Аддитивные технологии создают условия для перехода промышленности к новому технологическому укладу и обеспечивают изменение всего производственного цикла.

Серия научно-практических конференций 2015 года, организованных ОА «Станкопром» и Всероссийским научно-исследовательским институтом авиационных материалов (ВИАМ), была призвана объединить усилия специалистов и выработать подпрограмму по развитию аддитивных технологий в рамках госпрограммы «Производство средств производства».

На конференциях выступили ведущие специалисты предприятий, НИИ и ВУЗов авиационной, космической, автомобильной и других отраслей, представители федеральных органов исполнительной власти. Обсуждались вопросы развития, имеющегося опыта по разработке и реализации технологий послойного синтеза изделий, необходимость координации процессов внедрения в промышленности.

По словам генерального директора ВИАМ Е. Н. Каблова «… во всех развитых странах происходит бум аддитивных технологий. Мировой рынок данных технологий с 2010 по 2014 годы прирастал в среднем на 27,4 %, в итоге его объем достиг 3 млрд.$». Мировыми лидерами являются США, Германия и Китай. Кроме того, в 22 странах уже созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA. «Например, корпорация Boing благодаря 3D-печати изготавливает более 22 тысяч деталей 300 наименований для 10 марок коммерческих и военных самолетов».

Замначальника Управления инновационного развития и НИОКР АО «Станкопром» Д. В. Кузнецов в своем докладе отметил: «… аддитивные технологии имеют ряд преимуществ перед традиционными методами производства сложных изделий. Это и возможность удовлетворения как можно большего числа индивидуальных заказчиков; расширение номенклатуры изделий; возможность создания изделий со сложной или даже невозможной в обычном производстве конфигурацией; сокращение издержек: себестоимости при малых партиях, затрат на электроэнергию, уменьшение размеров производственных площадей; сокращение длительности производственного цикла и сроков поставки; выпуск изделий без применения технологической оснастки, резкое повышение гибкости производства, отсутствие необходимости переналадки оборудования под новое задание, значительное уменьшение отходов».

«… новейший авиадвигатель LEAP, разрабатываемый совместно General Electric Aviation и Snecma, будет впервые оснащен топливными форсунками, изготавливаемыми ме-тодом послойного синтеза из порошкового сплава Co-Cr. Вместо 20 сваренных деталей будет изготавливаться одна, на 25 % легче и в 5 раз более прочная.

В 2014 г. компания SpaceX успешно испытала двигатель малой тяги с камерой сгорания, изготовленный методом DMLS, для разрабатываемого космического корабля Dragon V2».

По поручению Министерства промышленности и торговли РФ АО «Станкопром» становится координатором развития аддитивных технологий в России с привлечением всех отечественных организаций, обладающих компетенциями, включая потенциальных потребителей. Председатель совета директоров холдинга С. И. Макаров считает: «ОАО «Станкопром» имеет четкое понимание долгосрочного спроса на новые производственные технологии и располагает всей необходимой научно-производственной базой, включая совместно созданный с участием МГТУ «СТАНКИН» единый федеральный инжиниринговый центр ООО «Станкоинжиниринг». В связи с этим на конференциях были систематизированы проблемы и перспективы развития данного направления. Основные трудности развития аддитивных производств в России - это отсутствие широкого положительного опыта проектирования изделий и внедрения их в промышленности; отсутствие разработанных и годных к промышленному применению отечественных материалов; начальный уровень разработки отечественного оборудования и программного обеспечения; кадровый вопрос; отсутствие стандартов.

Основными направлениями развития аддитивных производств в области машиностроительных технологий должны стать:

• перспективные материалы для аддитивного производства; • оборудование для производства материалов; • технологии послойного синтеза; • оборудование послойного синтеза; • комплексные технологии изготовления изделий; • сеть центров коллективного пользования; • испытания, сертификация и стандартизация изделий и материалов.

Для информационно-методического обеспечения должны быть сформированы:

• база данных потребностей предприятий; • база данных используемых и требуемых материалов; • новые подходы и принципы к проектированию • стандарты конструкторско-технологичеcкой подготовки производства, изготовления и контроля: • комплексное обучение на базе вузов.

Сопутствующими оборудованием и программным обеспечением являются:

• оборудование для разделения материалов на фракции; • оборудование для контроля размеров микрогранул; • система рециркуляции микрогранул; • специализированное ПО.

Развитие аддитивных технологий может быть реализовано на трех уровнях: производство моделей; производство прототипов; производство деталей, которые отвечают требованиям конструкторской документации и устанавливаются в сложных технических системах на полный ресурс эксплуатации. Е. Н. Каблов отметил, что «несмотря на все сложности, у отечественной науки и промышленности есть все предпосылки для развития данного направления». В частности он привел в пример ВИАМ, где создано аддитивное производство полного цикла, а также рассказал об успешной кооперации ВИАМ, ИПЛИТ РАН и СПбПУ по разработке аддитивных технологий для изготовления и ремонта деталей газотурбинных двигателей.

Кроме того, ВИАМ впервые в России изготовил по аддитивной технологии с применением отечественной металлопорошковой композиции деталь перспективного авиационного двигателя ПД-14. «Мы смогли изготовить завихритель фронтового устройства камеры сгорания, которая в полном объеме отвечает требованиям конструкторской документации, - заявил он, - цикл изготовления деталей методом селективного лазерного сплавления в среднем в 10 раз меньше, чем по технологии литья по выплавляемым моделям».

Эта работа была выполнена с ОАО «Авиадвигатель». ОАО «Авиадвигатель» начал внедрение аддитивных технологий в 2004 г., когда была получена первая отливка с применением SLS технологии. В 2010 г. - внедрение SLS технологий для изготовления полистирольных моделей; 2011 г. - LMD технологий для ремонта деталей, 2013 г. - SLM технологий для изготовления металлических деталей.

С 2011 г. более 90 % всех фасонных отливок изготавливаются по технологии литья по выращенным моделям. Экономия средств на проектирование и изготовление оснастки в год составляет примерно 40–60 млн. руб.

Среди отечественных разработчиков материалов можно упомянуть ОАО «ВИЛС», СПбПУ, ОАО «Композит», ЦНИИ КМ «Прометей». Среди разработчиков оборудования: ОАО НИАТ, «Алексинский химический комбинат», «Электромеханика». Индустриальные партнеры: ОАК, РОСКОСМОС, ОСК. Заинтересованность внедрением аддитивных технологий высказал представитель КАМАЗа. Росатом готов выступать и как разработчик, и как потребитель аддитивных технологий.

Небольшие коллективы также могут предложить свои наработки в сфере аддитивных технологий. Например, ООО «Сферамет» является разработчиком оборудования и технологии нового поколения для получения сферических гранул металлов и сплавов методом центробежного рас-пыления расплава. С 2008 г. «НЦ «Керамические двигатели им. А. М. Бойко» применяет аддитивные технологии селективного лазерного сплавления для изготовления из безусадочных металлокерамических порошков легких неохлаждаемых керамических газотурбинных двигателей мощностью 200–2000 Вт (начальная температура рабочего тела 1350°С, КПД 42–46 %). Разработана программа по созданию таких двигателей с более высокой температурой рабочего тела.

ООО «НПК ТЭТа» разрабатывает и выпускает электронно-лучевые установки, предназначенные для сварки, пайки, наплавки и термообработки. На базе нового завода «Воронежсельмаш» открыт крупнейший в России «Центр аддитивных технологий» коллективного пользования, который включает ряд направлений деятельности: производство учебных 3D принтеров «Альфа» (более 400 принтеров поставлено в учебные заведения за период с августа 2014 до февраля 2015 гг.), 3D сканирование и моделирование, производство фотополимерных пластиковых и гипсово-композитных изделий, вакуумное литье полимеров, производство методом селективного плавления металла, инжиниринг и обучение. В демонстрационном центре по зарубежному оборудованию представлены 10 основных технологий аддитивного производства.

Центры аддитивных технологий работают и на базе технических университетов МГТУ «Станкин», МГТУ им. Н. Э. Баумана, ФГУП НАМИ, СПбПУ, участвуя в разработке оборудования и технологий.

Например, институт лазерных и сварочных технологий СПбПУ (ИЛиСТ) ведет разработку технологии высокоскоростного изготовления деталей и компонентов авиационных двигателей методами гетерофазной порошковой металлургии. Разрабатываемая технология (технология прямого лазерного выращивания) производительнее технологий послойного синтеза в десятки раз, обеспечивает получение изделий с механическими характеристиками на уровне деформируемых сплавов и не требует последующего газостатирования.

Высокие производительность и коэффициент использования материала позволяет значительно снизить длительность производственного процесса и конечную себестоимость выпускаемых изделий по сравнению с традиционными технологиями литья и последующей механообработки. Также становится возможным получение изделий с градиентными свойствами за счет изменения в процессе выращивания химического состава подаваемых в зону лазерного воздействия порошков. Возможность перемещения технологической головки относительно изделия с помощью роботизированных манипуляторов, а также высокая производительность процесса, позволяет выращивать крупногабаритные изделия.

По экспертной оценке ОАО «ОДК», приведенной директором ИЛиСТ Г. А. Туричиным, потребность в машинах прямого лазерного выращивания для авиастроения, космической техники, судостроения, энергетики и других отраслей составляет почти 300 машин.

Наиболее востребована технология в настоящее время в авиастроении (до 240 машин).

Нельзя отметать и конструктивное сотрудничество с зарубежными партнерами. Интересное предложение на конференции прозвучало от ООО «НИССА Диджиспейс», преставителя фирмы Concept Laser, о локализации производства в России новой востребованной модели Consept Laser M2 Cusing. Машина работает с российскими порошками, имеет открытые настройки и режимы, может быть запущена без подключения к Интернет. Использование в комплекте отечественного лазера производства НТО «ИРЭ-Полюс» уже говорит об определенном уровне локализации.

27 мая в ВИАМ прошло заседание Межведомственной рабочей группы (МРГ) по разработке дорожной карты развития аддитивных технологий, созданной решением Научно-технического совета Военно-промышленной комиссии РФ. В состав рабочей группы входят представители Минпромторга, Минобрнауки, Фонда перспективных исследований, ВИАМ, Ростех, Станкопром, ОДК, Росатом и др.

Ключевые слова: аддитивные технологии, 3D-печать, авиационные материалы, авиастроение, космическая техника, российские отрасли промышленности.

Источник: Ритм, 2015, №6.- С.10-12 / www.ritm-magazine.ru; www.ilwt-stu.ru; www.viam.ru; www.stankoprom.ru.; www.3d-made.com.