Аддитивные технологии включаются в цепочку производства высокотехнологичных изделий
Аддитивные технологии включаются в цепочку производства высокотехнологичных изделий
Симбиоз искусственного интеллекта и аддитивных технологий дал поразительный эффект.
Одно из сложнейших изделий, когда-либо придуманных человечеством, а именно ракетный двигатель, было создано за считаные дни.Статья по теме: Как ученые пустили лазер в дело: 3D-принтеры и алкорамки
Конечно, в космос он пока не летит, но скорость реализации этого проекта действительно космическая.
В ноябре компания LEAP 71 сообщила о создании жидкостного ракетного двигателя тягой 200 кН. В качестве топлива он использует жидкий кислород и керосин. Двигатель спроектирован с помощью большой инженерной вычислительной модели Noyron Large Computational Engineering Model и напечатан на 3D-принтере.
Компания LEAP 71 со штаб-квартирой в Дубае основана инженером аэрокосмической отрасли Жозефиной Лисснер и серийным предпринимателем Лином Кайзером. Компания специализируется на вычислительной инженерии. Используя программное обеспечение собственной разработки, компания проектирует сложные физические продукты. Главная инновация компании — большая вычислительная инженерная модель Noyron, которая считается наиболее продвинутой среди имеющихся сегодня в мире.
Партнером LEAP 71 в части изготовления двигателя выступила китайская компания Eplus3D. 3D-принтер этой компании EP-M650H-1600 имеет значительный размер области печати, что позволило напечатать двигатель, имеющий размер по высоте более 1,3 метра.
Двигатель изготовлен по технологии выборочного лазерного плавления Laser Powder Bed Fusion (L-PBF/SLM) из порошка алюминиевого сплава AlSi10Mg (алюминий, кремний, магний). Непрерывная печать изделия длилась 354 часа.
«Традиционно ракетные двигатели состоят из множества деталей, все они должны быть собраны, изолированы от горячих газов и индивидуально проверены на качество. Демонстрируемый двигатель объединяет все компоненты, включая камеру сгорания, сопло, охлаждающие каналы, коллекторы, а также конструктивные элементы в одну деталь, которую можно распечатать на 3D-принтере», — подчеркивается в сообщении на сайте компании LEAP 71.
Ранее, в июне 2024 года, был успешно испытан двигатель с тягой 5 кН (эквивалентно мощности в 20 тыс. л. с.). Он также спроектирован в Noyron и напечатан на 3D-принтере из сплава на основе меди с добавлением хрома и циркония (CuCrZr).
В компании подчеркивают, что это первый ракетный двигатель, созданный с помощью вычислительной модели без участия человека. Процесс занял менее двух недель, при том что обычно он занимает много месяцев.
Дмитрий Трубашевский, эксперт рынка аддитивных технологий (АТ), автор телеграм-канала о 3D-печати «Логика слоя», генеральный директор компании «Синтезиум», считает создание ракетных двигателей с помощью вычислительной модели с последующим использованием аддитивного производства (АП) главным технологическим прорывом в этой области.
«Монокль» обсудил с Дмитрием Трубашевским основные события и тренды в области аддитивного производства. Весьма важным он считает рост осведомленности потенциальных российских заказчиков из промышленности о возможностях АП. Следствие этого — более высокая конверсия в воронке продаж поставщиков аддитивного оборудования, так как уже не нужно долго увещевать, приводить примеры из разряда «как у них», на Западе или в Китае.
В то же время на зарубежных рынках наблюдается крайне волатильная ситуация в целом по индустрии. Рушится миф о непоколебимости основателей аддитивных технологий — американских компаний.
— Все дело в китайских компаниях, которые бесцеремонно захватывают рынок, подминая под себя территории и заказчиков, некогда принадлежавших производителям из Европы и США. Например, такие компании, как Bright Laser Technologies, Farsoon Technologies, Eplus3D, известны своими принтерами по металлопорошковым композициям, поставляют оборудование заказчикам из авиастроения, космонавтики, ОПК и медицины. Бесспорно, пока лучшие инженерные кадры сосредоточены в Европейском союзе и Северной Америке. Там разрабатываются лучшие решения на рынке. Однако бесконечное совершенствование своей продукции в погоне за премиальностью, что и делает сегодня Запад, только увеличивает ее стоимость.
Китай же сконцентрировался на том, что требуется сегодня для завоевания максимально широкого круга заказчиков: производительность, надежность, точность. По сути, они разгадали тайну успеха и преуспели в этом не только в аддитивных технологиях. Теперь же китайские компании осуществляют экспансию на глобальный рынок, навсегда завоевав при этом свой. По этой причине отечественным разработчикам нужно держать ухо востро.
Дмитрий Трубашевский особо отмечает рост доступности L-PBF/SLM-оборудования для печати металлами и сплавами, особенно для таких требовательных к геометрии и качеству отраслей, как машиностроение и медицина. Производительность установок по всему миру заметно выросла. Оснащение принтеров 4‒64 лазерами — это уже мейнстрим, за который крупные компании, не скупясь, платят хорошие деньги. Размеры камер построения также заметно увеличились и уже могут достигать двух метров.
Наука и эксперименты остались в прошлом, теперь это действенный инструмент для воплощения любых инженерных идей: освоены основные материалы, отработаны режимы, даже обобщена информация об особенностях поведения напечатанных деталей при определенных условиях эксплуатации, разрабатываются ГОСТы. В результате воплощается тот самый пресловутый аспект японской эффективности, выражающийся в высокой производительности на единицу площади, качестве сборки и экономии ресурсов.
— Активно развиваются технологии, объединенные под общим названием «прямой подвод энергии и материалов» (DED, Directed energy deposition), работающие как с металлопорошками, так и с проволокой. Они уверенно двигаются по пути обретения технологической зрелости и в скором времени станут таким же эффективным инструментом на многих машиностроительных производствах, как и L-PBF/SLM. У DED сразу же подкупают высокая производительность, более низкая стоимость расходных материалов, а также практически не ограниченная зона построения — представьте себе роботизированные манипуляторы или робототехнические комплексы (РТК), несущие на себе наплавочную головку и способные перемещаться по линейным направляющим «за горизонт», например на 30 метров. Среди российских производителей хотелось бы отметить такие компании, как Институт лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ), а также «ИксВелд».
Важным также является появление гибридных технологий, консолидирующих сильные стороны аддитивных и традиционных технологий. Это направление представляет интерес для компаний, стремящихся к компактизации производства, сокращению времени на переналадку, автоматизации. Здесь же можно отметить частое использование РТК как наиболее доступного и высокоэффективного способа организации аддитивного или гибридного производства.
Технологии генеративного искусственного интеллекта развиваются стремительными темпами и уже становятся мощным инструментом, помогающим контролировать сложные процессы в 3D-печати, а также создавать продукцию такой сложности, которая не под силу человеку, особенно в сжатые сроки.
Место занято
Согласно исследованию российского рынка аддитивных технологий и 3D-сканирования за 2024 год, которое провел Клуб аддитивных технологий (КАТ), санкции и уход западных поставщиков способствовали значительному росту доли внутреннего производства на российском рынке. Так, если в 2021 году доля отечественных производителей оборудования и материалов для аддитивного производства составляла 54%, то в 2023 году она достигла 70%. Конечно, здесь нельзя утверждать, что такая динамика сохранится и в будущем, поскольку окно для импорта китайского оборудования открыто. Но пока действуют санкции, эффект низкой базы, растущая грамотность специалистов предприятий, развитие государственных стратегических проектов, повышение технологичности оборудования и тенденция к его серийному производству, отработка технологических процессов для широкого ассортимента материалов, присутствующих на отечественном рынке, — все это работает во благо развития сферы аддитивных технологий.
Вычислительная модель Noyron RP от LEAP71 позволяет создавать проекты без использования традиционных CAD-систем, предоставляя человеку занять место творца, наблюдателя. Каждую итерацию с получением работоспособного ракетного двигателя можно рассчитать за 30 минут вместо месяцев напряженной работы штата инженеров
Вместе с тем санкции ограничивают для российских участников рынка АТ и АП возможность посещения знаковых выставок в Европе и Северной Америке. Практически отсечен доступ к прогрессивному оборудованию, так как его поставки в РФ затруднены.
— Черпать вдохновение, производя обратный инжиниринг наиболее интересных решений, мы можем, только используя публичные источники информации, к которым относятся научные и популярные статьи, веб-ресурсы компаний, видеоролики и тому подобное. С другой стороны, ничто не мешает нашим инженерам придумывать новые технологии, отсутствующие за рубежом, проводить питчи перед инвесторами и получать должные финансовые инъекции для развития своих проектов.
Дмитрий Трубашевский считает, что с программным обеспечением для аддитивных технологий в России, пожалуй, самая незавидная ситуация. В том смысле, что конкуренции среди компаний практически нет и, хотя все необходимое ПО есть, его качество все еще недотягивает до лучших зарубежных решений.
Что касается оборудования для 3D-печати, то у нас представлены практически все основные аддитивные технологии.
Большая часть потребности в материалах тоже закрыта отечественными производителями. Очень широко представлены полимерные и композитные нити, металлопорошки, проволока и многое другое.
— Другими словами, импортозаместить здесь мы смогли почти все. Однако над качеством нам нужно еще поработать. Для многих предприятий выбор отечественных материалов для аддитивного производства становится обязательным, потому как появляются новые требования ОПК, ОСК, ОДК и других крупных секторов и холдингов.
Вперед, к серийному производству
Развитие аддитивных технологий способствует их внедрению в реальное производство.
— Мне известна масса глобальных проектов, которые могут похвастаться сотнями тысяч и даже миллионами аддитивных изделий ежегодно. Эти примеры чаще показывают уникальную серийную продукцию с особенностями в каждом изделии, для их выпуска не требуется оснастки и затрат, связанных с подготовкой производства. Более того, западные компании могут позволить себе просто перейти на другую альтернативную технологию, которая в ряде случаев может лучше справиться с серийной продукцией, — например, многие центры аддитивного производства на заказ переходят с оборудования лазерного спекания SLS на проприетарную технологию компании HP — MJF (струйная печать с тепловым спеканием). Но, что самое важное, аддитивное производство позволяет абстрагироваться от ограничений традиционного оборудования, проектировать и производить ровно то, что задумал дизайнер или инженер, а бубнеж технолога направить в другое, более созидательное русло. В России пока это не является трендом, но рано или поздно мы и здесь увидим серьезные подвижки.
Будет рост
По оценкам всех консалтинговых агентств, в 2025 году ожидается значительный рост аддитивных технологий, что будет обусловлено несколькими ключевыми факторами. Например, по мнению авторитетной компании Wohlers Associates, в 2023 году общий объем продукции и услуг аддитивного производства в мире вырос на 11,1% и составил 20,04 млрд долларов. Прогнозируется, что объем мирового рынка за 2024 год вырастет до 21,5 млрд долларов с ежегодным темпом роста около 15%. Можно ожидать, что такая динамика роста сохранится и в 2025 году.
Дмитрий Трубашевский уверен, что в ближайшем будущем в мировой индустрии будет расти доля конечной продукции, созданной по аддитивной технологии, поскольку растет качество аддитивного производства и снижаются затраты на него. Появятся новые материалы, а с ними продукция с новыми свойствами, которая в некоторых случаях будет иметь меньшие размеры и вес.
— Очевидно, что мы будем наблюдать увеличение инвестиций в научные исследования и разработки, особенно с привлечением возможностей ИИ. Все это должно привести к появлению новых, более производительных инструментов, минимизации вовлечения человека в процесс проектирования и производства.
В наше нестабильное время компаниям очень важна поддержка или консолидация, поэтому ожидается формирование консорциумов и объединений между предприятиями и исследовательскими центрами, что поможет ускорить внедрение инноваций и повысить конкурентоспособность. Ужесточение конкуренции может привести к повышению качества продукции и услуг, что также будет способствовать росту сектора.
Что касается отраслей, которые будут наиболее активно использовать аддитивные технологии в своем производстве, то это прежде всего авиация, космонавтика, ОПК, здравоохранение, автомобильная промышленность. На них придется две трети рынка.
Быстрее прогноза
В 2021 году правительство РФ утвердило Стратегию развития аддитивных технологий до 2030 года, которая предусматривает поддержку научно-технологических инициатив и стандартизацию процессов. Предполагалось, что к 2027 году по целевому (среднему) сценарию объем российского рынка аддитивных технологий (аддитивного оборудования и комплектующих, материалов для аддитивной печати, услуг и программного обеспечения) достигнет 7,6 млрд рублей, а за 2023 год составит почти 4,4 млрд рублей.
Однако, согласно исследованию КАТ, объем рынка в 2023 году составил уже 15,5 млрд рублей и более чем в два раза превысил объем 2021-го. А к 2027 году по компромиссному (среднему) сценарию может показать среднегодовой темп роста 21,6%, достигая 34,7 млрд рублей. Другими словами, налицо более стремительное развитие сферы 3D-печати, чем предполагало правительство.
В числе ключевых драйверов, влияющих на развитие аддитивных технологий и производства в России, Дмитрий Трубашевский отмечает реверс-инжиниринг, который стал особенно актуальным в связи с утратой российскими компаниями доступа к официальному сервисному обслуживанию зарубежного оборудования. Аддитивные технологии также становятся важным инструментом для повышения гибкости производственных процессов в различных отраслях. Серьезный спрос на них предъявляет сектор ОПК, поскольку АТ позволяют быстро изготавливать сложные и уникальные изделия, как на заводах, так и в полевых условиях.
Курс на импортозамещение и технологический суверенитет активизировал научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую деятельность в сфере АТ.
Доступность китайского оборудования при сравнимом с западным качестве способствует проникновению АТ в реальное производство. Свою лепту вносят и успешно работающие программы субсидирования для промышленных предприятий и научно-образовательной сферы, стимулируя спрос на 3D-принтеры и материалы. Повышается зрелость применения аддитивных технологий в таких областях, как медицина, стоматология, литейное производство, авиационное двигателестроение и общее машиностроение.
Вместе с тем присутствуют и ограничивающие развитие АТ факторы, в числе которых недостаток квалифицированных специалистов и низкий уровень подготовки конструкторов, не обладающих достаточными компетенциями для проектирования под возможности аддитивных технологий, проблемы с обслуживанием западных 3D-принтеров и необходимость их замены.
Есть и сложности с компонентами российского производства, например сканаторами, электроникой, направляющими, шаговыми двигателями, взрывозащищенными пылесосами, станциями очистки изделий, которые зачастую приходится закупать за рубежом. В связи с этим лишь небольшая часть отечественных производителей перешла отметку в 70% локализации, отмечает Дмитрий Трубашевский.
— Промышленники сами должны решить: поддерживать ли такие многообещающие инновации не ради трендов, а ради оптимизации расходов с планами выпуска продукции с новыми потребительскими качествами, возможностью оперативного ремонта или печати не поставляемых в Россию деталей ввиду санкционного давления.
Сегодня ясно одно: это технологии, меняющие мир, приближающие высокотехнологичное будущее.
Свежие комментарии