Аддитивные технологии: прощай «дедовское» производство?

"Аддитивка" через несколько лет вытеснит фабричное производство?

За последние шесть лет "аддитивные технологии" в России проделали путь от инженерных разработок до внедрения 3D печати и принтеров в производство. Кроме того, в нескольких российских ВУЗах открылись лаборатории технологий наращивания и синтеза объектов.

Главным преимуществом аддитивных технологий по сравнению с традиционными методами моделирования является экономия времени и материала на производство. Согласно мнениям экспертов, полностью подчиненная IT "аддитивка" через несколько лет и вовсе вытеснит "дедовское" фабричное производство. Множество способов плавления и спекания разных видов материи позволяет использовать аддитивные технологии сегодня как в промышленности, строительстве, так и в создании штучных продуктов.    

В настоящее время в Санкт-Петербурге помимо центров 3D печати, специализирующихся на работе с мелкими и средними объектами, появляются крупногабаритные принтеры, но данная ниша остается почти не занятой из-за отсутствия достаточных экономических оснований для полной замены литья и штамповки печатью. Тем не менее, СПБГУ и СПБПУ все чаще обращают внимание на аддитивные технологии как на возможность коренного преобразования промышленности: университетские исследования ориентируются на показатели целесообразности того или иного типа аддитивных технологий. А с 2016 года в городе проводятся выставки и форумы, посвященных цифровому производству.

Бизнес на 3D

Единственным коммерческим производителем крупногабаритных принтеров в Санкт-Петербурге в настоящее время является компания ООО "Аддитивные Технологии". Компания использует принтер АТ700, работающий по принципу создания форм на основе холодно-твердеющих смесей, что позволяет печатать формы для большинства промышленных металлов с предельно малой потерей исходного сырья (примерно на 50 %). Цифровая модель для АТ700 может быть распространена как STL-файл между многими производственными зонами – это полностью снимает проблему передачи данных. В прошлом году компания собрала аналогичный крупногабаритный принтер АТ1000 на Магнитогроском металлургический комбинате (ММК) – вот где действительно востребованы подобные инновации. В Санкт-Петербурге принтеры АТ700 задействованы на АО "Балтийский завод".

В городе работает более двадцати центров 3D печати и парков аддитивных технологий. Их специализация – печать мелких и средних деталей разного материала (пластик, керамика, литейный песок, металл). 3DLAM (ЗАО "Биоград"), кажется, наиболее ответственно следует идеологии "цифровизации" производства. Компания сама разрабатывает SLM 3D-принтеры, фирменные аддитивные системы с лазерами IPG Photonics, занимается прошивкой контроллеров и созданием программного обеспечения. 3DLAM делает серьезный вклад в развитие аддитивных технологий как в Санкт-Петербурге, так и в целом – в стране (у компании есть филиалы). Именно 3DLAM оказалась одной из первых компаний, наиболее удачно развернувшей бизнес на печати деталей и кастомизированных изделий из металла.

По экспертным оценкам рынок аддитивных технологий растет на 30 % ежегодно. Наиболее популярные в Санкт-Петербурге компании значительно расширили диапазон предлагаемых услуг к 2021 году. "Диполь" и АО "Центр аддитивных технологий" достаточно быстро адаптировались к новым запросам клиентов: помимо печати компании оказывают услуги 3D моделирования и 3D сканирования физических объектов. 3D сканирование упрощает и ускоряет работу в автомобилестроении, энергетике, приборостроении: нужные отсканированные детали проходят редактуру в CAD и распечатываются в нужной форме, что позволяет буквально возродить в точности до миллиметра сломанную деталь автомобиля. 3D моделирование на базе компании позволяет заказчику продумать будущий объект с самого зарождения его "цифрового образа". Наличие этих важных дополнительных услуг в числе предлагаемых компаниями характеризует рост клиентоориентированности в сфере аддитивных технологий. 

Наука удачно экспериментирует

Настоящим успехом в развитии новых подходов к использованию аддитивных технологий оказался проект института СПбГМТУ в 2020 году. Созданная технологическая установка лазерного выращивания для АО "ЦС "Звездочка" позволила многократно снизить себестоимость изготовления деталей сложной геометрии из высокопрочных материалов. Селективное лазерное плавление (SLS) – технология изготовления сложных по форме и структуре изделий из металлических порошков. Технология 3D-печати металлом способна с успехом заменить классические производственные процессы. Установка, созданная учеными СПбГМТУ, предназначена для судового машиностроения, и ее дальнейшая эксплуатация облегчит возможность ремонта судов.

Ранее, в 2019 году на базе СПбГМТУ с помощью лазерного выращивания было создано внешнее кольцо для двигателя ПД-14. Технология позволила втрое уменьшить массу заготовки, и, соответственно, снизить себестоимость, повышая тем самым конкурентоспособность отечественных авиационных двигателей. Данные проекты СПбГМТУ являются экспериментальными, массовое внедрение разработанных в институте аддитивных технологий ожидает своего дня и финансирования.

Начиная с 2016 года, петербургский Политех усовершенствует подходы к изучению и созданию аддитивных технологий. На базе университета был основан проект "Цифровая Фабрика", посвященный внедрению вспомогательных систем (PDA, SPDM) в работу с большим массивом данных (BigData) при 3D проектирование. "Цифровая Фабрика" в дальнейшем переформировалась в Лабораторию легких материалов, деятельность которой сосредоточена на создании полезных аддитивных разработок.

Так, СПБПУ недавно отметился удачным экспериментом с самой технологией печати. Ученые из Лабораторией легких материалов СПбПУ  ввели технологию электродугового выращивания, которая позволяет использовать металлическую проволоку вместо порошка, как это принято в "классическом" аддитивном производстве. Ученые отмечают, что экономически более рационально использовать именно проволоку, а не порошок, который, к тому же, требует большое число дополнительного оборудования для своего содержания.

Год назад СПбПУ  также создал удачную технологию, которая уже введена в промышленность. Ученые разработали способ 3D-печати изделий на основе материалов из карбида кремния SiC и исследовали свойства изготовленных деталей. Устойчивый к коррозии и высоким температурам карбид кремния оказался перспективным материалом для замены металлических сплавов в ракетостроении, авиации и энергетической промышленности, что приводит к снижению весовых характеристик деталей и экономическому успеху данной инновации.

Большое равно малому?

Ситуация с аддитивными технологиями в Санкт-Петербурге полностью отражает общемировую тенденцию развития цифрового производства. Если бизнес ищет новые стратегически решения для охвата большего количества клиентов и "растет вширь", то наука занята кропотливым и углубленным изучением существующих методов и разработкой новых, более рациональных и экономичных. Конечно, все еще существует зазор между экспериментальным и массовым, только разработанными проектами и уже укорененными технологиями. Но все та же общемировая тенденция дает понять, что связь науки и бизнеса возникает там, где совершаются значимые технические прорывы.

Фото: Pixabay.com