Принтер вместо станков

Место для печати

В 2015 году производитель реактивных двигателей GE Aviation открыл первую в отрасли площадку для производства авиационных деталей с использование 3D-печати на заводе в Оберне, США. К 2018 году на заводе компании работало уже 40 3D-принтеров, а компания отчиталась, что с помощью такой аддитивной технологии произвела 30-тысячный наконечник топливной форсунки. В Европе в 2017 году авиастроительная компания Airbus объявила о завершении установки титанового кронштейна, изготовленного с помощью 3D-печати, на серийный самолет A350 XWB: технология 3D-печати позволила компании уменьшить вес детали на треть.

По данным аналитиков аудиторско-консалтинговой группы «Деловой профиль», мировой рынок аддитивных технологий (АТ) в 2024 году достиг $25,7 млрд. К 2030-му он может превысить $110 млрд. Рост рынка аддитивных технологий на 23% в год обусловлен их проникновением в высокотехнологичные отрасли, где критичны легкие конструкции, уникальные штучные решения и сложные детали: авиакосмическую, медицинскую, автомобильную и энергетическую. Согласно исследованию «Делового профиля», ЗD-печать металлом занимает более половины (54%) рынка.

Лидерами отрасли остаются США и Европа. В США основными драйверами спроса являются аэрокосмическая и оборонная отрасли, где используются легкие и прочные титановые и алюминиевые конструкциии. В медицине лидируют европейские компании: в Германии и Нидерландах развивают биосовместимые полимеры. Японские, южнокорейские и китайские инженеры делают ставку на керамику для стоматологии и электроники.

В июле 2021 года правительство РФ утвердило «Стратегию развития аддитивных технологий в Российской Федерации на период до 2030 года». Согласно документу, в России к 2030 году будет создано около 180 центров аддитивных технологий, из них около 10 создаст госкорпорация «Росатом». Также государство готово поддерживать развитие АТ в рамках нацпроектов — так, в рамках проекта «Новые материалы и химия» с 2025 по 2030 год на развитие АТ планировалось выделить 170 млрд руб.

В 2020 году российский рынок АТ, по данным Минпромторга, составлял 3,56 млрд руб., объем российского рынка аддитивного оборудования и комплектующих составил 2 млрд руб., объем продаж российских компаний на внутреннем рынке аддитивного оборудования и комплектующих составил 804 млн руб., а на внешнем — 40 млн руб.

На ВЭФ-2024 директор Ассоциации развития аддитивных технологий Ольга Оспенникова заявила, что в 2023 году размер российского рынка аддитивных технологий достиг 12 млрд руб., — отметки, которую в ассоциации прогнозировали лишь на 2030 год.

Но существуют и более консервативные оценки. Например, «Деловой профиль» оценивает рынок в 2024 году в 6–7 млрд руб., при этом отмечает, что до 2030 года он может расти на 20% ежегодно. В целом Россия занимает около 2% мирового рынка АТ, подсчитали в консалтинговой группе.

По данным «Делового профиля», на начало 2024 года российский рынок аддитивных технологий насчитывал более 150 предприятий, из которых около 60 специализируются на печати металлом. Количество заказов на производство изделий методами АТ выросло на 35% по сравнению с 2022 годом.

В России аддитивные технологии развиваются как в рамках госкорпораций, крупного бизнеса, так и в рамках нишевых технологических компаний, говорит партнер практики «Цифровая трансформация» компании Strategy Partners Сергей Кудряшов: «Это обусловлено высоким потенциалом аддитивных технологий для формирования базы следующего технологического уклада». В качестве наиболее значимых примеров внедрения эксперт приводит такие компании, как «Росатом», «Ростех», «Роскосмос», Всероссийский НИИ авиационных материалов НИЦ «Курчатовский институт» (ВИАМ).

В России сформировалась отрасль производства специализированного оборудования, полагает Кудряшов. Имеются отечественные принтеры Total Z, 3DLAM, Onsint, «Стереотек», а также отечественные материалы: металлические порошки «Центротех», «Полема», «Гранком» и фотополимеры HARZ Labs. Помимо того, есть разработчики специализированного программного обеспечения.

По оценке Strategy Partners, доля российских производителей на внутреннем рынке выросла с 54% в 2022 году до 70% в 2023 году. Общий объем рынка, по данным компании, составляет более 20 млрд руб. в год и ожидается его рост до более чем 45 млрд руб. до 2027 года.

Аддитивное производство — это одна из тех технологий, которые уже сегодня трансформируют промышленность, медицину и даже быт, считает директор бизнес-направления «Аддитивные технологии» госкорпорации «Росатом» Илья Кавелашвили. Это универсальная технология, которая позволяет ускорить внедрение инновационных разработок и вывод новых продуктов на рынок.

Центр аддитивных технологий (ЦАТ) «Ростеха» освоил и внедрил в работу свыше 14 новых материалов, в числе которых алюминиевые, никелевые и кобальтовые жаропрочные сплавы, а также титановые сплавы, рассказал представитель госкорпорации.

В середине 2024 года в центре был запущен в работу уникальный рентгеновский компьютерный томограф российского производства, рассказал Кавелашвили: устройство позволяет проводить контроль качества деталей авиационных двигателей размером до полутора метров и весом до 100 кг.

Кроме того, собственные наработки в области аддитивных технологий есть, например, в Объединенной авиастроительной корпорации (входит в «Ростех»). 3D-печать используется при изготовлении различной оснастки, с ее помощью ведется изготовление обтяжных пуансонов (технологический элемент производства) для деталей самолетов Ил-76 и Ту-214, рассказал представитель «Ростеха». Также уже прошли испытания несколько десятков деталей планера самолета, в основном из алюминия. А на опытный самолет МС-21 установлены шесть деталей системы кондиционирования воздуха, изготовленных из инженерного пластика.

Осваивает аддитивные технологии и ВСМПО-АВИСМА — крупнейший в мире производитель титана и авиационных компонентов из него. Сейчас в цеху аддитивных технологий этого предприятия работает два роботизированных станка: один из Австрии, второй сделан в Санкт-Петербурге. Австрийский печатает проволокой, питерский напыляет титановый порошок, который спекается лазером. В планах предприятия нарастить парк до 30 станков — настолько эффективны они оказались в деле. Как рассказал «Эксперту» директор по инновациям и развитию ВСМПО-АВИСМА Денис Степанов, при производстве, скажем, колеса для газотурбинного двигателя традиционным способом до 96% веса заготовки попадает в отходы, а при 3D-печати отходы составляют не более 2% используемого порошка. Также кратно сокращается и срок производства детали. Наконец, аддитивные технологии незаменимы для производства деталей по индивидуальным параметрам, например титановых протезов суставов, выпуск которых осваивает ВСМПО-АВИСМА.

Перспективная технология

На сегодняшний день промышленные предприятия активно применяют 3D-печать для производства пластиковых и металлических изделий, говорит сооснователь пермского «Промобота» Олег Кивокурцев. «„Промобот“ использует пластиковые печатные детали на этапе прототипирования. Это позволяет нам убедиться в правильности геометрии, эргономики и других характеристик детали. После этого, когда мы уверены в качестве прототипа, мы переходим к более доступным и быстрым методам, таким как вакуумная формовка или литье под давлением, которые превосходят 3D-печать по цене и скорости производства», — рассказал он.

3D-печать металлом находит свое применение в тех случаях, когда физические свойства и геометрия детали не позволяют использовать традиционные методы металлообработки, говорит Олег Кивокурцев. «В таких ситуациях 3D-печать (например, напыление или наплавление) может создать практически любую геометрию. Однако в большинстве случаев 3D-печать уступает традиционным методам как по скорости, так и по стоимости производства. Простые детали, такие как шестерни, гораздо выгоднее изготавливать на станках с ЧПУ, чем с помощью 3D-печати. Именно поэтому на нашем предприятии 3D-печать металла не используется», — объяснил эксперт.

Применение аддитивных технологий нужно рассматривать как самостоятельный технологический процесс, а не как альтернативу традиционному производству, тем более не стоит их противопоставлять, считает Кавелашвили

«Нет смысла печатать болты на 3D-принтерах — их изготавливают методами горячей и холодной высадки, что экономически выгодно в условиях больших объемов производства. А вот печатать технически сложные изделия, которые сегодня делают с помощью множества трудоемких операций, в том числе сборочных, намного выгоднее и эффективнее. Это также актуально для прототипирования, создания опытных образцов и изделий малой серийности», — объяснил он.

Пример — изготовление губы воздухозаборника для учебно­пилотажного самолета. «В традиционном производстве оно состоит из нескольких технологических процессов: холодной штамповки, подготовки к пайке и непосредственно самой пайки. При этом деталь должна соответствовать высоким требованиям аэродинамики и прочности. Уже на этапе подготовки штампованных изделий к пайке появляется много брака, плюс сам процесс пайки длительный и сложный. В ЦАТе „Росатома“ мы печатаем такую деталь за 16 часов. Весь процесс осуществляет один оператор аддитивного оборудования с ЧПУ», — объясняет Кавелашвили.

Сегодня технология постепенно выходит и на новые рынки — серийное производство полноценных деталей и товаров, включая сложные изделия, которые трудно или дорого делать традиционными методами, говорит Кудряшов. В будущем ожидается развитие принципиально новых направлений: печать домов, электроники, органов и лекарств, производство продуктов питания, а также автономное производство в космосе и выпуск крупных полнофункциональных деталей, перечислил эксперт.

Больше новостей читайте в нашем телеграм-канале @expert_mag