40 кВт в 300 микрон: возможности электронно-лучевой наплавки
Если сравнивать электронно-лучевую наплавку проволокой (ЭЛНП) с лазерными или плазменными технологиями, ключевое преимущество — в максимальной локализации энергии на небольшом пятне. Наш 40-киловаттный луч фокусируется на пятне всего 300 микрон — это дает нам возможность работать даже с самыми тугоплавкими материалами.
Вакуумная среда — еще один козырь технологии. Именно поэтому мы можем, например, спокойно работать с титановыми сплавами, которые критически чувствительны к окислению. По сути, ЭЛНП открывает двери в мир материалов, недоступных другим методам наплавки.
ГОСТы отстают от возможностей 3D-печати
В атомной отрасли мы уже активно применяем этот метод для печати заготовок. Да, они требуют последующей термообработки и механической доработки, но для сравнения: металлургические заводы поставляют полуфабрикаты минимум через год, а мы сокращаем этот срок в разы, особенно на этапах опытно-конструкторских работ.
Сейчас проходят испытания ключевые элементы — например, детали МГД-насосов, изготовленные электронно-лучевым методом. Параллельно идут работы с титановыми сплавами — это перспективное направление.
В своем докладе на конференции «Фронтиры прогресса» я специально акцентировал важный момент: существующие ГОСТы не всегда покрывают все требования, которые конструктор закладывает в изделие. В то время как через регулирование технологических параметров наплавки мы можем достигать нужных характеристик — в данном случае, это характеристики усталости, которые конструктор закладывает при расчете.
Новые материалы
Цель на текущем этапе: замкнуть в Росатоме производственные цепочки по всем технологическим переделам, в том числе изготовление материалов для аддитивной печати. Для этого у нас есть два центра.
Один центр — в городе Новоуральске, который ориентирован на изготовление металлических порошков для технологии прямого лазерного выращивания, а также для технологии синтеза на подложке. В основном это аустенитные стали (поскольку в атомной промышленности все металлоемкие конструкции большие, преимущественно применяются аустенитные стали).
Второй завод — это город Глазов и Чепецкий механический завод, который ориентирован на изготовление порошков титановых и никелевых сплавов, а также производства титановой проволоки для технологий WAAM и EBAM (ЭЛНП).
Прямое лазерное выращивание в атомной отрасли
Если говорить о том, какой самый крупный объект нам удалось напечатать, то сейчас мы глубоко прорабатываем проект печати выгородки атомного реактора — это конструкция диаметром и высотой около 4 метров.
Мы напечатали на установке ПЛВ (прямое лазерное выращивание, технология DMD) фрагмент усовершенствованной конструкции выгородки, которую невозможно изготовить традиционным способом. Теперь необходимо провести радиационные испытания. При их успешном завершении будет разработана соответствующая нормативная документация, которая позволит внедрить технологию ПЛВ в производственный цикл ключевых узлов атомного реактора.
Здесь хорошо видна экономическая эффективность нашей технологии. В традиционном производстве изготовление такой выгородки занимает около 13 месяцев (при идеальном раскладе, без брака) с привлечением 120 специалистов. Причем технологический процесс настолько сложен, что риск брака достаточно высок.
Соответственно, прямое лазерное выращивание позволяет сократить срок производства до 7 месяцев и осуществить это силами до 10 человек (включая мастера цеха, контролеров и др.)
Это наглядный пример того, как аддитивные технологии повышают производительность в тяжелом машиностроении.
В каких случаях 3D-печать уже сегодня выгоднее литья
Что касается сроков, когда 3D-печать станет экономически выгоднее литья и механической обработки для массового производства — здесь все зависит от типа деталей.
Для простых полуфабрикатов вроде труб или прутков — это вряд ли когда-нибудь произойдет. Но если говорить о сложнопрофильных конструкциях, где нужно учитывать весь производственный цикл — изготовление отдельных элементов, их сборку — то в некоторых случаях это уже сейчас экономически оправдано.
В чем преимущества аддитивных технологий?
Во-первых, они значительно сокращают сроки подготовки производства.
Во-вторых, «развязывают руки» конструкторам, ограниченным традиционными методами изготовления.
Парадоксы европейского бизнеса
Сегодня основные направления нашего международного сотрудничества в сфере аддитивных технологий сосредоточены в странах Ближнего Востока и Индии. Однако после ожидаемой геополитической разрядки мы прогнозируем значительное расширение географии партнерства.
Примечательно, что текущая ситуация создает неожиданные преимущества для российской промышленности. Возьмем пример немецких производителей — их уход с российского рынка сопровождался также сокращением их присутствия в других регионах.
Здесь проявляется интересный парадокс: многие европейские компании готовы существенно переплачивать за оборудование, руководствуясь скорее модными трендами, чем реальными техническими преимуществами. Это открывает новые возможности для российских технологий, которые предлагают сопоставимое качество по более конкурентным ценам.
Разные виды производства не конкурируют, а дополняют друг друга
Работа инженеров-конструкторов с развитием 3Д-печати не претерпит каких-либо существенных изменений.
Ведь что такое аддитивные технологии? Для меня это рядовой технологический передел. Такой же, как горячая штамповка, холодная штамповка, сварка. Конструктор должен иметь возможность применять эту технологию там, где ее целесообразно применять. Потому что у каждого конструктора в должностной инструкции сказано, что он должен делать конструкцию технологичной, в том числе с точки зрения экономики.
Поэтому не стоит думать, что аддитивные технологии вытеснят другие виды производства. Этого не произойдет. Но там, где это целесообразно экономически либо с точки зрения сроков — нужно брать и применять.
Аддитивные технологии: стратегический выбор российской промышленности
Я искренне верю, что сегодня, в условиях острейшего кадрового кризиса, который мы наблюдаем после 2022 года, аддитивные технологии становятся для России не просто инструментом — они превращаются в стратегическое решение.
Почему это так?
Аддитивные технологии позволяют в 3−5 раз сократить потребность в персонале при одновременном росте производительности. Речь идет не только о технологической модернизации — это вопрос сохранения промышленного суверенитета страны.
В настоящее время перед нами стоит выбор: либо мы массово внедряем такие прорывные технологии, либо рискуем потерять целые отрасли промышленности из-за элементарной нехватки квалифицированных кадров.