Аддитивные технологии

Аддитивные технологии. Время расширять горизонты

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.
12 февраля 2020

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 МИЭРА

 

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/DEDEB, 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 3Dпринтеров. 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.