Всюду 3D-жизнь

Аддитивные технологии, основанные на принципе послойного выращивания твёрдого объекта, – один из важных элементов будущих производств. Профессионалы внимательно следят за развитием этой новой технологии и ищут полноценное применение в российских условиях. Железнодорожная отрасль не отстаёт.



3D-печать – одна из составляющих индустрии будущего (4.0), неотъемлемая часть цифровой трансформации. Только ей чуть не повезло. В отличие от больших данных или искусственного интеллекта, которые остаются для большинства наблюдателей достаточно загадочным полем деятельности – вещью в себе, 3D-печать сразу предстала достаточно простой технологией. Любой желающий мог купить комплект 3D-печати «сделай сам», собрать и напечатать какую-нибудь пластиковую игрушку. Получалось довольно убого, поэтому широкая публика быстро решила, что никаких шансов у технологии нет: делают какие-то безделушки, только некачественно и очень дорого.

Однако чрезмерные авансы и неудачные примеры не должны заслонять собой факты. Да, сейчас рынок на своей ранней стадии. Об этом говорит огромное количество игроков, которые штурмуют его, предлагая новые продукты. Рынок ещё не сложился, он бурно развивается.

За год меняется очень многое – технические параметры принтеров, цены на продукты, их качество и широта выбора. Например, пластики для 3D-печати, перечисляет генеральный директор компании «2050. Аддитивные технологии» («2050. АТ», входит в Группу компаний 2050.Digital) Дмитрий Кирьянов, могут быть эластичными или, наоборот, сверхтвёрдыми, термоустойчивыми, которые могут выдерживать температуры до 400 градусов по Цельсию, полупрозрачными и даже биоразлагающимися. И с точки зрения индустриальных игроков есть понимание – когда рынок устоится, места для отечественных игроков на нём уже не будет. Россия и так, по общему мнению, в числе догоняющих.

Компания Deloitte в своём 18-м (на 2019 год) ежегодном прогнозе самых важных технологий, которые привнесут в жизнь максимум изменений, поставила 3D-печать в тройку лидеров вместе с 5G и «умными» колонками.

В отчёте сказано, что технология достаточно созрела, чтобы компании начали включать аддитивные технологии в свои цепочки поставок. Как пример можно вспомнить инициативу пары десятков немецких компаний во главе с Deutsche Bahn и Siemens под названием Mobility Goes Additive – они пообещали, что до конца 2018 года произведут 15 тыс. запчастей при помощи 3D-принтинга.

По прогнозу Deloitte, продажи промышленных принтеров, материалов и сервисов только от крупных компаний, торгующихся на рынке, достигнут в текущем году $2,7 млрд. За последние 5 лет, указывают консалтеры, перечень материалов, которые стали пригодными для использования при 3D-печати, удвоился.

Консалтинговая компания Markets and Markets оценила весь объём рынка к 2023 году в $32, 78 млрд (по мнению экспертов компании, в этот период он будет прирастать на 25,76% в год).

А компания A.T. Kearney уверена, что в следующие 10 лет рынки промышленных товаров размером от $4 до $6 трлн испытают на себе разрушающее воздействие 3D-печати. Примерно так же, как, например, печатная пресса и телевидение потеряли за десяток лет сотни миллиардов долларов рекламных доходов, которые «ушли» в компании вроде Google и Facebook. А продажи CD, книг и бумажных газет (они все легко заменялись цифровыми двойниками в Интернете) от 2,7% от суммарной торговли в мировом масштабе в 2000 году упали в 2016-м до 0,8%. Чтобы оценить масштаб прогноза, достаточно сказать, что китайская промышленность, известная как «фабрика мира», – это $2,9 трлн (и 100 млн рабочих мест – больше, чем всё трудоспособное население России).

Произойдёт это потому, что стоимость 3D-принтинга будет резко снижаться с нынешнего уровня. Сейчас «аддитивка» приблизительно в 5 раз дороже, чем производство по традиционным технологиям, поэтому она получила распространение при производстве запчастей и вообще партий небольшого размера (от 0 до 5 тыс. штук) или очень сложных изделий, при изготовлении которых комбинируется несколько старых технологий. Но за 10 лет, по оценкам A.T. Kearney, цены снизятся до уровня 1,5:1 (а после 2030 года и вовсе достигнут паритета с традиционными).

Конечно, далеко не все подобные прогнозы сбываются, но, даже если эти грандиозные цифры поделить на 10, всё равно масштаб рынка останется впечатляющим и достойным внимания любой крупной корпорации.



По словам Дмитрия Кирьянова, в России по всему имеющемуся спектру технологий (а их несколько в двух основных секторах – аддитивных технологиях с использованием металла и с использованием пластика) предпринимаются серьёзные усилия. По его оценкам, например, несколько сотен компаний включены так или иначе в создание промышленных 3D-принтеров. Хотя пока речь не идёт о разработке принципиально новых систем, а лишь об адаптации и доработке уже существующих.

Впереди – и в мире, и в России – авиастроители. Самой массовой технологически сложной металлической деталью, создаваемой на 3D-принтерах, стал завихритель из кобальто-хромового сплава для авиадвигателя компании General Electric. Этот двигатель будет устанавливаться на Airbus A320neo, Boeing 737 MAX и Boeing 777X. GE в 2013 году инвестировала $3,5 млрд в завод мощностью 32 тыс. завихрителей в год.

Одним из признанных лидеров металлического 3D-принтинга в России стал Всероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ). Здесь уже несколько лет работает замкнутый цикл аддитивного производства – от создания необходимого сплава до установки на изделие выращенной из металлопорошковой композиции этого сплава. В ВИАМе уже серийно изготавливают завихритель фронтового устройства камеры сгорания для двигателя ПД-14 (он должен устанавливаться на самолёты МС-21).

С использованием аддитивных технологий создан, прошёл стендовые испытания и готовится к лётным двигатель для установки на беспилотники. Он потребляет на 30% меньше топлива, на 10% легче и на 10% дешевле, чем используемые сейчас в России.

На заводе «Пензадизельмаш» вместе с ВИАМом решается одна из важнейших задач для холдинга – речь идёт о повышении надёжности турбокомпрессора, одного из главных узлов локомотивов.

Вторым признанным лидером стала ГК «Росатом». Согласно программе развития новых бизнесов в периметре корпорации – на базе топливной компании «ТВЭЛ» – создана компания «Русатом – Аддитивные технологии» (РусАТ). Один из результатов работы – инновационный 3D-принтер, позволяющий работать с двумя порошками металла двумя лазерами (скорость сканирующего устройства до 15 м/сек., производительность на 60% выше однолазерного принтера). Уже получены образцы изделий из сплава inconel (никель-хромовый жаропрочный сплав) и нержавеющей стали. Новый 3D-принтер создан специалистами Института технологии поверхности и наноматериалов Государственного научного центра РФ «НПО «ЦНИИТМАШ» (входит в «Атомэнергомаш») и НПО «Центротех» (Новоуральск, Свердловская область, входит в топливную компанию «Росатома» ТВЭЛ).

Сложнопрофильные изделия в РусАТ готовятся к печати с использованием собственного программного обеспечения – «СЛП-моделирование» и «СЛП-производство». Ведутся разработки программного комплекса «Виртуальный принтер», прогнозирующего результаты печати: по 3D-модели имитируется печать, рассчитываются оптимальные для процесса оборудование, режимы плавления, материалы.

В НПО «Центротех» в Новоуральске Свердловской области будет работать площадка по производству порошков и производству принтеров. Ещё одно аддитивное направление «Росатома» – совместное с научно-исследовательским центром Первого Московского государственного медицинского университета им. Сеченова производство челюстно-лицевых и тазобедренных имплантов. Производство имплантов и протезов – одно из основных применений 3D-принтинга в мире.

В России есть ещё несколько серьёзных промышленных игроков. Объединённая судостроительная корпорация (ОСК) в сотрудничестве с Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом разрабатывает 3D-принтер для печати деталей судов и кораблей из титана и стали толщиной до 6 м, рассказывал в прошлом году глава корпорации Алексей Рахманов. Он уточнил, что в случае успешных испытаний и сертификации Морским регистром такие агрегаты установят на двух заводах корпорации.

«Ростех» на базе Всероссийского института лёгких сплавов (ВИЛС) создал Инжиниринговый центр аддитивных технологий (ИЦАТ). Объединённая двигательная корпорация, «Вертолёты России», компания «Технодинамика» и концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) создали на базе Московского машиностроительного предприятия имени В.В. Чернышева (входит в Объединённую двигателестроительную корпорацию) Центр аддитивных технологий (ЦАТ).

Металлурги заинтересованы в том, чтобы поставлять порошки для 3D-печати. На этом рынке наиболее активны «Русал», который создал Институт лёгких материалов и технологий для организации серийного производства алюминиевых порошков различного назначения, тульский завод «Полема» (входит в структуру Промышленно-металлургического холдинга), который запустил первое в России производство сферичных металлопорошков для 3D-печати, «Гранком» (входит в Группу компаний ПАО «Русполимет»), который недавно начал строительство завода по выпуску металлических порошков и гранул.



За пределами мира больших корпораций тоже есть 3D-жизнь. Правда, из-за отсутствия финансов амбиций там поменьше (не многие создают свои принтеры, свои материалы и собственное ПО), и гораздо чаще встречается пластиковая 3D-печать.

Для работы в открытом для бизнеса формате были созданы Региональный инжиниринговый центр (РИЦ) при Уральском федеральном университете в Екатеринбурге и Центр аддитивных технологий в Воронеже. Это достаточно серьёзные структуры, которые замахиваются на создание собственных 3D-принтеров, но они ориентированы на выполнение коммерческих заказов.

На базе Ярославского государственного технического университета и ГК «АМТ-Спецавиа» планируется создать Российский центр аддитивных технологий в строительстве. Есть и такое направление в 3D-печати. И в Ярославле уже возведён жилой дом, построенный с применением технологии 3D-печати площадью 300 кв. м – он собран на фундаменте за две недели.

Самарский национальный исследовательский университет создаёт Российско-германский центр гибридных аддитивных технологий вместе с компанией SLM Solutions (это лидер мирового рынка из Германии).

Среди отечественных производителей 3D-принтеров, которые используют пластик, лидируют компании Picaso 3D (одна из старейших, созданная ещё в 2011 году), 3Dqualit и Magnum (только принтеры последней компании на 100% собраны из отечественных деталей). Ознакомиться с новинками индустрии можно на форумах Geek Picnic и 3D Expo, проходящих ежегодно с 2011-го и 2014 года соответственно.



Компания «2050. Аддитивные технологии» («2050. АТ», входит в Группу компаний «2050.Digital») создана в сентябре прошлого года. Хотя идея каким-то образом заняться освоением аддитивных методов производства, по словам Дмитрия Кирьянова, возникла ещё в 2017 году. Несколько месяцев ушло на изучение зарубежного опыта и поиск своего места в экосистеме 3D-печати.

Для своих базовых заказчиков – АО «Трансмашхолдинг» и ГК «ЛокоТех» – «2050. АТ» предлагает изготовление неответственных (это не значит, что неважных – инспектор-приёмщик Центра технического аудита РЖД может посчитать отсутствие таких элементов очень даже важным и не выпустить локомотив на линию) пластиковых элементов конструкции всех серий локомотивов и прочего подвижного состава: от всевозможных кнопок, ручек, держателей, втулок, креплений до уникальных элементов интерьера кабины локомотива.

В перспективе компания будет работать и с металлом. Кстати, металлы не были первым материалом, применённым в 3D-принтерах, – в придуманном Чаком Халлом, основателем сегодняшнего лидера рынка 3D Systems Corp, в ультрафиолетовой стереолитографии были использованы фотополимеры. Пластики сохраняют лидерство до сих пор – ещё в 2017 году 88% использованных при 3D-печати материалов были пластики (такие как PLA). Правда, они постепенно уступают металлам – в 2018 году эта доля, по данным исследовательской компании Sculpteo, снизилась до 65%.

По словам Дмитрия Кирьянова, компания «2050. АТ» не ставит задачи стать производителем на рынке. Конечная цель компании – создать облачный сервис – платформу, на которой будут встречаться заказчики и исполнители. Такие платформы существуют на западных рынках, а с развитием рынка потребность в ней возникнет и в России. Задача – привлечь самых профессиональных производителей с самыми разными компетенциями в 3D-печати (определённые материалы, размеры и характеристики, география) и дать им работу. А заказчикам пользование платформой должно давать уверенность в том, что деталь будет изготовлена в срок и с требуемым качеством.

В своём идеальном планируемом состоянии платформа должна обеспечить «бесшовный» контакт между заказчиком, например снабженцем депо в Мурманске, и владельцем 3D-принтера. Заказчик находит в каталоге необходимую запчасть, нажимает на кнопку «Выбрать» – и этим действием фактически запускает процесс печати.

Правда, до этого идеализированного видения ещё предстоит долгий путь.

3D-принтинг состоит из нескольких этапов. Нужна готовая 3D-модель, либо деталь нужно сканировать, потом с ней работает дизайнер, программа вырисовывает её, задавая параметры для принтера. Потом за неё берётся ещё один дизайнер, аддитивный. Его задача – подготовить процедуру печати, определить оптимальное положение детали на печатном столе и создать оптимальную систему поддержек (это справедливо лишь для ряда самых распространённых технологий, таких как FDM, к примеру). В начавшемся процессе печати есть масса критических параметров – износ сопла, состояние кинематики, соответствие материала поставленной задаче, скорость подачи материала, температура. И наконец, этап постобработки – удаление поддержек, отделение от стола, финишная обработка (чаще всего пескоструйная).

Даже из описания видно, что многие этапы для неопытного производителя могут стать камнем преткновения. С набором опыта они должны превращаться в рутину. И вот решение этих задач – построение библиотеки протестированных на практике моделей (сейчас в ней более 100 деталей), отбор (и, возможно, даже сертификация по стандартам платформы) качественно работающих производителей, не создающих непредвиденных проблем, отработка расчётов и доставки – первые насущные цели «2050. АТ». Обеспечение этих важных характеристик (затрачиваемое на заказ время, стоимость, качество) – это область компетенций оператора платформы. Именно их сочетание должно привлекать на платформу и исполнителей, и заказчиков.

«Мобильные группы компании сейчас практически в ежедневном режиме объезжают производственные площадки ГК ТМХ/ЛокТех, с собой у них ручные 3D-сканеры высокого разрешения, а также образцы уже «напечатанных» деталей. Ребята рассказывают, показывают, в том числе и поднимаясь в кабину локомотива, дают мастерам образцы в руки, попробовать на излом», – описывает сегодняшную работу Дмитрий Кирьянов. Он сетует, что потребности у депо и заводов пока фактически нет, спрос компания формирует такими визитами. Мастера просто не знают о таких технологиях, а если знают, то думают, что это дорого и недоступно.

«Естественно, в депо привычными способами могут восстановить любую деталь. Токарь несколько раз подбежит, всё перемеряет, целый день будет возиться, но сделает. Учитывая нынешнюю стоимость профессионалов, это выйдет дорого, но такие вещи мало кто считает. Хотя мы уже сталкивались с ситуацией, когда бумажные калькуляции выше цены в нашем прейскуранте», – рассуждает Дмитрий Кирьянов.

Задача этих планомерных поездок – добиться, чтобы в нужный момент мастеров посещала простая идея: «Это же можно напечатать». Процесс идёт, и уже сейчас в очереди на оцифровывание несколько сотен деталей, говорит директор «2050. АТ».

На вопрос о цене Дмитрий Кирьянов отвечает, что сейчас принято оценивать работу в кубических сантиметрах – это общепринятая единица измерения на этом рынке. И цена сейчас составляет от 20 руб. до 100 руб. за единицу в зависимости от материала и сложности детали. Но в «2050. АТ» считают, что надо измерять в граммах или килограммах. Нынешняя рыночная стоимость пластиков ABS или PLA составляет от 1000 (ABS) до 2000 (PLA) руб. за кг. На эту цену плюс обычная рентабельность и стоит ориентироваться.

Платформа 2050 АТ.ru должна быть запущена уже в I квартале 2019 года.

Сергей Кашин