В 1986 г. Компания 3D Systems разработала первый 3D-принтер, который нашел свое применение в оборонной промышленности. Первые изобретения были довольно дорогостоящими, а выбор материала для создания моделей ограниченным. С развитием технологий проектирования, расчетов и моделирования и механической обработки началось развитие трехмерной печати.
Развитие аддитивной индустрии, начинавшееся с небольших 3D-принтеров шагнуло далеко вперед. И сегодня эти технологии экспериментально осваивают многие промышленные корпорации. Различные страны мира наперегонки запускают соответствующие госпрограммы и открывают исследовательские центры. В России применение 3D-печати в промышленности находится на начальном этапе развития. В данной работе мы рассмотрим вероятные перспективы развития данной отрасли промышленности.
Актуальность данной работы обусловлена тем, что в сегодня существует тенденция в использовании аддитивных технологий на производстве различных типов не только за рубежом, но и в России.
Термин, которым в мировой практике обозначается применение 3D-печати в промышленности, — «аддитивные технологии» (Additive Manufacturing), что означает изготовление изделия путем добавления. Аддитивные технологии отличаются друг от друга выбором материалов и способа их нанесения, однако во всех случаях создание модели основывается на послойном наращивании.
Расходными материалами может послужить пластик, бетон, гипс, деревянное волокно, поликарбонат, металл и даже живые клетки и шоколад.
3D-аддитивные технологии организация ASTM, занимающаяся разработкой отраслевых стандартов, разделяет на 7 категорий:
- Выдавливание материала.
- Разбрызгивание материала.
- Разбрызгивание связующего.
- Соединение листовых материалов.
- Фотополимеризация в ванне.
- Плавка материала в заранее сформированном слое.
- Подведение энергии в место построения.
Но особое место среди материалов занимает металл, ведь именно металлическая 3D-печать привлекла внимание промышленных производителей благодаря тому, что позволяет создавать сложные изделия из различных материалов без использования дополнительного обрабатывающего оборудования и с небольшим количеством отходов: это значительно экономит время и денежные средства. [2, с. 44]
По данным Wohlers Associates, 38 % мировой индустрии аддитивных технологий приходится на США, на втором месте Япония с 9,7 %, за ней следует Германия с 9,4 % и Китай с 8,7 %. США никому не хотят уступать свои лидерские позиции в 3D-печати. Для ускорения процесса развития инновационных технологий пять ведомств — Минобороны, Минэнерго, Министерство торговли, Научный национальный фонд и NASA — выступили инициаторами создания в 2012 году Национального института инновационного производства, который позже был переименован в America Makes.
Европа оказалась местом для крупнейших производителей промышленных 3D-принтеров: Voxeljet, SLM Solutions, EOS GmbH, Concept Laser, Realizes (все пять — Германия), Arcam (Швеция), Phenix Systems (Франция), Renishaw (Великобритания). Европейские страны также понимают перспективность аддитивных технологий и оказывают поддержку развитию отрасли.
Китай, используя всю мощь своей индустрии, намерен пошатнуть лидерские позиции США. Профильный промышленный союз КНР прогнозирует, что к 2017 году китайский рынок 3D-печати достигнет $1,65 млрд, что в 10 раз больше по сравнению с 2012 годом.
У России же показатели значительно меньше, пока российский рынок составляет менее 0,5 % мирового, и в течение следующих пяти лет его темпы роста не увеличатся, отмечают в Research Techart. Неудивительно, ведь развитие аддитивных технологий в России находится в зачаточном состоянии, основной причиной ситуации, по мнению экспертов, является отсутствие поддержки со стороны государства.
Чтобы развивать технологию, необходима работа сразу в нескольких направлениях: и подготовка квалифицированного персонала, и формирование новых стандартов, и принятие новых нормативных документов. Не менее важной проблемой является отсутствие в России серийного производства порошков. Тем не менее какие-то точечные действия в этом направлении предпринимаются как отдельными чиновниками, так и учеными.
На данный момент в рамках национальной технологической программы «Новые производственные технологии» Правительства Российской Федерации аддитивные технологии получили статус «наиболее важной для страны технологией для развития». [1]
Развитие данного направления также регулируется «проектом Постановления Правительства РФ «об утверждении государственной программы РФ «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» от 15 апреля 2014 года. [1]
В частности, вице-премьер РФ Дмитрий Рогозин, отвечающий в правительстве за ВПК, предлагает развивать концепцию «цифровой фабрики» с полным циклом производства, от проектирования до получения готового изделия. По его мнению, для внедрения концепции «цифровой фабрики», а в частности развития аддитивных технологий, необходимы совместные усилия со стороны Военно-промышленной комиссии, Минпромторга РФ и Фонда перспективных исследований.
Причем в России, по словам Д. Рогозина, есть компании и научные центры, за счет которых может происходить развитие аддитивных технологий. Помимо этого, в России работают небольшие компании, предлагающие оборудование зарубежных производителей. Однако, по убеждению вице-премьера, «слабостью и тех и других является отсутствие комплексного подхода и несогласованность действий по освоению и внедрению цифровых технологий».
Каков потенциал емкости рынка 3D принтеров и технологий? Если верить Wohlers Associates, то продажи 3D принтеров и услуг 3D технологий к 2017 году достигнут 6 млрд. долларов, а к 2021–11 млрд.
По данным американской консалтинговой компании Wohlers Associates, наибольший спрос на аддитивные технологии наблюдается в потребительском секторе товаров и электроники (22 % выручки индустрии 3D-печати по итогам 2012 года), автомобильной промышленности (19 %), медицине и стоматологии (16 %), на производстве (13 %), в авиакосмической отрасли (10 %).
Еще более активное развитие аддитивных технологий и применение их в промышленности пока сдерживается рядом факторов. Например, дороговизна материалов не является проблемой при использовании аддитивных технологий для производства мелких деталей. Но при выходе изделия на более крупные масштабы высокая цена — это не просто проблема, а непреодолимое препятствие.
Например, цена титанового порошка, которая обусловлена единственным пока способом его изготовления — дорогостоящим процессом Кролла, — колеблется от $200 до $400 за килограмм. Здесь ветер перемен подул с Британских островов: компания Metalysis разработала новую, менее затратную технологию производства титанового порошка и ведет переговоры по постройке фабрики для его изготовления в Йоркшире (Великобритания). Стоимость проекта оценивается в $500 млн. Технология заключается в получении порошка из рутила (оксида титана) с помощью электролиза. Новый метод позволяет получать порошок разных фракций, разной чистоты, морфологии и на основе разных легирующих элементов. Размеры гранул порошка могут варьироваться от 1–2 мм до 100 мкм. По мнению авторов технологии, себестоимость производства порошка может снизиться на 75 %. [3, c. 135]
Вторым мощным импульсом развития промышленной 3D-печати может являлось окончание в мае 2014 года срока действия патентов на технологию селективного лазерного спекания, принадлежащих Техасскому университету в Остине. Эксперты прогнозируют удешевление 3D-принтеров, печатающих по этой технологии, а вслед за этим — и расходных материалов. Также ценовая конъюнктура на этом рынке может измениться за счет конкуренции, которую в перспективе могут составить промышленные принтеры из Китая.
По прогнозам аналитической компании Canalys, объем мирового рынка 3D-печати в 2014 году может вырасти на 50 % по сравнению с 2013 годом — до $3,8 млрд, а в 2018 году достигнет $16,2 млрд. Рост объема будет обусловлен расширением использования аддитивных технологий в области архитектуры, медицины, авиационно-космической, оборонной и ядерной отрасли.
С целью воспитания молодого поколения российских инженеров 3D технологии стали внедрять в образовательный процесс. Кроме того, использование 3Dпринтера позволяет визуализировать знания учащихся по учебным предметам. С помощью 3D принтера учащимся предоставляется возможность самостоятельно разработать 3Dмодели различных математических фигур, химических элементов, молекулы ДНК, строение земной коры и пр. Современные технологии позволяют с высокой точностью, с наименьшими затратами и в кратчайшие сроки создавать 3Dмодели. Применение 3D технологий в образовательном процессе позволяет сделать его наиболее интересным и увлекательным, понятным. Учащимся предоставляется возможность посредством моделей ознакомиться со строением сложных объектов, ознакомиться с их свойствами, функциями и характеристиками.
В связи с вопросом предпосылок развития 3D-технологий в России, нами было проведено анонимное анкетирование учащихся 10 «А» класса нашей школы, в котором они отвечали на следующие вопросы:
- Знаете ли вы, что называют аддитивными технологиями?
- Как вы считаете, имеет ли перспективу развития аддитивные технологии в России?
- Как вы считаете, какие действия необходимо предпринять, чтобы повысить потенциал рынка 3D-технологий?
Ответы на первый вопрос показали, что большинство респондентов знают, что называют аддитивными технологиями, но тем не менее существенная часть учащихся является мало осведомленной в этой области.
По второму вопросу десятиклассники единогласно решили, что будущее различных видов промышленности остается за аддитивными технологиями, т. к. это перспективная область науки, которая способна принести большое количество прибыли.
По третьему вопросу ребята выдвинули предположения по увеличению осведомленности граждан и индивидуальных предпринимателей в области аддитивных технологий, развитию 3D индустрии в России, созданию отечественных предприятий, создающих как 3D-принтера, так и материалы к ним.
Такие результаты говорят о том, что большая часть респондентов достаточна осведомлена в области аддитивных технологий, а так же респонденты считают, что аддитивные технологии являются перспективной областью для развития предпринимательства.
Литература:
- Аддитивные технологии: почему важно работать сообща или один в поле не воин. РОСНАУКА [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.spbstu.ru/media/news/nauka_i_innovatsii/additive-manufacturing/ (Дата обращения 18.03.2016).
- Зленко Михаил Александрович. Аддитивные технологии в опытном литейном производстве. Часть I. Литье металлов и пластмасс с использованием синтез-моделей и синтез-форм / М. А. Зленко, П. В. Забеднов // Металлургия машиностроения: международный научно- технический журнал. — М., 2013.— № 2.— С. 44–52.
- Шишковский И. В. Основы аддитивных технологий высокого разрешения. — СПб. Изд-во Питер, 2015. — 348 с.
