АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИ И МАШИНОСТРОЕНИИ

[00:00:00] [Начало записи]

Николай Ляхов: Уважаемые коллеги! Как нам предписано программой, в 10.00 начинается круглый стол по проблемам аддитивных технологий. Как вы можете видеть из программы, у нас около десяти выступающих, поэтому режим мною будет выдерживаться жесткий. Я Николай Ляхов, модератор – тот, кто дергает за фалды, чтобы долго не заговаривались. Первый выступающий – Ольга Геннадиевна Оспенникова, представитель ВИАМ, поскольку Евгений Николаевич Каблов не смог приехать, его срочно вызвали в правительство.

Хочу сказать пару слов. Я думаю, что наша секция, точнее круглый стол, в том виде, в котором он заявлен, как нельзя более соответствует главной идее нынешнего форума. Когда вы спускаетесь на эскалаторе, перед вами висит большая вывеска, в ней два главных условия: «Делай в России», а фактически – делай сам. Это очень понятно.

Сегодняшний круглый стол посвящен в главной степени именно этому – посмотреть, что делается у нас в России своего. В широком смысле слова. Я имею в виду подготовку кадров, изготовление принтеров из всего своего и на своих заводах, и обеспечение этих технологий. На сегодняшний день люди, которые работают с этими технологиями, как голодные волки, рыщут по всему свету, ищут порошки, из которых можно хоть что-то попытаться сделать. Это те проблемы, которые сегодня должны быть в центре внимания. Если нам удастся обменяться информацией, я думаю, это будет всем полезно.

Почему «делай сам»? Мы же не закрытая страна. Но нас закрывают время от времени. Если эти серьезные отрасли внедрятся в серьезные отрасли, особенно в оборонку, то в случае закрытия, очередных санкций и так далее, конфликта, если хотите (неприятно, но бывает), мы можем столкнуться с серьезными трудностями, которые придется в очередной раз преодолевать. Нам надо научиться не преодолевать, а планомерно работать.

Аддитивные технологии – та отрасль, в которой все сегодня в начале. Кто бы там ни хвалился, и за рубежом тоже, серийной продукции, которая выпускалась бы по этим технологиям, как кот наплакал в общем объеме производства. Но перспективы, очевидно, есть, нужно понять, какие они, в чем конкретно, и где наибольший выход, и к этому стремиться.

У нас есть мозги – вы увидите это, у нас уже есть свое железо – вы можете увидеть на выставке кое-что. Самое главное, у нас есть желание вырваться вперед или хотя бы быть наравне с ведущими производителями систем для аддитивных технологий. Этими словами я заканчиваю свое выступление.

Ольга Оспенникова: Спасибо, Николай Захарович! Добрый день, уважаемые коллеги! Хотелось бы отметить, что аддитивные технологии во всем мире уже вышли из стадии НИОКРов, они выходят на уровень серийного производства.

[00:05:06]

Проведя анализ того, что делается за рубежом, можно сказать, что в авиакосмической отрасли уже есть реальное промышленное аддитивное производство. Далее следует медицина, стоматология – там тоже активно внедряются аддитивные технологии. Далее следует автомобильная промышленность. К сожалению, это три отрасли, которые наиболее вырвались вперед. Медицина – это импланты и стоматология. Автомобилестроение – это элементы двигателей, в основном, и немножечко корпусных изделий.

Приоритеты в области аддитивных технологий, если говорить о таких крупных концернах, как Airbus и Boeing – авиационные магнаты, ранее они делали основной упор на селективно-лазерное сплавление, это были металлические порошки. В последнее время большое развитие получили технологии FDM – послойное наплавление пластика. Лидером здесь является компания Stratasys.

Разработаны специальные материалы фирмы Eltham, Саудовская Аравия разработчик. Есть несколько материалов, которые имеют колоссальные пределы прочности, модули упругости, пластики совместимы с углеродными наполнителями. Они уже работают на компанию Airbus, и по программе для самолетов типа А-350 уже изготовлено более 2 700 деталей по аддитивным технологиям. Это прорыв. В основном, это элементы интерьера, детали воздуховода и опорные ненагруженные элементы, это делается из пластика. Из углепластиков уже начинают делать силовые конструкции.

Говоря об опыте компании General Electric, одним из лидеров остается проект продвинутый турбовинтовой двигатель, где около 30 компонентов сделано по аддитивным технологиям, и двигатель GE9X, где практически вся топливная система, топливные форсунки с уникальной геометрией каналов, лопатки турбин низкого давления сделаны по аддитивным технологиям. По турбовинтовому двигателю разработчикам удалось заменить 855 стандартных деталей всего двенадцатью 3D-печатными модулями. Это показывает, что аддитивные технологии имеют очень большую перспективу именно в авиации, для таких сложных изделий.

Опыт компании Aerojet Rocketdyne – это ракетные двигатели – в 2017 году компания провела стендовые испытания камеры сгорания, изготовленной по аддитивным технологиям. Это уникальная камера сгорания, первый опыт изготовления таких крупногабаритных нагруженных конструкций. Причем, камера, вместо 20 деталей, состоит из двух частей, отличается повышенной теплопроводностью, производственный цикл сокращен всего до одного месяца, в отличие от полугода изготовления по стандартным технологиям.

В 2013 году центр NASA и компания Directed Manufacturing провели огневые испытания инжектора, который также полностью изготовлен по аддитивным технологиям. Если ранее он состоял из 115 деталей, сейчас он состоит из двух частей. Это колоссальный выигрыш в применении аддитивных технологий. При этом тяга при огневых испытаниях была увеличена в 10 раз.

Один из проектов (нрзб)[00:08:54], о котором нельзя не сказать, начиная с 2016 года компания разрабатывает малогабаритный ракетный двигатель тягой до 12 000 кг, который будет применяться для ракетных двигателей. Он полностью будет изготовлен по аддитивным технологиям. Следует отметить, что в последнее время наибольший уклон, наибольшее преимущество имеют электронно-лучевые технологии. Лидерами здесь, безусловно, являются компании Airbus и Lockheed Martin.

Говоря о Российской Федерации. У нас, к сожалению, сейчас один из трех уровней реализации аддитивных технологий, по аналогии с зарубежными, эту классификацию вы уже, наверное, уже слышали – мы просто проводим мониторинг и отслеживаем, что сейчас происходит. То есть если по американской системе мы имеет в Америке соотношение 70:30 – деталей, произведенных по первому и второму уровню к деталям, произведенным по третьему уровню.

[00:09:59]

В России сейчас уже появился 1 % деталей, уже ресурсных деталей, которые производятся по аддитивным технологиям. Но 99 %, к сожалению, остаются все еще модели и прототипы. Что мы имеем в Институте? Мы сейчас имеем полный замкнутый цикл аддитивного производства, начиная от выплавки шахтовой заготовки, и заканчивая проведением испытаний и квалификацией синтезированных материалов.

В рамках 182-го технического комитета, совместно с «Росатомом», мы уже в этом году отправили на регистрацию 10 стандартов по аддитивным технологиям. В этом году мы выпускаем еще 10, и сейчас уже строим планы на 2018 год. Тем не менее, проблемными вопросами остается создание единой информационной среды на базе информационных технологий и разработка отечественного оборудования для аддитивных технологий.

Принцип разработки материалов для аддитивных технологий. Я не зря говорю о полном цикле, о замкнутом цикле аддитивного производства. Здесь важно технологическое решение полного цикла, для того чтобы можно было провести общую специальную квалификацию материала. Для того чтобы определить полный объем физических и физико-механических характеристик материала, нужно испытать порядка 2 500 образцов.

То есть замораживаются технологии, отрабатываются технологии изготовления металло-порошковой композиции, и весь полный цикл, включая горячее изостатическое прессование и термическую обработку. Только после этого проводится полный цикл испытаний и выпускается паспорт на материал. В данный момент выпущен первый паспорт на сплав ЭП648, и на 2017-2018 годы мы запланировали выпуск и паспортизацию пяти жаропрочных никелевых сплавов, двух алюминиевых сплавов, два сплава кобальт-хром и три жаропрочных стали.

Мы выполняем, совместно с Фондом перспективных исследований, проект по разработке материалов доля малоразмерных газотурбинных двигателей. Причем, будут разработаны и паспортизованы коррозионно-стойкие высокопрочные материалы. Это материалы системы кобальт-хром и коррозионно-стойкая сталь, и разработана масштабируемая аддитивная технология. Консорциум – это ВИАМ, нам помогает ПНИПУ (университет), и индустриальным партнером выступает «Авиадвигатель».

В рамках проведения проекта проведен демонстрационный эксперимент по изготовлению малоразмерных газотурбинных двигателей. Изготовлено 11 деталей по аддитивным технологиям. Они изготовлены из жаропрочного сплава сплав ВЖ159 и алюминиевого сплава АЛ4. Проведен полный цикл неразрушающего контроля этих деталей, разработаны технологии постобработки для снижения шероховатости поверхности деталей. Это является очень важным аспектом для элементов камеры сгорания, то есть мы с 13,9 Ra чистоты поверхности довели ее практически до 1,2 микрона.

В настоящее время мы достигли таких результатов: мы получили 100 000 оборотов в минуту – обороты ротора, тягу – 90 ньютонов, температуру газа – 640 градусов. При этом отношение тяги к весу малоразмерного двигателя составило 11:1. В третьем квартале мы запланировали ресурсные стендовые испытания. Мы уже начали их проводить, по окончании будет проведено 25 циклов. Общая наработка составит 6,5 часов.

Развитие этого проекта получит продолжение совместно с ОКБ Симонова. Будут изготовлены модификации малоразмерных газотурбинных двигателей в классе тяги 20 и 150 кг силы, которые будут изготовлены полностью на базе аддитивного производства. Будет изготовлено 4 двигателя тягой 20 кг, 3 двигателя – 125 кг, будут проведены их летные испытания в составе воздушной мишени, и 3 двигателя тягой 150 кг. Их характеристики в термобарокамере ЦИАМа.

Уже проведен выбор деталей, которые будут изготовлены по аддитивным технологиям. Это элементы компрессора, камеры сгорания, колесо турбины, сопловой аппарат. Это предварительный перечень деталей. Корпус компрессора, корпус входного направляющего аппарата и крышка корпуса. Применяемые материалы – это АК9ч, ВЖ-159, ВЖЛ-21 – колесо турбины; коррозионно-стойкая сталь и кобальтовый сплав. Это материалы, которые будут разработаны специально для этих двигателей.

[00:15:14]

Что дает внедрение аддитивных технологий? Показаны преимущества, которые можно получить при изготовлении камер сгорания. Мы на 10 % снижаем вес за счет внедрения ребер, и смоделированное отверстие позволяет снижать вес камеры на 32 %. Сравнительный анализ преимущества аддитивных технологий по сравнению с серийными: общий цикл 3,5 месяца по традиционным технологиям и 12 дней – по аддитивным технологиям. То есть в 10 раз мы снижаем время изготовления, практически в полтора раза снижая все изделия и повышая его эффективность. Такие элементы конструкции можно изготавливать по аддитивным технологиям. Начиная от малоразмерных камер сгорания, и максимальный диаметр, который можно сейчас изготавливать – 250-280 мм.

То, что мы предлагаем – для широкого внедрения аддитивных технологий в России необходимо формирование единой отдельной государственной программы развития внедрения аддитивных технологий, которая включает в себя следующие составляющие. Это единая производственная среда, производство отечественных материалов нового поколения, отечественное оборудование, национальные стандарты, и, безусловно, совершенствование системы подготовки кадров.

Для того чтобы эта программа была сформирована, необходимо сформировать консорциум из государственных предприятий для разработки отдельной государственной программы для внедрения. Также мы очень давно говорим о том, что необходим единый межотраслевой инженерный центр аддитивных технологий. Как пилотный проект, мы предлагаем создание такого центра на базе нашего института. Спасибо!

Николай Ляхов: Спасибо большое! Я только что вернулся из Китая, из российско-китайского ЭКСПО в Харбине. Мне там вручили проспект по 3D технологиям. Картинки – ну, буквально те же самые.

Ольга Оспенникова: Мы проводили анализ, и, безусловно…

Николай Ляхов: Это потрясающе. Все работают над одним и тем же, гонка началась. Следующим должен быть академик Багаев, но он с вирусом в Москве. Его коллега, Геннадий Грачев, сделает выступление за него и за себя. Я названий не объявляю, надеюсь, что у всех докладчиков они есть.

Геннадий Грачев: Название видно на экране. Несколько расширительно понимаются аддитивные технологии в нашем докладе. С учетом методов, которые позволяют наносить различного типа покрытия на металлические детали, что изменяет, то есть добавляет, также как и в аддитивных технологиях, их свойства.

В Институте лазерной физики разработаны уникальные лазерные системы. Импульсно-периодическая с высокой и средней – порядка 2 киловатт, и импульсной – сотни киловатт, с высокой частотой исследования импульсов – до 150 килогерц. С применением этой системы впервые развиваются лазерно-плазменные технологии в пяти направлениях, которые можно классифицировать на два варианта реализации плазмы. Вверху – это реализация плазмы на поверхности детали, применяется для модификации поверхности и микропорошкового нанесения покрытий.

[00:20:05]

Второй вариант – это лазерно-плазменный синтез покрытия с применением соостных лучу скоростных газовых потоков, вплоть до сверхзвуковых, в которых происходит образование компонент-покрытий из вносимых в поток газа прекурсоров.

Главные свойства высокочастотной пульсирующей лазерной плазмы, которые позволяют получить широкие технологические возможности – эффективный обмен энергией до 50 %, (это экспериментально измеренный факт) между лазерной плазмой и металлом, приводит к 7-10-кратному увеличению производительности в технологиях модификации, и до 2-3 раз выше в технологиях микропорошковой наплавки. Высокая температура лазерной плазмы и концентрация при давлении более атмосферного позволяет производить покрытие вне вакуума, со скоростями, на порядки превышающими скорости осаждения в традиционных PCVD процессах.

Высокая интенсивность, значительно превышающая обычную интенсивность лазерного воздействия: средняя – сотни киловатт на кв см, импульсные – многие десятки киловатт на кв см, определяет малое время воздействия лазерной плазмы на поверхность, и не приводит к изменению кристаллической и фазовой структуры основного объема и физико-технической характеристике детали в целом, то есть короблению, изменению морозостойких свойств детали, и так далее.

Лазерная плазма позволяет обрабатывать только заданные участки, соответственно, резко снизит время обработки. В результате сочетание свойств пульсирующей лазерной плазмы позволяет практически непрерывно осуществлять диссоциацию, ионизацию или расплавление, при необходимости даже испарение любых прекурсоров или тугоплавких микрочастиц – возможность проведения практически любых технологических плазменных процессов. Включая варианты, когда нанесение покрытия осуществляется в режиме наплавки в расплавленную ванну, с учетом гидродинамики расплава, либо с очень быстрым нагревом поверхности микрочастиц, с пленочным расплавом. Это дает свои преимущества в ряде технологий нанесения термобарьерных покрытий.

Весьма кратенько охарактеризую каждый из вариантов. Первый – микропорошковая наплавка металлических и высокотвердых, порядка 20 гигопаскалей, металлокерамическх покрытий. Мы пробовали никель-хром-(нрзб)[00:23:49] металлопорошки, никель-алюминиевые, никель-хром-алюминиевые. Металлокерамические – это карбид титана в никелевой матрице.

Второй вариант применения такой технологии – это модификация поверхности чугунов, сталей, титановых сплавов, с образованием высокотвердых поверхностей наноструктур высокоазотированных, с термоупрочненным фазово-структурным измененным подслоем, на глубину от десятой доли миллиметра до полумиллиметра-миллиметра.

Модификация образцов гильз цилиндрового двигателя внутреннего сгорания двигателей КАМАЗ, показала возможность многократного увеличения микротвердости поверхности гильз, 20-кратное уменьшение износа, и двукратное уменьшение коэффициента трения.

[00:25:22]

Следующий вариант технологического направления – это синтез сверхтвердых, стойких к высокотемпературному окислению нанокомпозитных покрытий на основе каробонитридов кремния на поверхности металлов и металлокерамики. Имеются в виду твердосплавные резцы, например. Направление применения – защитные, антифрикционные покрытия, многократное увеличение ресурса режущего и станковочного инструмента. Упомяну такое важное в энергетическом плане направление, как синтез ориентированных углеродных нанотрубах на подложках из меди и кремния, для эмиссионных катодов большой площади, суперкоденсаторов, аккумуляторов с высокими характеристиками, порядка 50 фарад на грамм покрытия. Это будущие накопители энергии, с меньшими на порядок массой и габаритами, как для космоса, так и для электро…

Николай Ляхов: Мне кажется, это немножко за пределами интересов данной аудитории.

Геннадий Грачев: В рамках работ по программе реиндустриализации, конкретно в рамках работ по Сибирскому металлурго-машиностроительному кластеру, предполагается разработка многофункциональных лазероплазменной технологической установки на основе пятикиловаттного СО2-лазера, для 3D аддитивных технологий. Такая установка позволит обрабатывать габаритные изделия размерами 1х2,5 м и на 300 мм в высоту, как трехмерные варианты нанесения покрытий, так и собственно за счет послойного нанесения выращивать соответствующие структуры. Отмечу, что лазерно-плазменные методы позволяют увеличить в 2,5-3 раза производительность, по сравнению с аналогичными системами разработки американской АЕМ на базе лазеров труб.

Заключение. Сочетание свойств пульсирующей высокочастотной лазерной плазмы позволяет практически непрерывно осуществлять диссоциацию, ионизацию или расплавление при необходимости, испарение любых прекурсоров или тугоплавких микрочастиц, возможность проведения практически любых технологических плазменныхз процессов.

Комплекс лазерно-плазменных технологий позволяет разрабатывать высокоэффективные аддитивные, включая 3D технологии, с микропорошковым объемным нанесением слоев из металлических и металлокерамических составов или лазерно-плазменным синтезом многофункциональных покрытий с необходимым заданным сочетанием свойств, каждого в своей структуре. Например, термобарьерные, градиентные, и так далее, покрытия и структуры. Когда все технологии развернутся, это весьма широкое поле потенциальных заказчиков.

Для быстрого проведения НИОКР предполагает создание в рамках программы индустриализации и в проекте Сибирского металлурго-машиностроительного кластера центра лазерно-плазменных аддитивных технологий.

[00:30:05]

Задача комплексная, буду участвовать многие институты (нрзб)[00:30:11], как технологически, так и изготовлением и разработкой различных систем и узлов. Здесь, конечно, относительно оптимистичная программа развития, но если появится возможность целевой поддержки федеральной программы индустриализации, то она, возможно, осуществится. Большой коллектив авторов презентации.

Николай Ляхов: Спасибо большое! Следующий докладчик – Анатолий Батаев, ректор Технического университета нашего, участника программы.

Анатолий Батаев: Добрый день, уважаемые коллеги, уважаемые участники сегодняшнего семинара-совещания! Николай Захарович сказал, что тема этого форму звучит как «делай в России». На самом деле нужно говорить, что и учить нужно в России, для того чтобы использовать эти технологии. Задача технических университетов заключается, конечно, в этом, в первую очередь.

Если коротко определить, каково сегодняшнее состояние аддитивных технологий, несколько тезисов. Я хочу отметить, что нынешний этап нужно определить как фантастическое ускорение этих технологий. То есть то, что было 10 лет назад и сегодня – это совершенно разные вещи.

Второй момент связан с устранением сомнений в актуальности этих технологий. Скепсис в отношении этих технологий фактически либо исчез, либо исчезает. Совершенно очевидно, что эти способы позволяют получить не просто форму, но и изделие, которые будет нести нагрузку. Примеры, которые показывала здесь Ольга Геннадиевна, очень ярко свидетельствуют об этом.

Третий тезис – происходит выбор наиболее рациональных технологий. Здесь показаны примеры, технологическая оснастка будет эффективно изготавливаться этими способами – это инструменты, детали самолетов, ракет, подводных лодок, и так далее. На этом этапе нельзя сказать о том, что все решено. Проблем огромное количество. Но те скорости, с которыми решаются эти проблемы, свидетельствует о том, что эти технологии будут развиваться очень быстро.

Здесь показана одна из картинок, которые свидетельствуют о том, что, к сожалению, Россия на этом рынке представлена очень и очень слабо. По 2013 году – 1,4 %. Конечно, это очень малая доля, она должна быть изменена. Здесь показано отличие аддитивного производства от «стандартного» производства. Конечно, главным достоинством аддитивных технологий является то, что фактически отсутствует процесс, который связан с подготовкой оснастки. Даже при относительно небольших скоростях производства этих деталей уже на машине отсутствие необходимости изготавливать дорогостоящую, трудоемкую оснастку, позволяет внедрять эти технологии очень эффективно.

Показаны основные технологические процессы, для того чтобы показать, каким образом нужно готовит современного инженера. Материалы для аддитивных технологий, как они выглядят – это порошки, металлы, полимеры, твердое состояние может быть использовано. Основное направление аддитивных направлений в России сегодня связано с разработкой исходных материалов, разработкой комплексных технологий, с формированием сети центров коллективного пользования.

Четвертый раздел – это развитие системы непрерывного образования в области аддитивных технологий. Здесь коротко было сказано о том, что в Новосибирске был создан металлурго-машиностроительный кластер, участниками которого являются и академические институты, и производственные компании, и наш Технический университет – об этом будет сказано чуть больше.

[00:35:05]

В рамках этого кластера мы помогаем исследовать материалы, оценивать качество тех продуктов, которые получаются после наплавки. Если говорить об образовании, то эти технологии предполагают необходимость объединения компетенций различных специалистов. Это специалисты в области металлургии, лазерной техники, оптики, электроники, информатики, измерительной техники, механики, вакуумной техники, и еще много разных направлений специальностей, которые должны обслуживать эти технологии. Это определяет требования к техническим университетам или к университетам, которые готовят специалистов в этих областях.

Если попытаться определить, каким образом готовить сегодня специалистов для аддитивных технологий, вариантов два. Вариант ждать, когда будет открыто новое направление, какая-то новая специальность – мне кажется, быстрее сами технологии разовьются, чем у нас в стране откроется это направление, новая специальность. Второй вариант – в рамках тех специальностей и направлений пытаться готовить специалистов уже сегодня, сейчас.

Практически во всех, или во многих технических университетах, где читаются дисциплины, которые здесь перечислены, и которые позволяют осваивать эти технологии – материаловедение, порошковая металлургия, высокоэнергетические методы обработки, нормирование точности, технология машиностроения и так далее – это как раз все то, что необходимо для того, чтобы проектировать изделия, делать управляющие программы, создавать материалы, создавать оборудование.

Очень важным моментом с нашей точки зрения является развитие сети непрерывного образования в области цифровых технологий. Мы полагаем, что сегодняшняя ситуация в России с точки зрения цифровых технологий не так печальна, как еще 10-15 лет назад. Нужно обратить внимание, что во многих школах, во всяком случае мы по Новосибирску это совершенно четко следим, цифровые технологии уже широко внедряются в процесс обучения.

 Действительно, школьники учатся не только суп варить и табуретку делать – мне кажется, это уже уходит – а конечно, ребенку гораздо интереснее заниматься цифровыми технологиями. Опыт в области робототехники, в области использования миниатюрных станков с числовым программным управлением, в области 3D прототипирования показывает, что это абсолютно реально.

Второй уровень, который необходимо реализовать – это среднее профессиональное образование и высшее образование, о котором я уже сказал. В рамках нынешнего «Технопрома» в третий день, 22 числа, будет проходить финальная процедура олимпиады по 3D технологиям. Правда, школьники будут соревноваться – это будет 15 команд, которые вышли в финал – не на металлических принтерах, а на полимерных принтерах.

Но я смотрел, что делают там школьники восьмого, девятого, десятого класса – я был просто поражен. Они осваивают современные компьютерные программы, во всяком случае, в «Компасе» работают с восьмого класса. Пользуясь случаем, учитывая то, что пять университетов, в том числе и наш университет, являются организаторами этой олимпиады, мы приглашаем вас посмотреть всю эту процедуру. Я вас уверяю, вы будете очень приятно удивлены. Спасибо!

Николай Ляхов: Спасибо большое! Я предоставляю слово Ивану Безрукову, директору «ЭПОС-Инжиниринг», нашей интегрирующей структуры. Коммерческой, впрочем.

Иван Безруков: Здравствуйте! При изготовлении большого количества разнообразных изделий из порошка, будь то плазменная наплавка, лазерные технологии, электронно-лучевые технологии, основная задача – это получение, приобретение, поиск высококачественных порошков, то есть того, что является основой будущих высококачественных изделий.

[00:40:18]

В первую очередь, эта проблема актуальна для технологий получения изделий с применением 3D технологий по металлу. Для того чтобы производить высококачественные порошки, в течение длительного времени проводились работы, связанные с подготовкой, с изготовлением набора оборудования, способствующего созданию замкнутых технологий получения высококачественных порошков. Для этого в нашем распоряжении имеются практически все основные виды оборудования на сегодняшний день.

Порошки производятся от исходного материала – руды, до порошков аддитивного качества. В состав оборудования, с помощью которого достигается этот результат, входят исходные плазменно-руднотермические печи, и далее плазменное, плазменно-вакуумное оборудование, индукционные печи. Индукционные печи, включая вакуумные, индукционные печи с холодным кеглем, электрошлаковые технологии переплава, электронно-лучевые и электронно-плазменные технологии переплава.

Что требуется в первую очередь от порошков? Во-первых, при применении на 3D принтере нужно определенное разнообразие для достижения необходимого результата. Это должны быть порошки легких материалов, на основе алюминия, на основе титана, а также на основе железа, и класс порошков, предназначенных для производства жаропрочных соединений деталей на основе жаропрочных сплавов.

Кроме прочего, отдельным классом, есть существенная потребность в керамических порошках, металлокерамических композициях, что тоже является важным при производстве. От технологий, связанных с производством порошков, требуется невысокая технологическая себестоимость, которая определит возможность массового применения. Кроме прочего, очень важным является то, что произведенная продукция не должна накапливаться, а должна производиться под реальные потребности сегодняшние, и быть относительно новой, свежей по качеству, едва ли не (нрзб)[00:43:09], для того чтобы обеспечить высокие требования к конечному продукту, к конечным изделиям.

Для того чтобы производить эти качественные порошки, имеется определенный набор способов исследований контроля. Такого рода работа обеспечивается Институтом химии твердого тела, а также Новосибирским техническим государственным университетом, обладающим полным набором средств и технологий, методов для контроля качества как собственно порошка, так и продуктов, получаемых на основе этих порошков. Здесь представлены результаты исследований первых образцов порошковых композиций и изделий из них.

Для производства порошков надлежащего качества из предварительных препрегов, то есть продуктов, образцов, полученным методом металлургических технологий с последующей механической обработкой, создано оборудование на основе плазменных технологий с энергоисточником в виде плазменного коаксиального плазмотрона, который обеспечивает высокую равномерность обработки тепловым потоком по поверхности, и обеспечивает достаточно узкоселективный набор частиц надлежащего качества при обеспечении требований к аддитивности порошков.

Это пилотный образец оборудования. Он создан на основе имеющегося у нас опыта серийного производства соответствующего электротермического оборудования.

[00:45:02]

Замечу, что мы изготавливаем электротермическое оборудование различного значения, включая плазменное, плазменно-вакуумное, для производства высококачественных изделий из металла. Характеристики оборудования представлены. В основном, селектируются порошки размером 20-40 микрон, которые могут быть применены по назначению. Сейчас нарабатываются партии, в первую очередь, из нержавеющей стали.

Порошки – не самоцель. Порошки создаются под конкретную задачу обеспечения достаточной производительности для 3D принтера, создаваемого в металлурго-машиностроительном кластере, в соответствии с той потребностью, с объемом производства, который необходим. По крайней мере, для непрерывного обеспечения данного 3D принтера.

Для того чтобы производство было замкнутым, самодостаточным, сформирована идея, идея эта технически реализована – создание так называемого 3D фабла по металлу. Это единый комплекс, в котором порошки производятся, в котором производится технологическая обработка, подготовка порошков для достижения надлежащего качества кондиционирования, с последующим его использованием непосредственно сразу же, для изготовления изделий из него. Мы минуем фазу хранения, изменения физико-механических и химических свойств продукта. Изготовленный короткое время назад – часы либо минуты – он может быть напрямую, сразу же применен в 3D принтере для производства изделий надлежащего качества.

Кроме прочего, мы в состоянии обеспечить необходимый химический состав этого порошка и гибко реагировать на необходимые потребности для производства конкретных изделий из конкретного химического стали и сплавов. Этот комплекс технически реализован, и проходит сейчас обкатку с производством на 3D принтере, о котором Виктор Павлович в подробностях доложит, с производством на нем конечных изделий. Благодарю за внимание!

Николай Ляхов: Спасибо большое!

[00:48:08] Организационные разговоры

Николай Ляхов: Выступает Виктор Бессмельцев, Институт автоматики и электрометрии.

[00:49:05] Организационная пауза

[00:50:05]

Виктор Бессмельцев: Я постараюсь рассказать только часть, относящуюся к изготовлению и разработке лазерных систем, лазерных принтеров, как сейчас любят говорить, 3D, ориентированных на спекание металлических порошков.

Кратко об истории. В России разработка аддитивных лазерных технологий началась в 90-х годах. Начали эту технологию мы вместе с (нрзб)[00:51:12], академиком Панченко. Технология синтезом метода фотополимеризации с 90-х начала дальше развиваться, а технология спекания порошков закончила свое существование в России в это же время, поскольку была признана неперспективной нашим научным сообществом Министерства образования. Но что-то было получено. Наш институт достаточно плотно занимается разработкой лазерных комплексов субмикронного и микронного разрешения для 3D формообразования. Поэтому мы считаем, что лазерные комплексы аддитивные и лазерные комплексы субтрактивные – это родные братья, и основные элементы таких комплексов одинаковые в этих системах.

Наш подход основывался на том, что собственно лазерный комплекс должен быть всегда снабжен системой встроенного контроля качества, и должно быть разработано под каждую машину программное обеспечение, которое оптимизирует режимы лазерной обработки, аддитивная она или субтрактивная. Поэтому у нас были разработаны собственные специализированные системы сканирования фокусировки, контроллеры для управления таких лазерных систем и систем сканирования, собственные модули управления, ориентированные на такие системы, а также для систем контроля качества высокоразрешающие профилометры и системы технического зрения, а также матобеспечение, которое позволяло оптимизировать режимы.

Два года назад образовался кластер, мы решили, что все эти методы полностью годятся для проектирования 3D принтера, для сплавления металлических порошков. На слайде синим я обозначил те вещи, которые у нас уже были, и желтым – те модули, которые нам пришлось разрабатывать. Разработка лазерного принтера 3D для спекания порошков началась в марте прошлого года и закончилась 22 июня прошлого года, и мы выставили первый экземпляр. То есть за три месяца, имея опыт создания машин обработки, можно создать, по крайней мере, экспериментальный образец такого устройства.

Николай Ляхов: Теперь это называется прототип.

Виктор Бессмельцев: Пусть будет прототип. Основа всех лазерных систем – это лазерные сканирующие модули, которые позволяют создать слой, то есть нарисовать один слой изделия. Дальнейшее – это аддитивное наращивание слоев, потому что, если вы неправильно нарисуете первый слой, все остальные будут уже кривыми.

[00:55:01]

Большинство лазерных принтеров для сплавления материала основывается на сканирующих системах на основе гальванометров. Это двухкоординатные зеркала, которые перемещают луч по плоскости.

Какие задачи возникают при создании таких сканирующих систем? Это исправление аберрации объектива, управление сканерами и модуляция лазерного пучка, так, чтобы обеспечить равномерную или нужную интенсивность в точке или экспозиции. У нас были разработаны системы сканирования лазерного пучка, которые позволяли, независимо от размеров поля, которое мы сканируем, обеспечивать оптимальные точки и оптимальные разрешения. Я уже говорил, субмикронные, а на самом деле для таких технологий сейчас нужно микронное разрешение, даже десятки микрон, потому что минимальный порошок, который сейчас используется – реальный, конечно – это 20 микрон, а средний – 40.

На слайде показан современный контроллер, который может управлять всей такой системой. Он специально разработан под пятикоординатные подвижки и три скоростных системы сканирования с мегагерцовой тактовой частотой управления лазером. Это общий вид 3D принтера, который мы разработали. Основа его, как я уже говорил – это сканерный блок, блок оптико-механический, интерфейс обмена данных с управляющей ЭВМ, а также система подачи порошка. Внизу показаны системы.

Специально разработанное матобеспечение, которое мы делали под 3D обработку субтрактивную полностью пошло под аддиктивную технологию, потому что мы использовали те же самые файлы STL , которые идут из всех систем акадовских, которые сейчас разработаны, начинаются от ACAD и кончая «Компасом». Естественно, мы несколько адаптировали ее под нашу систему. Но основное у нас было камовское обеспечение.

Мы прекрасно знали, что для того чтобы получить хорошее качество сплавления порошка, требуется растровая запись, где подбирается шаг растра, скорость сканирования и углы сканирования. Это матобеспечение у нас также имеется. Здесь видно, что каждый слой, который мы пишем, мы поворачиваем угол сканирования растра. Затем обнаружилось по работам, что для получения высокого качества требуется записывать небольшими квадратами. На снимке видно, что штриховка идет по квадратам.

Перемещение по квадратам идет совершенно случайным образом, для того что бы края получились хорошими. Все это обходится контуром, каждый контур задается по своему режиму. Через 1-2 месяца, получив разные порошки, мы провели тестовые испытания. При шаге 50 микрон мы достаточно легко получили разрешение от шага между линиями 100 микрон. Это типичное значение для хороших современных принтеров. Здесь также представлен тест формообразования. Тот принтер, который сейчас стоит здесь, на выставке – я надеюсь, что он выдержал переезд и работает. Правда, он обычно закрыт, когда работает.

[01:00:01]

Характеристики у него полностью соответствуют нормальным мировым принтерам, как по скорости построения, так и по разрешению. Мы можем толщину слоя от 20 до 100 микрон, и минимальная толщина стенок изделий 150 микрон. Мы работаем на порошках, которые разработаны частично в рамках «Кластера», частично это «Полема».

Использующийся лазер – 500 ватт, его вполне хватает под все порошки, которые пока нам попадались. Размер выбран 100х100, это экспериментальный размер. Как я уже сказал, мы можем сделать машину с любым размером зоны записи. На слайде тестовые образцы. Механические характеристики и плотность ушли за 90 % от исходного сырья, имеется в виду не от порошка, а от плавки.

А теперь – немножко дегтя. Всегда говорят, что все это замечательно и хорошо. Но когда начинаешь смотреть, насколько это хорошо, и измерять, насколько это хорошо, оказывается, что до механической обработки очень далеко. Как по точности, так и по качеству. Когда мы начинаем рисовать произвольные фигуры, 90 % этих произвольных фигур, если они сложные, надо дополнительно исследовать на прочность, и после этого отрабатывать технологию.

Стандартное матобеспечение, которое сейчас используется – Autodesk. На снимках был пример того, что сделано, и вот стандартное матобеспечение подпорки как расставило. Попробуйте вынуть эти подпорки из этих пазов! Проблем на самом деле много, стоимость высокая, качество поверхности пока низкое. Есть куда идти. Пока мы в микроны не уйдем, работы много. Спасибо!

Николай Ляхов: Спасибо большое за очень содержательное выступление!

Мужчина: (нрзб)[01:03:00] – [01:03:49] Эти все моменты – не одолев их и не завязав обратной связи, когда в ходе работ я должен уже исправить, потому что технология не допускает исправления после, особенно если это внутренняя полость. Вот это я не слышал.

Николай Ляхов: Сейчас продемонстрировали, что встроенный блок контроля.

Мужчина: Сейчас чуть-чуть приоткрыли занавеску того, что такое (нрзб)[01:04:14]

Николай Ляхов: И перед этим Безруков выступал. Мы специально показывали, что делаем фаблав, в котором это все интегрировано изначально. Вообще, я хочу сказать, Геннадий Викторович очень правильно зацепил: эти технологии без обратной связи, в том числе и получение порошков под конкретное изделие, работать всерьез не будут никогда. Это мое личное мнение, но кто-то, может быть, хочет высказаться? На то у нас и круглый стол. У нас представитель «Росатома», Алексей Дуб. «Росатом» у нас один из первопроходцев.

[01:05:06]

Алексей Дуб: Я буду как-то перескакивать, потому что многое уже было сказано. Картинки, которые здесь показаны – это то, что есть в «Росатоме» в настоящий момент. Последний вопрос – очень хорошо, что он был задан. Когда мы двигались в развитии аддитивных технологий, доказывали теорему существования. То есть мы не занимались вопросами рисования красивых картинок или еще чего-то, мы занимались именно вопросами технологий, можем ли мы обеспечить свойства, какие свойства, на каких материалах, и, соответственно, при помощи какого оборудования. Исходя из этого, мы попытались из известных уже источников понять, что мы можем сделать, и всю эту цепочку реализовали, начиная от материалов и кончая измерением и контролем качества.

«Росатом» этим занимался не только потому, что это является интересной и прежде всего, как нам кажется, материаловедческой проблемой. На самом деле именного эта технология является абсолютно интегральной с точки зрения дизайна, конструкторских разработок, и кончая свойствами изделий. Я потом об этом скажу, поскольку тот единственный человек, который на самом деле теперь должен будет вобрать в себя качества всей цепочки, извиняюсь, конструктора-технолога-материаловеда – специалиста по качеству. Он воплощен на одном этапе.

То есть тот человек, который занимается созданием 3D моделей при помощи цифровых или моделирующих методов, выбирает и размеры, выбирает технологию, выбирает дизайн изделия, и так далее. Именно поэтому нам кажется, что эта технология безальтернативна с точки зрения перспектив ее развития, поскольку скорости, возможности вывода новых моделей, новых изделий в мир, потом – то, что не нужно столько вложений в капитальные затраты.

Теперь по поводу стоимости материалов, очень простые вещи. Первая. Ольга Геннадиевна показывала, на самом деле вес изделия, который функционально соответствует сделанному по классической модели, может отличаться в 10 раз. При тех же характеристиках прочности, и всех остальных – в 10 раз. При этом, использование материала от 15 % возрастает до 90 %. Умножим 10 на 6, получаем в 60 раз меньше материала на единицу изделия потенциально мы можем использовать. Если, конечно, исходный дизайнер или создатель этого изделия подошел творчески и профессионально к его разработке. И тогда все вопросы о том, что порошок дороже, чем обычный металл, при том, что его надо в 60 раз меньше, сразу оказываются незначимыми. Ради этого можно заниматься всем остальным.

При этом о количестве материала, которое необходимо. В среднем на высокопроизводительный принтер, который работает по металлу, в год нужна от силы тонна порошка. Он обеспечит, что самое главное, этот самый эффект, который оценивают в 550 млрд долларов эффекта на развитие экономики. Всего 3 000 тонн порошков для металлургии – это вообще капля. 3 000 тонн обеспечивают тот эффект, который есть.

Вопрос, надо ли этим заниматься, и так далее – да, надо. Мы в «Росатоме» рассмотрели внутренние потребности, что мы можем потенциально сделать. Представлено, какие материалы – это алюминиевые сплавы, титановые, поликарбонат, и другие.

[01:10:01]

Это первичная номенклатура изделий, которые были бы нам интересны. Их характеристики – понятно, что это сочетание длинного цикла изготовления, сложность самой конструкции и так далее. Но для нас важно такое понимание у конструкторов, которое, поверьте, в «Росатоме» достаточно консервативны. И должно быть так, так же как в авиации, в медицине, и так далее. Циклы испытаний очень длительные, но вместе с тем консерватизм потихоньку отступает у конструкторов.

На сегодняшний день элементы размерные, могут быть изготовлены изделия для микроэлектроники, размером 3 мм. Точно так же мы начинаем заниматься изготовлением изделий равнопрочных, которые не несут динамических нагрузок, для корпусов реакторов. Там есть изделия, которые находятся в статическом состоянии, но при этом их изготовление очень длительное, которые могут быть совершенно спокойно изготовлены методом аддитивных технологий.

Я не говорю о методе лазерного сплавления – это, наоборот, метод, который развивает, например, Санкт-Петербургский университет. Тем не менее, это остается. Вот наши первичные оценки о том, насколько изменения классической конструкции, которые есть, приводят к экономии и снижению трудозатрат практически более чем на два порядка.

Что было сделано в «Росатоме» за это время? Мы сделали линейку принтеров. Мы пошли на то, чтобы сделать принтер сначала самого большого размера – это 550. Не 100, а 550 камера. Главная задача состояла в том, чтобы обеспечить свойства и экономику всего процесса.

Честно скажу, из всего, что я сейчас слышал – важно делать порошки, важно делать изделия. Но если эти порошки не дешевле, чем те, которые есть на рынке, то бессмысленно их делать. Или если мы изготавливаем изделия, которые не дают той экономии, о которой я сказал в самом начале, тоже бессмысленно этим заниматься. Поэтому задача стояла в том, чтобы такие вещи сделать.

Вот у нас есть линейка принтеров с одним лазером, в этом году будет линейка принтеров уже с двумя лазерами. Из прототипа мы уже переходим к промышленному…

Николай Ляхов: Это полимерные принтеры?

Алексей Дуб: Нет, металлические принтеры. Видите, довольно большая железная штука. Мощность лазера 1 квт, двухлазерный будет – один 400, другой тоже 1 квт. Система сканирования на сегодняшний момент – уровень локализации 70 %. При этом мы считаем, что лазер у нас IPG, который не относится к отечественному производству, поэтому в ближайший год мы перейдем на лазеры вне ITF.

По системам сканирования мы, наверное, пообщаемся, потому что с одной стороны, кажется, что интернет сближает общество, но видимо, это не относится к научно-техническому сообществу, потому что он – как-то наоборот. Социальные сети – сколько угодно, а в научно-технической области это как-то наоборот, хранить информацию еще как-то более…

Поэтому показатели в сравнении, в том числе, с западными вещами – мы сразу делали принтер, который не является лабораторно-исследовательским, а является способным для работы в промышленных условиях. Время его непрерывной работы достигает более чем двое суток для построения изделия. Изделия могут быть довольно большими. Кстати, они есть на выставке, и сейчас я покажу. Вот типовой ряд, который сейчас есть, от самых маленьких – 100х100, заканчивая 500х500.

[01:15:01]

Как известно, в мире сейчас самый большой – это 800х400х500, в Ахене, принтер запущен совсем недавно. У нас – уже два года установка.

Это – то, что относится к двухлазерному принтеру. Самое главное, что этот принтер будет работать уже на двух разных порошках. То есть мы имеем возможность делать изделие из двух разных порошков. По системе управления – тоже была разработана своя оригинальная система. Мы знаем, что лидером в мире сейчас является Materialise, который не просто лидер, а очень активно занимается, назовем так, нормотворчеством. То есть он пытается за счет своих разработок имплементировать свое программное обеспечение во все возможные отрасли, начиная от машиностроения и заканчивая медициной.

Но при этом нам следует, поскольку мы для разных изделий собираемся использовать наши системы, все-таки иметь свое программное обеспечение, и наши знания в этой области позволяют это сделать. Полностью отечественная система, которая позволяет и сканировать, и создавать, и управлять, и моделировать поддержки, которые есть. Это действительно особая вещь, которая связана с напряжениями, с возможностью отделения от платформы построения – все это решено в этой системе.

Еще раз повторюсь, что конструктора – довольно консервативные люди. Для того, чтобы помочь конструкторам в выборе решений, соответственно быстрее накопить базу, по которой они могут в рамках так называемого бионического дизайна или тех элементов, которые были показаны в других выступлениях, смело конструировать в них критические элементы, мы начали заниматься работой по моделированию таких критических элементов, их верификации, и накопления базы о том, как работают такие элементы в реальных условиях.

Это ступенчатые валы, решетчатые структуры и плоские элементы, которых шероховатость должна быть… К вопросу шероховатости. На сегодняшний момент шероховатость средняя, на уровне 15 микрон при толщине лазера 81, и так далее. На других секциях я более подробно буду говорить о свойствах, которые достигаются на сегодняшний момент. Задача нашей работы на этих установках было посмотреть, какие свойства на разных порошках могут достигаться. При этом я должен сказать, что мы должны точно понимать, что на сегодняшний момент, поскольку мы находимся в начале пути, нет никаких фиксированных составов порошков для аддитивных технологий. Все будет определяться свойствами конечного изделия. Исходя из этого, исходные порошки могут быть совершенно разными.

Вопрос состоит в том, что для разных категорий изделий необходимо будет подобрать путем работы на оборудовании, которое уже есть, оптимальные композиции, которые приводят к получению оптимальных свойств. В этом и задача. А получать классическую ли нержавейку, или уходить в более пластические композиции? Мы понимаем, что кислорода больше всегда в этих порошках, его распределение не такое однородное, как нам хотелось бы. Этот фактор надо учитывать.

Это системы контроля. Вот изделия, которые на сегодняшний момент могут быть сделаны. Важны следующие вещи: сочетание, с одной стороны, тонкостенных элементов с массивными, больших габаритов с толщиной стенки, вот это изделие из титана, то есть то оборудование, которое мы вам показывали до этого, может работать с реактивными и менее реактивными материалами. Соответственно, это изделие для медицины, это всякие ячеистые структуры. У нас есть разные предложения о том, как нужно делать установки для производства порошков.

[01:20:01]

Но главным критерием является себестоимость этих порошков, а не что-либо другое. Вопросы контроля качества, с учетом того, что предполагается, что может быть относительно высокая пористость. Хотя на сегодняшний момент пористость, которая достигнута на изделиях при помощи этих технологий, достигает уже от 0,3 до 0,5 кажущихся процентов.

Например, при обычном литье она существенно выше, при наплавке она существенно выше. Поэтому на сегодняшний момент пористость не такая высокая. Но вместе с тем, кроме обычных методов контроля, нужно использовать томографические, для более серьезной убежденности в результате. Это примеры лазеров, которые мы собираемся сделать.

Последняя вещь, очень важная. Я говорил о том, что человек фактически не вмешивается в технологии производства изделий. То, что будет заложено в исходную модель самого изделия, и как это будет потом протранслировано уже на технологии построения, определяет свойства и качества изделия.

Очень важный вопрос – в том, как мы можем эти цифровые методы сделать элементом, с одной стороны, сертификации, с другой стороны, верификации. Поэтому на базе разработок нашего отраслевого института, на базе программы «Логос», в ближайшие два года будет разработано программное обеспечение, которое с высокой вероятностью, чисто методами цифровых построений, позволит определять или прогнозировать свойства изделий и их верификацию на уровне 80 %.

Это так называемый виртуальный принтер. В «Росатоме» есть такая кооперация, и мы приглашаем всех присоединяться к этой кооперации. В том числе, «Росатом» является уникальным индустриальным партнером, если мы говорим в терминах Министерства образования, потому что мы на это выделяем живые деньги, а не какие-то виртуальные, извините. Спасибо!

Николай Ляхов: Спасибо! Про живые деньги – особенно. Александр Дьяченко, Томский политех.

Александр Дьяченко: Добрый день, уважаемые коллеги! Проректор Томского политехнического университета, Александр Дьяченко. В 4 часа ночи выехал из Томска, флэшку, видимо, спросонья там забыл. На флэшке была презентация, хотел похвастаться, как мы развиваем в университете аддитивные технологии, печатаем спутники, запускаем их в космос. Это все хорошо, но поскольку такой подсказки нет, свой доклад построю больше в критическом стиле.

Чтобы немножко разбудить публику, поднимите руки, кому меньше тридцати лет. Есть такие в зале? Половина зала. Это первая половина зала, моложе тридцати лет. В одном из предыдущих докладов прозвучала реплика: «фантастическое ускорение». Аддитивные технологии, сам термин, были в Массачусетском университете в 1986 году презентованы, открыты, пошли в мир. В 1995 году была создана первая фирма, которая начала серийно выпускать 3D принтеры.

Это 31 год! Какое уж тут фантастическое ускорение? Половина присутствующих в этом зале еще на свет не родилось. Фантастическое ускорение – это когда взять пример «Росатома». В 1942 году вышел приказ Сталина о создании Первого главного управления, в 1949 году ахнули бомбу. Вот это фантастическое ускорение! Такой же пример можно привести про космический проект, там тоже фантастическое ускорение.

[01:25:00]

Поэтому давайте немножко подумаем, почему же нет никакого фантастического ускорения? Что мешает аддитивным технологиям развиваться, пойти в мир, пойти быстрыми шагами, фантастическими? Да, возможно, в Америке это и есть. В докладе у Ольги Геннадиевны звучало, что сейчас 20 % по аддитивным технологиям деталей планируются, а к какому-то ближайшему году – 80 %. У нас – 1 %.

Что мешает? Как мне кажется, во-первых, это сырьевая база. Если сломался винтик, нам надо взять заготовку, выточить винтик на станке. Это проще, чем взять заготовку, измельчить в порошок и сделать винтик на 3D принтере. То же самое – шестеренки и многие механические детали. У нас, по сути, нет стройной системы по организации всего цикла, начиная от сырья, изготовления порошков – первый и очень важный объем работы.

Второе – нет индустрии по производству непосредственно установок 3D принтеров. Да, где-то, в каких-то организациях, уникальные установки стоят. Не дай бог, сломаются – наверное, непонятно будет, кто и как будет ремонтировать это оборудование.

И, конечно, необходимо отметить таким неприличным, может быть, словом, как лоббирование. Что будет делать наша промышленность, если все перейдут на аддитивные технологии? Куда мы денем всю станковую базу, всю металлообработку? Это же будет для отдельных хозяев заводов-пароходов катастрофа, все заводы надо будет перестраивать под аддитивные технологии. А чтобы перестраивать заводы под аддитивные технологии, нужны инвестиции. А зачем нужны инвестиции, когда еще работают старые заводы, и по старинке выковывают на наковальне эти детали для космических аппаратов?

Надо четко понять, что аддитивные технологии – это технологии будущего. Технологии глобальные, но они требуют полностью переосмысления всей философии промышленности, начиная от добычи руды. А кому нужно будет 4 тонны алюминия, которые наша страна производит? Мы являемся первыми по производству алюминия в мире. А кому нужно будет 200 000 тонн никеля, которые наша страна делает? Наша страна является первой в производстве никеля.

Николай Ляхов: Все сделаем по аддитивным технологиям из всего этого. Все технические революции этим страдали, и пережили. Мы это переживем.

Александр Дьяченко: Пережили, да. Тут была в одном выступлении такая фраза, что для аддитивных технологий необходимо в 60 раз меньше материала. Тут нам надо четко понять, что аддитивные технологии меняют философию, меняют принцип, меняют вообще весь бизнес. Это, я считаю, основной стопор, то есть косность, черствость промышленности. Не только нашей. Почему в других странах не так быстро все это развивается? Все по этой же причине.

Почему нет такого развития? Нет образовательных стандартов. Поскольку я представитель университетского сообщества… Для атомной промышленности есть десятки образовательных программ, для космической – тоже десятки. Для аддитивных технологий нет ни одной образовательной программы. Мы все говорим о междисциплинарности, но нам необходимы образовательные программы.

Заканчиваю свой доклад без презентации, экспромтом. Что нам надо, чтобы аддитивные технологии действительно вошли в мировую промышленность? Во-первых, внедрить образовательные стандарты и осуществлять подготовку кадров именно по аддитивным технологиям, а не какие-то непонятные междисциплинарные. Во-вторых, нам надо четко понять, что нужна отдельная индустрия по производству сырья для аддитивных технологий, порошков.

Третье – это производство самого оборудования, станковой базы так называемой, то есть принтеров. Тогда аддитивные технологии действительно войдут в миро. Остается только надеяться, что фантастическое ускорение – лет за пять, я надеюсь – приведет к тому, что аддитивные технологии действительно начнут развиваться. Спасибо!

[01:30:00]

Николай Ляхов:И мы их увидим, да. Спасибо!

Евгений Маянов: Добрый день, уважаемые коллеги! Я хочу сразу поспорить с утверждением, что все заводы остановятся. Как-то я не заметил, чтобы проявился интерес к покупке телефонным аппаратам с набором номера. Никто не стоит в очереди, и заводы куда-то подевались.

Чтобы не повторяться, скажу следующее. Мы не строим аддитивные машины, а занимаемся материалом. Цифровые технологии нами понимаются следующим образом. Поступает заказ на изделие, это изделие должно быть изготовлено по аддитивной технологии. Для этого конструктор или программа применяет исходные данные, библиотеку забирает, и получает с требуемыми характеристиками, которые через обратную связь, как правильно здесь задавался вопрос, проверяются, и получается изделие. Все. Мы должны занять свое место здесь. НИИ «Графит» точно соответствует своему названию, он занимается графитами и углерод-углеродными материалами.

Приведу пример. На недавнем форуме в Москве было приведено понятие цифровой технологии БМВ. Сколько времени занимает создание новой платформы, изготовление в натуре, проведение испытаний, краш-тесты, получение разрешения и запуск производства? Сколько, новой модели? Пять месяцев. Вот что такое цифровые технологии. Пять месяцев. Попробуйте, посоревнуйтесь.

Итак, мы занимаемся материалом, а именно – углеродсодержащими композициями. Если представитель «Росатома» Дуб Алексей Владимирович сказал, чем занимается «Росатом», там вы увидели три металла – сплавы стали, титана и алюминия, и было «другое». Так вот мы – другое. Там было 2 % или 3 %, я не знаю. Задача ставится – воссоздать материал и войти в библиотеку с определенным количеством характеристик, которые позволяют при применимости в тех или иных методах получения 3D принтером изделия использоваться.

С кем конкурируем, здесь написано, и указано, кто является нашим заказчиком. Первые образцы мы с Уфимским университетом работаем, так как у них принтер. Они работают с принтером, мы работаем с материалами. Импортные значения – знаменитый полиэфирэфиркетон, который мы хотим воссоздать с более хорошими характеристиками.

Пытаемся сделать также некие смешанные композиции, для того чтобы можно было изготовить изделие, позволяющее реализовывать различные функции применяемых нами пластиков. Изделия для 3D печати в изготовлении из наших материалов не представляют никакой сложности. Правда, наши связующие сегодня живут до 300 градусов в рабочей среде. Например, «Росатом» для атомных станций ставит задачу по воздуховодам и иным – 360 градусов рабочая температура, чтобы выдерживала. Осталось 60 градусов добрать.

Антифрикционный материал ЭПАН – я думаю, очень многим в зале он известен, кто занимается, от гражданских применений до войны. Сегодня следующим шагом мы будем делать композицию, для того чтобы на 3D принтере делать материалы из ЭПАНа. Я в прессе прочитал, что сегодня американцы углеродные волокна делают на 3D принтере. Более подтверждений нигде не прочитал, но было бы интересно посмотреть, каким образом они реализуют это.

Николай Ляхов: Наверное, врут.

Евгений Маянов: Может быть, и врут, да.

Ольга Оспенникова: На самом деле не врут, действительно делают.

Евгений Маянов: Делают, да? Ну вот, видите. Еще раз возвращаюсь к самому началу. Посмотрите, нам необходимо исполнить техническое задание. Я привел здесь южнокорейское изделие, это ведущее устройство для сверхвысокомощного снаряда.

[01:35:02]

Внутри находится некий пробивной элемент. Этот пластик, который делается на 3D принтере, выдерживает такие значения. Обратите внимание, на сотни мПа, и даже гПа. Хочу завершить свое выступление следующей позицией. Мы сегодня в «Росатоме» создали центр компетенций и знания о компетенциях, то есть у нас есть продуктовый принцип. Продуктовый принцип 3D – это Дуб Алексей Владимирович возглавляет. Он же является центром информирования обо всех предприятиях и компетентных организациях «Росатома», которые в этой тематике работают.

Сегодня в первом выступлении прозвучало предложение создать некий центр подобного типа, но в масштабе Российской Федерации. Я абсолютно его поддерживаю, потому что считаю, что на сегодняшнем круглом столе мы все должны хотя бы осознать, кто чем занимается.

Николай Ляхов: Это главная задача сегодняшнего круглого стола.

Евгений Маянов: Я учился в Хабаровском политехническом институте в 1971 году, мне говорили: сначала анализ, и только потом синтез. Здесь мы должны пойти таким же образом. Спасибо!

Николай Ляхов: Спасибо! Академик Бузник.

Вячеслав Бузник: Добрый день, уважаемые коллеги! В первом докладе говорилось о том, чем занимается ВИАМ в аддитивных технологиях. Но ВИАМ занимается не только этим, в последние годы он занимается и арктическими материалами. Я в этом докладе попытаюсь соединить ужа и ежа, и чтобы это не выглядело уродливо, назвал это «арктические этюды аддитивных технологий».

Прежде чем говорить, в чем специфика аддитивных технологий, если говорить об арктических материалах, это те материалы, которые могут работать, применяться в Арктике. Здесь два фактора работают: вызовы и требования к арктическим материалам. Вызовы, первое – климатический, это низкие отрицательные температуры и влажность. Самое главное, что сочетание этого приводит к тому, что материалы, детали, техника отказывают.

Логистический. Удаленность от промышленных регионов, мест массового проживания, и потребность завозить все что надо. Эта ситуация хуже чем в космосе. В космосе можно круглый год запускать, туда – только во время завоза. Требования – это сохранение эксплуатационных свойств в арктических условиях и высокая надежность и долговечность работы в арктических условиях. Рогозин вводит такой термин, что арктический – это знак качества.

Важный момент – это ремонтируемость в арктических условиях. Какие этюды возникают? Это применение аддитивных технологий для производства и ремонта деталей в арктических, о чем говорила Ольга Геннадиевна. Это создание композиционных материалов с ледяной матроицей и применение цифровых технологий.

Когда сегодня утром я сказал про такой арктический, «Что, будем воду наливать?» Да, воду будем наливать, и заливка катка – это аддитивные технологии. Просто не знали, что так называть можно, но вот, называют. Контроль за изделиями, полученными по аддитивным технологиям. Геннадий Викторович говорил, с помощью МРТ-технологий именно в сложных условиях.

Арктические материалы я делю на две части. Это создание специальных материалов под задачи Арктики – пока что я нашел только один такой элемент, это композиты на основе льда, где матрица не реактопласт, а обычная вода, которая замерзла, и это необходимо. Второй момент – это адаптация существующих материалов для применения в Арктике.

Яркий пример, когда в ВИАМ разработали ТЗНК – теплозащитные материалы. Но они очень сложны в эксплуатации из-за гидрофобности. Пористый материал, 95 % сосет воду, поэтому нужно сделать его гидрофобным. С помощью сверхкритических технологий с растворением вторпарафинов мы сделали эти материалы плавучими.

[01:40:02]

Здесь он, контрольный, в течение секунд тонет, а этот плавает в течение двух лет. Если вы получите по аддитивным материалам изделие, и потом нужно его гидрофобизовать, обращайтесь, может быть, и сможем.

Это примеры по первому этюду, где американцы уже используют для авиационных целей изделия, которые делают на месте. Это место может быть всякое, и арктическая база, и арктическая зона. Это авианосец, на котором все это делается. То, что уже делается – это мобильные мастерские, которые могут двигаться и создавать все необходимое. Не надо завозить детали, а можно делать их на месте.

Следующий этюд – это вопрос об упрочнении льда. Здесь примеры, как на лед садится самолет, как проваливается, и вопрос, как сделать это прочным – это важнейший вопрос. Так вот, ледовый материал можно упрочнять различными способами, арматурой. Арматуру эту разумно делать по аддитивным технологиям. Сначала рассчитать, какая система будет, а потом ее заполнять. Лед деформируется до 1 мм и ломается. Изделие, которое сделано с (нрзб)[01:41:45] волокнами, увеличивает в 2-3 раза прочностные свойства, а деформируемость увеличивает в 30 раз.

Вот применение армирующих материалов, изготовленным по аддитивным технологиям. Это нам сделал систему ИПЛИТ, это в Санкт-Петербурге сделали, и здесь ячеистые структуры из ИПЛИТа. Три кевлара, композиты. Как видно, очень сильно меняются свойства ледяной матрицы в этом отношении. Пока мы имеем не самые лучшие результаты. Мы имеем лучшие результаты по волокнам, а композитные – похуже. Сейчас стало ясно, что то, из чего удается сделать эту модель – не самое хорошее, нужно искать новые варианты. Самый лучший, как мне сейчас кажется – это трехмерное плетение, которое может быть сделано.

Третий этюд касается визуализации эффектов. Мы сделали такой образец, на нем сделали разные варианты по 3D технологии, по принтам. Что можно использовать, какие возможности методов? Перспективные методы – это рентгеновская компьютерная технология.

Ольга Оспенникова: Томография.

Николай Ляхов: Томография, да.

Вячеслав Бузник: Неправильно называется. И МРТ. Тот образец, который сделали, по всем показателям лучший – рентгеновский, но есть один момент, где очень сильно выигрывает МРТ. Здесь два: МРТ с водой и со льдом. Вы их не различите. Здесь еще видно, а здесь совершенно не видно. Это связано с плотностью. Плотность воды и льда почти одинаковая, вы ничего не различите. В МРТ, кроме того что вы чувствуете ядро, протоны, вы еще в зависимости, и когда вы переходите от воды к льду, это резко увеличивается. Как видите, можно наблюдать. В этом случае ничего не различается, а здесь – лед, снег, вода – все это различается.

Здесь – то, что мы делали с институтом с ИПЛИТом, различные варианты, полученные по различным способам штриховки, стереолитографическими способами. Видно, что наблюдаются эти дефекты, и как с этими дефектами можно будет работать.

Заканчиваю этюдную часть, благодарю вас за внимание. Спасибо!

Николай Ляхов: Спасибо, Вячеслав Михайлович! Коллеги, у этой темы есть продолжение. Сегодня в 3 часа в первом зале – аддитивные технологии для ОПК (оборонно-промышленный комплекс), часть первая. Завтра часть вторая. У тех, у кого есть стойкий интерес к этой проблеме, есть возможность удовлетворить любопытство по любому вопросу.

Мы свою цель, наверное, выполнили, обменялись мнениями, где и что делается. Давайте объединяться, как призывали сегодня многие докладчики. Спасибо за внимание!

[01:45:41] [Конец записи]