eng
От моделей и прототипов – к серийному производству
Что мешает и что может помочь переходу к массовому внедрению аддитивных технологий в отраслях промышленности, относящихся к машиностроению? Эти вопросы были рассмотрены на круглом столе «АТ в машиностроении: когда мы будем печатать машины целиком», который состоялся в рамках третьего Лидер-форума «Аддитивные технологии. Расширяя горизонты», организованного Ассоциацией развития аддитивных технологий.
В обсуждении повестки, актуальной для разных отраслей машиностроительного комплекса, приняли участие представители АО «РусАТ», АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», ПАО «КАМАЗ», ФГУП «НАМИ», ФГУП «НПО «Техномаш» и АО «ОСК». Модерировала дискуссию Ольга Оспенникова, советник президента АО «ТВЭЛ».
Цифровизация машиностроения выводит аддитивные технологии на первые роли, а они, в свою очередь, требуют от предприятий вносить кардинальные изменения в процессы проектирования и конструирования, в технологические циклы и логистические цепочки, а также переобучать кадры или нанимать готовых специалистов в области 3D-печати.
На многих крупных предприятиях и в исследовательских институтах уже накоплен опыт использования 3D-печати, прежде всего для моделирования и прототипирования, что существенно повышает их конкурентоспособность. А вот число российских компаний и корпораций, внедривших аддитивные технологии в серийное производство пока очень мало. Для того чтобы их стало больше, отечественному машиностроению нужно преодолеть ряд препятствий и выполнить несколько условий.
Зависимость от импорта
Объем мирового рынка аддитивных технологий сегодня составляет около 12 млрд долл., и только 1% из них, то есть 4 млрд руб., приходится на Россию, такие данные на круглом столе привел Михаил Турундаев, генеральный директор компании «Русатом – Аддитивные Технологии» (АО «РусАТ») и исполнительный директор Ассоциации развития аддитивных технологий. При этом, по его словам, 90% этих средств приходится на долю иностранных поставщиков оборудования. С одной стороны, для производителей из России это вызов, с другой – оказавшись в жестких конкурентных условиях, они изначально нацеливаются на высокое качество своих принтеров и сопутствующих им установок. Как результат, многие отечественные производители добились успехов в изготовлении принтеров для печати пластика. «Российские компании сегодня с успехом продвигают и продают их на зарубежных рынках», – констатировал Михаил Турундаев, добавив, что в России уже появилось и несколько компаний-производителей 3D-принтеров для печати металла.
Компанией «РусАТ» разработаны модели такого оборудования 3D-печати разных размеров: среднеразмерный принтер с камерой 300 мм, крупноразмерный – с камерой 600 мм, и вся необходимая техническая документация к ним. По словам Михаила Турундаева, они уже применяются на предприятиях различных отраслей для изготовления опытных образцов изделий, для научно-исследовательских работ, для образовательных программ. Цель компании на ближайшие два года – догнать и перегнать по качеству печати лидирующих западных производителей.
Импортные промышленные 3D-принтеры использует ПАО «КАМАЗ». «Как следствие, мы „завязаны“ на оригинальные материалы для печати, отказаться от которых не можем, не потеряв гарантию», – рассказал Антон Аношкин, специалист 1‑й категории Группы экспериментальных технологий ПАО «КАМАЗ». По его словам опытное производство предприятия активно применяет аддитивные технологии. Благодаря тому, что макеты деталей для опытных образцов изготавливаются на 3D-принтерах, каждую такую деталь можно «примерить», посмотреть, как она будет «сидеть» в узле, и понять, подходит ли она по дизайну. Этот инновационный подход к моделированию позволяет очень быстро изменять конструкцию деталей, а при необходимости вносить коррективы за несколько итераций.
Во ФГУП «НАМИ», который является пионером в разработке перспективных изделий для российского автопрома, аддитивные технологии начали применяться еще 17 лет назад (тогда это была стереолитография). Сегодня в институте используются по большей части импортные оборудование и полимерные порошки, признал Кирилл Казмирчук, начальник отдела перспективных технологий и развития ФГУП «НАМИ». По его словам, без аддитивных технологий проект «Единая модульная платформа» невозможно было бы реализовать в установленные сроки, и потому они сразу закладываются в будущие проекты.
Высокое проникновение аддитивных технологий в производственные процессы отмечается в НПО «Техномаш». В задачи этого научно-производственного объединения входит отработка внедрения технологий на всех предприятиях аэрокосмической отрасли. «Мы делаем станки и отрабатываем аддитивные технологии, – говорит Валерий Семенов, представлявший на круглом столе это федеральное государственное унитарное предприятие. – Сейчас приступили к отработке нового большого станка лазерного наращивания с одновременной механической обработкой. Его лазерная головка и стол позволяют выпускать детали размерами 500 × 400 мм и 500 × 800 мм». Кроме того, на этом станке сразу после лазерного наращивания можно выполнить механическую обработку детали, а потом снова произвести лазерное наращивание.
Для отработки технологий 3D-печати, по словам В. Семенова, используется оборудование иностранного происхождения, что, впрочем, не мешает НПО «Техномаш» работать с российскими поставщиками металлических порошков, в том числе жаропрочных.
Не зависит от импортного печатного оборудования и АО «Объединенная судостроительная корпорация» (АО «ОСК»). Александр Прохода, руководитель проекта отдела инноваций и технического развития АО «ОСК», объяснил это спецификой производства. По его словам, в корпорации ведется опытная эксплуатация двух 3D-принтеров для печати металлических изделий. В Москве и Северодвинске идет освоение этой техники и технологий прямой печати.
АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», активно внедряющее аддитивные технологии, не зависит от поставок из-за рубежа. «Импортные материалы использовал металлический принтер, но мы проводим приемо-сдаточные испытания по вводу в эксплуатацию установки газоавтоматизации и оптимизации, – рассказал Сергей Павлов, заместитель директора НИИПМ АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», – и в скором времени будем обеспечены металлическими порошками заданной формы и качества».
В основном, аддитивные технологии используются концерном для продукции гражданского применения. Так, с помощью SLS-принтера выпускаются детали на опытном производстве, где для литья изготавливаются полимерные формы.
Не без проблем
Технологии 3D-печати в силу своей цифровой природы принципиально меняют традиционные подходы к проектированию и конструированию изделий и потому их внедрение – это вызов для специалистов в области технического дизайна. Но, как отметили многие участники дискуссии, на практике аддитивные технологии очень нравятся конструкторам. «Стоит им один раз попробовать и увидеть, что получается, они быстро входят во вкус», – констатировал Антон Аношкин. В этом его поддерживает и коллега из НАМИ. «Когда конструкторы видят скорость изготовления деталей, которую обеспечивает 3D-печать, они очень быстро привыкают ею пользоваться», – подтвердил К. Казмирчук.
Но если для КАМАЗа единственным фактором, сдерживающим внедрение аддитивных технологий, являются длинные сроки поставки импортных материалов, то конструкторы НАМИ испытывают сложности с их применением при проектировании наукоемких деталей, при генеративном дизайне, в тепловых расчетах и т. д.
Другого порядка барьеры возникают в таких исторически консервативных отраслях, как атомная промышленность, космическая промышленность, судостроение и производство вооружений.
«Мы в компании „РусАТ“ разработали дорожную карту внедрения аддитивных технологий на разных предприятиях Росатома, постоянно ее обновляем, популяризируем – работаем с технологами, конструкторами, – рассказал Михаил Турундаев. – Как профессионалы, они видят, что эти технологии дают при проектировании совершенно другую степень свободы. Но поставить изделия, выполненные с помощью 3D-печати, на производство, а потом и в реакторы очень сложная задача, поскольку речь идет о безопасности».
По его словам, сначала произведенные с помощью аддитивных технологий и обеспеченные технической документацией изделия в течение года испытываются в исследовательском реакторе, а затем, в случае успешного результата, проходят процедуры аттестации и сертификации, которые тоже занимают немало времени.
Переход к внедрению в серийное производство аддитивных технологий в космической отрасли тоже сдерживается из-за ее консервативности. Изделиям-продуктам 3D-печати там также требуются долгие проверки и испытания, констатировал Валерий Семенов. Срок активного существования в космосе нашего аппарата – 15 лет, отметил он, а это значит, что замене утвержденной и проверенной годами конструкции должны предшествовать ресурсные испытания, в ходе которых нужно будет подтвердить множество факторов. «Довольно сложно доказать, что деталь, выполненная с помощью аддитивных технологий может заменить аналогичную деталь, полученную одним из традиционных методов», – сказал Валерий Семенов.
Выход, который нашли в НПО «Техномаш», – использовать аддитивные технологии для новых изделий – ракето-носителей, космической станции, которые разрабатываются сегодня. Этому способствует цифровизация проектно-конструкторской документации. В таком виде ее сразу можно направлять конструкторам для создания модели детали, которая будет изготавливаться с помощью 3D-печати.
Судостроителей от внедрения аддитивных технологий в серийное производство удерживает отсутствие прогнозируемых свойств материалов, которые используются для изделий. «Пока аддитивное производство не может обеспечить гарантированные свойства материалов, и в этих условиях представитель заказчика не берет на себя ответственность за возможный выход изделий из строя», – констатировал Александр Прохода, говоря о препятствиях на пути к внедрению 3D-печати в АО «ОСК», которые еще предстоит преодолеть.
Отсутствие четкого понимания, как оценивать качество изделий, изготовленных с помощью аддитивных технологий, сдерживает внедрение аддитивных технологий в серийное производство военной продукции в АО «Концерне ВКО «Алмаз-Антей». «На сегодняшний день в России нет специализированных ГОСТов, в которых определен необходимый для оценки качества таких деталей объем испытаний», – заметил Сергей Павлов.
Для того чтобы выйти из этого положения, по его словам, на предприятии запускаются в опытное 3D-производство образцы деталей из номенклатуры военной техники, а потом делаются попытки доказать представителям заказчиков, что по своим характеристикам эти детали совпадают с теми, которые изготавливаются традиционными способами.
Стандартизация и сертификация
Поскольку аддитивные технологии довольно новые и сложные, подготовка нормативной базы для их внедрения и использования на предприятиях машиностроительного комплекса – актуальная задача сегодня во всем мире. В России разработкой стандартов в сфере аддитивного производства и аддитивных технологий занимается созданный в 2015 году при Росстандарте и на базе ВИАМ Технический комитет № 182, в который входят представители нескольких десятков организаций из различных отраслей. Несмотря на то, что с тех пор разработано немало стандартов, их по-прежнему не хватает.
Всё: новизна технологии, материалов, оборудования, а также, как отмечается в аналитическом отчете «Стандартизация и сертификация Аддитивных технологий в РФ и мире. Текущий статус, 2018 г.», подготовленном исследовательской компанией J’son&Partnеrs, отсутствие общепризнанной научной системы измерений, контроля качества и стандартов, предъявляемых к процессам и результату 3D-печати, говорит о том, что нормативная база в этой сфере до конца не сформирована.
К началу декабря 2021 года в России уже было утверждено 33 стандарта, из них 7 было разработано и утверждено при участии компании «РусАТ». Еще 5 стандартов разработаны ею, зарегистрированы и ждут утверждения, а 10 стандартов находятся в разной степени готовности. В общей сложности предприятиями Госкорпорации «Росатом» разработано 22 стандарта. Такие данные привел на круглом столе Михаил Турундаев. По его словам, подготовка даже одного такого нормативного документа – это серьезная, объемная работа, выполнение которой занимает не меньше года.
Задачи стандартизации аддитивных производств и сертификации их изделий имеют свою специфику в каждой отрасли. Так, АО «ОСК», по словам Александра Проходы, в их решении ориентируется на законодателя мод в своей области – отраслевой институт НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей». От него АО «ОСК» ожидает стандартов аддитивных технологий и производств, а также материалов для них.
ФГУП «НАМИ» активно участвует в работе ТК № 182. «Большая часть стандартов, вынесенных на обсуждение, была нами рассмотрена, – рассказал Кирилл Казмирчук, – и мы, в целом, ими и руководствуемся. Разрабатывать стандарты специально для автомобилестроительной отрасли мы пока не планируем».
Если же стандарты, применимые к грузовым и легковым автомобилям все-таки появятся, то КАМАЗ их поддержит. «Мы понимаем, что находимся в одной лодке и невозможно в одном государстве работать по разным стандартам, действующим на отдельных предприятиях», – подчеркнул Антон Аношкин.
Чем может помочь государство?
Инициатором вовлечения государства в развитие аддитивных технологий выступила Госкорпорация «Росатом». Летом 2019 года Правительство Российской Федерации и ГК «Росатом» подписали соглашение о развитии в нашей стране «Технологий материалов и веществ», нацеленное на выход России на позиции одного из лидеров на глобальных технологических рынках в этой области. А весной 2020 года Юрий Борисов, заместитель Председателя Правительства РФ, утвердил «дорожную карту» развития аддитивных технологий.
«Аддитивное производство наукоемкое, и устранять отставание от ведущих мировых производителей, а также вести собственные разработки можно только опираясь на фундаментальные научные исследования», – отметил Михаил Турундаев. По его словам, лидирующих позиций на мировом рынке можно достичь за счет поддержки государства – финансирования научных исследований, разработок уникальных решений в области технологий, 3D-принтеров, материалов, необходимых предприятиям различных отраслей для наверстывания отставания.
В 2021 году в дополнение к «дорожной карте» появился второй инструмент – Комплексный научно-технический план, или КНТП. Он включает в себя все научные разработки в части оборудования, материалов и прочее для создания конечного результата – внедрения в производство той или иной аддитивной технологии или российского 3D-принтера с уникальными возможностями, полученными в результате фундаментальных НИРов. Для его формирования на протяжении года компания «РусАТ» собирала проекты, научные и производственные, по всему рынку. Затем была разработана заявка, предполагающая софинансирование со стороны государства таких проектов в размере 50% от их стоимости.
По словам Михаила Турундаева, в определении размеров поддержки формирующейся инновационной отрасли ориентироваться стоит на страны – мировые лидеры в этой области. США уже многие годы инвестируют в развитие аддитивных технологий по 10 млрд долл. в год, поскольку правительство этой страны и поняло их важность, и правильно оценило их перспективы. В Китае несколько лет назад тоже была принята национальная программа развития этих технологий, в которую государство вкладывает порядка 8–10 млрд долл. в год. «Это очень хорошие примеры государственной поддержки бизнеса, создания новой отрасли, и мы бы очень хотели, чтобы в России нас тоже поддержали, – сказал он. – Мы ждем от государства помощи в финансовом плане, специальных мер поддержки, в том числе малого и среднего бизнеса, каких-то новых стандартов, которые позволят быстрее внедрять аддитивные технологии в серийное производство», – заявил эксперт.
У Ассоциации, исполнительным директором которой является Михаил Турундаев, уже есть поддержка со стороны Минпромторга России: ведомство участвует в работе этой организации. И это дает основания для оптимизма.
«Открытие целенаправленных опытно-конструкторских работ (ОКР), которые „привязаны“ к конкретному изделию – к проекту корабля, было бы оптимальным решением, – сказал Александр Прихода. – Для этого нужен заказ от государства, но пока от Министерства обороны РФ такого заказа в АО „ОСК“ не поступало».
По его словам, комплексные ОКР помогут создать нормативную базу для внедрения аддитивных технологий в судостроении, материалы, а также какое-то оборудование. В АО «ОСК» уже создается программа таких работ, рассчитанная на перспективу 4–5 лет. После утверждения генеральным директором будут изыскиваться источники ее финансирования.
Покупка нового 3D-принтера, констатирует Кирилл Казмирчук, или сопутствующей ему установки является самой большой статьей затрат в бюджете и первой позицией, которая из него исключается при оптимизации. «Нужно придумать какой-то новый механизм бюджетирования этого направления, чтобы не смешивать закупки классического оборудования и инновационного, требующего отдельного развития и отдельного внимания», – сказал он. В качестве такого механизма может рассматриваться дополнительное финансирование государством отдельных инвестиционных проектов, предусматривающих приобретение оборудования.
Эту позицию поддержал и Антон Аношкин. По его мнению, всем компаниям, которые хотят внедрить аддитивные технологии в процесс производства, были бы интересны субсидии на закупку оборудования или даже налоговые льготы на его использование в рамках производственного процесса.
Кроме того, нужна помощь государства в финансировании подготовки образовательных программ, ориентированных как на подготовленных специалистов, так и на тех, кто только выбирает профессию. «Если мы говорим о массовом внедрении аддитивных технологий в производство, то квалифицированных специалистов может оказаться недостаточно, – заметил он. – Нужно создавать образовательные центры, разрабатывать программы, стараться заинтересовать студентов и школьников, давать им актуальные знания, чтобы они хотели развиваться в сфере аддитивных технологий в течение всей своей профессиональной жизни».
Кадры для новой отрасли
Технологии 3D-печати требуют принципиально нового подхода во всем, в том числе и к подготовке проектировщиков, конструкторов, технологов, разработчиков специализированного программного обеспечения. Первые представления об аддитивных технологиях и навыки их использования должны формироваться еще в школе.
По словам Михала Турундаева, ряд российских вузов уже внедрил образовательные программы, как для бакалавров, так и для магистров, по разным специальностям, связанным с этим направлением. Сейчас разрабатывается новый Федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС). В него уже включены аддитивные технологии.
Но надо говорить не о вузах, убежден исполнительный директор Ассоциации. «Надо начинать со школ, создавать в них инженерные классы, есть такой проект у Минпросвещения РФ, – сказал он. – Работая на 3D-принтере, ученик узнает о новых профессиях и современном оборудовании, о том, чем занимаются конструкторы, операторы, технологи, программисты».
Понимая это, Госкорпорация «Росатом» оснастила лабораторию аддитивных технологий в сочинском образовательном центре «Сириус» FDM-принтерами, которые произвел завод «Электрохимприбор» (входит в структуру госкорпорации). «Мы не хотим на этом останавливаться, поскольку понимаем, что с маленького шага начинается очень многое», – сказал Михаил Турундаев.
Внедрение аддитивных технологий в производство неразрывно связано с его цифровизацией, с оцифровкой деталей, с построения цифровых моделей, которые впоследствии лягут в основу цифровых двойников, напомнил Валерий Семенов. Оборудование для аддитивных технологий для предприятий новое, а значит, обслуживать его должны люди новых специальностей.
При наличии системы подготовки кадров, начиная со школьной скамьи, нормативной базы в виде национальных стандартов, поддержки государства производителей оборудования и материалов для аддитивных технологий, а также их потребителей в форме финансирования ОКР или инвестпроектов 3D-печать может получить более широкое распространение в разных отраслях машиностроения.
Подводя итоги дискуссии, О. Оспенникова выразила надежду на то, что аддитивные технологии будут использоваться для производства деталей 3‑го уровня, имеющих полный комплект технической документации и прошедших все необходимые квалификационные испытания.
А. Е. Крылова
Что мешает и что может помочь переходу к массовому внедрению аддитивных технологий в отраслях промышленности, относящихся к машиностроению? Эти вопросы были рассмотрены на круглом столе «АТ в машиностроении: когда мы будем печатать машины целиком», который состоялся в рамках третьего Лидер-форума «Аддитивные технологии. Расширяя горизонты», организованного Ассоциацией развития аддитивных технологий.
В обсуждении повестки, актуальной для разных отраслей машиностроительного комплекса, приняли участие представители АО «РусАТ», АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», ПАО «КАМАЗ», ФГУП «НАМИ», ФГУП «НПО «Техномаш» и АО «ОСК». Модерировала дискуссию Ольга Оспенникова, советник президента АО «ТВЭЛ».
Цифровизация машиностроения выводит аддитивные технологии на первые роли, а они, в свою очередь, требуют от предприятий вносить кардинальные изменения в процессы проектирования и конструирования, в технологические циклы и логистические цепочки, а также переобучать кадры или нанимать готовых специалистов в области 3D-печати.
На многих крупных предприятиях и в исследовательских институтах уже накоплен опыт использования 3D-печати, прежде всего для моделирования и прототипирования, что существенно повышает их конкурентоспособность. А вот число российских компаний и корпораций, внедривших аддитивные технологии в серийное производство пока очень мало. Для того чтобы их стало больше, отечественному машиностроению нужно преодолеть ряд препятствий и выполнить несколько условий.
Зависимость от импорта
Объем мирового рынка аддитивных технологий сегодня составляет около 12 млрд долл., и только 1% из них, то есть 4 млрд руб., приходится на Россию, такие данные на круглом столе привел Михаил Турундаев, генеральный директор компании «Русатом – Аддитивные Технологии» (АО «РусАТ») и исполнительный директор Ассоциации развития аддитивных технологий. При этом, по его словам, 90% этих средств приходится на долю иностранных поставщиков оборудования. С одной стороны, для производителей из России это вызов, с другой – оказавшись в жестких конкурентных условиях, они изначально нацеливаются на высокое качество своих принтеров и сопутствующих им установок. Как результат, многие отечественные производители добились успехов в изготовлении принтеров для печати пластика. «Российские компании сегодня с успехом продвигают и продают их на зарубежных рынках», – констатировал Михаил Турундаев, добавив, что в России уже появилось и несколько компаний-производителей 3D-принтеров для печати металла.
Компанией «РусАТ» разработаны модели такого оборудования 3D-печати разных размеров: среднеразмерный принтер с камерой 300 мм, крупноразмерный – с камерой 600 мм, и вся необходимая техническая документация к ним. По словам Михаила Турундаева, они уже применяются на предприятиях различных отраслей для изготовления опытных образцов изделий, для научно-исследовательских работ, для образовательных программ. Цель компании на ближайшие два года – догнать и перегнать по качеству печати лидирующих западных производителей.
Импортные промышленные 3D-принтеры использует ПАО «КАМАЗ». «Как следствие, мы „завязаны“ на оригинальные материалы для печати, отказаться от которых не можем, не потеряв гарантию», – рассказал Антон Аношкин, специалист 1‑й категории Группы экспериментальных технологий ПАО «КАМАЗ». По его словам опытное производство предприятия активно применяет аддитивные технологии. Благодаря тому, что макеты деталей для опытных образцов изготавливаются на 3D-принтерах, каждую такую деталь можно «примерить», посмотреть, как она будет «сидеть» в узле, и понять, подходит ли она по дизайну. Этот инновационный подход к моделированию позволяет очень быстро изменять конструкцию деталей, а при необходимости вносить коррективы за несколько итераций.
Во ФГУП «НАМИ», который является пионером в разработке перспективных изделий для российского автопрома, аддитивные технологии начали применяться еще 17 лет назад (тогда это была стереолитография). Сегодня в институте используются по большей части импортные оборудование и полимерные порошки, признал Кирилл Казмирчук, начальник отдела перспективных технологий и развития ФГУП «НАМИ». По его словам, без аддитивных технологий проект «Единая модульная платформа» невозможно было бы реализовать в установленные сроки, и потому они сразу закладываются в будущие проекты.
Высокое проникновение аддитивных технологий в производственные процессы отмечается в НПО «Техномаш». В задачи этого научно-производственного объединения входит отработка внедрения технологий на всех предприятиях аэрокосмической отрасли. «Мы делаем станки и отрабатываем аддитивные технологии, – говорит Валерий Семенов, представлявший на круглом столе это федеральное государственное унитарное предприятие. – Сейчас приступили к отработке нового большого станка лазерного наращивания с одновременной механической обработкой. Его лазерная головка и стол позволяют выпускать детали размерами 500 × 400 мм и 500 × 800 мм». Кроме того, на этом станке сразу после лазерного наращивания можно выполнить механическую обработку детали, а потом снова произвести лазерное наращивание.
Для отработки технологий 3D-печати, по словам В. Семенова, используется оборудование иностранного происхождения, что, впрочем, не мешает НПО «Техномаш» работать с российскими поставщиками металлических порошков, в том числе жаропрочных.
Не зависит от импортного печатного оборудования и АО «Объединенная судостроительная корпорация» (АО «ОСК»). Александр Прохода, руководитель проекта отдела инноваций и технического развития АО «ОСК», объяснил это спецификой производства. По его словам, в корпорации ведется опытная эксплуатация двух 3D-принтеров для печати металлических изделий. В Москве и Северодвинске идет освоение этой техники и технологий прямой печати.
АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», активно внедряющее аддитивные технологии, не зависит от поставок из-за рубежа. «Импортные материалы использовал металлический принтер, но мы проводим приемо-сдаточные испытания по вводу в эксплуатацию установки газоавтоматизации и оптимизации, – рассказал Сергей Павлов, заместитель директора НИИПМ АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», – и в скором времени будем обеспечены металлическими порошками заданной формы и качества».
В основном, аддитивные технологии используются концерном для продукции гражданского применения. Так, с помощью SLS-принтера выпускаются детали на опытном производстве, где для литья изготавливаются полимерные формы.
Не без проблем
Технологии 3D-печати в силу своей цифровой природы принципиально меняют традиционные подходы к проектированию и конструированию изделий и потому их внедрение – это вызов для специалистов в области технического дизайна. Но, как отметили многие участники дискуссии, на практике аддитивные технологии очень нравятся конструкторам. «Стоит им один раз попробовать и увидеть, что получается, они быстро входят во вкус», – констатировал Антон Аношкин. В этом его поддерживает и коллега из НАМИ. «Когда конструкторы видят скорость изготовления деталей, которую обеспечивает 3D-печать, они очень быстро привыкают ею пользоваться», – подтвердил К. Казмирчук.
Но если для КАМАЗа единственным фактором, сдерживающим внедрение аддитивных технологий, являются длинные сроки поставки импортных материалов, то конструкторы НАМИ испытывают сложности с их применением при проектировании наукоемких деталей, при генеративном дизайне, в тепловых расчетах и т. д.
Другого порядка барьеры возникают в таких исторически консервативных отраслях, как атомная промышленность, космическая промышленность, судостроение и производство вооружений.
«Мы в компании „РусАТ“ разработали дорожную карту внедрения аддитивных технологий на разных предприятиях Росатома, постоянно ее обновляем, популяризируем – работаем с технологами, конструкторами, – рассказал Михаил Турундаев. – Как профессионалы, они видят, что эти технологии дают при проектировании совершенно другую степень свободы. Но поставить изделия, выполненные с помощью 3D-печати, на производство, а потом и в реакторы очень сложная задача, поскольку речь идет о безопасности».
По его словам, сначала произведенные с помощью аддитивных технологий и обеспеченные технической документацией изделия в течение года испытываются в исследовательском реакторе, а затем, в случае успешного результата, проходят процедуры аттестации и сертификации, которые тоже занимают немало времени.
Переход к внедрению в серийное производство аддитивных технологий в космической отрасли тоже сдерживается из-за ее консервативности. Изделиям-продуктам 3D-печати там также требуются долгие проверки и испытания, констатировал Валерий Семенов. Срок активного существования в космосе нашего аппарата – 15 лет, отметил он, а это значит, что замене утвержденной и проверенной годами конструкции должны предшествовать ресурсные испытания, в ходе которых нужно будет подтвердить множество факторов. «Довольно сложно доказать, что деталь, выполненная с помощью аддитивных технологий может заменить аналогичную деталь, полученную одним из традиционных методов», – сказал Валерий Семенов.
Выход, который нашли в НПО «Техномаш», – использовать аддитивные технологии для новых изделий – ракето-носителей, космической станции, которые разрабатываются сегодня. Этому способствует цифровизация проектно-конструкторской документации. В таком виде ее сразу можно направлять конструкторам для создания модели детали, которая будет изготавливаться с помощью 3D-печати.
Судостроителей от внедрения аддитивных технологий в серийное производство удерживает отсутствие прогнозируемых свойств материалов, которые используются для изделий. «Пока аддитивное производство не может обеспечить гарантированные свойства материалов, и в этих условиях представитель заказчика не берет на себя ответственность за возможный выход изделий из строя», – констатировал Александр Прохода, говоря о препятствиях на пути к внедрению 3D-печати в АО «ОСК», которые еще предстоит преодолеть.
Отсутствие четкого понимания, как оценивать качество изделий, изготовленных с помощью аддитивных технологий, сдерживает внедрение аддитивных технологий в серийное производство военной продукции в АО «Концерне ВКО «Алмаз-Антей». «На сегодняшний день в России нет специализированных ГОСТов, в которых определен необходимый для оценки качества таких деталей объем испытаний», – заметил Сергей Павлов.
Для того чтобы выйти из этого положения, по его словам, на предприятии запускаются в опытное 3D-производство образцы деталей из номенклатуры военной техники, а потом делаются попытки доказать представителям заказчиков, что по своим характеристикам эти детали совпадают с теми, которые изготавливаются традиционными способами.
Стандартизация и сертификация
Поскольку аддитивные технологии довольно новые и сложные, подготовка нормативной базы для их внедрения и использования на предприятиях машиностроительного комплекса – актуальная задача сегодня во всем мире. В России разработкой стандартов в сфере аддитивного производства и аддитивных технологий занимается созданный в 2015 году при Росстандарте и на базе ВИАМ Технический комитет № 182, в который входят представители нескольких десятков организаций из различных отраслей. Несмотря на то, что с тех пор разработано немало стандартов, их по-прежнему не хватает.
Всё: новизна технологии, материалов, оборудования, а также, как отмечается в аналитическом отчете «Стандартизация и сертификация Аддитивных технологий в РФ и мире. Текущий статус, 2018 г.», подготовленном исследовательской компанией J’son&Partnеrs, отсутствие общепризнанной научной системы измерений, контроля качества и стандартов, предъявляемых к процессам и результату 3D-печати, говорит о том, что нормативная база в этой сфере до конца не сформирована.
К началу декабря 2021 года в России уже было утверждено 33 стандарта, из них 7 было разработано и утверждено при участии компании «РусАТ». Еще 5 стандартов разработаны ею, зарегистрированы и ждут утверждения, а 10 стандартов находятся в разной степени готовности. В общей сложности предприятиями Госкорпорации «Росатом» разработано 22 стандарта. Такие данные привел на круглом столе Михаил Турундаев. По его словам, подготовка даже одного такого нормативного документа – это серьезная, объемная работа, выполнение которой занимает не меньше года.
Задачи стандартизации аддитивных производств и сертификации их изделий имеют свою специфику в каждой отрасли. Так, АО «ОСК», по словам Александра Проходы, в их решении ориентируется на законодателя мод в своей области – отраслевой институт НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей». От него АО «ОСК» ожидает стандартов аддитивных технологий и производств, а также материалов для них.
ФГУП «НАМИ» активно участвует в работе ТК № 182. «Большая часть стандартов, вынесенных на обсуждение, была нами рассмотрена, – рассказал Кирилл Казмирчук, – и мы, в целом, ими и руководствуемся. Разрабатывать стандарты специально для автомобилестроительной отрасли мы пока не планируем».
Если же стандарты, применимые к грузовым и легковым автомобилям все-таки появятся, то КАМАЗ их поддержит. «Мы понимаем, что находимся в одной лодке и невозможно в одном государстве работать по разным стандартам, действующим на отдельных предприятиях», – подчеркнул Антон Аношкин.
Чем может помочь государство?
Инициатором вовлечения государства в развитие аддитивных технологий выступила Госкорпорация «Росатом». Летом 2019 года Правительство Российской Федерации и ГК «Росатом» подписали соглашение о развитии в нашей стране «Технологий материалов и веществ», нацеленное на выход России на позиции одного из лидеров на глобальных технологических рынках в этой области. А весной 2020 года Юрий Борисов, заместитель Председателя Правительства РФ, утвердил «дорожную карту» развития аддитивных технологий.
«Аддитивное производство наукоемкое, и устранять отставание от ведущих мировых производителей, а также вести собственные разработки можно только опираясь на фундаментальные научные исследования», – отметил Михаил Турундаев. По его словам, лидирующих позиций на мировом рынке можно достичь за счет поддержки государства – финансирования научных исследований, разработок уникальных решений в области технологий, 3D-принтеров, материалов, необходимых предприятиям различных отраслей для наверстывания отставания.
В 2021 году в дополнение к «дорожной карте» появился второй инструмент – Комплексный научно-технический план, или КНТП. Он включает в себя все научные разработки в части оборудования, материалов и прочее для создания конечного результата – внедрения в производство той или иной аддитивной технологии или российского 3D-принтера с уникальными возможностями, полученными в результате фундаментальных НИРов. Для его формирования на протяжении года компания «РусАТ» собирала проекты, научные и производственные, по всему рынку. Затем была разработана заявка, предполагающая софинансирование со стороны государства таких проектов в размере 50% от их стоимости.
По словам Михаила Турундаева, в определении размеров поддержки формирующейся инновационной отрасли ориентироваться стоит на страны – мировые лидеры в этой области. США уже многие годы инвестируют в развитие аддитивных технологий по 10 млрд долл. в год, поскольку правительство этой страны и поняло их важность, и правильно оценило их перспективы. В Китае несколько лет назад тоже была принята национальная программа развития этих технологий, в которую государство вкладывает порядка 8–10 млрд долл. в год. «Это очень хорошие примеры государственной поддержки бизнеса, создания новой отрасли, и мы бы очень хотели, чтобы в России нас тоже поддержали, – сказал он. – Мы ждем от государства помощи в финансовом плане, специальных мер поддержки, в том числе малого и среднего бизнеса, каких-то новых стандартов, которые позволят быстрее внедрять аддитивные технологии в серийное производство», – заявил эксперт.
У Ассоциации, исполнительным директором которой является Михаил Турундаев, уже есть поддержка со стороны Минпромторга России: ведомство участвует в работе этой организации. И это дает основания для оптимизма.
«Открытие целенаправленных опытно-конструкторских работ (ОКР), которые „привязаны“ к конкретному изделию – к проекту корабля, было бы оптимальным решением, – сказал Александр Прихода. – Для этого нужен заказ от государства, но пока от Министерства обороны РФ такого заказа в АО „ОСК“ не поступало».
По его словам, комплексные ОКР помогут создать нормативную базу для внедрения аддитивных технологий в судостроении, материалы, а также какое-то оборудование. В АО «ОСК» уже создается программа таких работ, рассчитанная на перспективу 4–5 лет. После утверждения генеральным директором будут изыскиваться источники ее финансирования.
Покупка нового 3D-принтера, констатирует Кирилл Казмирчук, или сопутствующей ему установки является самой большой статьей затрат в бюджете и первой позицией, которая из него исключается при оптимизации. «Нужно придумать какой-то новый механизм бюджетирования этого направления, чтобы не смешивать закупки классического оборудования и инновационного, требующего отдельного развития и отдельного внимания», – сказал он. В качестве такого механизма может рассматриваться дополнительное финансирование государством отдельных инвестиционных проектов, предусматривающих приобретение оборудования.
Эту позицию поддержал и Антон Аношкин. По его мнению, всем компаниям, которые хотят внедрить аддитивные технологии в процесс производства, были бы интересны субсидии на закупку оборудования или даже налоговые льготы на его использование в рамках производственного процесса.
Кроме того, нужна помощь государства в финансировании подготовки образовательных программ, ориентированных как на подготовленных специалистов, так и на тех, кто только выбирает профессию. «Если мы говорим о массовом внедрении аддитивных технологий в производство, то квалифицированных специалистов может оказаться недостаточно, – заметил он. – Нужно создавать образовательные центры, разрабатывать программы, стараться заинтересовать студентов и школьников, давать им актуальные знания, чтобы они хотели развиваться в сфере аддитивных технологий в течение всей своей профессиональной жизни».
Кадры для новой отрасли
Технологии 3D-печати требуют принципиально нового подхода во всем, в том числе и к подготовке проектировщиков, конструкторов, технологов, разработчиков специализированного программного обеспечения. Первые представления об аддитивных технологиях и навыки их использования должны формироваться еще в школе.
По словам Михала Турундаева, ряд российских вузов уже внедрил образовательные программы, как для бакалавров, так и для магистров, по разным специальностям, связанным с этим направлением. Сейчас разрабатывается новый Федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС). В него уже включены аддитивные технологии.
Но надо говорить не о вузах, убежден исполнительный директор Ассоциации. «Надо начинать со школ, создавать в них инженерные классы, есть такой проект у Минпросвещения РФ, – сказал он. – Работая на 3D-принтере, ученик узнает о новых профессиях и современном оборудовании, о том, чем занимаются конструкторы, операторы, технологи, программисты».
Понимая это, Госкорпорация «Росатом» оснастила лабораторию аддитивных технологий в сочинском образовательном центре «Сириус» FDM-принтерами, которые произвел завод «Электрохимприбор» (входит в структуру госкорпорации). «Мы не хотим на этом останавливаться, поскольку понимаем, что с маленького шага начинается очень многое», – сказал Михаил Турундаев.
Внедрение аддитивных технологий в производство неразрывно связано с его цифровизацией, с оцифровкой деталей, с построения цифровых моделей, которые впоследствии лягут в основу цифровых двойников, напомнил Валерий Семенов. Оборудование для аддитивных технологий для предприятий новое, а значит, обслуживать его должны люди новых специальностей.
При наличии системы подготовки кадров, начиная со школьной скамьи, нормативной базы в виде национальных стандартов, поддержки государства производителей оборудования и материалов для аддитивных технологий, а также их потребителей в форме финансирования ОКР или инвестпроектов 3D-печать может получить более широкое распространение в разных отраслях машиностроения.
Подводя итоги дискуссии, О. Оспенникова выразила надежду на то, что аддитивные технологии будут использоваться для производства деталей 3‑го уровня, имеющих полный комплект технической документации и прошедших все необходимые квалификационные испытания.
А. Е. Крылова
Отзывы читателей
