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