VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Сейчас всё более часто можно услышать о том, насколько продвинулись современные технологии во всех сферах жизнедеятельности человека. В средствах массовой информации, нередко упоминают о появлении технологии 3D печати или также аддитивного производства (от англ. additive manufacturing). Появление данной технологии не было внезапным и принято считать, что основы были заложены далеко в прошлом. Несмотря на это, уровень развития приближенный к настоящему был заложен сравнительно недавно, в 80-90 года прошлого столетия, причём в зарубежных странах. Уже сейчас наблюдается заметный прогресс перехода от индивидуального процесса 3D печати предметов к производству в больших масштабах на предприятиях развитых стран [1, с. 127]. Данный факт объясняет небольшую изученность как проблем внедрения 3D печати в России, так и применение самой технологии в целом. Поэтому вопрос о её внедрении в нашей стране должно быть долго будет оставаться открытым.

Прежде чем, проанализировать основные проблемы внедрения 3D печати, важно раскрыть её сущность, а также выделить основные преимущества и недостатки. В общем смысле, под 3D печатью понимают процесс создания 3D объектов при помощи специального принтера. Иначе говоря, это компьютерное моделирование или альтернативное конструирование, которое предусматривает процесс воссоздания реального объекта по образцу 3D модели. Цифровая 3D модель сохраняется в электронном формате и передается на печать 3D принтеру. Затем 3D принтер, накладывая слой за слоем, формирует реальный объект [2]. Существует индивидуальная и промышленная 3D печать. Виды печати различаются в зависимости от устройств печати и способов печати. Разработка 3D-принтеров для бытового использования ведется нарастающим числом компаний и энтузиастов. Иногда принтеры из потребительской части рынка появляются в «индустриальной» зоне, но, в основном на начальных стадиях бизнеса для приобретения некоторого опыта и изучения потенциальных возможностей AM-технологий. Индивидуальная печать, отличается не только масштабами выпуска, но и качеством, точностью изготовления размеров деталей. Для данного вида 3D-печати применяется менее дорогостоящее оборудование. Несмотря на это, промышленное внедрение аддитивного производства идет высокими темпами. По сути, рынок AM-технологий разделен на два рынка, которые развиваются самостоятельно и практически независимо друг от друга.

Принято выделять следующие преимущества аддитивного промышленного производства:

- сокращение сроков и стоимости запуска изделия в производство благодаря отсутствию необходимости в специализированной инструментальной оснастке и оперативность изменений в проекте на этапе производства;

- возможность и экономическая целесообразность мелкосерийного производства;

- функциональная оптимизация продукции (например, реализация оптимальной формы каналов охлаждения);

- экономическая целесообразность производства потребительской продукции;

- сокращение потерь и отходов производства, экологичность ;

- возможности для упрощения логистики, сокращения времени поставок, уменьшения объемов складских запасов;

- персонализация дизайна [5, c 112].

Насколько развито промышленное применение аддитивной технологии в нашей стране, можно понять на основании рисунка 1. Доля России на мировом рынке промышленного применения АМ-технологии в 2014 г. составляет всего 1,4%. [6]

Большинство специалистов в области инновационных технологий также отмечают, слабое развитие АМ-технологии в России. Отдельные ведущие отечественные предприятия авиационной, автомобильной промышленности, энергетики и предприятия Росатома и многие другие уже имеют опыт практического использования 3D печати в различных отраслях промышленности, однако широкого распространения эти технологии не пока получили. Можно сказать, однако, что наблюдается большой интерес со стороны различных организаций и предприятий. Так, работы по освоению аддитивных технологий активно развиваются Минпромторгом России, Минобрнауки России, Роскосмосом, Государственной корпорацей «Ростех», Госкорпорацией «Росатом», ОАО «Объединенная авиастроительная корпорация», ОАО «Объединенная двигателестроительная корпорация», научными организациями ФАНО России [4; c 124].

Научно-технические проблемы развития аддитивных технологий в России неоднократно рассматривались научно-техническим советом Военно-промышленной комиссии Российской Федерации, мероприятия по развертыванию аддитивного производства и развитию системы непрерывного образования в этой области закреплены решением Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России [7].

В настоящий момент главными направлениями развития аддитивных технологий в России являются:

– создание исходных материалов и оборудования для их производства;

– разработка комплексных технологий аддитивного производства изделий;

– формирование сети центров коллективного пользования, в том числе для проведения испытаний, сертификации и стандартизации материалов и изделий аддитивного производства.

Наряду с прикладными задачами, в развитии аддитивного производства заметное место должны занять следующие направления фундаментальных и поисковых научных исследований:

– разработка требований к материалам, используемым в послойном синтезе;

– создание установок с требуемыми параметрами (по типу и мощности лазеров, допустимым температурам и давлениям, размерам рабочей зоны);

– оптимизация технологических процессов изготовления деталей (спекания, термообработки, контроля);

– исследования основных физико-механических характеристик и конструкционной прочности деталей, изготовленных с использованием послойного синтеза;

– разработка методов проектирования деталей с учетом возможностей аддитивных технологий [там же; c.125].

Рассмотрим более подробно проблемы, которые возникают при развитии аддитивных технологий печати в России, которые препятствуют их развитию.

Одной из проблем в российской промышленности является то, что в силу известных ограничений лучшие образцы зарубежного оборудования не всегда доступны, а те, что предлагаются к приобретению, в ряде случаев отличаются недостаточной производительностью и не имеют потребных характеристик. Так, шведская установка Arcam A2 является одним из лучших решений в классе аддитивных технологий для аэрокосмической продукции, однако размеры изготовленных деталей ограничены в силу её конструкции. Другой проблемой промышленного российского производства при внедрении технологии AD является недостаточная обеспеченность ресурсами соответствующего качества. В частности, как отмечалось на февральской конференции во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ) существует необходимость в разработке технологий производства порошков требуемых размеров и состава, их последующей сертификации. Сегодня решение этой проблемы находится в начальной стадии. Кроме того, отмечается необходимость учитывать и проблемы хранения порошков, например при их транспортировке, в результате которой может возникать их деформация: комкования. Как следствие, применения аддитивных технологий, которые непосредственно связаны с технологиями цифрового моделирования возникает потребность в разработке отечественных программных кодов. Программный код необходим для обеспечения работы установок аддитивных технологий.

Рассматривая отдельно цифровое моделирование, можно отметить, что есть проблемы обусловленные потребностью в защите данных, сохранении их целостности разработки и последующей передачи информации к месту производства деталей.

Наконец, чрезвычайно важно осуществлять контроль деталей, формируемых с использованием аддитивных технологий, на наличие дефектов. В силу особенностей физических процессов, происходящих при формировании таких изделий, в них могут возникать не только дефекты, обычно свойственные применяемым материалам, но и поля механических напряжений.

Итак, технологии аддитивного производства часто относят к технологиям XXI века и не без оснований. Аддитивные технологии имеют огромный потенциал в деле снижения энергетических затрат на создание самых разнообразных видов продукции. Несмотря на многие положительные особенности 3D-печати, внедрение данной технологии в России ещё не достигло значительного уровня. Это объясняется наличием понятных проблем, как при создании российских разработок, так и физическими особенностями самой технологии производства. Существует потребность в создании моделей отечественных устройств 3D-печати, в разработке методов контроля и общей системе национальных стандартов.

Несмотря на наличие серьезных научно-технических и организационных проблем, развитие аддитивного производства в России будет продолжаться.

Завершая, рассуждения можно процитировать слова д.т.н Зленко М. А «…степень использования AM-технологий в материальном производстве является верным индикатором реальной индустриальной мощи государства, индикатором его инновационного развития» [3, c. 43] .

Библиографический список.

1. E. Canessa, C. Fonda, M. Zennaro. Low-cost 3D Printing for Science,

Education & Sustainable Development. May 2013, First Edition 2013 ICTP

Science Dissemination Unit, pages 202

2. Что такое 3D печать / 3DIndustry, 2013 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.3dindustry.ru/faq/

3. Зленко М.А. Аддитивные технологии в машиностроении /М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш // пособие для инженеров.– М. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2015. 220 с.

4. Федеральный справочник. Оборонно-промышленный комплекс России. Выпуск 11 [электронный ресурс]. Режим доступа: http://federalbook.ru/files/OPK/Soderjanie/OPK-11/III/Mihaylov.pdf

5. Публичный аналитический доклад по развитию новых технологий, октябрь 2014 / ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ [Электронный ресурс] Режим доступа: https://reestr.extech.ru/docs/analytic/reports/new%20technologies.pdf

6. T.Wohlers. Cumulative Industrial AM Machines, '88–'12[Электронный ресурс]. Режим электронного доступа: http://www.tctmagazine.com/blogs/industry-snapshot/cumulative-industrial-am-machines-88-12/

7. Решения протокола заседания президиума Совета РФ от 16 сентября 2014 года №5 [Электронный ресурс]. Режим электронного доступа: http://government.ru/orders/14911/

Код для цитирования: Скопировать