Аддитивные технологии становятся всё более значимыми для промышленности, а их развитие тесно связано с метрологией и системами контроля. Успешное внедрение 3D-печати требует точных измерений, испытаний и стандартизации материалов и процессов, чтобы гарантировать надёжность и повторяемость изделий. Обсуждение этих вопросов на Testing & Control подчёркивает, что аддитивное производство уже сегодня неразрывно связано с измерительной и контрольной инфраструктурой, без которой невозможно масштабное применение инновационных технологий.
Ольга Геннадиевна Оспенникова, исполнительный директор Ассоциации развития аддитивных технологий, доктор технических наук, советник президента АО «ТВЭЛ» в эксклюзивном интервью рассказывает нашему каналу о развитии аддитивных технологий в России, их преимуществах и перспективах.
Какие направления в аддитивных технологиях сейчас развиваются быстрее всего, и что их так ускоряет?
В целом мы видим очень активное развитие рынка 3D-печати за последние годы. Мировой рынок уже достиг объёма 21,9 млрд долл., ожидается, что к 2034 году он достигнет 115 млрд долл. В России многие российские компании также наращивают выручку и запускают новые продукты. По итогам 2024 года рынок аддитивных технологий в РФ превысил 18 млрд руб, а к 2030 году, согласно инновационному сценарию Минпромторга достигнет 58 млрд руб.
Отдельно следует отметить усиление импортозамещения, это направление очень актуально в настоящее время, так как мировые лидеры АТ покинули российский рынок и не поставляют оборудование в РФ. В связи с этим рынок усиливается российскими решениями и разработками, локализованными, а также мы видим китайских игроков, присутствие которых усиливается. Импортозамещение касается не только оборудования АТ, но и производимых с помощью 3D-печати деталей. Дело в том, что во многих отраслях промышленности установленный парк иностранного оборудования достаточно большой, многие детали изношены и не поставляются. 3D-печать в данном случае позволяет решить задачу импортозамещения – сделать нужную деталь локально в РФ.
Если говорить непосредственно о направлениях, то следует отметить 3D-печать металлом по технологиям SLM, DED с использованием лазерного излучения, а также DED с использованием электронно-лучевого источника и дуговую наплавку. 3D-печать металлами уже достаточно сильно развита: есть необходимое оборудование, материалы, центры оказания услуг. В структуре рынка АТ на металлическую 3D-печать приходится около 50%. По пластиковым материалам развивается технология FDMи FGF (печать гранулами). Можно даже сказать, что технология FDM уже получила массовый характер – не только промышленные, но и потребительские FDM 3D-принтеры часто можно встретить для бытовых задач. По фотополимерам видим развитие технологии SLA (стереолитография). Также за последние годы хорошие результаты показывает направление Binder Jetting – это 3D-печать специальным песком со связующим для создания литьевых форм сложной формы. В данном случае литьё металлом получается более эффективным с меньшим объёмом постобработки. Более того, форму для литья с помощью технологии Binder Jetting можно сделать сложной формы и изготовить сложную деталь литьём. Такие принтеры уже используются в автомобильной промышленности, машиностроении, металлургии, ОПК. Ещё одно направление – это строительная 3D-печать. Она ещё не получила массового внедрения, но уже есть достаточно много объектов со сложными архитектурными формами, которые получены благодаря аддитивным технологиям. Есть и примеры коттеджных посёлков, построенных с использованием аддитивных технологий – например, в Татарстане.
В каких отраслях 3D-печать уже стала незаменимой, а где её только начинают активно внедрять?
В авиации, двигателестроении, космической отрасли 3D-печать уже активно внедряется для создания многих деталей. Это позволяет существенно снизить вес, что очень важно в аэрокосмической сфере, также аддитивные технологии позволяют получить детали сложной формы. В качестве примеров можно привести: элементы топливной системы, гидравлики, крепёжные и аэродинамические компоненты, лопатки авиационных двигателей, ракетные сопла, каналы подачи воздуха, различные баки и резервуары сложной формы, завихрители, теплообменники и др. В ОПК – это, например, создание БПЛА. Беспилотные летательные аппараты должны быть лёгкими, прочными, иметь хорошую аэродинамику и управляемость. Аддитивные технологии позволяют решать эту задачу. Сегодня, практически все БПЛА имеют в своём составе много узлов, сделанных на 3D-принтере. Некоторые компоненты ракет, прочего вооружения также делаются с применением АТ. Для ремонта спецтехники стали активно применяться мобильные комплексы – это, как правило, контейнерные перевозимые решения, имеющие в своём составе аддитивные установки. Мы также наблюдаем активное внедрение АТ в медицине: это и стоматология, и создание индивидуальных имплантатов, ортезов, пластины и элементы для ЧЛХ. Когда пациенту нужно создать индивидуальное решение, а не стандартное, оно выполняется врачами на 3D-принтере. Машиностроение, автомобильная промышленность, судостроение, а также образовательная сфера – это тоже очень активные сегменты рынка с точки зрения АТ. Например, в автопроме 3D-печать активно используется для создания прототипов или форм для литья. В автоспорте – это 3D-печать лёгких композитных элементов аэродинамики болидов или алюминиевых деталей сложной формы. В судостроении в качестве примера можно привести создание гребных винтов и ремонтные работы по наплавке и восстановлению деталей и элементов корпуса судна.
Отдельно хотелось бы выделить сегмент атомной промышленности и роль ГК «Росатом» в развитии аддитивных технологий. ООО «Росатом Аддитивные технологии» (ООО «РосАТ») - отраслевой интегратор госкорпорации Росатом по направлению «аддитивные технологии». Входит в контур топливной компании Росатома АО «ТВЭЛ» - одного из крупнейших в мире производителей ядерного топлива. «РосАТ» обеспечивает российские производственные предприятия стратегических отраслей промышленности инновационным и надежным оборудованием, материалами и профессиональным сервисом для внедрения технологий аддитивного производства. Это именно 100% свои собственные разработки и ноу-хау. В Росатоме на сегодняшний день более тридцати предприятий уже внедряют аддитивные технологии в свои производственные процессы. В качестве примеров можно привести детали, сделанные с помощью 3D-печати для нужд АЭС: элементы выгородки энергетического реактора, компоненты антидебризных фильтров, крыльчатки насосов, фланцы электрохимического генератора и др.
С какими основными трудностями сталкиваются компании, когда хотят внедрить аддитивное производство?
Нормативные документы и стандарты. На текущий момент пока есть недостаточность стандартов, регламентирующих требования к аддитивным технологическим процессам. Это ограничивает возможности внедрения технологий в практику серийного изготовления продукции. Для решения этих задач в РФ на базе ГК «Росатом» и НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ создан технический комитет по стандартизации ТК 182. Результат – уже более 50 стандартов принято и утверждено.
Также следует отметить дефицит квалифицированных кадров в области проектирования, программирования и управления процессом аддитивного производства. Необходим высокий уровень специальных профессиональных компетенций. Поэтому, чтобы удовлетворить данный спрос, в ведущих ВУЗах всё чаще вводятся новые образовательные программы и модули по направлению АТ.
Ну и конечно, следует отметить достаточно высокую стоимость оборудования для аддитивного производства. Для того, чтобы внедрить 3D-печать на производстве или открыть Центр Аддитивных Технологий нужны значительные инвестиции. Если простые решения по пластику, например, FDMстоят десятки тысяч рублей, то стоимость одной промышленной установки по металлу может достигать нескольких сотен миллионов рублей. Таким, образом, далеко не все компании могут себе позволить организовать у себя 3D-печать металлами.
ГК «Росатом» активно работает над вызовами по внедрению АТ. Одна из инициатив – это «ЦАТОД» - Центр аддитивных технологий общего доступа – проект по созданию центров образовательной, научно-исследовательской, производственной деятельности в области аддитивных технологий, а также их коммерциализации. К задачам «ЦАТОД» относятся: разработка отечественных технологий аддитивного производства для ускорения импортозамещения и продвижения российского 3D-оборудования, выполнение заказов по 3D-печати, тестирование продуктов аддитивных технологий по заказам промышленного сектора, подготовка высококвалифицированных инженеров для предприятий госкорпорации «Росатом» и крупнейших технологичных компаний. На сегодняшний день открыто уже 7 таких центров по всей России.
Какие новые материалы или методы печати открывают самые интересные возможности для промышленности?
По металлическим материалам активно используются стали, жаропрочные сплавы на основе никеля, титановые материалы – последние обеспечивают прочность и низкий вес. За последние годы большинство российских производителей металлических порошков для 3D-печати увеличили объёмы выпуска продукции. Потребность в данных материалах удовлетворяется именно российскими производителями, которые освоили процессы газовой атомизации, центробежного распыления и сфероидизации. Мы также видим ряд инициатив по внедрению цветных металлов в сферу АТ – это медь и алюминий. Говоря о неметаллических материалах – следует отметить пластики, свойства которых заметно улучшаются. Пластиковые материалы становятся более прочными и стойкими к высоким температурам. Также следует отметить развитие связующих материалов для 3D-печати литьевых песчаных форм по технологии Binder Jetting.
Как аддитивные технологии помогают компаниям делать производство быстрее и дешевле?
Если речь идёт о стандартных и простых деталях, то следует отметить, что конкурировать с традиционными методами производства достаточно сложно. Однако, если деталь достаточно сложной формы, то её можно сделать быстрее при помощи АТ. Сокращение сроков происходит за счёт: быстрого прототипирования и тестирования. 3D-печать позволяет создавать прототипы и проводить тестирование ещё на этапе проектирования, что ускоряет выход продукта на рынок. Производство крупногабаритных и сложно-профильных изделий. Аддитивные технологии позволяют изготавливать уникальные детали с высокой степенью геометрической сложности, которые ранее требовали значительных производственных мощностей и длительного времени. Сокращение сроков ремонта и обслуживания оборудования. 3D-печать позволяет оперативно изготавливать запасные части и ремонтные компоненты прямо на производственной площадке, что особенно важно в удалённых и труднодоступных регионах. Снижение стоимости происходит также за счёт того, что снижаются отходы материала.
Какие шаги предпринимаются, чтобы быстрее внедрять 3D-печать в промышленные процессы?
В данном случае следует отметить инициативы по популяризации АТ, донесение до заказчиков всех преимуществ данных технологий. Образовательные инициативы также очень важны – уже сегодня многие ключевые ВУЗы в России создали специальности и направления по 3D-печати. Правительственные меры поддержки – это различные субсидии, льготы на проекты в сфере АТ. Для поддержки российских производителей – это также таможенно-тарифное регулирование, которое предполагает дополнительные пошлины на импортное оборудование. Это даёт определённые преимущества российским компаниям.
Какие технологические прорывы могут полностью изменить аддитивное производство в ближайшие годы?
Прорывы и развитие мы видим, как по направлению оборудования, так и в части материалов. Промышленные 3D-принтеры постоянно усовершенствуются: растёт скорость 3D-печати, повышается точность процесса производства, снижается объём работ по постобработке. Например, современные системы 3D-печати по металлу с использованием технологии SLM имеют в своём составе не один или два лазера, а их количество может достигать нескольких десятков. В данном случае – это действительно технический прорыв, так как производительность системы и её скорость печати кратно увеличивается. Аналогично можно говорить о системах DED. В крупногабаритных машинах прямого лазерного выращивания используется не один, а, например, два робота с технологическими головками наплавления. При этом также важно отметить, что развиваются на рынке не только малые машины, но и машины с большими камерами построения. Иными словами, если раньше с помощью аддитивных технологий можно было изготавливать только небольшие детали, то сегодня стало возможным производить крупные детали, которые являются целиковыми и не имеют соединений. Что касается материалов – то улучшаются механические свойства деталей благодаря новым материалам и сплавам.
Как вы видите роль России на мировом рынке аддитивных технологий в будущем?
Доля России на мировом рынке аддитивных технологий пока небольшая. Мировой рынок АТ изначально развивался намного раньше. Однако следует отметить работу с дружественными странами и увеличение экспорта российских производителей оборудования и материалов для АТ. Российское оборудование АТ не уступает мировым лидерам по большинству характеристик, поэтому спрос на него в ряде стран будет увеличиваться. Аналогично по материалам. На примере металлических порошков можно сказать, что их качество хорошее: текучесть, сферичность, отсутствие примесей и «сателлитов» – спрос также будет увеличиваться не только на внутреннем рынке, но и в ряде стран.