Аддитивные технологии. Время расширять горизонты

Итоги основных тенденций развития аддитивных технологий в России в 2019 году.

Аддитивные технологии (АТ) занимают все большее место в современном производстве, умах конструкторов и технологов, питая их творческий потенциал и вдохновляя к полету технической мысли. Это — мировой индустриальный тренд, в котором Россия — уже не на периферии. Компания «Современное оборудование» обладает уникальными компетенциями и опытом реализации программ технического перевооружения машиностроительных предприятий на основе внедрения инновационных технологий, в том числе АТ. Автор этих строк, в течение года реализовывавший проекты внедрения АТ и принявший участие в ряде профильных форумов, конференций, выставок, делится с читателями «Умнпро» рядом заметок.

Новое инженерное мышление

Чтобы в полной мере использовать преимущества новейших технологий производства, и в частности аддитивных, необходимо новое инженерное мышление. Без такого мышления не будет понимания, как разрабатывать оптимальные изделия, на какие технологии, освоенные на предприятии или используемые в мире, нужно опираться. Причем это мышление надо начинать прививать еще в начале становления будущих инженеров.

Конечно, при этом не стоит впадать в крайности, пытаясь всюду применять аддитивные технологии взамен традиционных. Традиционные технологии давно и повсеместно доказали свое лидерство, аддитивным же технологиям такой путь только предстоит пройти. Если студент, конструктор или технолог, хорошо владея всеми возможностями классических технологий, научится умело сочетать их с АТ, этот подход будет оптимальным, ведь тогда обеспечится синергетический эффект.

Полностью перейти на аддитивные технологии в ближайшей перспективе не получится, как бы об этом ни мечтали их апологеты. У АТ может не оказаться той экономической эффективности, какая есть у классического производства. Специалистов нужно учить синергии использования различных производственных технологий и конструкторско-технологическим нюансам, возникающим на стыке традиционных и аддитивных технологий. Студенты, обучающиеся традиционным и инновационным технологиям производства с учетом такого подхода, — вот на кого нужно делать ставку в среднесрочной и долгосрочной перспективе.

Рис. 1. Удачный пример применения нового инженерного мышления — роботизированная наплавка со сменными модулями для работы с порошком или проволокой, как дополнение к классической технологии

Аддитивщиков пора готовить в вузах!

Предприятия, которые уже оценили преимущества АТ, сегодня спешно взялись за повышение квалификации своих сотрудников, но часто делают это бессистемно. Вузы же только начинают наборы по специальностям, связанным с АТ, и лишь немногие имеют первых выпускников с этим профилем. Но и здесь есть вопросы. Чтобы подготовить кадровый оплот аддитивного производства, преподаватели должны быть сами глубоко погружены в природу перспективных технологий, иметь обширный практический опыт и буквально чувствовать, какое место аддитивное производство может или должно (для конкретного случая) занять среди традиционных и других инновационных технологий.

Очевидно, что также нужна финансовая помощь вузам для их оснащения высокотехнологичным оборудованием, организации командировок преподавателей и аспирантов на главные профильные зарубежные выставки, симпозиумы, конференции. А сейчас чаще бывает так, что российские преподаватели получают знания только из той информации, которая есть в Интернете, или общаясь на российских форумах. И лишь самые продвинутые институты и университеты могут похвастаться новыми 3D-принтерами, сканерами, контрольно-измерительными машинами и прочим высокотехнологичным оборудованием.

Рис. 2. Важно начать прививать знания по аддитивным технологиям со студенческой скамьи, например, как это делается в Российском технологическом университете МИРЭА

Возможности АТ — широкие, но не безграничные

Зачастую заказчики передают документацию и технические требования с просьбой рассчитать стоимость и сроки производства типовой машиностроительной продукции без изменения ее конструкции, с учетом применения АТ. Им кажется, что аддитивные технологии могут всё, и когда они не получают ожидаемого результата, тут же разочаровываются и надолго закрывают для себя дверь в мир АТ. Мы слишком много говорим о преимуществах АТ, отвязывая их от проверенных временем приемов классического производства. Что здесь можно посоветовать заказчикам? Или повышать свой профессиональный уровень, или применять софтверные автоматизированные механизмы для мгновенной оценки выбора метода и технологичности изготовления. В итоге все сэкономят время и деньги.

АТ, развиваемые в России

Какие отечественные разработки появились в области АТ, и чем мы можем гордиться? Разработки есть во многих направлениях АТ: PBF/LBM/SLM, SLA, SLS, DLP, FDM/FFF, CFC, BJ (только песок), DED-L/DED-GMA/DED-P/DED-EB, гибриды. Казалось бы, немало. Благодаря распространению информации, а также классным инженерам, в России удалось быстро в 5 — 10 раз сократить технологическое отставание от лидеров (пока, во многом, в принципиальных схемах). Мы имеем те же технологии, что и у них. Но у нас почти нет прорывных решений. Наши технологии — это ставшие классикой зарубежные. Посмотрите, что происходит у лидеров. Они вкладываются в стартапы и изобретают новые принципы аддитивного производства, которые потеснят классику АТ уже в ближайшие годы. Мы же активно развиваем технологии сегодняшнего дня. Правда, есть и исключения. Например, Денис Власов (компания «Аддитивное производство») и его революционная система печати на базе СВЧ-излучения — Microwave Additive Technologies.

Частным компаниям, которые решили связать свой текущий период развития с АТ, приходится вкладываться в разработку новых продуктов, используя для этого средства от основного бизнеса. У российских корпораций же есть деньги на поиск и развитие новых технологий и продуктов. Воспользуются ли они этим преимуществом по отношению к частному бизнесу? Кто окажется более гибким и сможет оперативно внедрять инновации, мы увидим уже в ближайшее время.

Больше доверия российским производителям!

Успехи российских разработчиков оборудования для аддитивного производства за последние годы не могут не радовать. О них мы не раз рассказывали на страницах «УмнПро». Стоимость отечественного оборудования сегодня сравнима со стоимостью подобных аппаратов, предлагаемых на рынках Азии, — иногда такая же, иногда чуть выше. Хорошо это или плохо, покажет время. Тем не менее пока нашим аддитивщикам трудно конкурировать из-за некоторого отставания в технологической составляющей, которое вытекает из большой разницы в количестве производимого и продаваемого оборудования у них и у нас. Никто же не будет спорить, что чем больше продается железа или софта, тем шире обратная связь от пользователей, больше собирается рекламаций, больше производится необходимых доработок, которые в результате обеспечивают рост качества и надежности оборудования. Повлиять на эту ситуацию можем только мы, проявив больше доверия к нашим производителям.

… но без фанатизма

Однако здесь опять же не стоит впадать в крайности, поскольку попытки полностью исключить закупку российскими пользователями импортных аддитивных продуктов с целью поддержки отечественного производителя — по аналогии, как это делается в аграрном секторе — могут привести к нежелательным последствиям. Конечно, такая помощь даст некоторые положительные результаты, во всяком случае, на этапе первых поставок 3D принтеров. Но будет ли это эффективно работать и в дальнейшем и как быстро удастся достичь уровня западных технологий? Придется ведь мчаться во весь опор, чтобы поспевать за перспективными проектами. Кроме того, понадобится достаточный и постоянный поток инвестиций.

Опять же, задача не только в том, чтобы поддержать наших производителей. Необходимо также развивать и расширять рынок аддитивных технологий и услуг, тем самым обеспечивая на них устойчивый спрос. А в условиях ограничения импорта техники это сделать затруднительно.

Поэтому пытаться сегодня максимально отгородиться от закупок зарубежного аддитивного оборудования — значит, проиграть гонку инноваций. Конкурирующие западные продукты нужно брать хотя бы в качестве эталона качества и поддержания спроса на аддитивные технологии.

Рис. 3. Редкий пример практически безграничных возможностей аддитивных технологий (nTopology, ПО nTop Platform 2.0)

Гибридизация и синергия

О гибридных схемах классических и аддитивных технологий говорят постоянно. В них верят. В них инвестируют. По факту же — единицы (редко — десятки) проданных станков. Почему так происходит? Прагматичный Запад привык меряться не мускулами технологий, а их вкладом в себестоимость изготовления конечной продукции. Инновация должна приносить деньги, решая проблемы потребителя, — через сокращение времени изготовления, стоимости материалов, производственного цикла и т.п. (здесь у каждого свой запрос). И в настоящий момент гибриды заметно проигрывают синергетическому эффекту совмещения традиционных и аддитивных технологий. Поэтому не стоит абстрагировать свой аддитивный мир от классики или последовательных аддитивных технологий.

Кластерные производства

Гибкое, адаптируемое и взаимозаменяемое производство — мечта чиновников профильных министерств и руководителей успешных предприятий. Сегодняшний тренд на создание цифровых и виртуальных фабрик будущего в ближайшей перспективе должен поспособствовать появлению принципиально нового типа производства, способного, как живой организм, принимать форму, наилучшим образом соответствующую текущим производственным задачам. Кластерные производства будущего должны включать в себя возможности фабрик будущего (включая АТ) и концентрироваться на локальной территории с группой взаимосвязанных организаций, какими могут быть частные компании, государственные корпорации, вузы, банки и т.п. Кластеры, как производственные биржи, должны иметь в своем составе поставщиков продукции, комплектующих, материалов, специализированных услуг, а также НИИ, вузы. В общем, там должны быть представлены все заинтересованные стороны, которые гармонично взаимодополняют друг друга и усиливают конкурентные преимущества как кластера в целом, так и входящих в него компаний. Каждая ячейка кластера участвует в создании совместной цепочки ценности, что должно привести к быстрому и качественному развитию экономики.

Основную долю в аддитивных кластерах целесообразно отдать частному бизнесу, поскольку именно частник максимально заинтересован в быстрой окупаемости своих инвестиций. Ведь на кону — личные деньги, и предприниматель многократно подстрахуется и выберет оптимальное решение, исходя из реалий рынка.

Рис. 4. Обрабатывающий гибридный центр IZH H800 концерна «Калашников»

Автоматизация

На эту тему у нас говорится и предлагается немало. Основной посыл — разрабатывать автоматизированные решения с минимизацией ручного труда и присутствия персонала в месте производства. Пока в России решают задачи запуска технологий и отработки режимов на деталях. На Западе тем временем проектируются и продаются модульные системы, контейнеры, безлюдные производства… Нам есть куда стремиться!

Рис. 5. Triangulatica — мощный отечественный продукт для подготовки данных для 3D-печати

Программное обеспечение для АТ

Сегодня в России разработано не так много программного обеспечения, тем или иным образом затрагивающего некоторые аспекты аддитивного производства. До сих пор приходится пользоваться зарубежными разработками. У нас разработаны слайсеры и «виртуальные» принтеры (среди универсальных можно отметить продукты ООО «Триангулятика» и Московского авиационного института), а также нативное ПО для собственных систем некоторых разработчиков. Этого мало для запуска безлюдного производства с контролем исполнения заказов и умным помощником по назначению технологии…

Рис. 6. Работа форума «Аддитивные технологии. Расширяя горизонты»

Сложности в разработках, мышлении, нехватка инвестиций — очередные испытания для индустрии нашей страны, которые мы обязаны с честью пройти и занять почетное место в мире. В связи с этим стоит отметить прошедший 3 декабря 2019 года в кампусе Сколтеха форум «Аддитивные технологии. Расширяя горизонты», посвященный проработке дорожной карты, развитию аддитивных технологий, обсуждению новых трендов и тенденций роста и развития, новым технологиям аддитивного производства и готовым изделиям из них, примерам их успешного внедрения и перспектив, а также импортозамещению.

Один из основных итогов форума — принятое решение доверить Росатому разработку и координацию дорожной карты развития аддитивных технологий в России. Автору статьи посчастливилось принять участие в этом форуме и повстречаться со своими соратниками по аддитивному производству. Надеюсь, что форум послужит триггером для начала активных действий уже сейчас, и не придется дожидаться далекого 2035 года как конечной вехи реализации этого масштабного проекта.

Дмитрий Трубашевский, ООО «Современное оборудование»

Аддитивные технологии. Время расширять горизонты
Аддитивные технологии. Время расширять горизонты
Аддитивные технологии. Время расширять горизонты
Аддитивные технологии. Время расширять горизонты
Аддитивные технологии. Время расширять горизонты
Аддитивные технологии. Время расширять горизонты