«Business Excellence», октябрь 2023.
Рубрика: Дело.
Несмотря на то что аддитивные технологии (АТ) появились относительно недавно, они достаточно быстро развиваются и на сегодняшний день являются отдельной отраслью промышленности, которая, используя 3D-печать в производстве, изготавливает изделия из различных материалов, таких как металлические сплавы, полимеры, композиты и керамика.
Михаил Родин,
генеральный директор ООО «НПО «3Д-Интеграция» (i3D)
Форма. Первое важное преимущество АТ заключается в том, что, используя 3D-печать, можно получать детали или конструкции сложной геометрии, которые невозможно изготовить традиционными методами. Прежде всего, это касается 3D-печати деталей с внутренними каналами охлаждения и скрытыми полостями, что раньше не было доступно при традиционном производстве.
Новые материалы. Вторым важным преимуществом АТ является применение в 3D-печати различных по составу металлических сплавов и сложных композитных материалов, которые иначе использовать было невозможно.
Время. Третье и самое важное преимущество АТ — высокая скорость изготовления изделий. В современном производстве она все больше и больше играет решающую роль. Раньше до начала производства требовалась серьезная подготовительная работа, такая как изготовление оснастки, получение заготовки, термообработка, сварка, затем последующая обработка и прочее. Причем если что-то пошло не так, все операции нужно было полностью повторять сначала. Сейчас же, с использованием аддитивных технологий, процесс производства находится в рамках одной операции — 3D-печати и постобработки, и его можно быстро и много раз повторять, доводя изделие до совершенства. Таким образом, с помощью АТ на изготовление изделия — от дизайна до производства — теперь уходят всего лишь дни или недели в сравнении с традиционными методами, на которые уходили месяцы.
В современном мире, где технологический прогресс стремительно развивается, выигрывают только те предприятия, которые соответствуют его быстрым темпам. Именно поэтому компании, являющиеся лидерами инновационного развития, активно используют АТ как основной драйвер своего роста, инвестируя в новые технологии значительные средства. Сейчас АТ активно используются в автомобильной и авиационно-космической промышленностях, двигателестроении, медицине и выпуске товаров народного потребления.
Суть нового уклада производства Индустрии 4.0 заключается в слиянии бизнеса, производства и общества с цифровыми технологиями и их интеграции в существующий уклад. Конечно, неправильно считать, что АТ полностью смогут заменить уже существующие традиционные технологии. Только их совместное использование обеспечит максимальную эффективность и целесообразность современного производства.
Во всем мире сейчас четко видны две главные тенденции в использовании АТ в промышленности.
Первая: создание центров малосерийного производства. В прошлом, а в некоторых случаях до сих пор, повсеместно создавались центры АТ, имеющие большое количество технологий 3D-печати. На выходе в таких ЦАТ получались заготовки, которые отправлялись на доработку на другие заводы. Сейчас наблюдается тенденция к открытию небольших заводов полного цикла для производства изделий малыми сериями. В них приоритетная роль отведена промышленным установкам 3D-печати, которые используются совместно с традиционными обрабатывающим станками, работающими по традиционным технологиям. На выходе получаются малые серии конечных изделий, тем самым обеспечивая удобный и быстрый переход от НИОКР к серийному производству.
Вторая: создание специализированных центров АТ, в которых используется только одна, максимум две технологии. Примерами таких центров могут стать большие китайские заводы, как правило, принадлежащие производителям, где стоят по 30–100 машин, которые печатают однотипную продукцию для промышленных применений.
Если спрогнозировать ближайшую перспективу развития отрасли в нашей стране, то, по нашему мнению, в госкорпорациях будут создаваться мини-заводы по импортозамещению и промышленные центры АТ для 3D-печати по одной выбранной технологии, выпускающие малые или средние серии изделий. Существуют производственные сферы, где нет необходимости в крупносерийном производстве, например, в космическом и самолетостроении, некоторых областях производства медицинской техники и материалов и т. п. Именно в этих секторах применение АТ будет развиваться самыми быстрыми темпами.
В 2021 г., когда вышло мое первое интервью вашему журналу, мы были компанией — системным интегратором, т. е. лишь внедряли аддитивные решения в производство. Теперь мы стали разработчиками и производителями аддитивного оборудования, перейдя таким образом на принципиально новый качественный этап развития. Мы создали собственный российский бренд AM.TECH, который со временем планируем вывести на международный уровень.
К нам все чаще обращаются за услугой обратного инжиниринга. Это связано с тем, что после введения санкций многие зарубежные компании покинули рынок России, в результате чего огромное количество сложного оборудования осталось без запасных частей. В этой ситуации крупные компании вынуждены все зарубежные запчасти, которые у них есть в наличии, оцифровывать, для того чтобы при необходимости иметь возможность быстро их изготовить, причем необязательно аддитивным методом.
Сегодня обратный инжиниринг становится неотъемлемой частью российского промышленного производства. С его помощью можно быстро получить цифровую модель изделия, даже не имея на него полноценную техническую документацию или просто чертеж. Тем самым наибольшая востребованность будет у тех производств, где можно, используя цифровую модель, быстро изготовить необходимое изделие. Именно такие заводы будут очень востребованы в ближайшее время. Этот фактор дает мощный потенциал к развитию АТ в России как основного инструмента для быстрого производства малых серий.
В рамках Постановления Правительства РФ № 1649[1] мы получили от Минпромторга России субсидию на разработку трех моделей лазерных 3D-принтеров. Теперь это наш флагманский проект, потому что в настоящее время в России не существует серии 3D-принтеров, способных обеспечить одинаковую повторяемость печати — для отработки технологии в университетах и одновременно для промышленного применения. Мы задались целью создать именно такую серию 3D-принтеров и считаем, что нам это удастся.
Алексей Ембулаев,
руководитель направления литейного оборудования i3D
В последние годы быстрыми темпами развивается производство 3D-принтеров, основанное на технологии 3D-печати струйного нанесения связующего (Binder Jetting, BJ) для создания литейных форм (оснастки).
Однако это не всегда было так. На протяжении 16 лет я занимаюсь автоматизацией процессов 3D-печати песчаных форм для промышленных предприятий, но такой бурный рост внедрения аддитивных технологий в производственные цепочки, который сейчас происходит, еще недавно трудно было себе представить.
Так, в 2019 г. я выступал на конференции, посвященной литейной промышленности, с докладом о технологии PCM (Patternless Casting Manufacturing) — это 3D-печать песчаных литейных форм без модельной оснастки. После презентации состоялось живое обсуждение, где большинство вопросов касалось не технологических аспектов, а содержало скептицизм относительно применения данной технологии аддитивного производства в будущем. В итоге со стороны зала все свелось фактически к одной мысли — «это для производства деталей космического корабля». Такое мнение было связано с тем, что технологически сложные детали с внутренними каналами изготавливались преимущественно в Европе или Китае. По данным Минпромторга России, 54% объема рынка изделий литья производилось за рубежом.
Тем не менее, компания продолжала внедрять 3D-печать песчаных форм для последующего литья, а клиенты — получать экономическую выгоду от использования технологии. Постепенно крупные металлургические предприятия стали применять ее в своем производственном процессе, что послужило толчком для других отраслей промышленности к использованию 3D-печати песчаных форм, особенно при освоении новой продукции.
Наша компания планомерно готовилась к этому этапу, формируя необходимую технологическую базу и обучая персонал. Поэтому сейчас мы можем предложить своим клиентам лучшие технические решения, что подтверждается самой большой базой промышленных 3D-принтеров для печати песчаных литейных форм на российском рынке. В настоящее время клиенты обращаются к нам с задачами, которые должны быть решены «еще вчера», а мы, используя наработанные компетенции, в свою очередь помогаем им достичь поставленных целей.
Если говорить в целом по рынку промышленных 3D-принтеров, то установленное нами оборудование использует почти каждый третий завод, который в принципе применяет аддитивные технологии в своем производстве. Сейчас на рынке традиционного литья отливок существует большая конкуренция. Идет борьба за каждого клиента, что приводит к снижению цен на продукцию, а использование промышленных 3D-принтеров позволяет создавать изделия со сложной геометрией построения и высокой добавленной стоимостью.
Сейчас, когда взят курс на импортозамещение, а заводы в сжатые сроки решают задачи производства тысяч единиц новой номенклатуры, использование технологии 3D-печати песчаных форм стало производственной необходимостью. Кроме того, она позволяет получить отливки лучшего качества, чем традиционный способ.
Однако недостаточно установить промышленный 3D-принтер на предприятии — на нем надо научиться работать, а для этого требуются необходимые знания и компетенции. В этой связи компания совместно с Университетом МИСиС разработала курс обучения для промышленных предприятий, который включает теоретическое обучение и практические занятия на базе литейного производства, что дает клиентам прекрасную возможность получить квалифицированных специалистов, готовых выполнять 3D-печать песчаных форм с последующим литьем.
Безусловно, сегодня знания в сфере аддитивных технологий должны входить в базовые компетенции любого современного инженера. Аддитивные технологии не могут заменить традиционное производство, но уже определенное количество изделий производится не привычным способом, а по технологии 3D-печати, и если инженер не имеет об этом никакого представления, то просто будет не в курсе, что подобные решения существуют.
Достигнутые успехи компании были обусловлены не только работой ее команды, но также кооперацией с китайской компанией FHZL. Совместно мы не только адаптировали оборудование для российского рынка в самом начале сотрудничества, но и продолжаем улучшать его на основе опыта эксплуатации от клиентов, предлагая им все больше решений для автоматизации.
Высокая степень автоматизации оборудования позволяет сократить зависимость производственных процессов от квалификации и количества сотрудников, тем самым исключая влияние человеческого фактора. Это обусловило создание совместного российско-китайского предприятия ООО «FHZL RUS» по локализации сборки песчаных 3D-принтеров для российского рынка и стран БРИКС+.
Новым этапом тесного сотрудничества стало не только открытие завода по сборке оборудования FHZL в России, но и совместно разработанная с нуля линейка 3D-принтеров по технологии 3D-печати струйного нанесения связующего (BJ) на основе порошка ПММА (PMMA), что значительно сокращает время изготовления изделий по выжигаемым моделям. Важным фактором явилась адаптация расходных материалов российского производства, что также значительно повысило независимость отрасли от зарубежных поставок.
Евгений Копылов,
генеральный директор ООО «СПИН»
Как аддитивные технологии помогут создать добавленную стоимость бизнесу? Мы придерживаемся принципа — не реализовывать решения, которые не доказывают на практике свою надежность и экономическую эффективность.
Когда в компании было принято решение создать собственный производственный центр, первое, с чего мы начали — это реверсивный инжиниринг, наиболее доступный инструмент для старта, требующий гораздо меньше инвестиций, чем 3D-печать.
В течение года работала небольшая команда, отстраивали процессы, гипотезы, финансовые модели будущего производственного центра, занимались ручными и цифровыми измерениями с помощью 3D-сканеров, твердотельным моделированием, разработкой конструкторской документации и изготовлением прототипов.
Весной 2023 г. начали осваивать производственную площадку, в настоящее время группа компаний реализует на ней три бизнес-направления. На площадке представлены как уникальные технологии печати, так и экструзионная печать[2] — это самая популярная, относительно простая и недорогая технология. Среди наших заказчиков такие крупные корпорации, как «Норильский никель», «Газпром нефть», «Уралмаш» и другие представители добывающей, перерабатывающей отраслей и машиностроения.
Отдельное внимание уделяется метрологическому направлению, которое динамично развивается — определены заказчики, штат подразделения вырос в четыре раза за полгода, в таком же объеме увеличилось количество единиц оборудования. На сегодняшний день выполнено более 300 проектов, и ни по одному из них не было нареканий. На данном направлении выбрана стратегия масштабирования: планируется открытие филиалов во Владивостоке, Санкт-Петербурге, Туле, Ижевске и многих других городах. Мы намерены стать федеральным инжиниринговым центром, предоставлять метрологические услуги и в дальнейшем открывать производственные центры. Первый такой комплекс откроется уже в начале будущего года. У рынка огромный потенциал, и сейчас мы загружены работой на несколько месяцев вперед.
Что касается кадрового обеспечения, к нам на практику и затем на работу приходят очень толковые ребята — выпускники МАИ, РУДН, МГТУ, Московского Политеха и др. Мы планируем выращивать и собственные кадры; заключены соглашения с МГТУ «Станкин», МГТУ им. Баумана, Университетом МИСиС, Московским Политехом и др. Ведется работа в направлении развития среднего профобразования: занимаемся со студентами колледжей им. Павлова, «Энергия».
Полным ходом идет подготовка к работе лаборатории керамической печати. Планируем не просто поставлять на рынок промышленные установки, но и выпускать для них расходные материалы в партнерстве с российскими разработчиками в сфере полимерной и керамической составляющей.
Успех нашей деятельности заключается в слаженной командной работе. Более 75% штата компании составляют прекрасно подготовленные инженеры. Активно ищем молодых специалистов, предоставляем им комфортные условия труда, стараемся удерживать планку заработной платы на уровне выше рыночного, разрабатываем комплексную программу материальной и нематериальной мотивации персонала. В целом, безусловно, компания придерживается принципов клиентоориентированности — фокусируемся на изучении опыта и сотрудников, и клиентов.
В части принятия управленческих решений, построения бизнес-процессов, маркетинговых стратегий большим подспорьем стала работа с облачной платформой Notion и ее инструментом AI. Это эффективный инструмент, предоставляющий сотрудникам возможность общего доступа для решения организационных и производственных задач. Для построения бизнес-гипотез используется сервис Miro — платформа для совместной работы распределенных команд, затем данные переносятся в CRM-систему, где выполняется их проверка и анализ. В штате компании присутствует change-менеджер — специалист по изменениям. Предстоит еще много работы, многие процессы надо описать, ведь всем, что не описано, компания не управляет.
Что касается практических бизнес-инструментов, большая ставка сделана на использование платформ поиска заказов. Большинство из них представляют собой расчетные калькуляторы с возможностью выбора подрядчика-производителя. В настоящее время работаем с отечественной мобильной платформой MaaS, где планируем стать оператором раздела цифровой метрологии и цифрового производства, также будем выступать и как исполнитель, и как заказчик.
В ближайших планах — работа с платформами в части управления филиалами. Рассматриваем платформинг как новый способ взаимодействия с партнерами, заказчиками и т. д., поскольку этот эффективный инструмент позволяет выстраивать гораздо более качественные логистические цепочки. Наш принцип: если взялся что-то делать, то выполняй на самом высоком уровне!
Павел Ладнов,
руководитель продуктового направления СЛС компании i3D
Согласно ГОСТ Р 57558– 2017 «Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Термины и определения», аддитивные технологии — это процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем послойного добавления материала. По данным маркетингового агентства Wohlers, около 86% рынка всех деталей, полученных аддитивными процессами из металлических материалов, занимает группа технологий лазерного синтеза на подложке (L-PBF). Основным представителем данной группы технологий является технология селективного, т. е. выборочного, лазерного сплавления (СЛС, англ. Selective Laser Melting, SLM)[3]. Интенсивное внедрение технологического процесса СЛС в различных отраслях промышленности обусловлено как наибольшей изученностью процесса лазерного синтеза среди других аддитивных процессов для металлических материалов, так и объективными предпосылками экономической и технической необходимости использования безусловных преимуществ аддитивных процессов в современном производстве Индустрии 4.0.
Основные преимущества аддитивных технологических процессов, в том числе процесса СЛС, перед большинством традиционно применяемых технологий, можно условно разделить на три большие группы: возможность получения более сложной геометрии изделий; универсальность технологического оборудования и материалов; наибольшая экономическая эффективность при малой и средней серийности выпуска продукции.
Каждая группа преимуществ может быть развернута и конкретизирована с учетом особенностей и потребностей определенной отрасли, завода, производственного участка.
Возможность получить заготовки деталей с более сложной геометрией по сравнению с традиционными технологиями изготовления и сборки обеспечивает большую свободу при конструировании. Разработчик может выйти за рамки устоявшихся принципов проектирования, сместить фокус своего внимания с технологических ограничений на повышение эффективности работы конструкции изделия или узла.
Это преимущество наиболее актуально для таких отраслей промышленности, как авиационное и космическое машиностроение, где, например, соотношение между массой и рабочими характеристиками изделия напрямую влияет на экономическую эффективность разработки. Кроме того, детали, которые необходимо собирать, если они производятся по традиционным технологиям, могут быть получены как единое целое за счет агрегатирования[4] при аддитивных процессах, что значительно сокращает время сборки. Так, при традиционном производстве изделие состоит из десятка элементов, а АТ позволяют объединить эти элементы в один, при этом исключаются операции подгонки, сварки, пайки, прочей обработки. Например, топливная форсунка[5] традиционно изготавливалась из 11 деталей, а сейчас ее можно напечатать целиком — производственный цикл сокращается более чем в 10 раз.
В эпоху развития четвертой промышленной революции особую актуальность приобретают две другие группы преимуществ аддитивных процессов. Высокая степень универсальности технологического оборудования позволяет на одном и том же станке, применяя один и тот же порошковый металлический материал, получать различные изделия без дополнительной дорогостоящей оснастки, а относительно незначительное увеличение затрат на изготовление одной или нескольких заготовок позволяет компании-производителю гибко подстраиваться под запросы клиентов.
Таким образом, реализуется один из базовых принципов Индустрии 4.0 — товарное производство по запросу, снижаются издержки за счет сокращения размера складов запасных частей, затрат на доставку деталей от различных поставщиков и на изготовление оснастки. Кроме того, отказ от необходимости изготовления дорогостоящей оснастки обеспечивает сокращение сроков общей разработки, дает возможность попробовать больше вариантов, сделать несколько испытаний и в итоге получить лучший продукт. Эти преимущества аддитивных процессов все сильнее начинают осознаваться, например, в нефтегазовой промышленности, где сокращение издержек, времени простоя и складских запасов сильно влияет на стоимость конечной продукции.
Начинается процесс аддитивного производства с разработки объемной электронной математической 3D-модели. Ее можно получить двумя основными способами: либо создать с нуля, используя отечественное или импортное программное обеспечение CAD, либо, в случае наличия готовой детали, выполнить реверс-инжиниринг[6] (обратное проектирование) этой детали. Далее модель нужно подготовить, правильно расположить в рабочем пространстве аддитивного оборудования, создать поддерживающие структуры, рассечь на слои. То есть перед загрузкой в оборудование также необходимо проделать определенную работу, но ее сроки и стоимость не идут ни в какое сравнение со сроком изготовления оснастки при традиционном производстве.
Одной из самых интересных особенностей аддитивных процессов, в частности СЛС, является формирование структуры материала одновременно с геометрией изделия. Довольно часто приходится слышать, что изделия, полученные по технологии СЛС, не обладают должными механическими свойствами, имеют высокую пористость и уступают, например, литым изделиям. Возможно, данное мнение сформировалось по причине схожести терминов «сплавление» и «спекание». Не буду подробно останавливаться на различиях между ними. Могу сказать, что при грамотно отработанных режимах сплавления, качественном исходном металлическом порошковом материале размер дефектов, если они вообще появляются, составляет лишь несколько микронов. В том числе поэтому механические свойства полученного материала, как правило, гораздо выше по сравнению с литыми изделиями и даже сравнимы со свойствами деформированного полуфабриката. Это очень хороший показатель.
Аддитивные технологии — один из удобных технологических инструментов. Как и у любого другого, у него есть свои преимущества и недостатки. Грамотное использование преимуществ аддитивных процессов, комбинирование их с традиционными технологиями литья, штамповки, механической обработки позволяет существенно повысить эффективность производства, делая применение аддитивных процессов во многих случаях более целесообразным и оправданным.
[1] «Об утверждении Правил предоставления субсидий из федерального бюджета российским организациям на финансовое обеспечение затрат на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по современным технологиям в рамках реализации такими организациями инновационных проектов и о признании утратившими силу некоторых актов Правительства Российской Федерации (с изменениями и дополнениями)».
[2] В основе этого метода лежит выдавливание (экструзия) расходного материала с последовательным формированием готового изделия. Как правило, расходные материалы состоят из термопластиков либо композитных материалов на их основе.
[3] Изготовление металлических изделий сложных пространственных форм при помощи плавления порошковых составов лазером. Работы выполняются на основании математических моделей в системах автоматизированного проектирования. Технология позволяет производить как отдельные элементы, которые затем станут частью узлов и агрегатов, так и цельные (неразборные) конструкции.
[4] Метод изготовления приборов и оборудования из отдельных стандартных унифицированных узлов, многократно используемых при создании различных изделий на основе геометрической и функциональной взаимозаменяемости.
[5] Устройство с одним или несколькими калиброванными отверстиями для распыления (пульверизации) каких-либо жидкостей (реже порошка)под давлением, главным образом жидкого топлива при подаче его в топки паровых котлов, цилиндры двигателей внутреннего сгорания.
[6] Процесс создания точной копии объекта по существующему образцу, обладающей такими же физическими характеристиками. Он полезен в случаях, когда производитель хочет импортозаместить компонент или восстановить конструкторскую документацию и процесс производства.
***
РИА «Стандарты и качество»
Тел. +7 (495) 771-66-52, пишите на e-mail: podpiska@mirQ.ru
или оставляйте заявку на нашем сайте https://ria-stk.ru
Присоединяйтесь к сообществам издательства «Стандарты и качество»:
VK: https://vk.com/be_mag
YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCvW86WE6yIaFNZqK5swi70A
#СТандартыиКачество #BusinessExcellence #BE