Немного из истории развития аддитивных технологии
Кажется, что термин «аддитивные технологии», возникший в текущем столетии, указывает на явления и процессы научно-технического прогресса лишь настоящего и будущего времени. Однако это не совсем верно. Взяв за основу концепцию общественного развития, описывающую развитие по спирали, можно легко убедиться в том, что большинство современных реализованных идей, процессов, явлений когда-то имели в своей основе принципы, открытия, законы сформированные на более низком витке спирали. Сохранив определенные черты и поэтапно развивая идеи из прошлого, мы явно прослеживаем эту связь, на новом, современном, более высоком этапе развития общества, когда ранее освоенные технологии наполняются новыми смыслами и возможностями. Аддитивные технологии не являются исключением из такой концепции.
Довольно много людей знает о патенте от 1986 года, полученном Чаком Халлом на стериолитографический принтер [1], и не так много людей могут сказать о том, что до патента Халла, рабочий прототип был описан Хидео Кадама еще в 1981 году [2]. Не многие вспомнят о том, что первый патент на устройство для селективного лазерного послойного спекания полимерных материалов, построенного на принципе тепловой маски, был предложен в 1979 году Россом Хаузхолдером [3].
Однако, куда более интересным является факт того, что первые «аддитивные», в классическом на сегодняшней день понимании, технологии получения физических объектов зародились еще во второй половине 19 века!
Одним из родоначальников процесса получения физических объектов с использованием принципов послойного представления объекта является Француаз Виллём, который разработал первый в мире процесс создания объемных фотоскульптур, адаптировав недавно открытый процесс фотографии [4]. Процесс, предложенный Виллемом был интересен прежде всего тем, что являлся комбинацией аддитивного процесса и процесса аналогового трехмерного сканирования.
Идея Виллема заключалась в конвертации плоских фотографических изображений людей в трехмерное представление. Он использовал 24 камеры, расположенных по кругу снимаемого объекта и экспонировал одновременно на 24 фотографические пластины. После чего силуэты объекта вырезались из пластин и натурально соединялись между собой вокруг центральной оси. Полученная сегментная модель с внешним контуром объекта в дальнейшем использовалась в качестве лекальной модели для изготовления копии объекта из дерева путем механической передачи движения инструмента.
Рисунок 1 – Иллюстрации из патента Ф.Виллёма.
Источник https://patents.google.com/
Кроме того, в 1890 году был подан патент на создание объемных рельефных топографических карт [5]. Процесс был основан на послойном соединении восковых контурных пластин между собой с последующей обработкой для снижения шероховатости внешнего контура трехмерного объекта.
Несмотря на то, что идеи аддитивных технологических процессов были предложены еще в XIX веке, ввиду неразвитости производительных сил, промышленное применение таких процессов было невозможно по причине серьезных ограничений аналоговых способов производства.
Новый виток спирали развития науки и техники, связанный с использованием систем с числовым программным управлением, внедрением цифровых технологий, изобретением источников лазерного излучения позволил заново пересмотреть идеи 150-летней давности и прийти к современному пониманию аддитивных технологических процессов, неотъемлемой частью которых является использование электронной модели получаемого объекта. Основные патенты на коммерчески используемые технологии были получены в течение последней четверти XX века, но активное внедрение таких технологий в промышленности начинается только с конца первой декады XXI века.
Основные группы аддитивных технологий
Согласно определению, данному в ГОСТ Р 57558– 2017, аддитивные технологии (далее - АТ) — это процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем послойного добавления материала. Ключевыми словами в данном определении являются «электронная геометрическая модель» и «послойное добавление материала». Таким образом, при определении отнесения процесса к АТ делается акцент именно на получении физического объекта с помощью цифровых, а не аналоговых технологий. Многообразие доступных АТ структурировано в несколько характерных групп, различающихся между собой базовыми технологическими принципами получения физического объекта. Перечень групп по ГОСТ Р 57558– 2017 приведен в Таблице 1
Таблица 1. Группы аддитивных технологий в соответствии с ГОСТ Р 57558– 2017
Вид технологии |
Вид полуфабриката |
Материал |
Синтез на подложке (Powder Bed Fusion) |
Порошок |
Металлы, пластики |
Прямой подвод энергии и материала (Direct energy deposition) |
Порошок, проволока |
Металлы |
Экструзия материала (Material extrusion) |
Проволока (филамент) |
Пластики |
Струйное нанесение материала (Material jetting) |
Жидкость (смола) |
Фотополимер, воск |
Струйное нанесение связующего (Binder jetting) |
Порошок, жидкость (смола) |
Металлы, пластики, гипс, песок |
Фотополимеризация в ванне (VAT photopolymerization) |
Жидкость (смола) |
Фотополимер |
Листовая ламинация (Sheet lamination) |
Лист (фольга) |
Металлы, пластики |
Наиболее распространенными технологиями для работы с металлическими материалами при промышленном применения в инженерных системах являются технологии из групп «синтез на подложке» и «прямой подвод энергии и материала», причем наиболее высокую степень индустриализации демонстрирует технология послойного лазерного синтеза на подложке (англ. - L-PBF, русс. - СЛС)).
Рисунок 2. Индекс распространённости аддитивных технологий в промышленности
Источник: https://additive-manufacturing-report.com/
Например, по данным маркетингового исследования от компании AMPOWER именно технологи СЛС занимает лидирующие позиции в индексе распространенности в промышленности среди других металлических АТ. Связано это с рядом объективных причин, таких как наибольшая изученность технологии, наработанная статистика и практика применения, очевидные преимущества при получении изделий сложной пространственной конфигурации, относительно неплохая доступность технологического оборудования и материалов.
Взяв за основу технологию СЛС, как наиболее изученную и активно применяемую в производстве по всему миру, будет показательно осветить проблемы, возникающие в процессе внедрения данного технологического процесса на производствах в Российской Федерации, а также при разработке отечественного станочного промышленного оборудования для СЛС. В том числе, интересно это по следующим причинам:
· Десятилетнее декларирование разработки и выпуска в производство линейки серийного отечественного оборудования, работающего по технологии СЛС
· Взрывной рост количества отечественных компаний-производителей оборудования для технологии СЛС за последние 5-7 лет.
· Отсутствие на конец 2023 года групп отечественного оборудования серийного класса, установленного на серьезных промышленных площадках и применяемого для получения заготовок (деталей) согласно утвержденной документации.
· Сохранение высокого спроса на отечественное оборудование у основных потенциальных клиентов из различных отраслей промышленности, в том числе по причине ухода с Российского рынка ряда крупных иностранных производителей оборудования.
Региональные особенности развития рынков
Российский рынок аддитивных технологий занимает крайне слабое положение по сравнению с другими развитыми и развивающимися странами. Так, если обратиться к статистике, собираемой для ежегодного отчета Wohlers, то доля Российской Федерации по такому показателю как установленное годовое количество оборудования для аддитивных технологий не превышает 1,5% от общемирового количества уже более 10 лет стабильно. Лидерами в 2023 году по количеству установленного оборудования остаются Северная Америка (СА) и Азиатско-тихоокеанский регион (АТР).
Безусловно, пандемия COVID-19 и наложение беспрецедентных санкций со стороны стран коллективного запада критически повлияло на доступность технологического оборудования на Российском рынке, однако и до этих событий, наша доля в общем объеме рынка АТ была крайне низкой.
Для того, чтобы понять проблемы, являющиеся причинами слабого развития АТ в России, следует для начала обратиться к особенностям становления отрасли как в странах коллективного Запада, так и стран АТР.
Развитие АТ, как и любой другой технологии происходит поэтапно. Появившись и достигнув определённой зрелости, выдержав проверку временем, технология становится общеупотребительной, к ней привыкают. Лучше всего данный процесс описывается кривой Гартнера или графическим отображением цикла зрелости технологий, представляющего собой поэтапный процесс, через который проходит любая инновационная бизнес-модель или технология от стадии хайпа до продуктивного использования. Будем использовать данную кривую для визуального представления положения точек начала развития АТ на примере технологии СЛС.
Рисунок 3. Кривая Гартнера
Источник: https://blog.bitobe.ru/article/krivaya-gartnera/ © Блог BITOBE
Основные компании-разработчики, представители Западных стран, выпустили первые коммерческие образцы оборудования для процесса СЛС в начале 2000-х годов и фактически являлись родоначальниками развившегося впоследствии направления коммерческих металлических L-PBF технологий. Они начинали на фазе подъема, выходя на рынок с абсолютно новой технологией, развивая интерес к новым производственным возможностям у потенциальных пользователей. У таких компаний «прародителей» было время отработать свой MVP (от англ. Minimum Viable Product – минимально жизнеспособный продукт). Таким образом, уже проверенные решения вышли на рынок серийного оборудования аккурат к стадии вершины. Дальше, оставалось лишь системно, последовательно развивать возможности технологии и привлекать к ней все новых и новых клиентов опираясь на задел, созданный на фазах подъема и вершины. К текущему моменту можно выделить основные особенности рынка аддитивного оборудования для СЛС в странах коллективного Запада:
· Пройден основной длительный цикл разработки оборудования с нуля на этапе формирования спроса на технологию. Отработаны MVP решения.
· Огромное портфолио клиентов
· Высокая конкуренция между компаниями на мировом рынке (США, Европа, Япония, Юго-Восточная Азия)
· Политика постоянного улучшения качества продукции и внедрения новых технологических возможностей. Ориентация на сложные комплексные системы, доведенные до высокого технического уровня реализации
· Часто наблюдаются договорные отношения между производителями по взаимному использованию патентов, технологий и работе с клиентами
В странах АТР и прежде всего КНР, первые коммерческие образцы оборудования СЛС приемлемого качества начинают появляться в начале 2010-х годов. Начало развития АТ и разработка оборудования в данном регионе пришлись на период вершины кривой Гартнера, выход серийного продукта с отработанными MVP решениями произошел на плавном переходе к «пропасти». Основные черты существующего на данный момент рынка оборудования для СЛС из КНР:
· Более поздний старт развития направления производства оборудования по сравнению с западными странами
· Государственная политика по копированию лучших образцов западного оборудования и комплектующих, позволяющая сократить сроки разработки и внедрения оборудования
· Огромная потребность в оборудовании на внутреннем рынке в начале развития компаний-производителей оборудования
· Стратегия на производство оборудования среднего технического уровня, но большой серийности
· Выход на международный рынок с экономической и технической базой, накопленной на внутреннем рынке.
Активные публикации с информацией о начале разработок отечественного оборудования для СЛС появляются в прессе в период 2013-2014 г. Несмотря на уже практически сформировавшиеся к тому времени мировые стандарты качества оборудования, получить к 2023 году компанию-производителя отечественного промышленного серийного оборудования для СЛС процесса так и не получилось.
Отчасти такая ситуация связана с активным присутствием Европейских производителей на Российском рынке до периода 2020-2022 годов. Пионеры отрасли в РФ нарабатывали свой опыт использовании технологии на качественном, отработанном оборудовании с сервисной поддержкой и высокой степенью клиентоориентированности. На этом фоне предложения от появляющихся Российских разработчиков казались лабораторными поделками, а не серьезным законченным коммерческим продуктом. Конечно, можно считать, что это был нормальный ход процесса в период развития и «распробования» технологии, возбуждения аппетита к ней.
В интервале 2020-2023, в связи с уходом западных компаний, непонятной ситуацией с оборудованием из дружественных стран еще более остро встал вопрос об использовании отечественного оборудования, как минимум на производствах специального назначения. Активные пользователи аддитивного оборудования для промышленного серьезного применения столкнулись в данный период с определенными трудностями – европейское оборудование, закупленное в 2000-2020 годах морально и физически устаревает, отсутствует сервисное обслуживание и невозможно или слишком дорого закупать запасные части; оборудование из дружественных стран – как правило не имеет качественного сервиса, и является оборудованием с более низким по сравнению с европейцами техническим уровнем реализации, к которому не привыкли пользователи. Кроме того, показательный быстрый уход иностранных производителей с Российского рынка создает дополнительные обоснованные опасения по внедрению в производственные цепочки другого иностранного оборудования, пусть и из дружественных стран.
Однако, быстрой замены иностранного оборудования на отечественные аналоги до сих пор не произошло. Так, к 2023 году ситуацию с рынком отечественного оборудования для СЛС в России можно охарактеризовать следующими положениями:
· Более поздний старт развития направления по производству оборудования по сравнению с азиатскими и европейскими странами
· Сформированные на мировом рынке стандарты качества для оборудования высокого технического уровня
· Ориентация производителей оборудования на быстрый финансовый результат. Большое количество производителей опытных установок.
· Отсутствие достаточного количества профессионалов, разбирающихся в особенностях конструкции оборудования, специального программного обеспечения и технологического процесса
· Ограниченный доступ к узлам и компонентам разрабатываемого станочного оборудования.
· Ограниченный рынок сбыта продукции.
Основные группы проблем, тормозящих развитие отечественных аддитивных технологий
К сожалению или к счастью, пройдя этап «распробования» технологии и накопив определённые требования к оборудованию, материалам и самому процессу получения изделий методами АТ, Российский клиент уже не удовлетворяется просто поставкой оборудования, пусть и отечественного, и требует от разработчиков и людей, занимающихся развитием отрасли конечные решения, ждет информации о технологии, материалах, методиках проектирования изделий, развития нормативной документации. И это правильно, так как переходя от процесса эксплуатации единичных установок в рамках НИОКР к процессу встраивания оборудования в промышленные производственные цепочки необходим куда больший объем работы, чем просто получить одну заготовку сложной формы и рапортовать об активном внедрении новых технологий на предприятии.
Для того, чтобы спроектировать и получить качественную деталь, пользователь должен быть уверен в качестве материалов, оборудования, параметров процесса синтеза и обработки, а конструктор должен четко понимать возможности и ограничения технологического процесса и лишь только после это приступать к проектированию новых изделий для серийного изготовления по какой-либо аддитивной технологии.
Рисунок 4. Схема основных составляющих получения качественной заготовки методом СЛС.
Обобщая круг проблем, связанных с отсутствием качественного отечественного оборудования и внедрением АТ в серийные промышленные производства, схематично можно представить бесконечно повторяющийся цикл, некий уроборос, поедающий сам себя.
Рисунок 5. Иллюстрация замкнутого цикла проблем развития отечественного аддитивного производства
Разорвать данный цикл могут только определённые волевые решения на уровне Федеральных властей.
Ряд экспертов видит основную причину неутешительного положения Российской аддитивной отрасли в недостатке системного подхода. Пожалуй, с таким утверждением можно согласиться, но для выработки последовательных решений проблем с развитием АТ, в частности развитием отрасли производства оборудования для процесса СЛС, прежде всего необходимо выделить основные группы или классы задач, в которых появляются проблемы и проиллюстрировать взаимодействие таких групп.
Условно можно выделить три больших группы (уровня) задач, представленных в Таблице 2, в рамках которых осуществляется развитие и практическое внедрение той или иной новой технологии.
Таблица 2. Концептуальные группы задач
Группа |
Представитель |
Методология применения |
Эксплуатант (пользователь технологии) |
Администрирование процессов внедрения |
Государство |
Техническая реализация |
Разработчик оборудования и технологии |
При взаимодействии групп рождаются определённые формализованные и не формализованные отношения между типичными представителями. Применительно к ситуации с оборудованием для процесса СЛС такое взаимодействие можно проиллюстрировать схемой, изображенной на Рисунке 6.
Рисунок 6. Взаимодействие групп задач при реализации внедрения новой технологии
На методологическом уровне основной проблемой является отсутствие в РФ четкой методологии проектирования технологичных конструкций деталей для того, чтобы учить конструкторов и технологов разработке деталей под аддитивные процессы. Отсутствует в широком доступе профильная справочная литература. Подчас полное отсутствие у многих представителей промышленности понимания области применения той или иной аддитивной технологии и методик расчета экономической эффективности. Хотя к настоящему моменту в литературе описано по меньшей мере шесть моделей формирования стоимости аддитивного производства. Отсутствие у заказчиков четких требований к параметрам станка, наподобие требований к металлообрабатывающим станкам, по причине непонимания критических факторов влияния на процесс.
На уровне технической реализации, имеющиеся затруднения связаны:
- с недостатком понимания нюансов сложности учета параметров процесса, пониманием того, что технологический процесс изготовления изделий методами послойного лазерного синтеза металлических материалов связан с определенной трудностью – синтез структуры материала, а значит и всех его основных свойств, происходит непосредственно во время процесса получения фасонной заготовки, порождая достаточно большое количество возможных вариаций структур и их дефектов. Это роднит процессы аддитивного производства с таким процессами как литьё и сварка, и если литьем, например, человечество занимается уже на протяжении тысячи лет, то АТ, как технологии прямого получения заготовок из металла, активно внедряются в промышленность не более 15-20 лет.
- отсутствием в стране четкой системы аттестации оборудования, материалов, специалистов и технологии, сродни, например аттестации в сварочном производстве.
- отсутствием достаточно большого количество опытных и компетентных кадров, не только имеющих опыт работы на станках подобного рода, но и разбирающихся в нюансах технологии и конструктивных особенностях оборудования. На данный момент очень часто происходит ситуация, когда, команды, решающие поставленные государством задачи по освоению технологии изготовления оборудования, не знали и до сих пор не знают многих нюансов технологии послойного синтеза для получения качественной заготовки.
- проблемами отсутствия в стране компонентов, и не только критичных, применяемых в конструкции станков для аддитивного производства.
- фокусированием компаний на изготовлении одного опытного образца и изготовление изделий под заказ – тем самым постоянно вносятся критические изменения, что делает невозможным проведение аттестации технологии.
На административном уровне проблемы связаны с недоработками в администрировании мер государственной поддержки развития технологических направлений:
- недостаточный уровень технических компетенций у экспертов, определяющих приоритетные направления и компании для поддержки. Невозможность объективно оценить уровень проработки решений.
- отсутствие четкой системы классификации станочного оборудования в области АТ. Потенциальному заказчику непонятно с какими параметрами он покупает станок и подойдет ли он для его задач, а компаниям-разработчикам и экспертам непонятно какой сегмент рынка может закрыть продукция и как администрировать бизнес исходя из сегмента приложения. Для оценки, к примеру, можно переложить ГОСТы, связанные с указанием классов точности отливок и классов точности металлорежущих станков.
- неоправданно высокий уровень конкуренции компаний за получение государственных субсидий, при этом все заканчивается на этапе опытного образца.
Получают средства порой, коллективы, которые не имели опыта работы с оборудованием и проектируют изделия по наитию, а закрытие ключевых показателей происходит сугубо по отчетам без детального анализа пригодности, работоспособности и практической значимости решений складывается парадоксальная ситуация: производителей АТ оборудования формально в России много, но ни одной установки на серьезном заводе не стоит. Все оборудование носит характер единичного и опытного с постоянно меняющимися параметрами качества получаемой заготовки.
- несостоятельность института организации совместных предприятий с иностранными партнерами в станкостроительной отрасли. Ожидаемой локализации с трансфером технологий не произошло. Основные узлы приходили на завод уже собранными. Осуществлялась только крупноузловая сборка, однако в ряде случаев статус Российской продукции был получен.
Критикуешь – предлагай!
Для решения описанных выше проблем могут быть предложены следующие примеры вариантов решений в зависимости от той или иной группы проблем.
Необходимо сформировать руководящие документы по методологии проектирования технологичных конструкций деталей для аддитивных технологических процессов.
На данный момент, в соответствии с информацией, размещенной на сайте Росстандарта, утвержден ряд стандартов в области аддитивных технологий, в том числе стандарты ГОСТ Р 59037-2020 «Аддитивные технологии. Конструирование металлических изделий. Руководящие принципы.» (8 листов), ГОСТ Р 59930-2021 «Аддитивные технологии. Процесс синтеза изделий из металлических порошков на подложке для критических применений. Общие положения.» (16 листов). Если сравнить данные стандарты, например, с ГОСТ Р 53464-2009 (48 листов), как стандарту на родственный СЛС процесс получения фасонных заготовок, то данные ГОСТ Р 59037-2020 и ГОСТ Р 59930-2021 никак не помогают на практике конструкторам и технологам с проектированием деталей под аддитивные технологические процессы.
Необходимо привлекать ведущих отечественных практикующих специалистов к составлению обучающих материалов и поддерживать на государственном уровне выпуск соответствующей учебной литературы, научных работ в области новых методологий проектирования.
На текущий момент конечный пользователь до конца не понимает подходит ли то или иное оборудование его производственным задачам, поэтому
Необходимо разработать стандарт оценки и систему классификации оборудования для аддитивных технологических процессов. Выделить классы оборудования и определить методику проверки соответствия оборудования тому или иному классу.
В Росстандарте есть утвержденный ГОСТ Р 59184-2020 «Аддитивные технологии. Оборудование для селективного лазерного сплавления. Общие требования.». В данном ГОСТе приведен ряд контролируемых параметров оборудования, в том числе и точностных, однако стандарт не определяет требований к периодичности проверки соответствия характеристик при работе, а также не дает классификации оборудования по степени точности, качеству изготовления и т.д. В утвержденных стандартах ГОСТ Р 57588-2021 «Аддитивные технологии. Оборудование для аддитивных технологических процессов. Общие требования.» и ГОСТ Р 59586-2021 «Аддитивные технологии. Образцы для испытаний. Оценка геометрических способностей систем аддитивного производства» классификация аддитивного станочного оборудования по качественным и количественным показателям тоже отсутствует. Такое положение создает условия, когда пользователь, при выборе российского оборудования не может адекватно оценить область практического приложения станка, адекватность стоимости оборудования и, следовательно, сформировать планы по внедрению оборудования на свое производство. Поэтому следующим шагом после разработки общероссийской классификации станков для аддитивных технологических процессов может быть введение обязательной классификации всего ввозимого импортного оборудования для процессов АТ с выдачей сертификата.
С целью выстраивания последовательной системной работы над внедрением аддитивных технологий на промышленные предприятия необходимо организовать единый ответственный за аттестацию оборудования, технологии, материалов и специалистов орган.
В качестве рабочего примера можно использовать опыт создания национального агентства контроля сварки (НАКС). Заключения такой организации будет достаточно для подтверждения качества технологического процесса. При проектировании изделий, разработчик, прописывая в технических требованиях аддитивный способ изготовления с контролем аттестации авторизованным органом будет иметь возможность разделить ответственность в принятии решения о применении аддитивной технологии. Такая система позволит качественно расширить уровень применения АТ и позволит разработчикам быть смелее.
В виду крайне ограниченного рынка сбыта отечественного аддитивного оборудования, одним из работающих вариантов поддержания интереса производителей и разработчиков оборудования могут быть
Внедрение института государственного планирования – гарантированного заказа на изделия, полученные методом АТ, комплектующие и аддитивное оборудование различного класса
Разработанная шкала налоговых льгот, в том числе ограниченную по времени отмену или частичное снижение НДС на продукцию, получаемую с помощью аддитивных технологий. Степень льгот можно варьировать в зависимости от технологии, ответственности деталей и объемов выпуска продукции.
Субсидирование установки промышленного аддитивного оборудования в учебные заведения среднего и высшего профессионального образования с целью практического освоения технологии студентами, не столько в качестве инструмента академических исследований, а для прикладного применения.
Малый объем рынка сбыта аддитивного оборудования делает экономически непривлекательным для бизнеса инвестирование в отрасль, где требуются большие вложения сначала, срок окупаемости велик, а маржа достаточно мала, по сравнению с сырьевыми секторами, стройматериалами, и т.п. Получается, что если и есть где-то производство оборудования, то оно малотиражное, почти единичное или индивидуальное, а следовательно, стоимость оборудования достаточно высокая.
Нужно смотреть правде в глаза. В ближайшем обозримом будущем Российское аддитивное оборудование вряд ли будет качественней европейского и дешевле китайского оборудования. Ориентация частных компаний на получение прибыли не позволит им осознанно сделать выбор на внедрение отечественного оборудования при доступности дешевых аналогов из КНР. Поэтому основным рынком для отечественного аддитивного оборудования, пусть и весьма ограниченного объема, в ближайшие годы будет только рынок стратегических отраслей промышленности государственных корпораций и оборонных предприятий там, где стоимость оборудования не так важна по сравнению с доступностью сервисного обслуживания и стабильностью работы, а стоимость конечного изделия жертвуется в угоду улучшения функциональности, скорости разработки и изготовления. Однако даже в такой парадигме ни одно серьезное предприятие не будет вкладываться в отечественное оборудование, без подтверждения соответствия предъявляемым техническим требованиям по стабильности и качеству работы, пусть не на уровне лучших европейских аналогов, но на уровне лучших производителей из КНР.
АМ.ТЕСН – инструменты производства для людей нового времени.
Для решения сложной ситуации, сложившейся в отечественном станкостроении, в том числе и аддитивном, в Российской Федерации были утверждены ряд профильных программ по развитию отрасли и технологического суверенитета.
Например, как результат такой работы, распоряжением правительства от 14 июля 2021 г. № 1913-р была утверждена стратегия развития аддитивных технологий, был сформирован Федеральный проект «Развитие производства средств производства». Одной из наиболее действенных мер, поддерживающих, в том числе частных компаний-разработчиков сложного технологического оборудования является субсидирование работ НИОКР в рамках постановления правительства от 12 декабря 2019 года №1649.
В конце 2022 компания ООО «НПО 3Д Интеграция» получила субсидию на развитие инновационного проекта в области разработки и производства промышленного аддитивного оборудования.
На текущий момент компания ООО «НПО 3Д Интеграция» под торговой маркой AM.TECH осуществляет активную разработку собственных одно- и многолучевых аддитивных комплексов для послойного лазерного синтеза из порошковых материалов. Так, за период с февраля по декабрь 2023 года, удалось не только разработать с нуля и изготовить опытные образцы малогабаритного аддитивного комплекса АМТ-16, но и привлечь в штат компании два десятка высококлассных инженеров. Сотрудники компании имеют обширный опыт работы в иностранных компаниях-разработчиков аддитивного и иного специального оборудования, ряд сотрудников имеет профильные дипломы по аддитивным технологиям от ведущих европейских вузов. Каждый из специалистов конструкторской группы обладает внушительным портфолио ранее выполненных проектов из области специального технологического оборудования и робототехники. Технологический отдел компании осуществляет поэтапное внедрение отечественной системы планирования и управления производством с полностью отслеживаемыми маршрутами изготовления каждого сборочного узла
Ориентируясь на сегмент промышленного оборудования, компания прекрасно понимает важность последовательного подхода к разработке и постановке на производство высокотехнологичной продукции. Все работы по созданию нового продукта в компании ведутся в соответствии с методиками, описанными в ГОСТ. Помимо разработки РКД для изготовления аддитивных комплексов, AM.TECH осуществляет разработку собственного специального программного обеспечения, систем контроля качества процесса СЛС в реальном времени.
Одними из основных составляющих обеспечения качества процесса послойного лазерного синтеза металлических материалов являются грамотно спроектированные оптическая и газовая система станка. При проектировании своих аддитивных комплексов AM.TECH уделяет пристальное внимание моделированию процессов, происходящих в газовой системе оборудования. Моделирование процессов осуществляется с перекрестной проверкой результатов расчетов, получаемых штатными специалистами компании с результатами специалистов из сторонних организаций, специализирующихся на проведении газодинамических расчетов.
Рисунок 7.Пример варианта моделирования процесса движения защитного газа в рабочей камере комплекса АМТ-16.
Теоретические расчеты впоследствии проходят процедуру верификации при проведении натурных испытаний на собственной площадке опытного производства. Таким образом AM.TECH стремиться обеспечить наилучшие показатели среди отечественного и ряда зарубежного оборудования по сохранению изотропии процесса синтеза на всей площади построения внутри рабочей камеры.
При проектировании оптической системы для своего оборудования AM.TECH не согласна довольствоваться малым, доступным на Российском рынке оборудованием с ограниченным функционалом. Для реализации всех поставленных разработчикам задач, было принято решение поэтапно разрабатывать собственную трехосевую систему сканирования, удовлетворяющую предъявляемым к оборудованию требованиям. Привлекая к работе профильных специалистов-оптиков и грамотно ставя им задачу, были полностью спроектированы оптические тракты, получены данные о характеристиках линз, оптомеханических узлов.
Рисунок 8. Один из промежуточных вариантов компоновки системы сканирования с предварительной фокусировкой.
Помимо этого, была разработана собственная методика калибровки и внесения поправок в фокусирующую оптику комплексов.
Свой первый аддитивный комплекс АМТ-16 компания AM.TECH успешно представила на таких выставках как Технофорум 2023, г Москва и Лидер-форум 2023, г Казань.
Рисунок 9. Аддитивный комплекс АМТ-16 на выставке Лидер-форум 2023 представлен Раису республики Татарстан Минниханову Р. Н., г. Казань.
Предлагая большую рабочую область и более мощный лазер, чем другие установки аналогичного размера, комплекс AMT-16 представляет собой гибкую производственную систему, отвечающую конкретным потребностям пользователей: начинающие практики металлических аддитивных технологий могут разрабатывать процессы, масштабируемые на более крупные системы АМТ; исследовательские институты получают преимущества от набора инструментов и ПО для разработки материалов; производственные предприятия могут выпускать прототипы, малые серии компонентов в рамках серийного производственного процесса.
Таблица 3. Основные технические характеристики аддитивного комплекса АМТ-16*
Полный габаритный размер (Д х Ш х В) |
1311х864х2100 мм |
Типоразмер рабочей области |
Цилиндр |
Размер рабочей области (Ø х В) |
Ø160 х 250 мм |
Количество источников лазерного излучения |
1 |
Длина волны источника лазерного излучения |
1080±10 нм |
Номинальная оптическая мощность источника лазерного излучения |
500,00 Вт |
Номинальный диаметр пятна лазерного луча (в фокальной плоскости) |
60…80 мкм |
Электропитание, напряжение |
1Ph+N+PE, 220 (опционально 3Ph+N+PE, 380) |
Электропитание основного рабочего модуля, ток защитного автомата |
25 А |
Электропитание, ток защитного автомата подключения чиллера |
20 А |
Номинальная электрическая мощность комплекса |
6,0 кВт |
Требование к сжатому воздуху, давление |
7 Бар |
Требование к сжатому воздуху, класс чистоты |
ГОСТ Р ИСО 8573-1-2016 [1:4:1] |
|
* производитель допускает внесение изменений в техническую документацию в соответствии с требованиями заказчика |
Компания AM.TECH не останавливается на достигнутом результате и уже к выставке Металообработка-2024 планирует показать прототип своего среднегабаритного многолучевого аддитивного комплекса АМТ-32.
Вывод
Развитие в нашей стране собственных современных технологий, особенно в отрасли станкостроения и прозводства средств производства крайне важно, с точки зрения решения задач по осуществлению технологического суверенитета, выстраиванию новых систем технологичных производств, обеспечению высокого уровня производительности и сохранению конкурентоспособность продукции, в том числе и специального назначения, на мировом рынке. Эти задачи нельзя решить без внедрения новых эффективных технологий.
Однако, бездумное, излишне формальное внедрение там, где это не требуется, может навредить еще больше. Проблемы, накопленные за последние несколько десятилетий и связанные с отсутствием высококлассных специалистов, расчетом на поставки зарубежного оборудования вместо развития своих решений привели к серьёзному отставанию РФ в области отраслей, где получают продукцию с высокой добавленной стоимостью.
Сложившаяся в настоящее время общемировая обстановка просто не оставляет нам, ответственным и мотивированным специалистам своей страны, выбора кроме как в активном развитии собственных отечественных решений в области аддитивных технологий.
1. Hull,C.W.: Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography. https://patents.google.com/patent/ US4575330A/en (1986)
2. Kodama,H.: Automatic method for fabricating a three-dimensional plastic model with photo-hardening polymer. Rev.Sci.Instrum. 52, 1770–1773 (1981). https://doi.org/10.1063/1.1136492
3. Housholder,R.F.: Molding process. https://patents.google.com/ patent/US4247508B1/en (1981)
4. Willème,F.: Photo-sculpture. https://patents.google.com/patent/US43822 (1864)
5. Blanther,J.E.: Manufacture of contour relief-maps. https://patents. google.com/patent/US473901A/en (1892)