На конгрессе молодых ученых, проходящем 8-10 декабря 2021
года на Федеральной территории «Сириус» в Сочи, о проблемах развития аддитивных
технологий (АТ) молодым коллегам рассказали ведущие специалисты в этой области,
включая двух академиков РАН.
«Аддитивные технологии относятся к наиболее экологически
чистым, природоподобными технологиям, потому что именно природа создает свои
творения не путем удаления лишнего материала, а путем выращивания. И эта
аддитивность – сложение отдельных частичек, что мы видим при спекании порошков
с помощью электронного или лазерного пучка, – позволяет обеспечить практически
безотходное производство при создании как материалов, так и изделий с
совершенно уникальными свойствами», – рассказал председатель совета Российского
фонда фундаментальных исследований (РФФИ), научный руководитель Института
проблем лазерных и информационных технологий РАН (ИПЛИТ РАН), вице-президент
НИЦ «Курчатовский институт», академик РАН Владислав Панченко.
По его словам, ему очень нравится такой пример, как клюв
кальмара. У этого клюва твердость меняется на 4-5 порядков на длине, это очень
твердое образование. Природа такой объект создавала многие годы, а современные
цифровые аддитивные технологии позволяют подобные градиентные материалы
создавать за час с характерным размером в полметра или метр.
«Весь мир, и мы в том числе, рассматривают АТ как важнейший
фактор и базу цифровой промышленной революции. И без их применения в промышленности
нам трудно будет конкурировать с другими странами», – заявил генеральный директор Всероссийского
института авиационных материалов (ВИАМ), академик РАН Евгений Каблов.
АТ повышают производительность труда в 30 раз, коэффициент
использования материала достигает почти 98%, масса конструкции снижается на
50%. Кроме того, АТ дают возможность создавать изделия, которые традиционными
методами получить просто невозможно. Ключевое преимущество АТ – отсутствие
стадии полуфабриката. АТ не нужна длительная подготовка производства, не нужна
оснастка.
В мире с 2010 года идет стремительный рост рынка аддитивных
технологий. Даже в пандемийном 2020 году прирост составил более 7 %, а за
предыдущие 10 лет мировой рынок АТ в среднем рос на 27,4% в год. Прогноз на 2030
год – объем рынка АТ порядка 60 млрд. Но в России, к сожалению, пока наблюдается
30-кратное отставание по объему рынка АТ от развитых стран Запада и Китая, хотя
за последние 8 лет российский рынок АТ вырос в 10 раз.
Впрочем, как заметил академик Панченко, не факт, что доля
России на мировом рынке АТ на самом деле такая маленькая, поскольку эти оценки приводятся
по западным данным, а на Западе знают не все, что мы делам.
«Сейчас много говорят про АТ, но есть три уровня задачи
внедрения этих технологий», – подчеркнул Евгений Каблов.
Первый уровень – изготовление моделей и изделий для
вспомогательного производства, к примеру – моделей для литья. Второй уровень – прототипы,
которые можно использовать в ходе разработки какого-то изделия для быстрого
внесения изменений в конструкцию каких-то деталей экспериментального образца.
«Но определяющим в мире сейчас является 3-й уровень – изготовление
по математической модели серийных деталей, которые отвечают требованиям
нормативной и конструкторской документации, – подчеркнул Евгений Каблов. – У
нас должна быть создана отрасль АТ. Это системная задача. Конечно, надо
заниматься и моделями, и прототипами, но ключевая тема – это создание реальных
конструкций, которые можно ставить непосредственно в изделие».
В качестве примера реализации такого подхода был приведен
наш новейший гражданский авиадвигатель ПД-14 для среднемагистрального лайнера
МС-21. Он стал первым российским серийным авиадвигателем, на котором
установлена серийная деталь, изготовляемая методами АТ, – завихритель камеры сгорания.
При этом в перспективном двигателе большой мощности ПД-35, разработка которого
ведется в настоящее время в России, будет более 50 деталей, производимых по АТ.
Но в настоящий момент, к сожалению, и по этому качественному
показателю у России наблюдается явное отставание. Так, в США соотношение
количества деталей, произведенных по 1-му и 2-му уровням реализации АТ, к числу
деталей, изготовленных по 3-му уровню, составляет примерно 60 на 40, в Западной
Европе – 80 на 20, а в России – 97 к 3.
По мнению участников обсуждения, основная проблема –
отсутствие межотраслевого центра, координирующего развитие отрасли АТ на
федеральном уровне. Это задача общенационального масштаба и без помощи
государства ее не решить. Такая организация есть в США, на базе которой
объединились 15 институтов. В Западной Европе объединены усилия 19 институтов. В
КНР этим направлением занимаются 65 научных организаций. В России такого центра
нет, и зачастую авиастроители не знают, чем занимаются, например, в «Росатоме».
Мало того, что денег на развитие АТ не хватает, так расходы еще и дублируются.
Еще одну проблему очень образно описал академик Панченко.
«Я не могу не отметить, что, к сожалению, наши программы, в
том числе и по развитию АТ, крайне медленно проходят все ступени
бюрократических лестниц до того момента, когда они будут утверждены и профинансированы,
– заявил Владислав Панченко. – Время жизни таких предложений становится все
короче и короче. И как с короткоживущими ядерными состояниями, если вовремя их
использовать, то вы получите большое количество хорошей энергии, а если мы
будем долго ждать, пока это все распадется, то у нас никакой хорошей, тем более
экологически чистой, энергии не получится. На фоне гигантских экологических
проблем, связанных в том числе и с карбоновым следом, производство с использованием
цифровых АТ нужно просто срочно развивать».
По словам академика Панченко, недаром Владимир Путин еще 5
лет назад на Генеральной ассамблее ООН сказал, что единственный выход из
складывающейся экологической ситуации в мире – это развитие технологий по
образу и подобию природы.
Подводя итоги обсуждения, академик Панченко отметил, что АТ
активно внедряются не только в авиацию, ракетостроение, оборонную
промышленность, но и в медицину.
«На самом деле рынок медицинского оборудования, рынок имплантов
в частности, в сотни раз превосходит рынок военной техники, поэтому, если
говорить о применении возможных цифровых аддитивных производств, я не удивлюсь,
если через несколько лет мы увидим, что кривая роста конструкций, созданных
методом цифровых АТ, выйдет на насыщение, и будет резко расти производство
различных имплантов и даже органов с использованием методов АТ», – заявил
академик Панченко.
По его словам, недалеко то время, когда будут создаваться
искусственные органы по томографическим данным пациента, которые можно
передавать по всему миру в центры аддитивного производства и затем использовать
для проведения операций по органо- и тканезамещению.
«Такие импланты уже выращиваются методами АТ, и в последнее
время все чаще и чаще в научной прессе появляются сообщения о том, что
выращиваются биоткани и фрагменты органов, а зачастую авторы претендуют и на
создание небольших, но достаточно важных органов. Рынок там колоссальный и он
рано или поздно себя проявит», – считает Владислав Панченко.
Конгресс
молодых ученых стал заключительным мероприятием Года науки и технологий в
России. 10 декабря в сессии «От Года науки и технологий к Международному году
фундаментальных наук» на Конгрессе молодых ученых примет участие
Президент РАН. Александр Сергеев расскажет о вкладе российских ученых в
популяризацию фундаментальных знаний.
Подготовил Леонид Ситник, редакция сайта РАН