Евгений Каблов, академик РАН, генеральный директор Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ), профессор

В России дан старт развитию аддитивных технологий. Это, по сути, новая промышленная революция шестого технологического уклада. И понятно, что промышленность следующего уровня и следующего этапа будет принципиально отличаться от промышленности, которая была в XX — начале XXI века. Мировой рынок аддитивных технологий вырос на 20%. Если оценивать долю России, то рост у нас составляет всего 9,3%. Доля рынка — это системы, машины по аддитивным технологиям, программное обеспечение, материалы, волокна, жидкие полимеры, обслуживание, консультации и т. д. Соответственно, задача состоит в том, чтобы российская промышленность начала более активно осваивать и использовать возможности, которые открывают аддитивные технологии. Реально в России работают два уровня. Первый уровень — вспомогательный, это производство, изготовление оснастки выжигаемой модели для литья деталей. Второй уровень — изготовление демонстраторов без обеспечения конструкторской документации. Это очень важный элемент вхождения аддитивных технологий в нашу промышленность. Нужно отметить, что за рубежом ведется достаточно активная работа, чтобы к 2020 году изменить соотношение моделей-прототипов и деталей, которые будут соответствовать требованиям конструкторской документации. Сейчас это соотношение в среднем — 70 на 30. В Китае, например, — 85 на 15, такое же соотношение и в Европе. Американцы ставят задачу к 2020 году: 20% — модели-прототипы, 80% — детали. Конечно, там идет колоссальное финансирование, созданы соответствующие инфраструктуры для того, чтобы активно двигаться вперед. Сейчас лидерами в области аддитивных технологий стали Америка и Китай, даже Европа уже отстала. Давайте посмотрим на нашу ситуацию по оснащенности и компетенциям. Здесь нужно отметить успехи академика Владислава Яковлевича Панченко — позиция стереолитографии закрыта, есть оборудование, делаем материалы. По всем другим позициям у нас всё закупается. Берем второй уровень — прототипы и модели. Здесь у нас есть установки, пока, правда, в единичных экземплярах. Этим занимаются Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого и московские технические училища. Но все материалы у них зарубежные. В аддитивных технологиях важно использовать порошковые композиции. Те порошки, которые создавались в Советском Союзе, — и титановые, и нержавейка, и всё остальное, они предназначались для определенных целей. И пускай они для этих целей остаются, не надо их каким-то образом улучшать. Если взять такой порошок и попытаться реализовывать его в аддитивных технологиях, диапазон разброса по гранулам не позволит получать качественные детали, тем более обеспечить тот уровень свойств, который требуется. Поэтому важно отметить, что за год ВИАМ вместе с другими организациями фактически полностью решил поставленную задачу: покупая машины, приобретать к ним чипованые порошки и емкости. Без этого система установки просто не будет работать. Конечно, ключевым является вопрос подготовки специалистов. В США построен целый университет для подготовки людей по конкретным зонам аддитивных технологий структурных элементов. В нашем ВИАМе создана система отбора будущих студентов, и отбор этот начинается уже со средней школы. Мы получили лицензию на образовательную деятельность, с выдачей диплома государственного образца. Естественно, мы не гонимся за количеством студентов, принимаем ограниченное число, и это платное обучение. Преподают здесь, на базе нашей инфраструктуры, специалисты ВИАМа и Академии наук. Понимая значение подготовки кадров для развития аддитивных технологий, мы подписали соглашение с Санкт-Петербургским университетом и МГТУ имени Баумана. За 2015 год решена проблема разработки отечественных металлпорошковых композиций для аддитивных технологий, создано многотоннажное производство, разработаны технологии, но не выпущена ни одна машина, которую можно использовать. В ближайшем будущем необходимо запустить серийное производство отечественных металлпорошковых композиций для аддитивных технологий, чтобы эту проблему снять окончательно. Нужно создать отечественное оборудование для селективного лазерного синтеза и лазерной электронной лучевой накладки. Разработать отечественное программное обеспечение для системы управления аддитивного оборудования. Определить зоны ответственности в области разработки материалов для аддитивного оборудования. Решить вопросы кадрового обеспечения. Для широкого внедрения аддитивных технологий в отечественной промышленности необходимо: подготовить предложения по созданию научно-производственных консорциумов, научно-образовательных производственных организаций в интересах индустриальных партнеров. Второе: интегрированным структурам сформировать предложения по созданию центров компетенций аддитивных технологий в различных областях промышленности. Третье: ускорить создание межотраслевого инжинирингового центра порошковой композиции аддитивной технологии на базе ВИАМа, с участием ведущих научно-образовательных производственных организаций. Четвертое: подготовить предложение в Министерство образования и науки России по созданию универсальной системы сквозного обучения специалистов в области аддитивных технологий в образовательных учреждениях Российской Федерации.



Андрей Рудской, член-корреспондент РАН, ректор Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого

Аддитивные технологии являются одними из наиболее динамично развивающихся и перспективных, особенно для применения в космической, авиационной, автомобильной, медицинской отраслях. По прогнозам, к 2018 году объем рынка аддитивных технологий превысит 12 миллиардов долларов. При этом доля аэрокосмической отрасли составит 15–20% от объемов затрат на данные технологии. Это полностью цифровое производство, где возникает качественно новый уровень проектирования сверхсложных изделий и практически отсутствуют технологические ограничения по самой геометрии детали. Важно отметить, что гибкость цифрового производства и развитие Интернета позволяет в будущем изменить концепцию серийного производства путем перехода с изготовления одинаковой, массовой продукции к массовому изготовлению индивидуальных продуктов с минимальными издержками на транспортировку, хранение, энергопотребление, с уменьшением отходов производства. Таким образом, создаются все предпосылки для перехода к новому технологическому укладу «Индустрия 4.0». В нашем университете проводятся работы в области исследования исходных материалов, установления материаловедческих особенностей процессов аддитивного производства, компьютерного проектирования и моделирования изделий с бионическим дизайном, разработка технологии оборудования. Накопленный исследовательский опыт служит базой для разработки программы подготовки специалистов в области аддитивных технологий. Таким образом, университет обладает компетенцией по всей цепочке жизненного цикла изделия, полученного по аддитивным технологиям. Исходные материалы для аддитивных технологий обладают набором технологических и физико-механических свойств и оказывают влияние не только на протекание самого процесса при изготовлении изделия, но и на его конечные свойства и особенности самого процесса изготовления. Это управление технологическими режимами изготовления позволяет в конечном итоге управлять формированием структуры конкретной области изделия, тем самым оптимизируя свойства конечного продукта. Следовательно, успех в освоении аддитивных технологий определен, по сути, известным материаловедческим постулатом: состав, структура, свойства. Ключевым направлением развития рассматриваемых технологий является обеспечение качества порошковых материалов. Исходные порошки должны соответствовать ряду требований. Это определенный гранулометрический состав, преимущественно сферическая форма частиц, отсутствие внутренней пористости, соответствие заданному химическому составу, особенно в части таких легких элементов внедрения, как азот, углерод, кислород, водород и т. д. При соблюдении данных требований обеспечиваются необходимые технологические характеристики, что позволяет получать изделие с высоким качеством, а самое главное обеспечить повторяемость результатов. Нами, совместно с ВИАМом, получена база данных по технологическим свойствам отечественных жаропрочных сплавов. Это своеобразный старт только по одному разделу материалов. Мы эту работу продолжим. Это архиважные параметры, исходные для технологов, для производственников, которые позволят в последующем использовать эти данные, формировать технологии по изготовлению изделий методами 3D и т. д. Как было отмечено ранее, одним из ключевых потребителей аддитивных технологий является аэрокосмическая отрасль. В совместном проекте с двигателестроительной компанией «Климов» нами проводилась разработка нового перспективного газотурбинного двигателя методом селективного лазерного плавления из порошков никелевых и титановых сплавов. Работа завершилась изготовлением опытной партии кронштейнов из титановых сплавов отечественного производства, которые сейчас проходят испытания. Знаковым результатом данной работы стало открытие базовой кафедры «Климова» у нас в университете, в прошлом году был проведен первый набор в магистратуру, и уже в следующем году появятся первые специалисты, закончившие мультидисциплинарную магистерскую программу, сфокусированную на аддитивных технологиях. Кстати, за данную работу совместный коллектив нашего университета и АО «Климов» получил премию правительства в номинации «Интеграция науки, образования и промышленности». Следует отметить, что аддитивные технологии широко используются и в медицине. Мы в прошлом году провели уникальные исследования, я думаю, они будут иметь колоссальное значение в будущем для здравоохранения России.



Совместно с Институтом травматологии и ортопедии имени Р.Р. Вредена мы разработали новый подход к изготовлению индивидуальных протезов. При серьезных травмах тазобедренных суставов невозможно использовать стандартный набор, который используется сегодня в мире в качестве искусственного протеза. Разрушения бывают так велики, что просто не к чему крепить этот протез. Таких больных у нас огромное количество. Формирование конструкции протеза осуществляется с использованием цифровых технологий. По базе и оцифрованным данным, полученным на основе компьютерной томографии, мы создали модель костей таза, а затем с использованием 3D-печати полимерных материалов изготовили муляж, который служит вспомогательным материалом для врача-хирурга. С помощью этого хирург может смоделировать саму операцию до ее проведения, чтобы снизить время операции в реальности. Изготовление самого протеза проводилось из нашего отечественного титанового порошка ВТ-6, произведенного частной компанией «НАРВИН», партнера нашего университета. Изготовленный титановый протез был успешно установлен врачами НИИ травматологии в октябре 2015 года. В настоящее время пациент полностью трудоспособен. Никакой другой метод не позволил бы восстановить первоначальное состояние его тазобедренного сустава. Только сочетание цифровых и аддитивных технологий дало такой феноменальный результат. Проведенная работа была представлена на ХI Международной ярмарке инноваций в Южной Корее, удостоена золотой медали, других призов. Мы эту работу продолжаем с Институтом детской травматологии. Там задача еще более серьезная. Развивающийся, растущий детский организм требует замены протезов в процессе роста. Аддитивные технологии носят надотраслевой характер и являются катализатором запуска новой технологической революции в нашей промышленности. Совместное применение компьютерных технологий для проектирования и расчетов в совокупности с возможностями порошковой металлургии и аддитивных технологий могут дать синергетический эффект и обеспечить создание высококлассных изделий, к чему мы и должны стремиться. Ключевым направлением успешного развития аддитивных технологий в России является кооперация науки, образования и промышленности. В декабре 2015 года мы создали консорциум между ВИАМом, МГТУ им. Н.Э. Баумана и Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого. Сейчас свое желание участвовать в этом консорциуме подтвердили АО «Климов», ОТК «Энергия», целый ряд предприятий «Росатома», несколько академических институтов в области здравоохранения. Только объединяя свои усилия, интегрируя компетенции, мы достигнем того эффекта, который позволит нам в ближайшее время выйти на лидирующие позиции в области широкой разработки и внедрения в промышленность 3D-технологий и гибридных технологий. За этим — будущее, и на это нам надо направить все свои силы.