Гонка преследования

Гонка преследования

Россия пытается ликвидировать многолетнее отставание во внедрении аддитивных технологий.

Мировой рынок аддитивных технологий (или технологий послойного синтеза изделий) характеризуется пока относительно небольшими продажами, но зато растет уверенно. По данным американской консалтинговой компании Wohlers, его объем в 2013-м превысил 3 млрд долл., увеличившись почти на 35% к предыдущему году. А по мнению McKinsey, прямой экономический эффект от применения 3D-печати к 2025-му может достичь 550 млрд долл. Эксперты полагают, что основными тенденциями рынка будут более широкое распространение массовых принтеров стоимостью до 5 тыс. долл. и развитие практики применения технологии не только для быстрого прототипирования (то есть изготовления опытных образцов будущих изделий), но и для создания деталей конечных продуктов. Во всех этих сферах в качестве ключевого материала используются полимеры.

«Отрасль аддитивных технологий переживает изменения, которых не было за все 20 с лишним лет наблюдений», – говорит старший консультант Wohlers Тим Кэффри. Россия пытается встроиться в процесс. «Не видеть существующую тенденцию, не оседлать ее было бы просто неумно», – заявил в феврале на конференции «Аддитивные технологии в промышленности» вице-премьер Дмитрий Рогозин. По его словам, это будет новая промышленная революция. «Цифровое производство сменит в ближайшие 20 лет некоторые виды массового производства, особенно с высокой конечной стоимостью продукта», – говорит он.

Особенности национальной печати

Как рассказал на конференции глава Всероссийского НИИ авиационных материалов (ВИАМ) Евгений Каблов, в мире есть уже много примеров, подтверждающих курс на глубокое применение аддитивных технологий. «Boeing благодаря 3D-печати изготавливает более 22 тыс. деталей 300 наименований для десяти марок коммерческих и военных самолетов», – отметил он.

На долю России пока приходится 2% 3D-принтеров, установленных в мире
Традиционное производство деталей по сути близко скульптуре: берется материал и от него отсекается все лишнее. Суть аддитивных технологий противоположна: здесь изделие «печатается» слой за слоем. За процессом следит компьютер, ориентируясь на точную 3D-модель. У метода есть несколько сильных сторон. Во-первых, сокращаются расходы мате риала (в зависимости от детали экономия может достигать 75%). Во-вторых, появляется возможность создавать более сложные изделия (например, с различными полостями). В-третьих, можно выпускать детали, не нуждающиеся в дополнительной обработке.

Лидер глобального рынка аддитивных технологий – США (доля немногим менее 40%). И это направление в стране продолжает развиваться. Так, по распоряжению президента Барака Обамы создан Национальный научный центр по аддитивным технологиям, включающий 15 государственных институтов. На Россию, по оценке Wohlers, приходится менее 2% 3D-принтеров, установленных в мире с 1988 по 2012 год. Сколковский институт науки и технологий («Сколтех») в своем докладе по развитию новых производственных технологий приводит еще такие данные: за последние 15 лет в нашей стране выдан 131 патент по различным аспектам аддитивной печати – 0,14% от мирового количества. Причем 14 из них получены отечественными заявителями, а 117 – иностранными.

3.jpg

Сейчас деятельность большинства российских компаний и исследовательских центров, так или иначе связанных с аддитивными технологиями, на деле сводится к работе с зарубежными оборудованием и материалами. Однако в связи с появлением на государственном уровне акцента на замещении импорта, ситуация должна меняться. Во всяком случае, на это рассчитывают в правительстве. Минпромторг ведет работу над отдельной подпрограммой «Развитие средств производства» в рамках госпрограммы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности», предусмотрев в ней мероприятия по внедрению аддитивных технологий. «Нельзя создать в ближайшие 10- 15 лет конкурентоспособную промышленность, если не внедрять аддитивные технологии», – говорит глава ведомства Денис Мантуров.

Дорогу осилит идущий

У истоков современного аддитивного производства стоит стереолитография, внедряемая с середины прошлого века. Это процесс изготовления трехмерных изделий из фотополимерных материалов под воздействием света. В дальнейшем усовершенствования касались технических деталей: методов сканирования модели, способов формирования слоев из материалов, проецирования изображения и технологий отверждения. В нашей стране серьезные работы по данному направлению ведутся с 1970-х, когда предприятиями Минэлектронпрома начался выпуск технологических лазеров. Но долго основным достижением в сфере лазерной стереолитографии были лишь исследования ученых Института проблем лазерных и информационных технологий, выполненные в бытность СССР.

75% материалов позволяют экономить технологии 3D-печати
Ситуация стала меняться только в последние годы, когда отдельные предприятия и исследовательские центры начали работу над внедрением аддитивных систем. Сейчас появляются первые результаты. Так, в ВИАМе недавно впервые в стране изготовили по аддитивной технологии сложную деталь – «завихритель» авиационного двигателя ПД-14. Есть и другие примеры. Азамат Хаширов, студент химического факультета Кабардино-Балкарского университета, на Выставке инновационных проектов молодых ученых Северного Кавказа представил новый материал для 3D-печати на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и галлуазита, минерала подкласса слоистых силикатов.

Сегодня сразу несколько крупных научных и инженерных центров России говорят о своем интересе к теме аддитивных технологий. На базе завода «Воронежсельмаш» реализуется проект по созданию профильного центра, здесь собран наиболее полный комплект 3D-принтеров. Осенью прошлого года это направление было официально включено в список приоритетов ядерного кластера «Сколково». А Сибирское отделение РАН готовит заявку в Фонд перспективных исследований на создание своего Центра развития 3D-индустрии. Председатель отделения Александр Асеев полагает, что в России есть реальная возможность организовать в сжатые сроки производство различных 3D-принтеров и сырья для них.

4.jpg

И новости, подтверждающие эту мысль, понемногу, но появляются. В марте сотрудники Центра перспективных конструкций «Сколтех» объявили о том, что им удалось создать новый композитный материал, характеризующийся высокой прочностью (более 400 МПа, в то время как у традиционных конструкционных алюминиевых сплавов – 200–300 МПа). «Самая распространенная технология 3D-печати состоит в разогреве пластика в экструдере принтера и послойном наплавлении изделия. Если в эту тонкую струйку внедрить армирующие волокна, то на выходе получится композитный материал крепче алюминия», – поясняет старший научный сотрудник центра «Сколтех» Федор Антонов. Однако возникает проблема с тем, чтобы добиться хорошего качества получаемого изделия. Собственно, достоинство разработки в формировании крепкой поверхности сопряжения между компонентами композита.

Это позволяет перейти от прототипирования к изготовлению нагруженных элементов конструкций, то есть соответствует глобальному тренду, обозначенному Wohlers. Кстати, проектирование таких конструкций – отдельная задача, за которую отвечает команда из Санкт-Петербургского политеха. «Вы сможете печатать детали для беспилотников, квадрокоптеров и роботов, лопасти, кронштейны, корпусные элементы – выбор практически неограничен. Можете напечатать, например, протезы, ортопедические стельки для ботинок, пряжки для ремней. В конце концов, можете напечатать негнущуюся крышку для вашего телефона. А в будущем эту технологию можно будет использовать в аэрокосмической отрасли», – заключает Федор Антонов. Замена материалов с пластиков для прототипирования на более прочные и дальнейшая отработка технологического процесса, как ожидается, позволят улучшить текущие показатели в два-три раза. В течение ближайших двух лет планируется спроектировать, изготовить и испытать конструкции из новых материалов в интересах индустриального партнера проекта – Объединенной ракетно-космической корпорации.

Кто на новенького?

Каждый год в Америке проходит конференция TED – одна из самых известных в мире площадок для презентации идей, меняющих мир. Когда-то здесь были представлены персональный компьютер Macintosh и первый компакт-диск Sony. В этом году одной из главных премьер конференции стала технология CLIP, позволяющая «выращивать» предметы, играя на балансе света и кислорода. Аббревиатура произошла от Continuous Liquid Interface Production, что означает непрерывное изготовление в жидком интерфейсе. Суть в том, что создается прозрачное окно, которое подобно линзе пропускает свет и кислород в емкость с жидким фоточувствительным полимером. Кислород не позволяет отдельным его участкам затвердевать, а ультрафиолет, наоборот, используется в качестве фиксатора. Автомат контролирует дозирование кислорода и света, «выращивая» изделие. Создатели из компании Carbon3D уверяют, что скорость печати у CLIP-устройства может быть в 25–100 раз выше, чем на обычном 3D-принтере (в зависимости от модели). Еще одно достоинство – более устойчивые механические свойства из-за отсутствия швов спекания. При этом CLIP допускает использование для литья весьма широкого перечня материалов. Например, применяя в качестве исходного сырья эластомеры, можно выпускать детали самых разных продуктов от спортивной обуви до автокомпонентов.


Ольга Михайлова


почитать еще
Кисель из полимера

Кисель из полимера

Яблони, жимолость, черемуха и множество роз… Похоже на описание южного сада? На самом деле это экспериментальная площадка в Салехарде – единственном в мире городе, находящемся непосредственно на полярном круге. Прижиться нетипичным для местного климата растениям помогает криогель, созданный томскими учеными из Института химии нефти Сибирского отделения РАН.

читать полностью
«Чулок» на трубу

«Чулок» на трубу

Полимерная мастика хабаровчанина Георгия Гершмана вошла в список наиболее перспективных изобретений, который опубликовал на своем сайте Роспатент. Речь о гидроизоляционном покрытии, которое может применяться для защиты металлических, гипсоволокнистых и деревянных поверхностей от разрушающего воздействия окружающей среды.

читать полностью
Поморский гигант

Поморский гигант

Из 45 тыс. пластиковых бутылок можно сделать 6,5 тыс. новых футболок. Но это при условии, что использованная тара попадет в переработку. По своей сути пластик – один из самых экологичных материалов на планете, ведь его можно использовать почти до бесконечности. Но в России идея экологически ответственного поведения пока не очень популярна. Чтобы пропагандировать ее, в Архангельске собрали из пластиковых бутылок 12-метрового слона – скульптуру, аналогов которой в мире еще не было.

читать полностью