Мышление инженера
Как ЗD-печать помогает реализовывать сложные проекты
«Ъ-Наука» поговорил с Михаилом Родиным, генеральным директором НПО «3D-Интеграция», о том, что такое аддитивные технологии, при чем здесь итальянский скульптор и как можно интегрировать промышленные 3D-решения в производство.
Теплообменник, спроектированный с помощью вычислительной инженерии с возможностями ИИ
Фото: LEAP71
Теплообменник, спроектированный с помощью вычислительной инженерии с возможностями ИИ
Фото: LEAP71
— Что такое аддитивные технологии?
— Национальный стандарт дает достаточно емкое определение аддитивному производству, называя его процессом изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала слой за слоем. Общее понятие аддитивного производства исходит из глубины веков и означает метод создания объектов синтезом, выращиванием или добавлением материала. Сюда же можно отнести кирпичную кладку, кулинарию и даже часть терраформирования, отвечающую за создание холмов. В более привычной субтрактивной модели производства материал, наоборот, слоями удаляется с заготовки до получения нужной формы. «Я беру камень и отсекаю все лишнее»,— говорил скульптор Микеланджело Буонарроти.
Очередной популярный термин — 3D-печать — обычно отождествляется с электронным взаимодействием между ЭВМ и 3D-принтером, то есть символизирует цифровой интерфейс между разработчиками моделей и устройствами, синтезирующими детали из определенного материала.
— В чем принципиальные отличия аддитивных технологий и традиционного производства?
— Очевидно, что сами по себе аддитивные технологии подобны спичкам или зажигалке, которые чудом могли оказаться на необитаемом острове у выживших после кораблекрушения. И если на острове нет деревьев и хвороста, то грош цена источникам огня. Однако если есть то, что может гореть, они могут стать одним из средств для выживания.
Чтобы лучше себе представить сферы и отрасли применения этих технологий, следует обратиться к имеющимся постулатам и опыту сравнения с классическими или традиционными технологиями. Самое главное отличие сводится к самому процессу: традиционные станки выбирают материал из заготовки, а 3D-печать позволяет наращивать материал только там, где он нужен, по инженерным расчетным моделям. Попробуйте объединить детали сборки в одну, а затем оптимизировать ее с помощью ИИ до получения бионической формы, для облегчения веса заполнив ее тело ячеистыми пространственными структурами, и вы поймете, что свобода проектирования по-настоящему стала возможна только с приходом аддитивных технологий. Отсюда логично предположить, что отходов при таком производстве гораздо меньше.
Недостатки тоже имеются. Например, далеко не всегда на 3д-принтерах можно получить деталь необходимого качества поверхности по чертежу. Напечатанной заготовке потребуется провести финишную постобработку ответственных поверхностей. Будьте готовы к тому, что от технологии и технолога-аддитивщика будет зависеть в конечном итоге качество тела детали: от качества проковки до неудовлетворительной задачам проекта пористости. Ну и, конечно, массовое производство с трудом удается аддитивным технологиям: все-таки с оснасткой и скоростями традиционных станков это сделать гораздо проще. Даже несмотря на то, что 3д-принтеры могут выполнять несколько операций одновременно, включая мультиматериальность за один цикл построения.
— Как, на ваш взгляд, это направление будет развиваться в дальнейшем?
— С каждым годом список приверженцев аддитивных технологий, сфер и отраслей их применения расширяется. Достаточно лишь одного раза, успешного проекта, и конструкторское бюро, цех машиностроительного производства, литейное производство, клиника, фаблаб, вуз, НИИ, общеобразовательная школа, кулинарный дом обретут в лице этих технологий верного соратника с бесконечным потоком идей. Вот некоторые из таких «поклонников»: авиастроение и авиационное двигателестроение, медицина и стоматология, космонавтика и ракетостроение, автомобилестроение, техническое обслуживание и ремонт, ОПК и многие другие.
В правительстве уже убедились, что отечественные аддитивщики в труднейшей для этой сферы ситуации не сдались, выстояли и продолжают развиваться, несмотря на то что они относительно молоды, в чем-то даже наивны, не имели достаточной финансовой подушки безопасности в последние непростые годы, но вместе с тем решительны, дерзки и амбициозны. Российские реалии, в которых мы все находимся, меняют жизнь продвигающих аддитивную повестку компаний, и мы с каждым днем становимся независимее и сильнее. И теперь уже — с опорой на новые меры господдержки. Президентом России подписан закон, создающий правовые основы для разработки мер стимулирования развития инжиниринговых услуг и промышленного дизайна. Теперь компании из этой сферы смогут рассчитывать на господдержку, а производители получат качественные услуги по проектированию заводов, разработке дизайна и созданию прототипов. Готовится к открытию разработанная
Оценка перспективного объема рынка аддитивных технологий в России в горизонте до 2027 года, млн руб.
Оценка перспективного объема рынка аддитивных технологий в России в горизонте до 2027 года, млн руб.
Минпромторгом РФ новая программа субсидирования части затрат заказчиков на покупку российского инженерного и промышленного софта, а также поддержки заказчиков программно-аппаратных комплексов для ускорения программ цифровизации. Экосистеме российского софта для аддитивки уже есть что предложить.
Да, многие промышленные предприятия пока осторожничают с внедрением цифровых технологий, сетуя на недостаток финансов и отсутствие квалифицированных кадров. И это в определенном смысле объективные причины. Но также работает и человеческий стоп-фактор: топ-менеджмент многих компаний согласен на риски только при условии получения быстрого результата в виде крутого роста прибыли, работать на перспективу в течение условных пяти лет они не готовы. Да и далеко не все в регионах вообще знают о существовании на рынке нужных им цифровых решений. Здесь чувствуется в том числе недоработка интеграторов технологий 3D-печати.
Событие, произошедшее весной 2024 года, можно назвать эпохальным для отечественной аддитивки. Клуб аддитивных технологий представил результаты проведенного им масштабного комплексного исследования российского рынка технологий аддитивного производства. Аналитике подверглись 3D-принтеры, 3D-сканеры, материалы, а также центры 3D-печати. По оценке экспертов, за 2022–2023 годы рынок вырос на 60,1% и составил 15,5 млрд руб.
Можно с уверенностью сказать, что большие возможности аддитивных технологий и высокие темпы их роста создают новую производственную реальность, когда основным ограничением является не функционал и «продвинутость» технологического оборудования, а мышление инженера. Если же инженер умеет проектировать аддитивные детали, а также активно использует оптимизационную алгоритмическую инженерию, то такой симбиоз не оставляет никаких шансов традиционным технологиям, особенно для сложных деталей. Государственное регулирование и достаточное количество российских технологий и ассортимента оборудования из проведенного исследования дают нам надежду на технологический суверенитет отрасли уже в самое ближайшее время.