Аддитивные технологии, как наиболее перспективное направление быстрого развития науки и технологий (стр. 4 )

Беспилотные летательные аппараты, ракетное вооружение, интеллектуальное оружие, робототехника, перспективная экипировка, самособирающиеся микроспутники – это только краткий перечень возможного применения цифровых технологий.

В современных условиях критически важно то, что применение цифровых технологий в изготовлении вооружения и гражданской техники позволит серьезно снизить временные и стоимостные затраты на проектирование производства как существующих, так и принципиально новых образцов, а также кардинально изменить логистику складских запасов. А в условиях чрезвычайно ситуации и ведения боевых действий позволит обеспечить оперативный ремонт техники в непосредственной близости к очагам и театрам военных действий.

Цифровое производство охватывает все области разработки и производства, начиная от проектирования, и заканчивая получением функционального завершенного изделия.

Критически важным инструментом для реализации технических и технологических достижений в рамках цифрового производства являются инновационные методы производства, а именно аддитивные технологии, которые состоят из новых средств производства, новых подходов к проектированию на этапе разработки изделий и новых материалов.

На этом слайде мы постарались изложить этапы и пути, которые необходимо пройти, чтобы внедрить данные технологии.

На данном плакате продемонстрировано современное состояние аддитивных технологий в мире. Рост рынка промышленных установок для аддитивных технологий особенно заметен на протяжении последних пяти лет. Наблюдается планомерное снижение стоимости данного оборудования. Это всё идет из-за возрастающей экономической привлекательности данных технологий, и будет иметь место еще более активный процесс развития и распространения в будущем, охваты все более новых сфер производственных процессов.

Из представленных данных видно, что ведущую роль в развития аддитивных технологий принадлежит США, 38 % от всех современных аддитивных технологий, которые применяются в мире. Россия занимает (нрзб.) [00:44:01]

Чтобы ускорить и интенсифицировать внедрение цифровых производств, по нашему мнению, необходима разработка новых возможностей смены технических и технологических парадигм в области практической реализации аддитивной технологии, проведение комплексных исследований в области создания материалов и технологий, и оборудования для аддитивных технологий, и всесторонняя поддержка прорывных разработок с потенциально высоким результатом в данной проблемной области.

Аддитивные технологии являются на данный момент одним из самых динамично развивающихся направлений цифрового производства. В сравнении с традиционным производством они позволяют на порядок ускорить практическую реализацию работ и решение задач в подготовке производств, а в ряде случаев уже активно применяется для изготовления готовой продукции.

[00:45:11]

говорил о том, что на сегодняшний день ВИАМ впервые в России создал такие технологии, которые позволяют делать готовые детали, которые на современном этапе используются в летающих лабораториях. Думаю, благодаря таким смелым инновационным направлениям и решениям мы должны вырваться вперед.

Отличительная особенность аддитивных технологий заключается в том, что изделия создаются методом добавления, наращивания материалов до необходимой формы. Технология аддитивного производства позволяет сократить традиционную многоэтапную технологическую цепочку до двух шагов: получение материала для производства, изготовление детали из его 3D-модели.

Это приведет к индивидуализации производства, снижению материалоемких энергетических затрат, получению новых материалов, повышению экономической эффективности.

Однако перспективы в настоящее время трудно реализуемы по причине слабого развития производственной и научно-технической базы в данной проблемной области. Это видно из представленных данных. Мы постарались изложить те проблемы и задачи, которые стоят перед разработчиками аддитивных технологий, чтобы можно было это внедрять в конкретное производство.

В данный момент нет четких критериев подбора технологических параметров процесса и выбора исходных материалов. На практике зачастую приходится подбирать конкретные технологические параметры и материалы. Адаптация новых материалов, полуфабрикатов, используемых на существующих установках, является достаточно длительным процессом. Требуется углубление научно-технических представлений о физико-химических процессах при реализации аддитивных технологий.

Необходимо привлечение методов математического моделирования для ускорения будущих научно-исследовательских работ.

Практическая реализация аддитивных технологий требует комплексного решения. С этой целью фондом сформулированы и реализуются несколько направлений в части содействия практической реализации аддитивных технологий на территории РФ, а именно разработка отечественной автоматизированной системы, разработка широкого спектра инновационных высокопроизводительных установок аддитивных производств, создание обширной номенклатуры исходных материалов, полуфабрикатов для практической реализации аддитивных технологий.

В рамках обозначенных направлений предлагается создать обширную номенклатуру используемых материалов, полуфабрикатов, и на данном слайде представлено направление деятельности фонда по развитию аддитивных технологий. Мы видим это следующим образом: создание обширной номенклатуры исходных материалов и полуфабрикатов с прорывным комплексом для практической реализации аддитивных технологий. 

Здесь отмечалось, что это важнейшая проблема в создании как таковых производств вообще. Новые материалы, к ним применяются жесткие требования как по гранулометрическому составу, физико-химическому составу, и естественно, всё это влияет на изготовление конечной продукции.

Также разработка широкого спектра инновационных установок для аддитивных производств. Создание гибких и  универсальных машин для работы с материалами, под каждые материалы приходится разрабатывать свою машину со своими технологическими параметрами, и так далее.

[00:50:00]

Также отдельная проблема – разработка отечественной автоматизированной системы. Применение передовых компьютерных технологий мирового уровня обеспечит снижение сроков создания и развитие интеллектуально-технического уровня. Спасибо за внимание.

Евгений Кабалов: Это всё делается на импортном. Нам нужно добиться, чтобы мы были самодостаточны. Предоставляю слово директору Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН академику Николаю Ляхову.

Николай Ляхов: Добрый день всем участникам. С моей точки зрения, эпохальное событие на данном форуме. Трудно придумать сегодня более актуальную тему, чем которую мы сегодня обсуждаем.

На самом деле мы дорабатываем проект для Фонда перспективных исследований, о чем шла сейчас речь, например, с таким названием. Здесь есть всё, включая цель. Главная задача, которую мы преследуем – мы исходим из непреложной точки зрения, что если мы хотим быть конкурентными в мире в аддитивных технологиях, у нас должно быть всё своё от начала до конца, и машина в том числе.

В проекте, который мы готовим, четыре блока. По первым двум Юрий Васильевич Чугуй выступит. Моя задача – осветить проблему с порошковыми технологиями.

То, что рассказала Ольга Геннадьевна, конечно, мы это всё знаем, и методы атомизации и слитков металлов, слитков готовых сплавов. Они в Новосибирске имеются, на нашем стенде кластера машиностроительного на первом этаже представлены. Этого касаться не буду.

Этой классической схеме можно было бы противопоставить более прогрессивную. Если взять какой-то прекурсор, необязательно металлический, то в результате определенной реакции разложения металла можно получить порошок, металл, оксид. Мы – Институт механохимии, как вы понимаете, можем приложить какие-то механохимические усилия, чтобы ускорить или модифицировать эти порошки.

Хочу обратить внимание, уже давным-давно мы могли убедиться, насколько это эффективно. Хорошо известные ВК-сплавы, победит, он готовится – вольфрам с углеродом при огромной температуре спекается, потом на измельчение, потом добавляется кобольд, на формование и спекание.

Мы реализовали простую схему: сложили всё в механохимический активатор, сразу на формование и на спекание, которое одновременно являлось и химической реакцией, и получили фактически то же самое изделие с теми же свойствами. Таких примеров довольно много, и они являются в какой-то мере заманчивыми.

У нас есть хорошие мельницы. Одну в рабочем состоянии можно посмотреть на стенде, который я упоминал. Они позволяют работать с порошками и керамики, металлов. При механохимии, механической активации, что здесь происходит условно показано. Если просто измельчать одну фазу, то она измельчается до какого-то режима, а потом начинает агрегироваться. Если добавить вторую, то можно получить агрегаты, комплексы и так далее, то есть те самые композиты, о которых говорил Евгений Николаевич. Осталось только понять, можно ли их использовать в аддитивных технологиях.

[00:55:41]

Показываю нанокерамику, которая получена из корунда, это разлом, масштаб там стоит. Получена она из нанопорошка, который в свою очередь приготовлен измельчением обычного товарного корунда. Я хочу показать, что при активации меняется и реакционная способность. Тот корунд, который обычно спекается при 1600 градусов как минимум, здесь кривая усадки, усадка начинается уже с 800 градусов Цельсия. И 1250 градусов достаточно, чтобы получить плотную керамику.

Поскольку у нас всегда в аддитивных технологиях сфокусирован луч лазера или электронный пучок взаимодействует с веществом, то такой выигрыш в температуре является крайне желательным.

Более того, при измельчении образуются агрегаты, они имеют хорошую сферическую форму. Порошок обладает исключительной сыпучестью и дает огромную плотность кремень body [00:57:00], керамика на фотографии сама за себя говорит, что это действительно можно использовать в аддитивных технологиях для печати керамических изделий.

Спрашивается, можно ли то же самое попытаться сделать для металлов? В металлах есть много составов, которые интересуют ведомство Евгения Николаевича: никель, алюминий, алюминий-титан. Если их в соответствии со схемой обработать вместе, получаются такие композиты. Они большие, сотня микрон и более могут получиться. Но никель в них уже диспергирован до 50 нм в алюминии, и результат очень интересный.