«Зарубежные технологии аддитивного производства все закрытые. То есть нам продают оборудование и лицензию на использование определенных материалов. Все получается очень дорого, особенно сервисное обслуживание, параметры работы установок остаются закрытыми, я уже не говорю о санкционных рисках. Поэтому нужны отечественные порошки и отечественное 3D-оборудование. А мы занимаемся разработкой технологий для использования этих отечественных металлопорошков для 3D-печати. Года 4 назад мы начали работать с компанией «ПОЛЕМА», разработав несколько технологических процессов для ряда марок стали и сплавов уже из отечественных порошков. Для этого у нас в лаборатории есть все необходимое оборудование» - Татьяна Тарасова, ведущий научный сотрудник, Лаборатория инновационных аддитивных технологий, МГТУ «СТАНКИН».

«Сначала мы пробуем, сужаем окно параметров на нашей собственной экспериментальной установке SLM с открытыми параметрами. Мы наносим треки для различной мощности, скорости сканирования и смотрим, чтобы получился хороший стабильный трек. Здесь у нас в лаборатории есть и металлографический микроскоп, и растровый электронный микроскоп для того, чтобы посмотреть структуру, измерить твердость. И после, когда мы уже сузили окно параметров, мы переходим на промышленные установки, такие как EOS, Arcam, ConceptLaser…Чтобы уже под эти параметры разработать технологию производства конкретной детали на конкретной установке. Затем испытываем эти образцы в нашей же лаборатории испытания механических свойств (ЛИМС)».

«В 2013 году у нас была защищена диссертация по разработке технологий для сплава хром-молибден (импортный порошок, но нашей собственной экспериментальной установке SLM, разработанной с НИАТ). Мы вырастили деталь, далее она была внедрена на криогенной установке. На тот момент мы были чуть ли не первые в мире. В 2016 г. у нас была защищена диссертация по микролазерной наплавке совместно с фирмой Фраунгофера в Дрездене. Микронаплавку из легкого алюминиевого порошка очень сложно сделать, а нам удалось получить тонкие стенки. Сейчас мы работаем с коррозионно-стойкими сталями отечественного производства в рамках разработки технологий для использования в 3D-печати отечественных порошков. Здесь еще очень много работы, нужно получить структуру с соответствующими эксплуатационными физико-механическими характеристиками. Тем не менее, уже очевидно, что при селективном лазерном плавлении получается значительно более плотный образец, чем при порошковой металлургии и такой же плотности как при литье. Мы уже проверили это на сплаве кобальт-хром-молибден. У нас получилась плотность где-то 8,3 г/мм3, такая же,  как у литого сплава-аналога».

«Рынок технологий аддитивного производства (АП) очень перспективен. Причем, намечается четкий тренд на производство готовых изделий металлическими и пластиковыми порошками. А фотополимеры уже как бы отходят на второй план. Предполагается, что будут развиваться четыре лидирующих технологии АП: селективное лазерное плавление, селективное лучевое плавление, лазерная наплавка, электронно-лучевая наплавка, порошковая и проволочная. Но что из этих технологий будет развиваться быстрее - пока неясно».

Полная расшифровка интервью:

JSON.TV: Татьяна Васильевна, расскажите, пожалуйста, что делает СТАНКИН в области аддитивных технологий, что закрываете из экосистемы АП?

Т. Тарасова: Ну, прежде всего, в этой лаборатории инновационных аддитивных технологий, где мы находимся, мы разрабатываем технологическую часть, начиная от исследования свойств самих порошков (гранулометрический и грануломорфологический анализ на соответствие требованиям). Такие требования уже есть, - на данный момент ASTM выпустила, по-моему, 8 стандартов на материалы. Конечно, это еще далеко не на всю номенклатуру – это, как раз, большая проблема, сертификация, стандартизация материалов и вообще технологий АТ. Всего, если говорить о зарубежных стандартах, сейчас, наверное, уже есть 14 подобных стандартов на АТ. И этого явно недостаточно.

Что касается отечественных ГОСТов, то стандартизация у нас поручена ВИАМу. Они начали делать уже разработку стандартов, - выпустили ГОСТ по терминам и определениям, всего 10. Разумеется, каждое предприятие, особенно оборонное, пытается разработать свои стандарты для того, чтобы ускорить сертификацию продукции для АТ.

JSON.TV: Как раз вопрос стандартизации очень интересный потому, что это один из барьеров развития. Как я понимаю, некоторые заказчики в ОПК особенно, берут вопрос стандартизации и сертификации на себя.

Т. ТАРАСОВА: Да, это сейчас очень распространено, - ряд таких крупных корпораций как «Алмаз-Антей»,  разрабатывают свои стандарты для технологий АП. Но это все закрыто и строго для внутреннего использования собственных, произведенных у них же деталей аддитивным способом.

JSON.TV: Понятно. То есть у них есть какое-то аддитивное оборудование, и они сертифицируют изделия, произведенные на нем, для использования внутри себя.

Т. ТАРАСОВА: Да, они покупают оборудование сейчас, - достаточно много предприятий, которые закупили оборудование, то есть с чего, собственно говоря, мы начинали. Я снова возвращаюсь к вашему вопросу: чем мы занимаемся. Мы начинали с того, что лаборатория была организована 6 лет назад под руководством ведущего ученого из Франции (И.Ю. Смуров из национальной инженерной школы Сент-Этьена). Если помните, было такое Постановление Правительства №220 о приглашении ведущих ученых для научной работы здесь. Сейчас мы работаем уже самостоятельно, так как за рубежом уже больше 20 лет идет разработка АТ, а мы начали не так давно. Поэтому, естественно, нам их опыт очень пригодился.

И мы начали с того, что занялись разработкой технологий аддитивного производства для импортных порошков, так как технологии все закрытые. То есть нам продают оборудование и лицензию на использование определенных материалов. Все получается очень дорого, особенно сервисное обслуживание, не говоря уже о санкционных рисках. Поэтому нужны отечественные порошки, отечественное 3D-оборудование. И мы, в частности, занимаемся как раз именно этим - разработкой технологий для использования отечественных металлопорошков в 3D-печати.

Года 4 назад мы начали работать с компанией «ПОЛЕМА», разработав несколько технологических процессов для ряда марок стали и сплавов уже из отечественных порошков. У нас для этого есть в лаборатории все необходимое оборудование (гранулометрический анализ  порошков, мы смотрим, годится ли этот порошок для того, чтобы методом АТ сделать из него соответствующие детали). Вот этим мы занимаемся. То есть сначала мы пробуем, сужаем окно параметров, вот на этой экспериментальной установке SLM, которая была собрана у нас здесь в лаборатории сотрудниками и нашими аспирантами. И в нашей установке, конечно, все параметры открыты. Мы наносим треки для различной мощности, скорости сканирования и смотрим, чтобы получить хороший стабильный трек. Здесь у нас в лаборатории есть и металлографический микроскоп, и растровый электронный микроскоп для того, чтобы посмотреть структуру, измерить твердость.

И после, когда мы уже сузили окно параметров, мы переходим на промышленные установки, такие как EOS, Arcam, ConceptLaser…Чтобы уже под эти параметры разрабатывать технологию производства для конкретной установки. Затем испытываем эти образцы в нашей же лаборатории испытания механических свойств (ЛИМС). Потому что когда мы выращиваем деталь, появляется анизотропия свойств, и соответственно мы должны выращивать образцы под разным углом и смотреть усредненный предел прочности или в каком-то определенном направлении, данную вязкость, относительно удлинения, сужения, - они будут разные, в разных направлениях. Для этого у нас в лаборатории испытания механических свойств также есть все оборудование.

Ну и последний этап, после того, как мы уже вырастили образцы, мы должны обеспечить контроль качества – это тоже очень важный этап для АТ. Так как у нас детали сложнопрофильные, нужны специальные лазерные сканеры, которые есть в нашей лаборатории метрологии. Там мы измеряем свои образцы, точность формы, шероховатость поверхности и уже тогда подбираем для образцов параметры. Потом уже начинаем на промышленных установках выращивать конкретные детали, которые попросили сделать заказчики. Или мы сами делаем в рамках научно-исследовательских работ, грантов от Министерства образования, Минпромторга, Российского научного фонда.

JSON.TV: А какие-то компании к вам обращались с этой целью – сертификации российских порошков для импортного оборудования…

Т.ТАРАСОВА: Мы здесь в лаборатории этим не занимаемся, к нам обращались только посмотреть, сделать именно гранулометрический анализ и грануломорфологический. Это мы делали. А вот стандартизация материала, это очень сложная, большая работа, этим занимаются уже совершенно другие люди.

JSON.TV: ВИАМ этим занимается?

Т. ТАРАСОВА: ВИАМу поручено это делать, да, для этого нужно провести огромное количество испытаний порошков разных фракций, разной формы. Считается, например, что, во-первых, металлический порошок должен быть сферическим, что лучше для SLM. Но он должен быть не одного, а разного диаметра. Для EBM, например, порошки должны быть более крупнодисперсные, - там электронный луч. Поэтому более крупные порошки, ну и больше шероховатости изделия. То есть технологии имеют свои особенности, преимущества и недостатки.

JSON.TV: Вы отметили, что на Западе технологии АП развиваются уже больше 20 лет, вы со своей лабораторией существуете уже 6 лет. Удалось ли нагнать за это время или достигнуть хотя бы какого-то соответствующего уровня?

Т. ТАРАСОВА: Так как мы ВУЗ, в рамках научной работы со студентами-аспирантами  мы делаем магистерские дипломы, например, в 2013 году у нас была защищена диссертация по разработке технологий для сплава хром-молибден. Мы вырастили деталь, далее она была внедрена на криогенной установке, в общем. И в 2013 году мы были чуть ли не первые в мире. Хотя у нас был импортный порошок, деталь мы выращивали на отечественной установке.

JSON.TV: У вас уже тогда были установки отечественные?

Т. ТАРАСОВА: Да, мы разработали отечественную установку совместно с НИАТом, она, конечно, далека от совершенства, там шероховатость большая. Но потом мы еще напечатали деталь и на принтере EOS. Мы подобрали сами режимы печати, поскольку был импортный порошок EOS, все параметры были закрыты. Нам пришлось изучить все самим, посмотреть структуру, все необходимые технологические этапы. Чтобы в конце концов получить технологию печати и сказать, что все полученные параметры нас устраивают.

В 2016 г. у нас была защищена диссертация по микролазерной наплавке, тоже аддитивная технология. Но мы делали эту работу совместно с фирмой Фраунгофера в Дрездене. Это отдельное направление, которое у нас пока не развито. Мы сделали работу, которой на то время еще не было и в Европе. Микронаплавку из легкого алюминиевого порошка очень сложно сделать, а нам удалось получить тонкие стенки.

Сейчас мы работаем с коррозионно-стойкими сталями отечественного производства в рамках разработки технологий для использования в 3D-печати отечественных порошков. Здесь еще очень много работы, нужно получить структуру с соответствующими эксплуатационными физико-механическими характеристиками, которые потенциально будут выше, чем при производстве традиционными технологиями. В SLMпроисходит лазерная закалка из жидкого состояния, это процесс у нас в России ужа давно и хорошо изучен. У меня диссертация еще 30 лет назад была по лазерной закалке. Это, по сути, один и тот же физический процесс, только теперь выращивается деталь. И здесь, конечно, есть преимущества в виде высокой твердости, повышении прочности, но есть и традиционные недостатки, присущие лазерной закалке. Все это нужно отрабатывать.

Мы  сейчас только на пути к совершенству, потому что, как правило, нужна постобработка (термическая обработка для снятия внутренних напряжений или изостатическое прессование для композитов для уменьшения пор). Тем не менее, уже очевидно, что при селективном лазерном плавлении получается значительно более плотный образец, чем при порошковой металлургии и такой же плотности как при литье. М уже проверили это на сплаве кобальт-хром-молибден. У нас получилась плотность где-то 8,3 г/мм3, такая же,  как у литого сплава аналога.

JSON.TV: Понятно. Если мы говорим о российском рынке в целом, где мы еще не дорабатываем? Вы сказали, отечественное оборудование у нас пока в ограниченном количестве. Потом нужно разработать технологии, эту нишу закрываете вы, потом нужно как-то обучить заказчиков, донести до них преимущества АТ, что нельзя сделать все...

Т. ТАРАСОВА: Консервативная организация производства – это, как раз то, что препятствует внедрению аддитивных технологий. И ведет к недостатку квалифицированных специалистов, технологов, конструкторов, дизайнеров, операторов аддитивных установок, - всех их надо, конечно, обучать. Мы здесь проводили повышение квалификации 2,5 года, у нас было много разных предприятий, мы им лекции начитывали и проводили стажировку на оборудовании, показывали, как и что делать. Конечно, необходимо преодолевать этот консерватизм, так как это большое препятствие на пути внедрения АТ. Другой барьер состоит в медленном внедрении сертификации серийных технологических процессов.

Поэтому, что касается нашего отечественного рынка, то, конечно, нужны отечественные машины, потому что с импортными начинаются проблемы, не говоря уже о том, что они дорогие. Я знаю, что в Зеленограде сделали машину («Лазеры и аппаратура»), многие говорят, что сделали машину, но я затрудняюсь сказать, что кто-то начал выпускать уже их серийно. Это сложно. Нужно, наверное, начинать с разработки технологий, потому что хорошие отечественные порошки у нас уже есть. Порошковая металлургия у нас была хорошо развита, в итоге наши производители быстро научились делать хорошие порошки, - у нас есть РУСАЛ, ПОЛЕМА. Металлопорошки есть, надо разрабатывать технологии их использования. Мы, в частности ,в СТАНКИНе этим как раз занимаемся, ВИАМ занимается, естественно, но проблем еще много.

Что касается тенденций в мировой практике АП, если говорить об обьемах – я такую цифру помню, что  в 2018 году планировалось где-то 10 млрд долларов освоить, это без России, а к 2022 году планируется 26 млрд долларов.

JSON.TV: Это оборудование?

Т. ТАРАСОВА: Вообще, объем АП, все вместе. По оборудованию в 2014 году во всем мире было 47 производителей, например, которые выпускали аддитивное оборудование, а сейчас уже где-то 100 таких промышленных предприятий. Что касается Росси, у нас очень многие накупили импортное оборудование, импортные порошки. Дальше 3D-модель сделали, на кнопки нажали… деталь изготовили. Но так как там лицензию надо покупать, сама технология не раскрывается…непонятно, что в итоге получается. А если деталь ответственная? Должен же быть известен предел прочности и так далее, какая у нее структура, - все это надо изучать. Даже на импортных порошках, не говоря уже об отечественных. И это у нас еще впереди. Но тенденция, как говорят на конференциях, что рынок перспективный и будет очень быстро развиваться, причем, с четким трендом на использование металлических и пластиковых порошков. То есть фотополимеры уже как бы отходят на второй план. И в основном, это тенденция к производству уже готовых изделий, она будет только усиливаться в ближайшем будущем.

JSON.TV: То есть это не прототипирование, не печать оснастки, а это уже…

Т. ТАРАСОВА: Предполагается, что будут развиваться 4 лидирующих технологии: селективное лазерное плавление, селективное лучевое плавление, лазерная наплавка, электронно-лучевая наплавка, пороршковая и проволочная. Вот что из этих технологий будет развиваться быстрее - пока неясно. Потому что у SLM точность высокая, но производительность низкая, у EBM производительность высокая, а точность ниже. Что касается лазерной наплавки, мы вообще привыкли, что наплавка у  нас как в ремонте, - что-то грубое. Но наплавка аддитивная – это уже компьютерная модель, сравнительно высокая точность. В выращивании изделия методом наплавки основное преимущество заключается в производительности и возможности получать изделия из различных материалов. Про SLM также говорят, что уже существуют установки для печати несколькими металлопорошками, но это, конечно, очень медленно и пока широкого распространения не получило.

JSON.TV: Вы упомянули проволоку и порошки. Все-таки они сейчас противопоставляются, что лучше, что хуже. Является ли проволока следующим этапом в развитии АТ или порошки не потеряют своей ценности?

Т. ТАРАСОВА: Я думаю, что они будут развиваться параллельно, потому что при использовании проволоки в наплавке снижается точность.

JSON.TV: Потом же можно за счет постобработки довести…

Т. ТАРАСОВА: Можно. Я не могу сейчас сказать точно, что будет опережать. Это зависит от оборудования. Потому что прорыв в АТ начался, когда изобрели волоконный лазер, когда научились делать оборудование на его основе, когда наметился большой прогресс в компьютерном моделировании. Поэтому многое зависит от производителей оборудования SLM/EBM, размеров рабочей камеры и т.д. Что касается лазерной наплавки, то здесь ограничений нет, здесь можно делать детали практически любого размера. И, какая в итоге победит технология АП сейчас сложно однозначно утверждать, задействовано много аспектов.

JSON.TV: Последний вопрос, наверное. Вы упомянули, говоря о перспективах российского рынка, о том, что АТ будут все больше использоваться уже для производства конечных изделий. Какое место в этой эволюции займет ремонт изделий с помощью АТ? Не является ли это как раз той золотой нишей, возможностью приучить заказчика к возможностям новых технологий?

Т. ТАРАСОВА: Возможно, ремонтом занималась лазерная наплавка. То есть когда начали развиваться лазерные технологии, все считали, что это что-то такое грубое, для ремонта деталей сельхозмашин, к примеру, использовалось. А теперь стоит у нас принтер Trumpf для наплавки недостающей или стертой изношенной поверхности...

JSON.TV: Это используется уже для восстановления лопаток турбин, то есть речь идет о high-tech, не просто о ремонте сельхозтехники.

Т. ТАРАСОВА: Конечно, теперь мы можем сделать компьютерную модель, и восстановить изначальную точность формы. Поэтому я думаю, что Вы правы, ремонт – это одна из форм роста рынка и более быстрого внедрения аддитивных технологий в производство (изделие уже сертифицировано). Чтобы показать, научить специалистов работе с аддитивными технологиями, наработать опыт использования. И уже потом переходить к более сложным процессам прямой печати изделий.

JSON.TV: Спасибо вам за интервью!

Источник