Additive Minded Talks 2023: Инновации в ответ на санкции

Введение.

1. Первая сессия (24.01.2023).
2. Вторая сессия (25.01.2023).
3. Третья сессия (26.01.2023).

Выводы.

Введение

Первое, на что хотелось бы обратить внимание искушенных промышленников – 3D-принтеры, сопутствующее им периферийное оборудование для постобработки, а также расходные материалы по-прежнему поставляются российскими интеграторами. Как известно, зарубежные компании – лидеры отрасли – ушли из России, поставив на паузу комплексную поддержку внедренного ранее оборудования. К сожалению, это действительно неприятный фактор, который ограничивает российские предприятия в использовании оборудования мирового уровня последнего поколения. Но в этом есть и позитивный сигнал для наших разработчиков: они не только могут, но и просто обязаны разрабатывать собственные уникальные решения без оглядки на подсмотренные ранее конструктивные особенности западных лидеров. Справятся ли они с этой задачей – покажет время, но у автора данного обзора присутствует оптимизм по этому поводу, который основан на продолжительном общении с российскими разработчиками – энтузиастами по своей природе. Но могут ли они уже сейчас предложить что-то новое в сфере аддитивных технологий? Что касается коммерчески успешных технологий мирового уровня, то здесь у нас все в порядке: разработано пять из семи утвержденных типов процесса согласно национальному стандарту РФ ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015 (рис. 1):

1. Струйное нанесение связующего (binder jetting).
2. Прямой подвод энергии и материала (directed energy deposition).
3. Экструзия материала (material extrusion).
4. Синтез на подложке (powder bed fusion).
5. Фотополимеризация в ванне (vat photopolymerization).

Нуждаются в отработке в России такие технологии, как струйное нанесение материала (material jetting) и листовая ламинация (sheet lamination), из которых первая является, пожалуй, наиболее перспективной. Но ее появление на российском рынке ограничивается очень сложной конструкцией оборудования, необходимостью синтеза расходных материалов и их сравнительно высокой стоимостью. Листовая ламинация сегодня демонстрирует угасающий интерес со стороны заказчиков по причине недостаточно высокой гибкости и размерной точности.

А если промышленнику, центру аддитивного производства, вузу или клинике потребуются проверенные временем системы, изготавливаемые серийно в большом количестве и без «детских болезней» начинающих стартапов? Как показало время, те, кто в свое время сделал ставку на работу с Китаем, – не прогадали. Оборудование из Поднебесной заслуженно пользовалось популярностью в нашей стране благодаря удовлетворительному качеству и приемлемой цене.

Таким образом, сегодня в России можно приобрести:

• отечественные 3D-принтеры с локализованной инженерной поддержкой и возможностью отработки технологии на материалах заказчика. Однако здесь стоит уточнить, что не все наши разработчики способны предложить широкую продуктовую линейку с приемлемыми сроками производства;
• китайское оборудование известных в России и новых брендов, отличающееся большим ассортиментом предложений «на любой вкус и цвет». Несмотря на удаленность от российского потребителя и связанные с этим затруднения в логистике, данные системы имеют малый, практически конвейерный, срок производства, что в итоге может обеспечить даже более короткие сроки поставки, чем у российских компаний;
• 3D-принтеры и оборудование для постобработки от практически любых европейских и американских производителей, но по линии параллельного импорта (при отсутствии явных противоречий с производителем, конечно). Однако здесь стоит очень внимательно оценить все риски, связанные с конфиденциальностью, увеличением сроков и стоимости поставки.

Второе, что не только обращает на себя внимание, но и сильно удивляет, – это большое желание интеграторов и промышленников соответствовать мировому рынку и развивать новые технологии уже сегодня, ранее не представленные в нашей стране. Другими словами, автор не ощутил излишней озабоченности по поводу неизбежных нюансов в технологии и материалах, всегда сопровождающих инновации. Российские госкорпорации хотят развиваться, не размениваясь на утилитарность нового производственного подхода по принципу «здесь и сейчас». И это не может не радовать.

А далее – краткая характеристика докладов, сделанных на конференции Additive Minded Talks-2023.

Первая сессия (24.01.2023)

Открыл конференцию («на правах модератора») автор данного обзора выступлением на тему «Это все… или тайны инноваций», которое было призвано среди прочего несколько отрезвить участников конференции в части излишней пафосности и успехов «аддитивных» компаний. Так, краткий анализ инвестиционной активности крупнейших мировых компаний за 2022 г. и за весь период их существования показывает спад интереса к их деятельности за последние годы, но тем не менее приобретенный ранее авторитет позволяет им чувствовать себя достаточно уверенно на мировом рынке. В целом 2022 г. не выявил какого-либо значимого количества и качества инноваций в области аддитивных технологий и постобработки. Оно и понятно, ведь это явилось следствием вынужденной изоляции сотрудников в последние годы по всему миру, а удаленная работа, как показывает практика, во многом уступает физической вовлеченности персонала в проектную деятельность (в спринты, например). Тем не менее ряд компаний, например Modix, miniFactory, Photocentric, Digital Metal, 3D Systems, Formlabs, Raise3D, увеличили производительность своих принтеров практически в два раза, что, конечно же, было очень «тепло» воспринято сообществом.

И вот в кульминации своего выступления автор спрашивает: «Человек, где значимые инновации?» На помощь ему пришел самый быстрорастущий сегмент цифровых технологий – искусственный интеллект (ИИ). Станет ли он нашим помощникам или конкурентом в работе по алгоритмам, в рутинной и творческой деятельности? Есть повод задуматься.

ИИ уже активно используется компаниями из сферы аддитивных технологий для генеративного проектирования по заданным критериям с получением вариабельных конструкций, разрабатывает новые материалы, предсказывает механические свойства материалов, производит слайсинг или (иначе) так называемую расслоевку моделей по текстовому запросу, производит 3D-пакование, мониторинг производственного процесса, исправление ошибок, производит машинное обучение, помогает управлять современным цифровым производством (рис. 2). Мы в шаге от того, что ИИ начнет помогать нам создавать 3D-модели по текстовым или голосовым запросам с помощью промпт-инжиниринга (prompt-engineering). В заключение следует подчеркнуть, что поддержка научных исследований и разработок в данной сфере является одной из ключевых задач федерального проекта «Искусственный интеллект».

Михаил Родин, генеральный директор ООО «НПО «3Д-Интеграция» (Москва), представил амбициозный отечественный проект AM.TECH, выполняемый при поддержке Минпромторга России и объединяющий две популярные (синтез на подложке LB-PBF и EB-PBF с использованием металлопорошковых композиций) и две с растущей популярностью технологии (струйное нанесение связующего Metal Binder Jetting (Metal BJ) с использованием металлополимерных композиций и фотополимеризация в ванне DLP с использованием керамополимерной смолы) (здесь и далее приводятся принятые международные сокращения названий соответствующих аддитивных технологий. См. также рис. 1. – Прим. ред.). Планируется организовать в России сборку (по принципу OEM) и модернизацию конструкции 3D-принтеров китайского производства с привлечением лучших кадров нашей страны. Мы обязательно будем следить за ходом этого уникального проекта.

Евгений Матвеев, генеральный директор ООО «Ф2 Инновации» (г. Пермь), поделился своим видением того, как с помощью аддитивных технологий можно сокращать логистические цепочки создания ценности на предприятиях, в НИИ и вузах, а также в мобильных центрах аддитивных технологий (ЦАТ) с различными аддитивными установками (рис. 3). Продукты компании «Ф2 Инновации» на 85 % состоят из отечественных комплектующих, обеспечивая ритмичную сборку даже в условиях санкций, имеют сертификат СТ-1 и находятся в реестре отечественных производителей Минпромторга России. Компания за 5 лет проделала большой путь от стартапа до известного производителя систем для печати полимерной нитью, гранулами (рис. 4), а также металлической проволокой – очень достойный конкурент лучшим зарубежным разработчикам с солидным опытом.

Артем Лобач, технический директор ООО «ОНСИНТ» (г. Зеленоград), рассказал о качественных обновлениях популярной серии порошковых 3D-принтеров с использованием термопластов, а также представил линейку металлопорошкового оборудования. Казалось бы, у компании все отлично с продвижением полимерной продукции – они единственные в России, кто предлагает отечественную PBF/SLS-технологию. Тем не менее их мечта выйти на рынок с собственной технологией LB-PBF с использованием металла стала воплощаться буквально в 2022 г. С их слов, они не чувствуют особой конкуренции (хотя это кажется очень странным), и им не приходится сильно «пробивать себе дорогу локтями». В чем причина? Оснащение оборудования встроенным пылесосом для удаления порошка из камеры, встроенная система просеивания и рециркуляции порошка в среде инертного газа, комплексное отечественное ПО ATSS Glicer или приемлемая стоимость для заказчика? Скорее всего – тщательно спланированный бизнес-план на основе вдумчивого анализа рынка, стремления к полной независимости от санкционных узлов и учета индивидуальных потребностей заказчиков.

Артур Хасматуллин, инженер Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, рассказал об успехах «Лаборатории Легких Материалов и Конструкций» (ЛЛМК) в области проволочной электродуговой WAAM-наплавки (прямой подвод энергии и материала). Он особо подчеркнул, что механические свойства легированных металлов, полученных методом WAAM, значительно превышают уровень требований соответствующих российских государственных стандартов, в частности ГОСТ 6996-66. На собственном опыте в ЛЛМК убедились в том, что данный метод на 20–79 % дешевле технологий, использующих лазерный и электронный лучи. Также специалисты ЛЛМК рекомендовали отечественным промышленникам присмотреться к WAAM в том случае, если производимые изделия имеют коэффициент использования материала (buy-to-fly) больше 5.

Роман Савченков, директор ООО «Анизопринт Рус» (г. Ярославль), погрузил гостей конференции в 1500 год до н.э., когда в Египте и Месопотамии для строительства зданий использовались кирпичи на основе соломы и глины – самые, очевидно, первые изделия из композиционных материалов. Известные современные методы формования композитных изделий, такие как ручное контактное или автоматизированная выкладка на сложном по конструкции станке имеют ряд ограничений в части производительности и воспроизведения мелких элементов конструкций. Напротив, фирменная соэкструзионная технология 3D-печати компании «Анизопринт Рус» позволяет без труда добиваться впечатляющих результатов на основе настольных 3D-принтеров Composer A3/A4, промышленных решений Prom IS 500 с инженерными и тугоплавкими суперконструкционными термопластами, а также роботизированных манипуляторов. Именно на решения на базе промышленных роботов делает особенный акцент «Анизопринт Рус», претворяя в полной мере идеологию оптимального армирования напечатанных изделий с учетом величины эксплуатационных нагрузок по всем трем координатам (рис. 5 и 6). «Stop Metal Thinking Start Anisoprinting! («Перестань думать о металле, запусти (технологию) Anisoprinting!») – так звучит «скромный» лозунг «Анизопринт Рус».

Дмитрий Колчанов, доцент кафедры «Лазерные технологии в машиностроении» МГТУ имени Н. Э. Баумана, поделился успехами в создании лабораторных и промышленных комплексов СЛП-110, СЛП-250 (модели 2020 и 2022 гг.), печатающих на основе технологии синтеза на подложке LB-PBF с использованием металлопорошковых композиций. Длительные исследования этой технологии позволили добиться завидных результатов. Так, была напечатана двигательная установка с центральным телом «Корона» из сплава 03Х16Н15М3 и пористостью менее 0,05 %! Это превосходный результат, который заставит «нервничать» зарубежных коллег.

Михаил Кулик, руководитель отдела услуг ООО «3Д Вижн» (Санкт-Петербург), поделился опытом развития технологии синтеза на подложке LB-PBF с использованием металлопорошковых композиций и PBF/SLS с использованием термопластичных порошков. Спикер отметил, что, как показывает практика, использование предлагаемых ими методов 3D-печати позволяет сократить цикл создания новой продукции, снижает затраты на производство, позволяет создавать принципиально новые изделия с новыми потребительскими свойствами, особенно при использовании элементов топологической оптимизации.

Иван Зайцев, главный технолог Аддитивного производства АО «Диполь Технологии» (Санкт-Петербург), продемонстрировал результаты сравнения технологий синтеза на подложке PBF/SLS с использованием полистирольного порошка и фотополимеризации в ванне SLA с использованием выжигаемых смол для процессов литья в оболочковые керамические формы. Обе технологии отличаются высокой геометрической точностью моделей, позволяют изготавливать изделия малых серий со сложной геометрией, поднутрениями, навесными и тонкостенными конструкциями. Однако в технологии SLA можно использовать QuickCast-модели с сотовой структурой для экономии материала и снижения давления на стенки формы при выжигании, зато в PBF не требуются поддерживающие структуры.

Евгений Проуторов, старший менеджер ПАО «Северсталь» (г. Череповец, Вологодская обл.), с гордостью рассказал об участке аддитивного производства на основе технологии синтеза на подложке LB-PBF с использованием металлопорошковых композиций и 3D-принтера М250 российской компании АО «Лазерные системы». Внимание компании установка М250 привлекла по причине ее сертификации в России с получением сертификата происхождения СТ-1 и заключения Минпромторга России о подтверждении производства промышленной продукции на территории нашей страны. ПАО «Северсталь» пока осваивает новую для себя технологию, охотно агрегируя сборки и снижая при этом стоимость их изготовления от 30 до 90 %.

Денис Власов, генеральный директор ООО «Триангулятика» (Санкт-Петербург), – один из самых опытных и известных разработчиков комплексных решений для аддитивного производства, покорил участников конференции уникальным программным продуктом – Triangulatica 2, способным «тягаться» с разработками таких знаменитых компаний, как Netfabb (Autodesk Inc.) и Magics (Materialise NV). Спикер позиционирует предложенное решение как продвинутый слайсер (CAM) промышленного уровня, способный создавать управляющие программы для практически всех известных растровых и векторных технологий (рис. 7). Triangulatica 2 полностью разработана отечественными авторами «с нуля» и включена в Реестр отечественного ПО Минцифры России. На сегодня пользователям предлагаются 4 типа лицензий: Premium – для профессионального использования, OEM License – для разработчиков систем аддитивного производства, Community – для дома и сообщества энтузиастов, Education – для образовательных учреждений. Некоторые из участников конференции эксклюзивно смогли получить временные лицензии на Triangulatica 2 и оценить возможности данного ПО, а также его интеграцию в свое оборудование или даже дистрибуцию.

Ярослав Беднов, руководитель направления ООО «Институт легких материалов и технологий» (ИЛМиТ, входит в ОК «РУСАЛ», Москва), рассказал о 6-летнем опыте функционирования аддитивного центра в составе ИЛМиТ. Наличие в центре слаженного и мотивированного на успешный результат коллектива, состоящего из высококвалифицированных научных кадров, а также оснащение передовыми производственными и программными решениями – все это вместе позволяет поставлять заказчикам комплексный продукт, представляющий собой сплавы с режимами печати для технологии синтеза на подложке LB-PBF. Изюминкой являются разработанные в центре специальные алюминиевые сплавы для аддитивных технологий, включая жаропрочные РС-390, PC-230, РС-900, РС-970, высокопрочные РС-320, РС-507, РС-553, с особыми физическими свойствами РС-355, РС-333.

Михаил Петров, канд. техн. наук, доцент кафедры ОМДиАТ ФГАОУ ВО «Московский политехнический университет», увлекательно рассказал о создании и анализе ячеистых структур при помощи инструментов компьютерного моделирования (рис. 8). Оказывается, ячеистые структуры в природе появились многие миллионы лет назад, и сегодня человек старается использовать эти природные решения для проектирования изделий с уникальными свойствами, например, в вертебральных и крониальных имплантатах, теплообменниках, пламегасителях, колесных дисках, зубчатых колесах и даже кузовах автомобилей. Ячеистые структуры получают из расплавов, порошков или на основе покрытий (рис. 9). Управляемыми можно назвать подобные структуры, которые создаются при помощи технологий синтеза на подложке LB-PBF, EB-PBF с использованием металлопорошковых композиций и PBF/SLS с использованием термопластичных порошков. Ячейки любой формы можно строить прямо в CAD или воспользоваться специализированным ПО – так называемыми генераторами структур. При работе с ячейками в аддитивных технологиях стоит помнить о необходимости большой вычислительной мощности рабочих станций или обращаться к облачным решениям с распределенной сетью мощных серверов. Следует отметить глубину проработки спикером вопросов компьютерного моделирования ячеистых структур, осуществляемого с учетом вида, величины и направления действующих на них нагрузок.

Additive Minded Talks-2023: Innovations in Response to Sanctions

D. S. Trubashevsky

What is happening now with Russian 3D printing in the face of constant sanctions pressure from the collective West? Do domestic developers and manufacturers have enough knowledge, experience and the ability to innovate solutions to meet new challenges? Information for thought and answers to these questions were given by the ambitious project Additive Minded-2023, which took place on 24-27.01.2023 within the framework of the RUPLASTICA-2023 exhibition and included the exhibitions Additive Minded Expo and the conference Additive Minded Talks. A brief overview of the reports made at this conference is provided.
(To be continued)