Российские аддитивные технологии или на Запад надейся, а сам не плошай...

О.Мулюкин, Самара

Из общих сведений по сути аддитивных технологий и задействованном в них оборудовании известно [1]: «Аддитивные технологии (АТ) начали интенсивно развиваться со времени получения первых трехмерных изображений изделий на дисплеях компьютеров. Начало положила стереолитография, затем довольно многочисленные новые принципы стали называть технологиями быстрого прототипирования (Rapid Prototiping) и, наконец, укоренилось название «Аддитивные технологии».

В конце 80-х начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов не путем удаления материала (точение, фрезерование, электроэрозионная обработка) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка), а путем постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства. На данный момент значительного прогресса достигли технологии послойного формирования трехмерных объектов по их компьютерным образам.

Термин «аддитивные технологии» означает класс процессов, которые автоматически создают сложные трехмерные физические объекты без инструментального их изготовления, путем преобразования данных, поступающих из CAD-системы. Появление систем быстрого изготовления прототипов было переворотом в технологии. Вместо того чтобы ждать физические модели на протяжении нескольких недель, конструкторы могут получать их уже через несколько дней или часов.

В настоящее время на рынке существуют различные аддитивные системы, производящие модели по различным технологиям и из различных материалов. Однако, все они работают по схожему, послойному принципу построения физической модели, который заключается в следующем: − считывание трёхмерной геометрии из 3D CAD-систем; − разбиение трёхмерной модели на горизонтальные сечения (слои) с помощью специальной программы, поставляемой с оборудованием или используемой как приложение; − построение сечений детали слой за слоем снизу-вверх, до тех пор, пока не будет получен физический прототип модели. Слои располагаются снизу-вверх, один над другим, физически связываются между собой. Построение прототипа продолжается до тех пор, пока поступают данные о сечениях CAD-модели.

Интенсивность развития АТ не имеет аналогов. Эти технологии принципиально изменили процессы проектирования и конструирования изделий, превратив их в процессы непрерывного создания изделий. Конечно, еще много не решенных задач в области производительности аддитивных процессов, в области точности производимых изделий, в области материалов, используемых для изготовления изделий, но все эти проблемы решаемые. А главное в том, что уже современные проектирование и производство изделий немыслимо без аддитивных технологий и на Западе, например, 3D-принтеры стали такими же привычными и распространенными, как персональные компьютеры. Уже сейчас с помощью стандартных 3D-принтеров получают ткани, обувь, продукты питания и даже выращивают живые человеческие органы. Во многих отраслях, например, в космической отрасли, альтернативы аддитивным технологиям не видно уже сегодня. Судя по последним публикациям, альтернативы аддитивным технологиям не видно и вряд ли они когда-нибудь возникнут, поэтому нам уже нужны специалисты по эксплуатации аддитивных установок, но еще больше нужны специалисты по совершенствованию и дальнейшему развитию таких технологий».

Многие маститые ученые России , отмечая состоявшийся в стране старт развития аддитивных технологий, прогнозируют в обозримом будущем широкое применение в отечественной индустрии цифрового производства, и прямо отмечают, что, по сути, мы стоим на пороге новой промышленной революции шестого технологического уклада...

В [2] отмечается: «В области аддитивного производства в мире основные усилия сосредоточены на разработке процессов и материалов, обращается серьезное внимание на необходимость проработки нормативной базы по внедрению АП. Серьезные проблемы есть в области подготовки кадров. Новое поколение инженеров должно обладать необходимыми компетенциями для работы с принципиально новыми процессами как проектирования объектов, создаваемых с помощью аддитивных технологий, так и непосредственно технологий формообразования и контроля аддитивных процессов. В России использованием и внедрением технологий аддитивного производства пока занимается небольшое количество промышленных компаний и исследовательских центров, и недостаточно компаний располагает мощностями для производства функциональных комплектующих из материалов с хорошими эксплуатационными характеристиками. Ещё меньше тех, кто способен производить эти детали в промышленных масштабах. Такая ситуация предположительно связана с высоким уровнем капитальных затрат для закупки АП-оборудования высокого класса, которое к тому же требует наличия соответствующим образом обученного и подготовленного персонала. Другой фактор связан с тем, что полноценное использование преимуществ АП в промышленном производстве возможно только при высоком уровне управления жизненным циклом изделий».

В развитие темы представим в тезисном изложении телесообщение на портале «Арматурный эксперт» профессора кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» МГТУ им. Н.Э.Баумана д.т.н. А.В. Чернышева [http://valve-expert.ru/school/additivnye-tekhnologii-v-konstruirovanii-truboprovodnoy-armatury-/ ] о использовании аддитивных технологий при конструировании трубопроводной арматуры в наши дни, «когда мы должны с Вами считать каждую копейку, каждую минуту, затрачиваемые на рынок новой техники»:

«... Для того, чтобы не только выйти на этот рынок, а удержаться на нем, мы должны регулярно обновлять нашу продукцию. Это проблема каждого производителя. Удержаться на общем рынке, не на внутреннем, как было раньше, а на едином рыночном пространстве, которое распространено на весь мир, очень трудно. Можно туда попасть, но удержаться невозможно... Потому, что необходимо вкладывать огромные средства для того, чтобы регулярно обновлять свою продукцию и всё «быть на плаву»...

Что предлагается в этом направлении?

Сократить до предела … в инженерной науке метод проб и ошибок, когда разработка велась по техническому заданию (ТЗ), получался первый образец, испытывался, - проверялось соответствие его характеристик требованиям ТЗ, и в случае несоответствия этим требованиям проводилась доводка образца. Таких итераций по доводке обычно в опытной технике могло достигать 5-7.

Это огромные деньги и время...

Что мы предлагаем сегодня?

...Перейти от объемов физического эксперимента к численному эксперименту...

Сократить объем физического эксперимента возможно... Для этого необходимо как можно тщательнее провести расчет рабочего процесса и провести численные исследования, имитирующие реальные физические процессы, которые протекают в устройстве...

На сегодняшний день мы обладаем достаточно мощным аппаратом вычисляемой газовой динамики, который позволяет произвести расчет, как мы его не производили с учетом распределенных параметров...

В связи с этим резко возрастает роль вопроса по применению аддитивных технологий...

Аддитивные технологии позволяют без удаления металла, а методом добавления металла (без применения оснастки) достаточно быстро изготовить образцы невероятно сложной конструктивной формы с внутренними полостями. И если раньше речь шла о выращивании образцов из синтетических порошков, то сегодня речь идет о нормальных металлических принтерах, которые изготавливают методом послойной печати детали из таких материалов, как алюминиевые сплавы. Титан, вольфрам, нержавейка, жаропрочные стали и т.д...

Конечно, речь идет об исследовании аддитивных технологий не в серийном производстве, а в опытном производстве на этапе отработки образцов опытной партии или единичных образцов специализированного назначения...

Сегодня аддитивные технологии находятся в России в довольно сложном состоянии, поскольку мы попали под санкции, и об этом нельзя не говорить...

Но тем не менее в стране ведется огромная работа по созданию своей производственной базы: уже ведутся работы по выпуску металлических принтеров, ведутся работы по получению отдельных металлических порошков для печати...

И вопрос практического внедрения аддитивных технологий в массовом применении — это вопрос одного-двух лет...

Но для того, чтобы аддитивные технологии применялись необходимо подготовить специалистов, прежде всего по 3D-моделированию, то есть специалистов, обладающих новым пространственным мышлением...

И как опыт показывает переучивать разработчиков-конструкторов с так называемым «плоским мышлением» в декартовой системе в пространственное мышление не всегда эффективно, хотя и это тоже будет.

Опыт работы с аддитивными технологиями, мой личный опыт, показывает, что молодые люди уже готовы переходить к 3D-моделированию, минуя этап «плоского конструирования». У них это в крови, им это легко дается, они это легко представляют...

И самое интересное...

Внедрение 3D-моделирования в аддитивной технике приводит к необходимости изменения принципов конструирования. Потому что использовать старые принципы конструирования, которые были ориентированы на применение технологических приемов с удалением материала, наносят большие ограничения на конструкцию, которую мы можем построить методом 3D-моделирования, основанном на наращивании материала. Конструкции при этом могут быть легче, прочнее, элегантнее в своем конструктивном исполнении...

Говорить об этом надо постоянно, говорить о применении этой техники, и потому мы должны готовить специалистов по этой технологии...».

В сообщении проф. А.В.Чернышева отмечается, что в нынешней России развитие аддитивных технологий находится в довольно сложном положении из-за санкций индустриально развитых Западной Европы и США, занимающих лидирующие позиции в области разработки аддитивных технологий и их продвижении в третьи страны...

Конечно, это так, но санкции Запад накладывает и снимает...

Но даже в случае снятия с России западных санкций слишком уповать на «техническую поддержку» Запада в развитии стратегических технологий, к которым относятся и аддитивные технологии, рассчитывать нельзя...

Сказанное также усугубляет желание Штатов сохранить свою гегемонию в однополярном мире, в том числе за счет отстранения России от приобретения стратегических, прорывных технологий...

Об этом очень четко высказался Генеральный директор ВИАМ, академик Российской академии наук Е.Н. Каблов: «США однозначно провозгласили свою главную цель: добиться глобального технологического и военного превосходства над другими государствами. И мы должны ясно понимать, что за этим стоит. Ключевым моментом в противодействии западной угрозе, несомненно, является формирование новой научной среды, получение и эффективное внедрение новых знаний в различные отрасли нашей промышленности... Сегодня все государства мира можно условно разделить на три группы. Первую составляют те страны, которые во главу угла развития ставят получение знаний. Вторую – кто на базе этих знаний создает технологии. В третью попадают те, кто обеспечивает первые две группы природными, энергетическими и кадровыми ресурсами. И мы должны понимать это, чтобы не стать аутсайдерами... Все «цветные революции» преследуют определенную цель – дестабилизацию позиции государств, которые способны составить конкуренцию сегодняшним лидерам технологического прогресса. XX век фактически завершил политику военной колонизации. Сейчас избран другой метод доминирования – технологическое рабство. Все сегодняшние действия, связанные с санкциями, всевозможными запретами, военно-политическим давлением на Россию, нацелены на то, чтобы не допустить нас к созданию жизненно важных технологий» [http://zavtra.ru/content/view/viam-vyiigrat-v-gonke-tehnologij/ 03.03.16]...

А, посему зам. Председателя Правительства РФ Дмитрий Рогозин призывает «засучить рукава»: «Нам нужно объединить усилия специалистов по созданию национальной концепции цифрового производства, в том числе программных кодов, технологического оборудования, а также единых подходов и стандартов, позволяющих обеспечить сквозной цикл проектирования и производства перспективных типов вооружения и военной техники... Один из важнейших вопросов, который необходимо оперативно решать, - качественная подготовка кадров для работы с аддитивными технологиями... Министерство науки и образования РФ должно создать систему сквозного обучения, сформировать единый госзаказ на подготовку таких специалистов...»

Литература

1. Валетов, В. А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы): учебное пособие [Текст]. - СПб.: Университет ИТМО, 2015. – 63с [http://books.ifmo.ru/file/pdf/1832.pdf ].

2. Дежина, Н.Г. Публичный аналитический доклад по направлению «Новые производственные технологии» [Текст] /И.Г.Дежина, А.К.Пономарев, А.С.Фролов и др. - Сколково: Сколковский институт науки и технологий (Skoltech), 2015. - 210с. [https://reestr.extech.ru/docs/analytic/reports/new%20technologies2015.pdf ].