Сообщаем, что состоялось заочное заседание Совета по промышленности при главе муниципального образования Кавказский район (протокол от 27 января 2020 года № 1) по теме "Аддитивные технологии - роль в современном производстве и новые возможности для бизнеса".
Представляем аналитическую записку по рассматриваемому вопросу.
Аддитивные технологии – роль в современном производстве и новые возможности для бизнеса
Аддитивное производство — процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей (как правило, послойно, в отличие от субтрактивного метода и метода формовки). В разное время использовались такие термины, как аддитивное изготовление, аддитивные процессы, аддитивные методы, аддитивное послойное производство, послойное производство, изготовление твердотельных изделий произвольной формы и изготовление изделий произвольной формы. В этой динамично развивающейся отрасли быстро появляются новые термины. ЗD-печать, согласно стандарту ISO/ ASTM 52900, — это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помошью сопла или другой технологии печати. В прошлом этот термин ассоциировался с недорогими станками невысокой производительности. Однако сейчас это не так: термины "аддитивное производство" и "ЗD-печать" означают одно и то же.
"Аддитивное производство" (Additive Manufacturing) — официальный отраслевой термин, утвержденный организациями по стандартизации ASTM и ISO, однако словосочетание "ЗD-печать" более распространено и фактически стало стандартом. Особенно широко оно используется в СМИ, терминологии стартапов, инвесторов и других сообществ. К аддитивному производству (АП) относятся несколько различных процессов. Изделия можно создавать послойно путем:
экструзии;
разбрызгивания (струйного напыления);
УФ-отверждения;
ламинирования;
сплавления материалов.
Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках:
SLM/DMP (Selective Laser Melting / Direct Metal Printing) — селективное лазерное плавление металлического порошка по математическим CAD-моделям при помощи иттербиевого лазера;
SLA (Laser Stereolithography) — лазерная стереолитография. Основана на послойном отверждении жидкого материала под действием лазера;
SLS (Selective Laser Sintering) — селективное лазерное спекание под лучами лазера частиц порошкообразного материала до образования физического объекта по заданной CAD-модели; FDM (Fused Deposition Modeling) — метод послойного наплавления с использованием пластиковой нити;
MJP (MultiJet Printing) - многоструйное моделирование с помошью фотополимера или воска;
CJP (ColorJet Printing) — технология полноцветной 3D-печати путем склеивания специального порошка на основе гипса.
Основные материалы, используемые в аддитивных процессах:
воск;
пастообразные пластики;
УФ- и фотоотверждаемые жидкие фотополимеры;
керамонаполненные жидкие фотополимеры;
гипсовый порошок;
полистирол в виде порошка;
стеклонаполненные. угленаполненные и металлонаполненные полиамиды в виде порошка;
металлические сплавы в виде порошка и др.
Аддитивные технологии используются для создания физических моделей, прототипов, образцов, инструментальной оснастки и производства пластиковых, металлических, керамических, стеклянных, композитных компонентов и компонентов из биоматериалов. Принцип действия аддитивных установок основан на построении тонких горизонтальных слоев на основе ЗD-моделей, созданных с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) и ЗD-сканеров.
Проектные и производственные предприятия используют АП для изготовления изделий потребительского, промышленного, медицинского и военного назначения, и это далеко не всё. Камеры, мобильные телефоны, детали двигателей, внутренняя отделка автомобилей, детали и узлы самолетов, станки и медицинские имплантаты — лишь начало обширнейшего списка продуктов аддитивного производства.
АП упрощает и ускоряет процесс разработки продукции. Компании прибегают к аддитивным технологиям, стремясь сократить время производства, повысить качество продукции и сократить затраты. В качестве средства визуализации ЗD-печать помогает предприятиям определить вероятность создания дефектной или неудовлетворительной продукции. Кроме того, разрабатываются методы, процессы и системы для изготовления оснастки. Первые попытки были направлены на быстрое создание оснастки — например, форм для литья под давлением, — но они не были успешными. В последнее время ЗD-печать стали использовать для повышения качества оснастки для литья под давлением. В некоторых областях АП применяют для получения результатов, недостижимых при использовании обычных станков. В других производствах аддитивные технологии используются для создания таких инструментов для изготовления и сборки, как зажимные устройства, крепления, шаблоны и направляющие для сверления и резки.
ЗD-печать оказывает большое влияние на производство многих продуктов. Предприятия — крупные и малые — успешно применяют технологии для производства готовых изделий. По мнению экспертов, производство готовых изделий станет крупнейшей областью применения аддитивных технологий. Эта технология может повлиять на производство больше, чем другие, традиционные, методы.
Отрасль продолжает развиваться, возникают новые методы, технологии, материалы, прикладные задачи и бизнес-модели. Расширяется география и сфера промышленного применения АП. Аддитивные технологии уже оказали огромное влияние на развитие проектирования и производства, в будущем их роль будет все больше возрастать. В России рынок 3D-технологий достаточно молод, но уже показывает динамичный рост (по данным Роснано, около 30 % в год). Все больше компаний осознают потребность в применении аддитивных методов в производстве и научных исследованиях. Есть организации, которые активно занимаются сертификацией материалов и уже тестируют 3D-принтеры собственного производства. На предприятиях появляются лаборатории по разработке и внедрению ЗD-решений на отдельных участках технологического цикла. Сегодня речь о полном переходе на аддитивные технологии не идет — пока что они способны эффективно дополнять классические процессы или заменять их на каком-то определенном участке цикла. Тем не менее, многие эксперты отрасли утверждают, что в недалеком будущем аддитивное производство станет неотъемлемой частью технологических процессов на предприятии.
Семен Попадюк, эксперт iQR Technologies. Опубликовано: www.blog.iqb-tech.ru.
Практика внедрения аддитивной технологии на отечественных предприятиях.
Глава АО "Наук и инновации" Алексей Дуб отмечает: "бывают случаи, когда изделие весом 900 г изготавливают из исходной заготовки весом 28 кг. Понятно, что с учетом цены материала стоимость подобных машиностроительных работ будет очень высока. Но можно это сделать фактически без потерь материала и сразу выращивать это изделие". Большой интерес к данной технологии проявляют предприятия металлургии, космической и авиационной промышленности, а также военно-промышленного комплекса, такие как: НПО "Энергомаш", Тихвинский вагоностроительный завод, Уралвагонзавод, Тушинский машиностроительный завод, Воронежсельмаш и другие. В настоящее время аддитивная технология применяется ими только для изготовления прототипов изделия.
Так начальник отдела разработки перспективных технологий ремонта "Авиадвигателя" Александр Ермолаев, считает: "Данные технологии открывают возможность изготовления деталей абсолютно любой сложности и геометрии без технологических ограничений. При этом геометрию детали можно менять еще на стадии проектирования и испытания".
Рассмотрим примеры успешного внедрения данной технологии.
Тихвинский вагоностроительный завод (НПК ОВК) реализовал первый в отрасли проект использования аддитивных технологий в своем производстве.
С помощью 3D-принтера изготавливаются элементы литейной модельной оснастки, которая применяется для получения при формовке отпечатка в песчаной огнеупорной смеси под последующую заливку металлом. Технология гарантирует высокое качество изделия. Вес изделия может достигать 150 кг, для его производства применяется полимерное сырье. Данный пример показал также третий фактор актуальности применения аддитивной технологии – сокращение времени выпуска крупных элементов оснастки сложной конфигурации до недели, тогда как обычно это может занимать месяц и больше, кроме того традиционный способ механической обработкой материала трудоёмкий и долгий, несет потери при ошибках в изготовлении или конструкции. Четвертым фактором является хорошие показатели энергоэффективности.
Для применения аддитивной технологии предприятие должно выделить сотрудника из конструкторов, которые смогут создавать модели изделий для печати, приобрести необходимые CAD-системы в случае их отсутствия, для работы непосредственно с 3D принтером, в зависимости от производства, привлекается рабочий, знакомый с изготовлением данных изделий.
ИТ-директор Александр Зданевич НПК "Объединенная Вагонная Компания" считает, что аддитивные технологии найдут свое применение быстрее в предприятиях, которые выпускают штучные товары под конкретный заказ, чем в массовом производстве, хотя аддитивная технология там также находит применение.
Так в пермском моторном заводе "Авиадвигатель" применили еще в 2010 году при изготовлении литых деталей. В 2011 году начали применять аддитивную технологию для ремонта деталей. В 2013 – для изготовления различных металлических изделий. Данное оборудование приобреталось в рамках программы техперевооружения предприятий Объединенной двигателестроительной компании. Данное оборудование будет применяться при создании перспективного двигателя ПД-14 самолета МС-21. Завод также применяет аддитивные технологии при доводке деталей для двигателей наземного применения-газовых турбин-электростанций. Из опыта данного предприятия можно выделить еще один фактор, подтверждающий актуальность аддитивных технологий - изготовление деталей, выполнение которых технически сложно или невозможно существующими традиционными методами обработки заготовок.
КБ "Луч" на конференции по аддитивным технологиям продемонстрировало беспилотный летательный аппарат, все узлы и детали которого были напечатаны с помощью 3D-принтера. Причем данная работа заняла всего 30 часов. На всю работу, связанную с проектированием и созданием изделия, ушло два месяцев, в то время как традиционно данная работа могла занять больше года.
Опыт применения аддитивной технологии в ЗАО "Промтрактор-Вагон" включает: печать деталей тележки "33", копии этих деталей в уменьшенном масштабе применялись при разработке алгоритмов сборки и проверки точности конструкции новой вагонной тележки.
Также технология применяется при изготовлении узлов и деталей вилочного погрузчика в ОАО "САРЭКС". Специалисты предприятий отмечают, что на изготовление натурного прототипа из специального пластилина конструктора тратили недели и месяцы, кроме того, требовались точные измерения, доводка деталей. Аддитивная технология в разы сократило время выполнения данного процесса, позволяет устранить мелкие недочеты, возникающие при проектировании новой продукции. Специалисты отмечают, что технология окупается за счет скорости изготовления прототипов, экономии средств при их доработке по сравнению с изготовлением традиционными методами из металла.
Зарубежная компания BOEING изготавливает более 22 тыс. деталей 300 наименований для летательных аппаратов.
Факторы, влияющие на применение аддитивных технологий в производстве.
К факторам, которые сдерживают внедрение аддитивных технологии относят:
высокая стоимость технологии, которая, впрочем, в процессе развития должна постепенно снижаться;
нехватка квалифицированных кадров;
отсутствие метрологического обеспечения.
Директор по стратегическому планированию ЮВ Technologies Андрей Трофимов считает, что следующая бизнес-модель в области аддитивных технологий будет развиваться: появятся компании, специализирующиеся на применении аддитивного производства для изготовления тех или иных узлов и деталей, и которые будут предлагать конечному заказчику полный комплекс услуг — начиная с разработки конкретного проекта производства какой-либо детали новым способом до выпуска конечной продукции.
Такие организации могут взять на себя следующие работы:
проектирование:
адаптация модели к производству;
разработка самой технологии производства;
опытное производство с выдачей полного набора технической документации для своего заказчика, который затем организует серийное производство;
серийное производство.
При увеличении заказов такие предприятия будут развиваться и увеличивать долю. Он также отмечает, что жизнеспособность производства как вида бизнеса все больше определяется гибкостью в адаптации технологических процессов к постоянно меняющимся запросам заказчиков и способностью монетизнровать знания и опыт, отвечающие этим запросам.
Такие предприятия будут стремится замкнуть на себя максимальное количество этапов жизненного цикла изделия от формулирования первоначальной идеи до выпуска конечной продукции:
сконцентрировать усилия на разработке технологии производства, включая проведение всех необходимых научно-исследовательских и опытно конструкторских работ и стать, таким образом, поставщиком ноу-хау;
совершенствовать компетенции в области внедрения аддитивного производства под заказ.
Канд. экон. наук IIIИ МО ХИН А.В. schiinoklmi@yaadex.ru Омский государственный аграрный университет имени П,А, Столыпина 644008, Россия, г, Омск, Институтская площадь, д. 1."
