Эксперт Эксперт - Эксперт № 49 (2014)

В работе над статьей принимали участие Евгения Обухова, Юрий Полунин, Вера Пыжьянова

Порошки избавляют от лишнего Александр Механик

В мире происходит бум аддитивных технологий, рынок растет на 27% ежегодно. Россия включается в новую технологическую гонку, и ведущую роль здесь играет Всероссийский институт авиационных материалов

section class="box-today"

Сюжеты

Технологии:

«Воронеж» замыкает кольцо

Убивает вирус

/section section class="tags"

Теги

Наука

Технологии

/section

В настоящее время в качестве приоритетов технологического развития все больше выдвигаются так называемые новые перспективные технологии, основанные на широком применении новых материалов, информационных технологий и глубокой автоматизации производственных процессов. Для обозначения производств, где такие технологии применяются, используется понятие «передовое производство» (advanced manufacturing), введенное Национальной ассоциацией перспективных производственных технологий США (National Association of Advanced Manufacturing, NACFAM)*. Один из признаков такого производства, отличающих его от традиционного, — кастомизация, то есть возможность относительно простой перестройки производства, основанной на цифровых технологиях, для приспособления его к индивидуальным потребностям заказчиков.

figure class="banner-right"

var rnd = Math.floor((Math.random() * 2) + 1); if (rnd == 1) { (adsbygoogle = window.adsbygoogle []).push({}); document.getElementById("google_ads").style.display="block"; } else { }

figcaption class="cutline" Реклама /figcaption /figure

К таким технологиям в первую очередь относятся композитные материалы, робототехника, которой была посвящена статья «На обочине нечеловеческого прогресса» (см. «Эксперт» № 47 за 2014 год), и аддитивные технологии, более известные как 3D-технологии, или 3D-принтинг. 3D-принтеры, позволяющие изготавливать из различных пластмасс разнообразные бытовые принадлежности, уже предлагаются для домашнего пользования. Герои известного американского сериала «Теория большого взрыва», физики и инженеры, забавляются тем, что печатают игрушки-автопортреты. Известно, что на таких принтерах уже печатают пистолеты, пока не боевые, а кому-то удалось даже напечатать автомобиль.

Но у этой технологии есть и другие, более впечатляющие возможности изготовления деталей из различных металлов, что позволяет во многих случаях отказаться от использования металлорежущего и кузнечно-прессового оборудования. О внимании к аддитивным технологиям со стороны российского правительства в интервью «Эксперту» говорил первый заместитель министра промышленности и торговли Российской Федерации Глеб Никитин (см. «Производительные силы, подъем!», «Эксперт» № 27 за 2014 год).

Состояние аддитивных технологий в России мы обсуждаем с генеральным директором Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) академиком РАН Евгением Кабловым . И это не случайно. На днях министр промышленности и торговли Денис Мантуров предложил сформировать на базе ВИАМа специальный центр материаловедения. В его задачи будет входить консолидация инновационного потенциала в области материалов для всей отечественной промышленности, в том числе авиастроения. Одна из инновационных задач, которые сейчас решает ВИАМ, — аддитивные технологии.

Генеральный директор Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) академик РАН Евгений Каблов

Фото: ОЛЕГ СЕРДЕЧНИКОВ

Мы начали нашу беседу с вопроса:

— Чем аддитивные технологии отличаются от традиционных?

— Традиционные технологии являются, как говорят, вычитающими. Берется кусок материала, и лишнее путем деформации или механической обработки удаляются. Как сказал Огюст Роден вслед за Микеланджело, «я беру глыбу и отсекаю от нее все лишнее. И получается идеальная скульптура». При этом доля использования материала составляла в лучшем случае 50 процентов, а в некоторых видах обработки не более 20–30.

А аддитивные технологии изготовления деталей — добавляющие, потому что материал по мере изготовления изделия добавляется, хотя не всякие технологии добавления материала можно назвать аддитивными, а только те, которые создают объект послойно на основе трехмерной компьютерной модели.

Аддитивные технологии позволяют использовать практически ровно то количество материала, которое необходимо для готовой детали. Микеланджело ничего не потребовалось бы отсекать. Исследования британских ученых показали, что экономия сырья при использовании аддитивных технологий может достигать 75 процентов.

Первые АМ-системы (Additive Manufacturing) были предназначены для производства изделий преимущественно из полимерных материалов, тогда как сегодняшние установки способны производить детали из металлов, и это существенно расширяет области их использования.

— Что необычного позволяют сделать аддитивные технологии, если сравнивать их с традиционными методами обработки металлов?

— Можно, например, вырастить «деталь в детали», можно вырастить деталь с переменными по толщине свойствами материала, можно выращивать сетчатые конструкции, которые невозможно получить ни литьем, ни механообработкой. Например, очень сложные системы охлаждения, и при этом заменить целые узлы, собранные из нескольких деталей, одной деталью. Или изготавливать детали, спроектированные на основе бионических принципов. То есть попытаться делать их так, как делает природа. Например, эндопротез пустотелой кости. Китайцы создали установку для медицинских целей, которая позволяет в военных условиях при черепно-мозговых травмах обмерять голову, тут же изготавливать соответствующую пластину по модели головы и проводить краниопластику.

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.