Системный подход к развитию аддитивных технологий в России 

(Начало в №3’2024) 

В настоящее время одна из основных проблем, стоящих перед российской промышленностью,  — это кадры. Специалистов катастрофически не хватает, поэтому постоянно звучат вопросы: «Кого, как, в каком количестве следует готовить?» А в случае инновационных областей, к которым относятся аддитивные технологии (АТ), ведутся споры даже про набор знаний и навыков, которыми должен владеть специалист.

На вопросы о развитии аддитивных технологий в России, формировании образа «аддитивщика», об образовательных программах и практиках редакции журнала «Аддитивные технологии» рассказал научный руководитель передовой инженерной школы «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» НИТУ МИСИС, доцент кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСИС, заместитель генерального директора — директор Института металлургии и машиностроения АО «НПО «ЦНИИТМАШ» Иван Иванов.

Иван Алексеевич, каким должен быть специалист, работающий в сфере аддитивных технологий?

Прежде чем говорить о специалистах, работающих в сфере АТ, следует учесть ограничения, которые мешают широкому внедрению аддитивных технологий в ответственное машиностроение.

Ответственное машиностроение — отрасль, где ценой ошибки является или техногенная катастрофа, или человеческие жизни. В связи с этим одной из важнейших задач, стоящей перед нами, является необходимость доказать, что аддитивные технологии можно применять без ущерба для безопасности.

Другим барьером, снижающим темп внедрения АТ, является ориентация инженеров на традиционные технологии или аналоговое мышление. Но при этом очевидно, что аддитивные технологии не должны и никогда не вытеснят традиционные технологии, а займут свою, недоступную для них нишу. Поэтому основная задача — подготовить специалистов (конструкторов, материаловедов, технологов), специально заточенных на использование аддитивных технологий и имеющих «аддитивное» мышление. Они должны понимать особенности функционирования аддитивного оборудования, знать физику аддитивных процессов и основы материаловедения, владеть инструментами моделирования и подготовки 3D-моделей к печати. Наиболее важными являются компетенции, позволяющие развивать новые подходы к аттестации и оценке соответствия аддитивных материалов и аддитивной продукции. Отдельно следует подчеркнуть важность изучения технологических тенденций развития аддитивных технологий и оборудования, например, применения систем непосредственного контроля за процессом 3D-печати и систем внешнего воздействия для управления структурой и свой­ствами синтезируемого материала. Исследование упомянутых направлений решит задачу цифровой паспортизации продукции, откроет новые возможности для обеспечения качества серийного аддитивного производства, возможно, решит задачу переносимости технологий между разными единицами оборудования, ускорит внедрение аддитивных технологий в отечественное машиностроение.

На каком уровне нужно воспитывать это «аддитивное» мышление: детский сад, школа, вуз, переподготовка действующего кадрового состава предприятий?

Идею, связанную со специализированной подготовкой по направлению АТ (да и любому другому) начиная с детского сада, я не особо приветствую. Пусть у детей будет детство — пусть лепят снеговиков или ­что-то вырезают из цветной бумаги — непринципиально.

Что касается школы, на мой взгляд, специально фокусироваться на изучении аддитивных технологий в ущерб физике, математике и другим естественно-­научным предметам не стоит. Но на уроках труда  

получать навыки работы с 3D-принтерами и применять их при реализации школьных проектов — считаю важным и нужным. Приведу пример. Мой ребенок взялся реализовать проект по созданию устройства идентификации БПЛА на основе спиральной рупорной антенны сложной геометрии. И именно использование 3D-печати позволило изготовить макет такой антенны. В этом контексте использование аддитивных технологий как инструмента для решения ­каких-то более общих задач, мне кажется идеальным.

В разрезе высшего образования мы говорим о системной подготовке специалистов, понимающих основы и преимущества аддитивных технологий. Студенты для своих выпускных квалификационных работ или магистерских диссертаций должны выбирать не абстрактные, а конкретные задачи по разработке новых конструкторских, технологических, материаловедческих решений в области аддитивных 

технологий.

Важнейшим драйвером внедрения аддитивных технологий является дополнительное профессиональное образование (ДПО). Сотрудников предприятий, имеющих за своими плечами богатый конструкторский и технологический опыт, необходимо знакомить с возможностями аддитивных технологий, после чего они смогут начать применять их непосредственно в своей работе. Яркой иллюстрацией этого является программа дополнительного образования, разработанная ООО «НПО «3Д-Интеграция», целью которой является не просто знакомство с аддитивным оборудованием, а демонстрация физических свой­ств материалов, полученных с помощью разных АТ. Программа включает в себя изучение технологических особенностей 3D-печати биметаллических изделий методом селективного лазерного плавления (СЛП), сравнение свой­ств материалов, полученных с помощью технологий лазерного и электронного селективного сплавления, а также использование машинного обучения и искусственного интеллекта для выбора режимов сплавления. Именно такие программы ДПО способствуют использованию АТ для решения задач заказчиков.

На примере НИТУ МИСИС расскажите, пожалуйста, какие знания получают студенты, как формируются практические навыки, на какой базе осуществляются практики.

В 2024 году в рамках образовательной деятельности передовой инженерной школы «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» (ПИШ МАСТ) запущена программа магистратуры «Аддитивные технологии», руководителем которой является Берюхов Андрей, директор бизнес-­направления «Аддитивное производство» компании ООО «Горизонт покрытий». Руководство программой экспертом-­практиком позволяет гарантировать соответствие учебного плана требованиям рынка и готовить не абстрактных ученых, а инженеров с релевантным набором знаний и навыков, способных создавать новые продукты с использованием аддитивных технологий.

Важным аспектом любого образовательного процесса является материальная база. В настоящий момент в МИСИС создана «Фабрика для обучения», оснащенная достаточным количеством оборудования, которое позволяет практически полностью закрыть весь аддитивный передел, от выплавки и получения металлопорошковых композиций до 3D-печати и всей последующей постобработки и контроля качества. Центром «Фабрики для обучения» является уникальная установка МАСТ‑300, разработанная на основе результатов комплексной научной программы Госкорпорации «Росатом», которая работает по технологии СЛП. Установка МАСТ‑300 создана на базе отечественной системы сканирования лазерного луча с двумя коллиматорами производства АО «НИИ НПО «Луч» (Научный дивизион Госкорпорации «Росатом») и отечественного программно-­аппаратного обеспечения. Установка с рабочей зоной Ø 300×300, во‑первых, имеет подогрев колодца и платформы построения до 800°С, что позволяет работать с материалами, склонными к трещинообразованию. Во-вторых, она обладает всем комплексом систем непосредственного контроля (контроль температуры жидкой ванны и всей рабочей области, контроль качества порошкового слоя и геометрии изделия), именно это открывает новые возможности в обеспечении качества аддитивного материала и изделий, а также цифровой паспортизации изделий. В-третьих, она оснащена системой воздействия на кинетику фазового перехода, которая позволяет улучшить показатели прочности и пластичности, тем самым повышая сопротивление синтезируемого материала к хрупкому разрушению. Последнее критически важно для ответственного машиностроения. В настоящий момент в НИТУ МИСИС совместно с Научным дивизионом Госкорпорации «Росатом» создаются два специальных научно-­образовательных пространства: лаборатория горячего изостатического прессования, основой которой является отечественный лабораторный газостат, и лаборатория лазерно-­оптических систем, оснащенная специальным стендом для разработки и отладки алгоритмов юстировки, калибровки и сведения лучей для систем сканирования.

Уже сейчас «Фабрика для обучения» используется как для прохождения студентами практических занятий, так и реализации научно-­исследовательских работ. В 2025 году запланирован старт инициативных проектов, где студенты смогут реализовать самые смелые идеи в области внедрения аддитивных технологий, подобрать необходимый материал, получить требуемую металлопорошковую композицию, разработать собственную аддитивную технологию и изготовить целевое изделие, а также провести полный комплекс испытаний.

В то же время неотъемлемой частью образовательного процесса является прохождение студентами практик и стажировок на предприятиях — ­лидерах аддитивного направления. Это такие компании, как ООО «Горизонт покрытий», АО «ЦАТ», ООО «НПО «3Д Интеграция», АО «НПО Систем» и некоторые другие, которые предоставили свои площадки для знакомства студентов с современными видами аддитивного оборудования и технологическими подходами к 3D-печати, постобработке и контролю качества аддитивной продукции.

Стоит отметить, что качество образования заключается не просто в наличии знаний, но и в умении их применять для решения конкретных практических задач. На примере ПИШ МАСТ этому помогает наличие научного руководителя со стороны университета и наставника со стороны работодателя.

Приведите, пожалуйста, пример, как работает институт наставничества.

Институт наставничества играет важнейшую роль в подготовке специалистов. Модель образования ПИШ МАСТ предполагает вовлечение студентов в научную деятельность предприятий начиная с первого семестра обучения для того, чтобы к моменту выпуска они получили навыки, необходимые для решения реальных задач в условиях конкретного производства. Такие студенты как раз и станут проводниками аддитивных технологий, а получаемые знания сразу смогут использовать при решении задач своих работодателей. Приведу пример. Студент второго курса магистратуры ПИШ МАСТ Максим Филимонов обучается по направлению «Аддитивные технологии» и является сотрудником АО ОКБ «Гидропресс» (Машиностроительный дивизион Госкорпорации «Росатом»). В своей магистерской диссертации он решает вопрос не просто разработки технологии 3D-печати элемента системы управления и защиты реактора (СУЗ), а демонстрирует то, что аддитивный материал и само изделие — не хуже аналогичных, полученных традиционным способом. Такие проекты позволят преодолеть барьер недоверия к аддитивным технологиям и ускорить их внедрение в ответственное, в том числе атомное машиностроение.

А преподаватели МИСИС сами постигают тонкости аддитивных технологий или проходят ­какую-то подготовку?

Университет МИСИС имеет многолетний опыт в области реализации научно-­исследовательских работ и подготовки кадров по направлениям как напрямую, так и косвенно связанных с аддитивным производством. Так, например, в рамках реализации проекта по изучению влияния концентрированной энергии на структуру и свой­ства материалов (проект реализуется в рамках комплексной научной программы Госкорпорации 

«Росатом») удалось пройти путь от идеи акустического воздействия на структуру и структурно-­чувствительные свой­ства до опытного образца промышленной аддитивной установки, реализующей возможность повышения прочностных и пластических характеристик при селективном сплавлении металлических порошков. Участие в таких проектах позволяет считать НИТУ МИСИС одним из научных центров компетенций по направлению АТ.

Аддитивные технологии активно развиваются, появляются современные образцы аддитивного оборудования и новые технологические решения. Поэтому неотъемлемой частью образовательного процесса в данном направлении является прохождение курсов повышения квалификации преподавателями и научными сотрудниками университета в ведущих центрах аддитивных технологий. Например, АО «ЦАТ» (входит в контур Госкорпорации «Ростех») и ООО «Горизонт покрытий» для сотрудников МИСИС разработали специализированные курсы повышения квалификации как непосредственно по направлению АТ, так и для направления «Реверс-­инжиниринг».

Иван Алексеевич, какие пожелания к школам, откуда приходят ваши абитуриенты?

С моей точки зрения, надо воспитывать людей, которые хотят решать инженерные задачи и интересуются этим вопросом. Физика и математика — это база для подготовки высококвалифицированных инженеров, в том числе по направлению АТ. В связи с этим пожелание одно — прививать любовь к естественным наукам и воспитывать, как говорил Лев Гумилев, пассионарных людей, готовых и желающих сделать вклад в развитие российской и мировой инженерной мысли. ■

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 1-2025