Все, окей» — и изготавливаете. А поскольку создание 3D-моделей может вызвать трудности у среднего пользователя, в последние годы получили распространение еще и фирмы, которые по заказу разрабатывают 3D-модели.

— А мы участвуем в этом объединении?

— Мы не участвуем. Чтобы участвовать, мы у себя должны создать свое производство и только тогда можно войти в эту международную ассоциацию. Хочу отметить, что, например, при торговле между странами альянса цены на те же порошки значительно ниже, чем те, по которым они продают их нам.

Вклад России в рынок аддитивных технологий пока составляет около одного процента. И в основном это результат тех работ в области лазерной стереолитографии, которые были выполнены еще в Советском Союзе под руководством академика РАН Владислава Яковлевича Панченко в Институте проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) РАH. Стереолитография — это процесс изготовления трехмерных изделий из фотополимерных материалов по специальной программе под воздействием света. У нас на заводах используют этот метод при создании и отработке новых сложноконтурных деталей или конструкций, изготавливая их модели в реальных размерах, что помогает оценить функциональность и исключить возможность различных ошибок перед серийным производством изделия. В том же ИПЛИТе предложили создавать модели оперируемых органов на основе томографии больного органа и изготавливать их методом стереолитографии. Изготовленную модель отправляют хирургу, который на ней разрабатывает технологию операции. После чего уже непосредственно приступает к операции на больном. С ИПЛИТом сотрудничают 58 клиник. Сейчас перед нами стоит задача, чтобы аналогичным методом изготавливать уже реальные детали из металлического порошка.

Существует несколько видов аддитивных технологий, использующих металлические порошки. Мы в ВИАМе работаем в двух направлениях.

Первый метод состоит в том, что на рабочую платформу переносят сначала дозу порошкового материала со вспомогательной платформы и разравнивают его с помощью ролика или «ножа», создавая таким образом ровный слой материала определенной толщины. Затем выборочно в соответствии с текущим сечением математической модели детали порошок обрабатывают лазером, сплавляя частички порошка. Затем вспомогательная платформа поднимается на толщину слоя и процесс повторяется. Эта технология называется «селективный синтез» или «селективное лазерное сплавление». На английском: SLS — Selective Laser Sintering.

Второй вид аддитивных технологий — direct deposition, что можно перевести как «прямое осаждение» материала. Газопорошковая смесь подается коаксиально вдоль оси лазерного луча, непосредственно в точку, куда подводится энергия и где происходит в данный момент построение фрагмента детали. Подобно тому, как сварщик вводит материал электрода в то место, где за счет электрической дуги формируется зона расплава.

В этой технологии главное, что она позволяет практически не ограничиваться в размерах деталей. Современные АМ-машины имеют пятикоординатное управление построением. Три координаты — вращение роботизированной рабочей головки, а в двух координатах перемещается стол.

В обоих случаях процесс изготовления детали начинается с построения компьютерной модели изделия. Затем модель программно рассекается на тонкие слои, чтобы получить информацию о контуре каждого слоя, который воспроизводится уже при изготовлении детали.

Для реализации обеих видов этих технологий необходимо иметь исходные материалы, которые используются в виде порошков, или, точнее, металлопорошковых композиций, AM-машины, математические модели технологических процессов, которые основываются на знании физико-химических процессов, протекающих в ходе изготовления деталей.

— И какова ситуация со всем этим в России?

— Производство порошков — ключевая проблема для аддитивных технологий. Поскольку от качества порошка в первую очередь зависит качество получаемых деталей.

Обычно каждая компания — производитель AM-машин предлагает покупателю и определенный набор порошков, и подробную инструкцию для настройки параметров машины под каждый из материалов, которая является результатом большой исследовательской работы компании. В этих инструкциях не сообщается состав металлопорошковых композиций и все режимы сплавления, потому что все это все является коммерческой тайной. Вы покупаете установку и с ней определенные порошки, и они сообщают о режиме сплавления именно этих материалов. Любые санкции — и все, производство остановилось. Некоторые наши фирмы, купившие за рубежом АМ-машины, а их уже около двадцати, остались без порошков.