Почему в сфере 3D-печати Россия занимает только 11-е место
Недавно спецпредставитель президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития Дмитрий Песков многих удивил, сказав, что уже через 5-7 лет каждый россиянин сможет на 3D-принтерах, которые являются одним из вариантов аддитивных технологий, напечатать себе любую еду. Они будут такими же доступными, как пылесосы. Не погорячился?
Михаил Бакрадзе: Уже сегодня любой желающий может купить простой 3D-принтер, печатать вещи, необходимые, например, в быту. Даже дети на таких устройствах могут что-то конструировать. Наверное, немногие знают, что большинство деталей товаров народного потребления, особенно из Китая, изготовлены с применением АТ. Скажем, в привычных для нас сегодня бытовых приборах напечатано множество точных деталей, для которых не нужна последующая механическая обработка. В этом одна из причин низких цен на многие товары из Китая. А когда вам ставят зубные имплантанты или сложные костные протезы, вы вряд ли догадываетесь, что они изготовлены по аддитивным технологиям.
Словом, можно говорить, что они проникают во многие сферы нашей жизни.
Михаил Бакрадзе: Совершенно верно. Но надо подчеркнуть, что их главный приоритет - это сложные системы в авиационной и ракетно-космической промышленности, атомной энергетике, судостроении, автомобилестроении, строительстве и медицине. Внедрение АТ в эти области дает колоссальный эффект: увеличивается производительность труда не менее чем в 30 раз, а коэффициент использования материала достигает 98%, снижается масса конструкции на 50%, в разы сокращаются сроки создания изделия.
Расскажите, хотя бы в общих чертах, как 3D-печати удается совершать такие прорывы?
Михаил Бакрадзе: Если в общих чертах, то все довольно просто: деталь выращивается слой за слоем из специально приготовленной порошковой композиции. Вам не надо ее вытачивать из стальной заготовки, отправляя в стружку массу металла. Не надо сваривать разные элементы. Вы сразу получаете нужную форму. Причем очень сложную, которую нельзя сделать обычными способами.
Чем-то напоминает природу. Примерно так растет из земли дерево.
Михаил Бакрадзе: В принципе похоже. Действительно, аддитивные технологии позволяют создавать так называемые природоподобные конструкции, но мы об этом еще поговорим подробней. А сейчас хочу подчеркнуть, что такой метод имеет огромные преимущества перед традиционными технологиями.
Кажется, 3D-печать - это просто. Есть принтер, есть материал в виде порошка. Засыпал в принтер, нажал кнопку, и по программе вырастает деталь.
Михаил Бакрадзе: Для простой бытовой игрушки, может, и верно. Но чтобы изготовить сложную деталь с заданными свойствами, без дефектов, специалистам разных областей знаний требуется провести огромную работу. Скажем, вам надо с помощью лазера напечатать лопатку авиационного двигателя. Она делается из порошка, который должен быть почти абсолютно чистым, а значит, из него надо убрать практически все примеси. Это очень непростая задача. Затем слой за слоем выращиваем лопатку. Вы насыпаете первый слой, расплавляете его лазером, когда частицы спекаются, насыпаете следующий, и все повторяется.
Деталь растет на ваших глазах. Вроде все нормально и, как вы говорите, все просто. На самом деле это сложный, тонкий процесс, и при неправильно разработанных режимах могут возникать различные дефекты - поры, трещины и др. Причем в ходе отработки технологии варьируются около 250 режимов и их параметров. Когда все этапы разработки пройдены, записывается окончательная версия программы изготовления детали с помощью АТ.
Сегодня аддитивные технологии ассоциируются с прорывом, с технологической революцией. Якобы эта техника навсегда отправит в историю станки и вообще многие нынешние заводы. Ведь ничего не надо обрабатывать, сваривать, соединять, все само вырастет.
Михаил Бакрадзе: То, что это прорыв, несомненно. Эта технология относится к шестому технологическому укладу, где наряду с АТ приоритетными являются цифровизация, роботизация, искусственный интеллект, биотехнологии и т.д. В шестой уклад сейчас входят передовые страны. Мы пока находимся между 4-м и 5-м.
Аддитивные технологии повышают производительность труда в 30 раз, снижают массу изделий на 50%, в разы сокращают сроки их создания
Что еще важно отметить в возможностях аддитивных технологийТ? Они открывают перспективы, о которых мы уже упомянули, - это создание прироподобных конструкций. В чем суть? Природа за миллионы лет оптимизировала свои творения, можно только поражаться конструкции крыла бабочки или феноменальным способностям муравья. Или представьте дерево: масса ствола и парусность его кроны создает огромную нагрузку на корневую систему, а ведь отдельные корни дерева не соизмеримы по толщине со стволом. Так вот АТ позволяет нам повторить природу. Мы напечатали кронштейн, который работает как корни дерева, не имеет лишней массы, но очень прочный. Никакими традиционными методами подобное достичь невозможно.
Отправят ли АТ в историю современные заводы? Отчасти, да. Но надо понимать, что у них своя ниша. Было бы странно выращивать, скажем, крышку люка канализации или огромное множество других простых изделий. Слишком дорогое удовольствие. Тут вполне справляются традиционные технологии - литье, ковка, прокатка и т.д.
На другом полюсе - класс очень ответственных деталей, например, валы в двигателе самолета. Для их изготовления применяется целый "букет" специальных технологий, чтобы гарантировать высочайшую надежность. Пока это не может быть обеспечено аддитивными технологиями. Но все, что вокруг таких супернадежных деталей, они вполне могут взять на себя. Так что у этого метода есть своя ниша, в которой у него нет конкурентов.
Можно сказать, что 3D-печать завоевала мир?
Михаил Бакрадзе: Пока только завоевывает, но очень стремительно. Мировой рынок за последние пять лет растет со среднегодовыми темпами около 20%, достигнув к 2020 году почти 12 млрд долл. По прогнозам, к 2025 году эта цифра составит 33 млрд, а к 2030 году - 60 млрд. Сегодня Россия находится на 11-м месте в мире по производству и внедрению аддитивных технологий.
И еще важнейший показатель: в Китае, США, Европе доля сложных деталей, так называемого 3-го уровня, на рынке АТ приближается к 80 процентам, в России всего два-три! То есть в самых принципиальных технологиях, которые и определяют шестой уклад, мы сегодня отстаем более чем в 30 раз. У нас пока преобладают детали 1-го и 2-го уровней. Надо отметить, что за последние годы у нас в эту сферу пришли около 200 организаций, и наш рынок вырос в десять раз.
Самые причудливые украшения сможет придумать и напечатать любой желающий. Фото: Getty Images
Словом, нам надо срочно догонять лидеров. Вы сказали, у нас доля высококлассных АТ около двух-трех процентов. Что это конкретно? Где мы уже сейчас можем конкурировать?
Михаил Бакрадзе: Прежде всего это двигателестроение. Уже налажено серийное производство с помощью АТ сложных деталей для двигателей ПД-14 самолета МС-21 и ТВ7-117СТ пассажирского самолета Ил-114-300, разрабатываются АТ для двигателя большой тяги ПД-35 и вертолетных двигателей ВК-650В, ВК-1600В. Разработки ВИАМ в области АТ играют здесь ключевую роль.
Вообще о двигателе ПД-14 хочу сказать особо. Британское издание Simple Flying признало, что он не уступает и отчасти превосходит самые последние американские и европейские модели. Он соответствует всем нормам - "зеленый", дешевый и качественный. Добиться этого во многом позволили материалы нового поколения ВИАМ, которых в двигателе 20, и в том числе АТ. Например, для камеры сгорания сделан "завихритель", который стал первой российской деталью 3-го уровня из отечественной металлопорошковой композиции. За счет нового подхода срок создания детали сокращен с 60 до 6 дней по сравнению с технологией точного литья.
Аналогичная картина в разработке новых вертолетных двигателей ВК-650В, ВК-1600В, которые заменят импорт. Благодаря АТ сроки производства изменились: раньше двигатель-демонстратор делали бы за 2-3 года, теперь - за 4 месяца. Причем, если в конструкции что-то не так, тут же вносим необходимые изменения, заново печатаем и снова отправляем на испытания. Таким образом, значительно сокращается время конструирования изделия.
Ваш институт является ведущим в стране в области АТ. Какие разработки мирового уровня могли бы назвать?
Михаил Бакрадзе: У нас разработаны и серийно выпускаются более 35 видов порошковых композиций для изготовления деталей 3-го уровня, у некоторых нет аналогов в мире. Они используются в том числе и для деталей тех двигателей, о которых мы говорили. У нас впервые в России создан замкнутый цикл АТ - от разработки специальных материалов для изготовления детали до выпуска нормативной документации и трансфера этих технологий в серийное производство. Такой подход и позволил сократить сроки и повысить качество продукции.
Итак, мы включаемся в гонку АТ. У нас есть шанс успеть на этот стремительно уходящий поезд? Не отстать, как это произошло в ряде других высоких технологиий?
Михаил Бакрадзе: Пока шанс есть, но для этого надо предельно объективно оценить, где мы находимся, где "болевые" точки и как их исправить. Назову три самые главные. Во-первых, мы практически полностью зависим от импорта программного обеспечения и оборудования для АТ. Без этого не может быть и речи о конкуренции с мировыми лидерами. Тем более, как мы видим, в любой момент могут ввести санкции, и наши аддитивные технологии закончатся.
Второе. Как я говорил, в эту сферу пришли сотни самых разных организаций, но каждый работает сам по себе, нет единой программы, координации. А ведь у конкурентов созданы национальные программы по АТ, которые как раз и обеспечивают такую координацию. И третье - кадры. Для работы в этой сложнейшей области нужно большое количество специалистов высшей квалификации. Может, вы удивитесь, но у нас они практически не готовятся. Нам надо срочно в ведущих вузах открывать соответствующие кафедры, готовить программы высшего профобразования и наверстывать упущенное. Без решения этих главных проблем упустим очередную технологическую революцию.