Расширяя границы: как 3D-печать развивает российскую промышленность
Аддитивные технологии способствуют оптимизации процессов, до 90% снижают издержки производства, способны снизить затраты в два раза, снижают загрязнения из-за отсутствия вредных веществ в производстве и ускоряют вывод продуктов на рынок до 75%. Мировая индустрия аддитивного производства выросла на 11,1% за год, и она оценивается сегодня более чем в $20 млрд, утверждает в своем новом отчете за 2024 год американская консалтинговая фирма Wohlers Associates. В России отрасль растет с относительно низкой базы, зато — стремительно.
«Рынок аддитивных технологий в РФ по итогам прошлого года превысил 13 млрд. руб. Иностранные компании из дружественных стран, таких как Китай, активно замещают ушедших производителей из США, Европы, Японии, — рассказывает Ольга Оспенникова, исполнительный директор Ассоциации развития аддитивных технологий. — При этом наблюдается тренд на снижение импорта и рост доли отечественного оборудования. Многие локальные производители показали заметный рост выручки, в том числе за счет запуска новых продуктов и расширения портфеля, а также освоения серийного производства».
Рынок РФ развивается опережающими темпами, сейчас его развитие идет по инновационному сценарию. Базовый прогноз российского Минпромторга в части объема рынка 2030 года уже фактически достигнут. Развитие идет ближе к «инновационному» сценарию, который предполагает рост до 58 млрд. рублей к 2030 году.
Внедрение аддитивных технологий в России активно продвигает госкорпорация «Росатом». Бизнес-направление «Аддитивные технологии» — единый отраслевой интегратор группы создан в структуре Топливной компании «ТВЭЛ». Интересно, что индустрия аддитивного производства в России сформирована по большей части за счет оборудования и материалов, в отличие от мировой, где доминирует объем услуг 3D-печати, отмечает Ольга Оспенникова. К тому же, отечественный рынок характеризуется высокой долей НИОКР. Авиакосмическая отрасль, ТЭК, машиностроение, медицина — здесь и сконцентрированы основные российские потребители.
Авиация и космос: работа в экстремальных условиях и повышенные требования к безопасности
Авиапром — одна из отраслей, которая находится в фокусе внимания правительства России уже не первый год. Так, до 2027 года в нее планируется вложить более 305 млрд рублей. Перспективно и направление развития новых технологий для космоса — не так давно был принят закон о государственно-частном партнерстве в индустрии.
Один из главных приоритетов авиационной и космической отраслей с точки зрения производства — снижение веса компонентов, так как на топливные затраты и дальность полета влияет не только каждый килограмм, но даже и пара сотен граммов. При этом, поскольку техника работает в экстремальных условиях — от высоких температур до радиации, — изделия должны быть долговечными и устойчивыми к износу.
3D-печать позволяет создавать облегченные детали для топливных баков, корпусов, двигателей и других комплектующих, что снижает расход топлива и увеличивает полезную нагрузку.
С помощью 3D-печати можно выпускать конструкции со сложной геометрией или решетчатыми структурами, которые улучшают общие аэродинамические характеристики и сохраняют прочность при уменьшении веса. При этом на современном этапе развития аддитивных технологий уже доступно использование таких материалов, как сплав титана и высокопрочных полимеров с высокой устойчивостью к коррозии и механическим повреждениям.
Среди других преимуществ — ускорение цикла прототипирования оборудования и уменьшение зависимости от централизованных складов. 3D-печать позволяет производить компоненты даже на орбитальных станциях!
Топливно-энергетический комплекс: повышенная прочность и сокращение цикла производства
ТЭК — основа российской экономики: его доля в бюджете РФ составляет 30%, в ВВП — 20%, а в экспорте — почти 60%. Среди важнейших задач отрасли — внедрение новых технологий.
Среди технологий, которые позволяют добиться этих целей — 3D-печать. Прямое лазерное выращивание позволяет создавать высокоточные заготовки изделий сложной формы, например, выгородки активной зоны атомного реактора. Реализация современных конструктивных решений невозможна без трехмерной печати. Изделия изготавливаются при помощи специальных металлических порошков: это сталь и композиции на основе никеля и кобальта. Деталь буквально «вырастает» прямо из порошка, подаваемого в зону воздействия лазерного луча. Геометрия в данном случае определяется траекторией движения роботизированного инструмента, которую можно задать с помощью специальной программы.
В атомной отрасли уже более 30 организаций применяют 3D-печать в своих производственных процессах, решены задачи по обеспечению аддитивного производства Росатома собственными разработками, что необходимо для устойчивости бизнеса и независимости от внешних поставщиков. Например, в отрасли создана собственная линейка лазеров, разработаны отечественные двух- и трехосевые сканаторы, работают установки для получения металлических порошков для печати, запущено серийное производство 3D-принтеров RusMelt-310М, модель включена в реестр российской промышленной продукции Минпромторга. Организовано производство порошков нержавеющей стали для 3D-печати мощностью 20 т в год, до конца следующего года планируемый объем выпуска 150 т.
Сегодня инженеры могут создавать новые формы лопаток, роторов, лопасти турбин с более функциональными каналами для охлаждения системы и т.д. И, как и в случае с аэрокосмической промышленностью, можно печатать запчасти на удаленных объектах ТЭК, включая буровые станции.
Медицина и здоровье: повышение уровня персонализации
Аддитивные технологии в медицине могут повысить уровень персонализации предоставляемых услуг. В стоматологии это уже не будущее, а день сегодняшний. Небольшие 3D-принтеры в клиниках печатают идеальные импланты зубов на основе анатомических данных пациента после 3D-сканирования или МРТ. Это облегчает адаптацию и снижает вероятность того, что протез не подойдет. Другие направления медицины также работают в этом направлении. Хирурги могут использовать высокоточные модели органов и костей, чтобы повысить точность и безопасность вмешательства.
Роль «Росатома»: от экспериментов до серийного производства
Ключевую роль в развитии аддитивных технологий в разных отраслях играет госкорпорация «Росатом». Бизнес-направление «Аддитивные технологии» атомной отрасли уже запустило десятки проектов, связанных с созданием оборудования, материалов, с разработкой ПО, с развитием сети специальных учебных центров.
«Мы углубляем работу с профильными учебными заведениями. Уже открыты четыре центра аддитивных технологий общего доступа (ЦАТОД) на базе ведущих технических российских вузов, и до конца года откроется еще два таких центра для подготовки кадров, отработки режимов печати, проведения НИОКР, демонстрации технологических возможностей российского оборудования и материалов для 3D-печати, оказания услуг трехмерной печати предприятиям регионов. Это взаимодействие позволит форсировать темпы технологического развития России и сформировать кадровый резерв для отечественной промышленности», — отмечает Илья Кавелашвили, директор бизнес-направления «Аддитивные технологии» Топливного дивизиона госкорпорации «Росатом».
В том числе компания открывает Центры аддитивных технологий — они оказывают услуги 3D-печати металлических и полимерных изделий. В прошлом году бизнес-направление Росатома «Аддитивные технологии» выполнило более 70 заказов.
Среди реализованных проектов, в частности 3D-печать фрагмента выгородки реактора ВВЭР по технологии прямого лазерного выращивания высотой метр и массой 700 кг, производство которой традиционным методом является очень энергоемким, требует поковки и последующей термической и механической обработки. Применение АТ позволило изготовить оптимизированную конструкцию выгородки с увеличенным количеством каналов охлаждения для повышения срока эксплуатации изделия. Расчеты показали, что охлаждение улучшилось более, чем на 30%.
Другой пример — 3D-печать элемента корпуса приборной панели из алюминия для космического пилотируемого аппарата. «Росатом» использовал аддитивные технологии для снижения веса изделия и оптимизировал конструкции для соединения с другими элементами. Преимуществом также стало ускорение производства и выхода на серию.
Одним из главных достижений компании за последнее время стал выход на серийное производство принтеров RusMelt 310M, которые работают по технологии SLM (селективное лазерное сплавление). SLM дает возможность печатать изделия из нержавеющей стали, сплавов на основе никеля, титана алюминия, кобальта при помощи избирательного лазерного сплавления слоя порошка по площади сечения заготовок. Так можно создавать сложные по форме и структуре, но прочные детали из металлических порошков и снижать их стоимость до четырех раз и сроки изготовления — до трех раз.
Первый экземпляр серии RusMelt 310M в «Росатоме» продемонстрировали на выставке, в конце мая, а до конца года планируется изготовить десять принтеров. Половина из них уже нашла потенциальных покупателей.
Другая инновация — электронно-лучевая установка наплавки проволоки (ЭЛУНП). Она работает за счет использования электронного луча в качестве источника энергии и проволоки как сырьевого материала. С ней можно создавать крупногабаритные сложные металлические изделия в вакуумной камере. C помощью ЭЛУНП уже удалось напечатать фрагмент водо-водяного энергетического реактора.
3D-печать уже применяют для серийного изготовления некоторых узлов на предприятиях. Базовое условие для дальнейшего развития технологии и целых отраслей — не только создание оборудования и деталей, но и повышение экспертизы специалистов, работа с молодыми кадрами, развитие научных центров. О том, как выстраиваются новые модели кооперации, появляются новые решения и продукты, создаются образовательные и карьерные центры — эксперты обсудят 12–13 ноября на VI «Лидер форуме. Аддитивные технологии — реальности технологического развития» , этапном событии отрасли.