Аддитивные технологии (производства) (далее АТ и АП) за последние 20 лет образовали интенсивно развивающийся инновационный сегмент технологии машиностроения: достигнуты впечатляющие практические результаты, сформирован мировой рынок технологий, оборудования и услуг, развернут широкий фронт научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, начата подготовка квалифицированных кадров, появилась предметно ориентированная научная и учебно-методическая литература . Развивается понятийный аппарат этой области технологических знаний, проводятся интенсивные работы по стандартизации и сертификации продукции . Приведенный ниже материал основан на определении аддитивных технологий, предложенном American Society for Testing and Materials - организацией, которая занимается разработкой технических стандартов для материалов, изделий, систем и услуг (стандарт ASTM F2792.1549323–1).

Два основных признака определяют этот сегмент технологий:

Признак аддитивности - конечная конфигурация изделия получается путем целенаправленного добавления дозированных объемов (масс) материала к исходной конфигурации или к подложке;

Признак виртуальности - в основе создания изделия лежит его цифровая модель.

В литературе представлены многочисленные классификационные модели аддитивных технологий. Так, по классификации ASTM аддитивные технологии разделены на 7 групп (русский перевод и пояснения М. А. Зленко ):

1. Material Extrusion - выдавливание материала или послойное нанесение расплавленного строительного материала через экструдер;

2. Material Jetting - разбрызгивание (строительного) материала или послойное струйное нанесение строительного материала;

3. Binder Jetting - разбрызгивание связующего или послойное струйное нанесение связующего материала;

4. Sheet Lamination - соединение листовых материалов или послойное формирование изделия из листовых строительных материалов;

5. Vat Photopolymerization - фотополимеризация в ванне или послойное отверждение фотополимерных смол;

6. Powder Bed Fusion - расплавление материала в заранее сформированном слое или последовательное формирование слоев порошковых строительных материалов и выборочное (селективное) спекание частиц строительного материала;

7. Directed energy deposition - прямой подвод энергии и материала непосредственно в место построения или послойное формирование изделия методом внесения строительного материала непосредственно в место подвода энергии.

Приведенный в работе материал касается, преимущественно, технологий шестой и седьмой групп, относящихся к производству изделий из металлов и сплавов. Этот сегмент АП развивается наиболее интенсивно, ориентирован на производство конечной продукции и представляет наибольший интерес для машиностроения .

Сравнительная характеристика аддитивных и субтрактивных технологий размерного форомообразования

Согласно классификатору методов размерного формообразования , по характеру трансформации исходного объема заготовки в объем детали все существующие методы и технологии на их основе разделяют на четыре класса (табл. 1).

Таблица 1. Классы методов обработки по характеру трансформации исходного объема заготовки

Наибольшее распространение получили методы формообразования второго и третьего классов, на которых основаны так называемые субтрактивные и аддитивные технологии.

Технологии второго класса превалировали и будут превалировать в обозримом будущем в машиностроительном производстве. Однако в 80–90-х годах прошлого века в связи с развитием и удешевлением цифровых технологий, появлением прецизионных мехатронных приводов, совершенствованием лазерной техники и другими факторами аддитивные методы и технологии размерного формообразования совершили качественный скачок и стали конкурентоспособными с классическими технологиями обработки со снятием стружки (табл. 2).

Таблица 2. Сравнительная характеристика технологий второго и третьего классов

Как видно, АТ обладают рядом достоинств и недостатков по отношению к классическим субтрактивным технологиям. Математическим инструментом для выявления области их эффективного практического применения является аппарат и численные средства многопараметрической оптимизации .

Определяющими факторами применения АТ, выступающими в качестве главных критериев их выбора, являются существенное сокращение длительности технологической подготовки производства новых изделий, сокращение цикла их изготовления, возможность использования принципиально новых конструкторско-технологических решений, снижение, в конечном счете, трудоемкости и себестоимости изготовления ответственной продукции. Степень гибкости аддитивных технологий достигает уровня кастомизации, то есть, способности удовлетворять индивидуальные требования потребителей продукции.

Статистический анализ развития аддитивных технологий

Наиболее авторитетным источником информации о состоянии и развитии АТ, признанным мировым технологическим сообществом, является консалтинговая компания Wohlers Associates Inc. (WAI), издающая c 1996 года ежегодные статистические отчеты (Wohlers Report) (www.wohlerassociatrs.com). Согласно Wohlers Report-2014, мировой объем рынка продукции и услуг к 2013 году достиг 3 млрд долл. (рис. 1). Среднегодовой прирост рынка ∆р за 26 лет составил 27 %. Прогнозируется увеличение объема рынка от 3,07 в 2013 до 21 млрд долл. в 2020 году. В предыдущем отчете (2013 г.) объем рынка в 2012 оценивался в 2,26 млрд долл. с прогнозом объема рынка 10,8 млрд долл. на 2021 году (рис. 2).

Рис. 1. Динамика мирового объем продукции АП в 1993–2013 годах

Рис. 2. Прогноз развития мирового объема АП продукции и услуг (млд. Долл.)

Около 40 % рынка продукции и услуг в 2013 году приходилось на оборудование и материалы и 60 % - на услуги и производство продукта (рис. 3).

Рис. 3. Прогноз динамики структурных составляющих мирового рынка продукции и услуг АП (млд. долл.)

Статистические данные WAI приводятся во многих работах, посвященных АТ , однако методика прогнозирования нигде не обсуждается, хотя ее влияние на достоверность прогнозов является определяющим. На основе имеющихся статистических данных возможны два основных подхода к краткосрочному прогнозированию.

Первый из них основан на гипотезе об относительной устойчивости величины среднегодового прироста ∆р мирового рынка продукции и услуг АП. Принимая на ближайшие 10 лет ∆р = const, прогнозируемый объем рынка Р можно описать выражением вида

Р = Р0 (1 + ∆р)^(n–1) = Р0 1,27^(n–1), (1)

где Р0 - объем рынка в 2013г., n - порядковый номер последующего года, начиная с 2013 (2013 г. принят за 1). Расчет дает 20,3 млрд долл. в 2021 году. По данным Wohlers Report-2014, прогнозируется увеличение рынка до 21 млрд долл. (рис. 2), что близко к значению, полученному по выражению (1). По данным некоторых других источников эта цифра значительно выше. Это означает, что в этих источниках прогнозируется увеличение не только объема рынка АП на указанный период, но и среднегодового прироста этого объема.

Второй подход базируется на гипотезе, широко используемой в наукометрии и заключающейся в том, что скорость увеличения объема знаний в некоторой новой быстро развивающейся области науки и техники пропорциональна текущему значению этого объема , то есть

где V - текущий объем знаний, k - коэффициент пропорциональности.

Решение уравнения (2) имеет вид

V =V0exp kt, (3)

где V0 - объем знаний в начальный момент времени t.

В первом приближении без учета инерционных процессов можно считать, что объем рынка изменяется подобно объему знаний.

Анализируя с этой точки зрения статистические данные (рис. 1) (без учета 2013 г.) и принимая в качестве точки отсчета 1993 г. (объем рынка V0 принят 0,09 млрд долл.), находим k = 0,17 и выражение (3) преобразуем к виду

V = 0,09 · 1,19^(n–1). (4)

Таким образом, выражение (1) является частным случаем (3). Однако, среднегодовой прирост в нашем расчете 19 %, что заметно ниже 27 %. Расчет дает для 2020 года 9,86 млрд долл., что хорошо согласуется с предыдущим прогнозом WAI (рис. 2).

Из рис. 3 видно, что соотношение долей отдельных компонентов мирового рынка АП перераспределяется в сторону увеличения доли реализуемой продукции. Заметна тенденция ускоренного развития сегмента рынка АП, связанного с непосредственным изготовлением изделий из металлов и сплавов (рис. 4), быстро растет спрос на соответствующее оборудование. Отмечается тенденция к увеличению доли конечного продукта в товарной продукции АП (рис. 5).

Рис. 4. Динамика продаж оборудования для АП металлических изделий

Рис. 5. Динамика доли конечной продукции (%) на рынке АП

Рис. 6. Использование оборудования для АТ мировым технологическим сообществом

Уровень развития АТ в различных странах мира характеризуется количеством установленных единиц соответствующего оборудования (рис. 6). Видно, что на долю США приходится (2013 г.) 38 % мирового парка машин, в то время, как на долю России - 1,4 % (преимущественно машины для лазерной стереолитографии).

Статистические данные WAI раскрывают основные технологические задачи, для решения которых используют АТ:

•  визуализация – 10,4 % (16,8 % в 2004 г.);
• презентационные модели - 9,5 % (в 2004 г.);
• контрольные сборки - 17,5 % (11,4 % в 2004 г.);
• мастер-модели для изготовления оснастки - 11,3 % (10,6 %);
• мастер-модели для литья металлов - 10,8 % (8,1 %);
• компоненты инструментальной оснастки - 4,8 % (6,9 %);
• функциональные детали - 28,1 % (16,4 %) в том числе - конечное изделие - 19,2 % (8,2 % в 2004 г.);
• в обучении и исследованиях - 6,4 %;
• другие задачи - 1,3 %.

Совершенно очевидно, что промышленные успехи в области АП связаны и определяются созданием и быстрым развитием соответствующей области знаний. На рис. 7 показана динамика расширения числа научных публикаций и числа цитирований в этой области знаний. Данные приведены в Wohlers Report-2014, поэтому 2014 год отражен не полностью.

Рис. 7. Динамика числа публикаций (слева) и числа цитирований за двадцать лет

Статистика получена путем поиска публикаций и цитирований с ключевой фразой additive manufacturing. Несмотря на то, что далеко не все публикации по рассматриваемой тематике были учтены, приведенную статистику следует рассматривать, как достоверную выборку в связи с распространенностью ключевого термина. Можно показать, что развитие научных знаний в области АТ соответствует экспоненциальному закону и количество новых знаний прогрессивно нарастает.

Отметим, что количество российских публикаций по вопросам АП составляет всего 0,76 % от общемирового. Россия занимает 26-е место в мире, разделяя его с Грецией, Израилем, Финляндией и Польшей. За последние 15 лет в России был выдан 131 патент по различным аспектам АП (0,14 % от мирового количества), причем 14 из них получены российскими заявителями, а 117 - иностранными. Для сравнения, Южная Корея, США, Япония и Китай совместно владеют 90 % патентов в этой сфере.

Аддитивные технологии в производстве авиакосмической техники

В производстве авиакосмической техники аддитивные технологии обеспечивают следующие основные преимущества:

1. Стоимость вывода 1 кг массы на орбиту Земли составляет от 12 до 25 тыс. долл. Поэтому возможность снижения массы изделия за счет повышения его конструктивной сложности является весьма актуальной для ракетно-космического машиностроения.

Анализ, проведенный в рамках проекта ATIKINS, показал, что снижение массы магистрального самолета на 100 кг на протяжении всего жизненного цикла влечет за собой экономию $2,5 млн на топливных расходах и сокращает выбросы углекислого газа на 1,3 млн  тонн.

Однако степень усложнения конструкции изделия ограничивается возможностями существующих методов, технологий на их основе и средств технологического оснащения. Так, аддитивные технологии обеспечивают получение системы полостей произвольной формы в теле детали, а субтрактивные - нет. Поэтому в последнем случае приходится использовать дорогостоящие заготовительные технологии с относительно низким уровнем технологической надежности и удорожанием производства из-за брака. В качестве примера рассмотрим одну из основных, лимитирующих деталей газотурбинного двигателя - лопатку турбины (рис. 8).

Рис. 8. Сечения лопатки турбины ГТД

Лопатку с сечениями, формирующими магистраль подачи охлаждающего воздуха, получают литьем по выплавляемым моделям. Отверстия для входа воздуха на передней кромке лопатки изготовляют малопроизводительным электроэрозионным прошиванием с последующей доводкой абразивной суспензией. К настоящему времени созданы опытно-экспериментальные образцы лопаток с применением SLS и SLM - технологий. Обсуждается вопрос о ремонте лопаток турбин с применением АТ.

2. Коэффициент использования материала (КИМ) при традиционном производстве основных деталей двигателей авиакосмической техники составляет 0,05–0,2. Применение АТ позволяет повысить этот коэффициент до 0,7–0,9, что обеспечит значительное сокращение затрат на дорогостоящие материалы. Значение КИМ при изготовлении металлических деталей с применение АТ определяется, главным образом, массой поддержек, подлежащих удалению (рис. 9).

Рис. 9. Вариант конструкции поддержек соединительного блока

3. Сокращение длительности цикла и стоимости технологической подготовки производства новых изделий имеет первостепенное значение, особенно в опытно-экспериментальном производстве. С развитием АТ опытно-конструкторские организации могут не только осуществлять быстрое натурное моделирование составных частей опытного изделия, но и значительно ускорить как изготовление сложных деталей, так и введение изменений в их конструкции в процессе доводки и испытаний изделия. Так, по данным ОАО КБХА применение АТ при изготовлении 5 основных деталей двигателя позволяет в среднем сократить цикл изготовления в 5 раз.

4. Замена сборочной единицы деталью одного наименования повысит надежность составной части изделия и также сократит цикл ее изготовления. Так, на рис. 9 показан соединительный блок, который при традиционном исполнении представляет собой сборочную единицу, состоящую из 8 наименований деталей.

АП смесительной головки позволяет сократить число наименований деталей с 138 при классической технологии до 1–3 при АП.

5. Основные детали горячей части двигателей современных летательных аппаратов, работающие, как правило, в экстремальных условиях, изготавливают из материалов с низкой обрабатываемостью резанием, поэтому понятен интерес создателей ГТД и ЖРД к АТ, позволяющим в ряде случаев снизить трудоемкость и себестоимость технологии. Так, компания GE Aviation часть деталей нового двигателя LEAP производит с применением АТ (рис. 10).

Рис. 10. Двигатель LEAP компании GE Aviation

Производство авиакосмической техники характеризуется, как правило, единичным и серийным (мелко- и среднесерийное) типами производств. Поэтому при выборе альтернативных технологий следует учитывать степень их гибкости. Гибкость технологий аддитивного формообразования выше, чем традиционных, поскольку при переходе на новую деталь нет необходимости подготавливать новую заготовку и средства технологического оснащения. АТ-технологии эффективны при обработке относительно малых партий изделий, когда высокая стоимость материалов компенсируется снижением постоянных затрат, связанных с традиционными технологиями (рис. 11). Как видно, 42 единицы - тот размер партии самолетных шасси, при котором себестоимость изготовления методом литья под давлением и селективного лазерного спекания одинакова .

Рис. 11. Критический размер партии деталей, определяющий рентабельность АТ

Доля аэрокосмической отрасли на мировом рынке аддитивных технологий составляет около 12 % (2013 г.) и имеет тенденцию к росту . Некоторые детали авиационно-космической техники, изготовленные с привлечением АТ, показаны на рис. 12.

а) крыльчатка

б) лопаточный ротор

в) охлаждающий элемент

г) лопатка турбины

д) топливная форсунка

е) элементы СПТ

Рис. 12. Изделия авиационно-космической техники, полученные с применением АТ

Рассмотрим состояние дел с практическим внедрением АП в авиационно-космическую индустрию промышленно развитых странах мира .

Впервые о полномасштабном внедрении АТ сообщила корпорация General Electric (GE). Это привело к возрастанию в 2012 году стоимости ее акций с 19.87 до 23 долл. за акцию. Такая реакция рынка привела к вовлечению в инновационный процесс АП ряда других компаний (Siemens, Mitsubishi и др.).

В 2013 году в подразделении GE Aviation была создана лаборатория Additive Lean Lab, которая занялась внедрением аддитивного производства в АПК. К 2016 году лабораторией подготовлены условия для промышленного изготовления топливных форсунок двигателей нового поколения LEAP самолетов Airbus A320 NEO, Boeing 737MAX и COMAC C919 (www.voxelfab.com). Используя АП, GE может производить до 25 000 форсунок в год (комплект форсунок на двигатель - 19 шт.). Согласно прогнозу специалистов GE Aviation, в ближайшем будущем половина всех деталей современных авиадвигателей будет изготавливаться с применением АТ.

При помощи SLM-технологии изготовлен и успешно протестирован инжектор двигателя для ракеты RL-10. Центр космических полетов им. Дж. Маршалла (Хантсвилл) и компания Directed Manufacturing провели огневые испытания инжектора, разработанного по государственной американской программе сверхтяжелого ракетоносителя (РН) для пилотируемых полетов Space Launch System (SLS). Был представлен самый большой компонент РД, изготовленный средствами АП, состоящий из двух частей, в то время как похожие инжекторы включают в себя 115 деталей. При экстремальных условиях были проверены свойства материала инжектора (сплав никеля и хрома).

Другим инновационным подходом создания АТ-технологий является метод прямого лазерного спекания металла (DMLS), разработанный крупнейшей компанией EOS. С его помощью компания Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) изготовила методом послойного синтеза камеру сгорания двигателя SuperDraco (рис. 13) многоразового космического корабля (КК) Dragon, что позволило получить тягу 7257 кГ.

Рис. 13. Испытания двигателя с КС (компания SpaceX)

Камера сгорания (КС) является ключевым лимитирующим элементом ЖРД. Поэтому ряд компаний проводят интенсивные работы по внедрению аддитивных технологий в производство КС. Так, европейский аэрокосмический концерн Airbus Group подтверждает возможность снижения себестоимости при использовании технологии DMLS для производства конструкций сложной геометрической формы типа КС в условиях единичного или мелкосерийного производства.

Снижение массы и улучшение аэродинамического качества деталей летательных аппаратов, характерные для применения АП, приводят к экономному расходу топлива (на 15%) и снижению уровня загрязнения окружающей среды (на 3%) (по данным компаний Snecma и GE Aviation). Специалисты Института физики атмосферы космического агентства Германии (IAP DLR) показали, что подобное сокращение выбросов в атмосферу сэкономит авиакомпаниям до 1 млн долл. ежегодно. Помимо этого, в АТ деталей планируется использовать новый керамический композиционный материал, который позволит работать при более высоких температурах.

Метод DMSL активно используется при изготовлении спутников. Инженеры Airbus Defence and Space (подразделения Airbus Group) применили метод для оптимизации конструкции кронштейнов, связывающих корпус спутника с солнечными батареями и радиоантеннами. Созданные на установке EOSINT M 280 детали соответствовали требуемым техническим условиям: выдерживать силовую нагрузку до 20 кН в температурном диапазоне от –180 °C до +150 °C. В дополнении к техническим характеристикам АП позволило на 20 % сократить расходы на производство и трудоемкость изготовления кронштейнов.

Компанией RedEye этим же методом изготовлены топливные баки для спутников Lockheed Martin Space Systems с двухкратным снижением расходов на их производство.

Развитием инновационных аддитивных технологий интересуются не только отдельно взятые компании. Как показывает практика, интерес к 3D-печати получил статус государственного значения в мире, поэтому каждое космическое агентство считает стратегически необходимым использовать его в производстве космической техники (КТ). Европейское космическое агентство (ESA) объявило о запуске проекта AMAZE, целью которого является АП металлических частей для космических кораблей, двигателей самолетов и ракет. Проводятся работы по созданию и доводке космического спутника, собранного полностью из таких частей.

В 2014 году 3D-принтер компании Made In Space доставлен на Международную космическую станцию (МКС) для создания деталей КТ в условиях невесомости. По мнению специалистов есть реальная возможность изготавливать на орбите до 30% запчастей.

С 2016 года на орбите функционирует спутник российского производства, изготовленный с применением АТ специалистами Томского научного центра.

В январе 2014 года совершил первый полет истребитель Tornado GR4 военно-воздушных сил Великобритании, при изготовлении которого использованы металлические детали, изготовленные компанией Rolls-Royce с привлечением АТ. На основе успешных испытаний принято решение о серийном производстве части запчастей для британских истребителей с применением АТ. Показано, что это позволит экономить до 0,3 млн фунтов стерлингов в год.

Технологии послойного наложения расплавленной полимерной нити (Fused Deposition Modeling - FDM) позволяет использовать материалы производственного класса для изготовления деталей, работающих в условиях воздействия агрессивной среды и высоких температур. Среди продукции, созданной по данной технологии, особо важной для ОПК считается изготовление боевых беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и учебных «дронов». К конкретным примерам относятся кронштейны видеокамер для наступательных БЛА Taranis компании BAE Systems (www.defensetech.org), антенны и «дроны» двойного назначения RDASS 4 компании Leptron. В 2014 году БЛА, построенный по технологии FDM, представлен специалистами Шеффилдского университета (рис. 14, а).

Рис. 14. Беспилотный летательный аппарат, созданный на основе АТ

Подобные работы проводятся и в нашей стране. ОАО «КБ «Луч», входящим в состав государственной корпорации «Ростех», создан экспериментальный образец беспилотного летательного аппарата, планер которого изготовлен с использованием аддитивных технологий (рис. 14, б). Возможности аддитивного производства обеспечили значительную экономию финансовых средств и времени на создание финального образца беспилотной авиационной техники, а также перспективы изготовления (восстановления повреждений) непосредственно в районе боевых действий.

Следует отметить, что в авиакосмической промышленности широко используются и в ряде случаев являются критическими технологии, аддитивные по своей сути, которые практически не обсуждаются и не рассматриваются в работах по аддитивной тематике. Это технологии, связанные с намоткой изделий из углеродного, стеклянного, полимерного волокна на многошпулечных намоточных машинах с пропиткой связующим веществом и последующим отвердеванием .

Заключение

В производстве авиационнокосмической техники проявляется повышенный интерес к применению АТ. Ведущие компании мира проводят широкий круг НИОКР в этой области, появились промышленные образцы изделий АП, начат серийный выпуск ряда наименований деталей, прогнозируется расширение сферы их эффективного применения. Сдерживающими факторами являются высокие цены на материалы, оборудование, сложная и длительная процедура сертификации продукции.

Моргунов Ю. А., Саушкин Б. П., Московский политехнический университет

Литература:

1. Зленко М. А., Попович А. А., Мутылина И. М. Аддитивные технологии в машиностроении. - С.-Пб.: Издательство С.-Пб. политехнического университета. 2013. - 222 с.
2. Шишковский И. В. Основы аддитивных технологий высокого разрешения. - СПб.: Изд-во Питер, 2015. - 348 с.
3. Гибсон Я., Розен Д., Стакер Б. Технологии аддитивного производства. Пер. с англ. Под ред. И. В. Шишковского - М.: Техносфера, 2016. - 656 с.
4. Additive fabrication terminology unraveled. www.additive3d.com\nm_01.htm.
5. ASTM Additive manufacturing committee approves terminology standard. Электронный ресурс: www.astmnewstroom.org/default.aspx?pageid=1944.
6. W. E. Frazier, Metal Additive Manufacturing: A Review, J. Mater. Eng. Performance, 23 , 1917–1928 (2014).
7. Наукоемкие технологии машиностроительного производства. Физико-химические методы и технологии/Под ред. Б. П. Саушкина. - М.: Форум. 2013. - 920 с.
8. Публичный аналитический доклад по развитию новых производственных технологий/Сколковский Институт науки и технологий, 2014. - 202 с.
9. Михайлов Ю М. Перспективы использования аддитивных технологий в ОПК. 2015. Электронный ресурс: federal book.ru/OPK-11/111/Mihaylov. pdf.
10. Новый справочник химика и технолога/Под ред. А. В. Москвина/Раздел 8. Саушкин Б. П. Основы технологии. - СПб.: НПО «Профессионал», 2006. - 1464 с.
11. E. Atzeni and A. Salmi, Economics of Additive Manufacturing For End-Usable Metal Parts, Int. J. Adv. Manuf. Tech., 62 , 1147–1155 (2012).
12. Сироткин О. С. Современное состояние и перспективы развития аддитивных технологий/Авиационная промышленность. 2015, 2. - С. 22–25.
13. Чумаков Д. М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники/Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск № 78 www.mai.ru/science/trudy/.
14. Исаченко В. А., Астахов Ю. П., Саушкин Б. П. Технологии ракетно-космического машиностроения - проблемы и перспективы/Технология машиностроения, 2016, № 1. - С. - 10–14.
15. Панов Д. В., Саушкин Б. П. Коротков А. Н. Композиты и станки для их обработки/Ритм, 2014, 7. - С. 32–36

Цифровое производство с использованием аддитивного метода заключается в послойном создании объекта любой сложности. Аддитивные технологии принципиально отличаются от тех, которыми пользовались до недавнего времени. Их главное отличие в том, что они являются не вычитающими, как, к примеру, метод ЧПУ обработки, а собирательными. Иными словами, происходит собирание изделия из изготовленных порошковой композицией деталей. По сравнению с техникой литья, штамповки или обработки ЧПУ данная технология повышает производительность до тридцати раз, но самое главное, что она дает возможность получить детали, которые традиционными способами было невозможно создать.

Инновационные 3D-аддитивные технологии позволяют создавать модели любых форм и размеров, так как послойной процесс синтеза происходит слой за слоем. Данный способ производства пользуется таким методом, как прототипирование. Этодает возможность создавать не готовый объект, который можно использовать для конкретных целей, а его прототип, позволяющий оценивать возможности и характеристики модели, ее внешние данные и т. д.

Прототипы можно представлять заказчикам, а такжеиспользовать в маркетинговых целях. К примеру, на автомобильных выставках часто используются модели, созданные с помощью быстрого прототипирования, для того чтобы представить их потенциальным заказчикам. Данная технология позволяет производить прототипы быстро,а главное - недорого по сравнению со стандартными методами производства.

Технологии аддитивного производства широко используются для уменьшения затрат при проектировании за счет определения возможных ошибок на ранних стадиях проектирования. Кроме того, данная технология сокращает время выхода продукта на рынок за счет усиления связи между заказчиком и проектировщиком. Она практически полностью исключает трудоемкий и длительный этап изготовления опытных образцов.

История развития и сфера применения 3D-аддитивных технологий

Многие считают объемную печать изобретением 21 столетия, однако техника аддитивной печати зародилась еще в восьмидесятых годах прошлого века. И ее отцом считают Ч. Халла - человека, сконструировавшего первый стереолитографический 3D-принтер, работающий на SLA-технологии. Вскоре другой инженер - С. Крамп смог спроектировать и создать FDМ-принтер. И, несмотря на то, что данные технологии печати немного отличаются друг от друга, их объединяет один принцип - послойное выращивание трехмерной модели. К концу девяностых годов обе технологии стали применяться в промышленности. Чуть позже 3D-технология была внедрена двумя студентами Массачусетского института в настольные принтеры, и сегодня аддитивные технологии, технологии 3D-моделирования широко используют не только в производстве, но и в быту.

На данный момент современные технологии цифрового производства применяются в строительстве, архитектуре, медицине, космонавтике, машиностроении и других сферах деятельности. Так, например, аддитивные технологии в машиностроении позволяют создавать качественные прототипы моделей, помогающих изучить все характеристики будущего изделия или агрегата. При создании прототипов чаще всего применяется стереолитографический метод AF-печати, при котором слои жидкого полимера отвердевают благодаря использованию лазера. Методика позволяет получать прототипы сложнейших объектов с множеством мелких элементов, в том числе нестандартной формы.

Какие задачи решает применение аддитивных технологий на цифровом производстве?

Интегрированная компьютерная цифровая система управления производством включает в себя применение средств численного моделирования, трехмерной (3D) визуализации, инженерного анализа и совместной работы, предназначенных для разработки конструкции изделий и технологических процессов их изготовления.

Проектирование цифрового производства- это концепция технологической подготовки производства в единой виртуальной среде с помощью инструментов планирования, проверки и моделирования производственных процессов. Технологии цифрового производства - это, прежде всего, процессы перевода цифрового дизайна в физический объект.

Применение аддитивных технологий решает такие задачи цифровых производств, какмодернизация и автоматизация действующих и проектирование новых эффективных машиностроительных производств различного назначения, средств и систем их оснащения, а также производственных и технологических процессов с использованием автоматизированных систем технологической подготовки производства.

Среди технологий, постоянно появляющихся в жизни человека благодаря достижениям научного прогресса, существуют и такие, которые носят название «аддитивных». Это определение произошло от заимствованного слова «аддитивность», или, если быть точнее, от английского словосочетания «additive manufacturing» (сокращенно – AF), которое дословно переводится как «прибавляемое производство». Так что же это такое, и чем данный вид технологий может быть полезен обществу сегодня?

Сущность

Аддитивные технологии являются отраслью цифровой промышленности и представляют собой такой метод производства изделий и различных продуктов, при котором происходит наращение слоев объекта посредством использования компьютерных устройств для 3D-печати. Что же за материалы их заполняют? Обычно это воск, металлические и гипсовые порошки, полистирол (бесцветный и стеклообразный полимер, напоминающих пластик), полиамиды (пластмассы), жидкие фотополимеры (заготовки, затвердевающие под воздействием световых лучей, чаще всего ультрафиолетовых) и пр.

Возникновение: как это было

История аддитивных устройств началась в 1986 году, когда один из представителей компании «Ultraviolet Products» по имени Чарльз Халл (ныне исполнительный вице-президент и главный технический директор собственной организации «3D Systems») сконструировал первый в мире стереолитографический принтер для трехмерной печати. Механизм был произведен главным образом для обеспечения оборонного комплекса США своевременными поставками. Халл обратил внимание на то, что для создания отдельных деталей и их последующей сборки требуется большое количество времени и сил. Поэтому он решил не только прибегнуть к помощи ультрафиолетового излучения, но и осуществить задуманное максимально рационально. Так, мужчина сначала наложил друг на друга несколько тысяч слоев пластика, а уже потом закрепил их одной ультрафиолетовой обработкой.

Позднее Чарльз покинул обанкротившуюся фирму «UVP», но останавливаться на разработке собственного детища не пожелал, – он запатентовал техническое изобретение в 1983 году и лично основал компанию, которая затем разрослась до масштабов настоящей корпорации. Сегодня «3D Systems» является одним из ключевых участников рынка принтеров, изделий и программного софта для создания объемной продукции.

Последующее развитие аддитивные технологии получили благодаря товарищам-студентам из Массачусетского технологического института. В 1993 году Джим Бредт и Тим Андерсон решили качественно дополнить уже существующие наработки собственными идеями, а потому взяли и модифицировали обычный 2D принтер в устройство для 3D печати. В модернизированном устройстве применялись не листы бумаги, а похожий на клей специальный жидкий состав, который разбрызгивался по тонким слоям основного наполнителя (полимерного, металлического или гипсового порошка) и затвердевал. Бредт и Андерсон подарили AF мировую известность, ведь сделали их более ходовыми и универсальными. В 1995 году друзья организовали собственную организацию «Z Corporation», успехи которой не остались без внимания «3D Systems», – в 2012 году она приобрела более мелкую, но не менее перспективную компанию, и их передовые проекты начали выходить в свет под общим логотипом.

Назначение и применение

Все это означало только одно – вступление в новую эру, качественное изменение многих производственных сфер и упрощение организационных процессов! Например, в автомобильной промышленности значительно ускорился этап разработки прототипов, ведь почти все комплектующие, будь то мощные двигатели или обыкновенные кнопки и рычаги, начали создаваться с полным или частичным использованием технологии 3D печати.

Кроме того, компании стали существенно экономить, ведь теперь производство:

• больше не требовало наличия такого разнообразного инструментария, как прежде;
• могло осуществляться при контроле меньшего количества сотрудников. По сути, для правильного создания детали оказывается достаточного 1-2 инженеров. Главное, что от них требуется – это полные и всесторонние знания проектирования и дизайна технических конструкций, а также понимание особенностей работы с AF установками.

Активно применяются подобные принтеры и… в медицине! Это может показаться невозможным, но даже на современном этапе трехмерные изделия используются как заменяющие и реконструирующие элементы, например, когда речь идет о челюстно-лицевой хирургии. В марте 2018 года в Манчестере была открыта клиника, специализирующаяся на выпуске стержней, протезов и пластин на 3D принтерах, которые заполняются пластмассовыми или металлическими смесями. Несмотря на то, что одна только установка модели «PolyJet» обошлась больнице в $42000, согласно подсчетам руководства, вложение в собственную лабораторию объемной печати окупится быстрее, чем постоянное обращение к посредникам. Сотрудники клиники прогнозируют, что уже через 5 лет подобные центры станут обязательными при лечебных и реабилитационных заведениях, особенно если они занимаются онкологическими, ортопедическими, неврологическими и ревматологическими заболеваниями.

Интересный факт! AF используются и для изготовления искусственных конечностей.

Пробная программа, начатая в 2017 году в столице Иордании, не только продолжает набирать обороты, но и демонстрирует положительные результаты. В Аммане осуществляется лечение людей, бежавших от военных действий в Сирии, Йемене и Ираке. Так, уже 5 добровольцев обзавелись «напечатанными» протезами, которые, во-первых, обошлись им намного дешевле обычных (порядка $20 против сотен долларов), и, во-вторых, были произведены с учетом индивидуальных особенностей и параметров тела.

Аддитивные технологии покоряют и другие сферы: это архитектура, авиастроительство, производство спортивного снаряжения и товаров для детей… Спектр их применения расширяется, а эксперты в один голос прочат этому направлению перспективное и радужное будущее с притоком инвестиций, возрастанием спроса на компетентную рабочую силу и повышением зарплат.

Подробнее о некоторых типах АТ

Не лишним будет упомянуть и о том, как происходит создание объемного продукта в каждом конкретном случае. Самыми популярными методами в аддитивном производстве являются:

1. Fused deposition modeling, FDM – моделирование методом послойного наплавления. Объект конструируется согласно заложенной в программное обеспечение математической цифровой модели из специальной пластиковой нити (лески), которая расплавляется до определенной температуры, а потому становится достаточно гибкой для приобретения нужной формы. Вспомогательные конструкции удаляются вручную или благодаря растворению в специальной жидкости, а готовое изделие либо оставляется в напечатанном виде, либо подвергается пост-обработке (покраска, полировка, шлифовка, склеивание и пр.). Произведенные детали всегда отличаются хорошими характеристиками, такими как износоустойчивость и термостойкость.

1. ColorJetPrinting, CJP. Суть этой продвинутой технологии заключается в использовании композитного порошка на основе гипса и пластика, который не только подвергается послойному склеиванию, но и окрашиванию в самые разные цвета палитры CMYK, включающей до 390 000 оттенков! Пока возможность цветной печати предоставляет исключительно CJP. Кроме этого, данная АТ также делает возможным воспроизведение на поверхности продукции различных текстур в высоком разрешении. Несмотря на среднюю прочность и незначительную шероховатость конечных изделий, ColorJetPrinting, характеризующаяся низкой себестоимостью, активно применяется для создания архитектурных макетов, фигурок людей в миниатюре, презентационных образцов и других наглядных объектов.

1. SelectiveLaserStering, SLS – селективное лазерное спекание. Здесь порошковые материалы (пластики и полиамиды) спекаются лазерным лучом. Такой метод одновременно подходит и для крупных промышленных изделий, и для объектов со сложной геометрией и детальной структурой, и для партий, которые выпускаются за 1 печатную сессию. Технологию SLS нередко путают с SelectiveLaserMelting, или SLM. Разница между ними заключается в том, что в первом случае сплавление оказывается частичным и осуществляется лишь по поверхности частиц, в то время как во втором результат – это получение цельного монолита.

Конференции в России

Национальный рынок АТ в России развит еще недостаточно. Потенциал сферы не раскрывается из-за дефицита кадров, недостатка материала и оборудования и отсутствия должной программы государственной поддержки.

И все же некоторые учреждения стараются собственными силами способствовать знакомству российского общества с передовыми достижениями AF. Одной из таких организаций является Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), представители которого ежегодно устраивают тематические конференции, посвященные аддитивным технологиям. Со своими докладами выступают отечественные и зарубежные ученые и работники промышленной сферы, заинтересованные в замене традиционных форм производства инновационными методами. В этом году мероприятие, состоявшееся 30 марта, стало уже 4 по счету. Принять участие в конференции, которая прошла под лозунгом «Настоящее и будущее», смогли участники, подавшие предварительные заявки.

Аддитивная технология - сравнительно молодое, но очень популярное явление. Название этой технологии происходит от англоязычного термина Additive Manufacturing, что в буквальном переводе означает “производство через добавление”. Аддитивная технология означает метод изготовления путем послойного наращивания сырья.

Самый известный пример применения аддитивных технологий - популярные 3D-принтеры. Все виды данных устройств работают по технологии послойного синтеза.

Аддитивные технологии производства совершили революционный прорыв во многих отраслях - медицинской, строительной, конструкторской, машиностроительной, дизайнерской.

Экскурс в историю

Технологии 3D-печати считают главным открытием XXI века, но история этих инновационных устройств началась еще в XX веке. Изобретателем технологии и основателем новой отрасли стал инженер Чарльз Халл, основатель и владелец компании 3D-Systems.

В 1986 году Чарльз собрал первый в истории стереолитографический 3D-принтер. Примерно в тот же период другой инженер - Скотт Трамп - создал первый в своем классе FDM-аппарат. Два этих знаковых изобретения положили начало стремительного развития рынка трехмерной печати.

Новый этап развития

Следующим шагом в эволюции 3D-печати стало внедрение технологии послойного синтеза в корпус обычного настольного 3D-принтера, которое осуществили студенты Массачусетского технологического университета Тим Андерсон и Джимми Бредт. Впоследствии ими была основана компания Z Corporation, долгое время остававшаяся лидером отрасли.

Современные аддитивные технологии

Сейчас аддитивные технологии переживают период мощнейшего развития и повсеместной популяризации.

Исторически самая первая и точная аддитивная технология - стереолитография. Это метод поэтапного отверждения полимера при помощи лазера. Данную технологию применяют в прототипировании, при изготовлении макетов и элементов дизайна с высоким уровнем детализации.

Селективное лазерное спекание - инновационный метод отверждения жидкого фотополимера. Данная технология позволяет работать с цементом, керамической глиной, сложными полимерами, металлическим порошком.

Наиболее востребованными в бытовом смысле остаются FDM-принтеры, воссоздающие объекты путем наслоения пластиковой нити. Ранее принтеры были способны создавать объекты в одном цветовом решении, но сейчас на рынке появились устройства, использующие несколько видов цветных пластиковых нитей.

Центр аддитивных технологий

На российском рынке существует молодая компания, которая специализируется на применении аддитивных технологий. ОАО «Центр аддитивных технологий» работает на стыке компетенций дизайна, проектирования и расчетов, оптимизации технических решений и производства.

Компания располагает большим парком 3D-принтеров промышленного масштаба ведущих мировых производителей: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

Основное направление работы центра - сотрудничество с предприятиями с целью разработки и реализации новой продукции и уникальных технологий. Также центр специализируется на разработке и производстве настольных портативных 3D-принтеров и сканеров. Данные 3D-устройства способны воплотить технологии прототипирования в бытовых условиях и идеально подходят для первого знакомства с аддитивными технологиями и основами 3D-печати.

Аддитивные технологии в машиностроении

Аддитивные технологии активно применяются в автомобильной отрасли. Команда американского инженера Джима Корра, основателя Kor Ecologic, более 15 лет работает над проектом Urbee - первым прототипом 3D-автомобиля. Следует сказать, что на принтере напечатан лишь кузов и некоторые детали - каркас авто металлический.

Данный автомобиль развивает небольшую максимальную скорость в 112 километров, но обладает низким лобовым сопротивлением благодаря дизайну корпуса и способен проезжать на электродвигателе порядка 65 километров.

Аддитивная технология используется и в прототипе американской компании Local Motors, которая готовит к массовому производству свои электрокары. Прототипы компании обладают современным дизайным, большим запасом хода и искусственным интеллектом.

Аддитивные технологии: применение

В современно мире аддитивные технологии применяются во многих отраслях и потенциально могут использоваться в каждой. Мировые таблоиды периодически потрясают новости о том, как на 3D-принтере напечатали оружие, человеческий орган, одежду, дом, автомобиль.

Потенциал развития данных технологий действительно высок и способен на порядок ускорить развитие научного-технического прогресса - научные лаборатории при помощи 3D-принтеров создают инновационные материалы и ткани. Применение аддитивных технологий в промышленности позволяет производителям ускорить прототипирование новых образцов и сократить путь от идеи до реализации. Архитектурная и строительная отрасли пытаются использовать потенциал аддитивных технологий на 100 %. Дизайнерский бизнес переживает новый этап развития благодаря аддитивному оборудованию.

Перспективы развития отрасли крайне благоприятны. Финансовые аналитики предсказывают рынку 3D-печати стремительный рост. Научно-исследовательские центры, которые занимаются аддитивными разработками, финансируются оборонным комплексом и медицинскими государственными институтами

Распечатать

Детали & Материалы

Аддитивные технологии в российской промышленности

AF-технологии – эффективное звено современного производства

Аддитивные технологии (AF – Additive Manufacturing), или технологии послойного синтеза, сегодня одно из наиболее динамично развивающихся направлений "цифрового" производства. Они позволяют на порядок ускорить НИОКР и решение задач подготовки производства, а в ряде случаев уже активно применяются и для производства готовой продукции .

В недалеком прошлом, лет 10–15 назад, аддитивные технологии использовались преимущественно в традиционно технологически продвинутых отраслях – автомобильной, авиационной и аэрокосмической промышленностях, а также в приборостроении и медицине, где тандем "время – деньги" всегда имел особое значение.

В эпоху инновационной экономики время, затраченное на производство товара, является важнейшим фактором успеха или неуспеха бизнеса. Даже качественно произведенный товар может оказаться невостребованным, если рынок к моменту выхода новой продукции уже насыщен подобными товарами компаний-конкурентов. Поэтому все больше направлений промышленности активно осваивают AF-технологии. Все чаще их используют научно-исследовательские организации, архитектурные и конструкторские бюро, дизайн-студии и просто частные лица для творчества или в качестве хобби. Во многих колледжах и университетах аддитивные машины, или, как их часто называют, 3D-принтеры являются неотъемлемой частью учебного процесса для профессионального обучения инженерным специальностям.

Существует множество технологий, которые можно назвать аддитивными , объединяет их одно: построение модели происходит путем добавления материала (от англ. аdd – "добавлять") в отличие от традиционных технологий, где создание детали происходит путем удаления "лишнего" материала.

Классической и наиболее точной технологией является SLA-технология (от Stereolithography Apparatus), или стереолитография, – послойное отверждение жидкого фотополимера лазером.

Существует много видов фотополимерных композиций, поэтому спектр применения прототипов, полученных по SLA-технологии, очень широк: макеты и масштабные модели для аэро- и гидродинамических испытаний, литейные и мастер-модели, дизайн-модели и прототипы, функциональные модели и т. д.

Селективное лазерное спекание – SLS-технология (Selective Laser Sintering), SelectiveLaserMelting) – еще одно важное направление аддитивных технологий.

Здесь строительным (модельным) материалом являются сыпучие, порошкообразные материалы, а лазер является не источником света, как в SLA-машинах, а источником тепла, посредством которого производится сплавление частичек порошка. В качестве модельных материалов используется большое количество как полимерных, так и металлических порошков.

Порошкообразный полиамид применяется в основном для функционального моделирования, макетирования и изготовления контрольных сборок. Полистирол используется для изготовления литейных выжигаемых моделей.

Отдельным направлением является послойное лазерное спекание (сплавление) металлопорошковых композиций. Развитие этого направления AF-технологий стимулировало и развитие технологий получения порошков металлов. На сегодняшний день номенклатура металлических композиций имеет широкий спектр материалов на основе Ni и Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), на основе Fe (инструментальные стали: 18Ni300, H13; нержавеющая сталь: 316L), на основе Ti (Ti6-4, CpTigr1), на основе Al (AlSi10Mg, AlSi12). Производятся порошки бронз, специальных сплавов, а также драгметаллов – главным образом для нужд дентальной медицины.

Из металлических порошков "выращивают" заготовки пресс-форм, специальные инструменты, оригинальные детали сложной конфигурации, которые затруднительно или невозможно получить литьем или механообработкой, импланты и эндопротезы и многое другое. Уже сейчас при штучном и мелкосерийном производстве зачастую становится экономически выгодным "вырастить" небольшую партию деталей на SLS-машине, чем изготавливать литейную или штамповую оснастку. В сочетании с HIP (Hot Isostatic Pressing – горячее изостатическое прессование) и соответствующей термообработкой такие детали не только не уступают литым или кованым изделиям, но и превосходят их по прочности на 20–30%.

Очень широкие перспективы открываются для еще одной аддитивной технологии – технологии "струйной печати" – InkJet- или PolyJet-технологии. Эта технология предполагает нанесение модельного материала или связующего состава с помощью струйных головок. Особый интерес InkJet-технологии представляют для литейного дела.

Они позволяют "выращивать" непосредственно литейные формы, т. е. "негатив" детали, и исключить стадии изготовления формовочной оснастки – мастер-модели и литейной модели. Компания ExOne (и ее дочернее предприятие ProMetal GmbH) выпускает машины типа S-Max, которые позиционируются не как "прототипирующие машины", а как вполне "рядовое" технологическое индустриальное оборудование, устанавливаемое в общей технологической цепи производства не только опытной, но и серийной продукции. Практически все автомобильные компании мира обзавелись такими машинами. Оно и понятно – с их помощью стало возможным не в разы, а на порядок сократить время прохождения НИОКР по критически важным для автостроителей позициям – литейным деталям: блоки и головки цилиндров двигателей, мосты и коробки передач, деталям, на изготовление которых в традиционном опытном производстве тратились месяцы, а с учетом экспериментальной доводки и подготовки производства – многие месяцы. Теперь конструктор может увидеть свой новый двигатель на испытательном стенде не через полгода, а через две недели после завершения технического проекта.

Сегодня в России существует множество компаний, оказывающих услуги по прототипированию, однако в основном это небольшие предприятия, обладающие одним-двумя недорогими 3D-принтерами, способными выращивать несложные детали. Связано это с тем, что высокотехнологичное оборудование, способное обеспечить высокое качество изделий, стоит дорого и требует для работы и обслуживания квалифицированного, специально обученного персонала. Далеко не каждая компания может себе это позволить, ведь для покупки необходимо четко понимать, каким образом и насколько эффективно это оборудование будет использоваться, будет ли оно загружено работой. Слабостью таких компаний является отсутствие комплексности решения задач. В лучшем случае дело ограничивается оказанием достаточно простой услуги – изготовлением прототипа или модели тем или иным способом. Тогда как AF-технологии – это не только и не столько 3D-принтер, но важная часть 3D-среды, в которой происходит рождение нового продукта – от замысла конструктора до материализации его идей в серийном производстве. Среда, в которой новый продукт создается, "живет", эксплуатируется, ремонтируется вплоть до завершения "жизненного цикла" этого продукта.

Поэтому для полноценного использования AF-технологий нужно создать эту среду: освоить 3D-проектирование и моделирование, CAE- и САМ-технологии, технологии оцифровки и реинжениринга, сопутствующие технологии, включая и вполне традиционные, но переформатированные под 3D-среду. Причем освоить не в отдельно взятом университете или крупной заводе – такие есть промышленностью в целом на всех уровнях – этого нет даже в отдельно взятой, например, авиационной или автомобильной промышленности. Тогда и AF-технологии будут выглядеть не экзотическими изысками, а вполне естественным и эффективным звеном общей 3D-среды создания, производства и жизненного цикла изделия.

Существуют на рынке и крупные компании, обладающие оборудованием высокого уровня, которые, как правило, решают достаточно сложные производственные задачи и оказывают более широкий спектр полезных услуг, сопутствующих прототипированию, способных от начала до конца провести НИОКР и проконтролировать качество работ на каждом этапе. К таким предприятиям можно отнести ФГУП "НАМИ", АБ "Универсал", НПО "Салют", ОАО "НИАТ" (Москва), УМПО (Уфа), НИИ "Машиностроительные Технологии", (СПбГПУ), ОАО "Тушинский машиностроительный завод" и ряд других. Однако такой комплексный подход по силам далеко не каждому предприятию, особенно в условиях безучастной позиции со стороны государства.

В целом ситуация с внедрением AF-технологий в российскую промышленность остается крайне неблагополучной. Ученые, инженеры и технологи не нашли нужных слов, чтобы привлечь внимание государства к опасному отставанию в абсолютно необходимой для отечественной промышленности инновационной сфере. Не нашли аргументов, чтобы убедить власти в необходимости разработки национальной программы развития аддитивных технологий , создания отечественной индустрии AF-машин. Россия практически не участвует в международных организациях, оказывающих значительное влияние на развитие AF-технологий в мире.

Ключевыми проблемами при внедрении AF-технологий в первую очередь являются кадры, которые, как известно, решают все; собственно 3D-машины, высококлассное AF-оборудование, которое невозможно приобрести и невозможно создать без целевой поддержки со стороны правительства в той или иной форме (что, кстати, и делается за рубежом в подавляющем большинстве случаев); материалы – отдельная и сложная проблема междисциплинарного характера, решение которой опять-таки целиком и полностью зависит от качества управления процессом со стороны государства. Это неподъемные для отдельной отрасли задачи. Это проблема, которая может быть решена только при условии целенаправленного взаимодействия высшей школы, академической и отраслевой науки.

Прекрасным примером "рыночного вмешательства" государства в решение сложных технологических задач является литейный завод ACTech, построенный во Фрайбурге (недалеко от Дрездена) в конце 90-х годов в период ренессанса Восточных территорий. Завод совсем небольшой по нашим меркам – всего 6500 кв. метров общей площади, построен с иголочки, в чистом поле и был оснащен самым передовым технологическим оборудованием, главной фишкой которого были AF-машины для выращивания песчаных форм (от компании EOS, Мюнхен). Это был, пожалуй, первый пример комплексного подхода – завод был оснащен современным оборудованием для реальной работы в 3D-среде: AF-машины, измерительная техника, ЧПУ-станки, плавильное, литейное и термическое оборудование. В настоящее время там работают около 230 чел., 80% которых – ИТР и менеджмент. Теперь это один из самых известных заводов с мировым именем, клиентами которого являются практически все ведущие автомобильные компании Германии, многие европейские и американские авиационные фирмы. На завод достаточно передать 3D-файл будущего изделия и описать задачу: материал, количество, желательные сроки изготовления и что вы хотите получить – отливку или полностью обработанную деталь, от этого зависят сроки выполнения заказа – от 7 дней до 8 недель. Примечательно, что около 20% заказов – это единичные детали, около 40% составляют заказы на 2–5 деталей. Почти половина отливок – чугун; примерно треть – алюминий; остальное – сталь и другие сплавы. Специалисты завода активно сотрудничают с фирмами – изготовителями AF-оборудования, ведут совместные НИР с университетами, завод является и успешным коммерческим предприятием, и полигоном для отработки новых технологических процессов.

Жизненный цикл нового изделия.
Работа проведена для ЗАО НПО "Турботехника"

Рынок аддитивных технологий в России развивается, но происходит это очень медленно, поскольку, чтобы вывести эти технологии на должный уровень, необходима поддержка государства. При должном внимании к внедрению AF-технологий они могут значительно повысить скорость реагирования на потребности рынка и экономическую эффективность многих отраслей промышленности.

Кирилл Казмирчук, заместитель директора НИИ "Машиностроительные технологии", СПбГПУ
Вячеслав Довбыш, заведующий лабораторией вакуумного литья металлов и полимеров НИИ "НАМИ"

Фотографии и материалы предоставлены авторами