Глеб Туричин: «Лазерные технологии — один из драйверов Индустрии 4.0»

Сегодня Институт лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ), действующий в составе Санкт-Петербургского государственного морского университета, — среди компаний-лидеров, активно внедряющих в российскую промышленность наукоемкие разработки. В частности, благодаря одной из своих компетенций — технологии прямого лазерного выращивания ─ Институт участвует в создании новейших агрегатов для авиа‑ и судостроения, а также изготавливает инновационные материалы. О возможностях и преимуществах лазерных аддитивных технологий, их роли в переходе России к Индустрии 4.0 рассказал ректор СПбГМТУ, основатель Института и эксперт в области фотоники Глеб Туричин.

Глеб Туричин: Технологию прямого лазерного выращивания принято относить к одному из видов 3D-печати. В качестве расходного материала здесь выступает металлический порошок. И это лишь одна из множества аддитивных технологий, которых сейчас в мире насчитывается больше двадцати. При этом некоторые были изобретены в нашей стране еще в прошлом веке. Например, в 80-х годах в подмосковной Шатуре советские физики, используя аргоновый лазер, занялись выращиванием полимерных конструкций. В результате к концу 80-х был налажен выпуск технологических установок. С помощью этого оборудования было организовано производство моделей черепов для нужд отечественной нейрохирургии. Поскольку каждую модель изготавливали, учитывая данные рентгеновского снимка конкретного пациента, перед операцией хирург получал возможность потренироваться на точной полимерной копии.

Екатерина Анисимова: Если мы говорим о советском времени, звучит как фантастика…

Глеб Туричин: Да, но правда и в том, что в те времена подобная практика широко не применялась. А сейчас усовершенствованная технология SLA (лазерная стереолитография) используется во всем мире и, конечно, не только в нейрохирургии.

Быстро, точно и безотходно

Екатерина Анисимова: В чем преимущество аддитивных технологий, включая выращивание, перед традиционными ─ теми же литьем, штамповкой или механообработкой?

Глеб Туричин: Аддитивные технологии управляются с помощью компьютера, а значит, позволяют воплотить в материале компьютерную модель любой сложности и с высокой точностью. Второе преимущество — сложное изделие изготавливается целиком. Процесс не разделяется на этапы: токарную обработку, фрезеровку деталей, сварочные работы, как того требует традиционное производство. Таким образом, мы здорово экономим усилия и время. Причем аддитивные технологии сокращают период производства не на несколько процентов, а в разы и даже в десятки раз! Фактор, который может оправдать высокую цену применения лазерных установок. А это пока и впрямь дорогое удовольствие из-за малого числа таких машин. Дешеветь они будут медленно: вероятно, человечеству на это потребуется два десятка лет. И все же постепенно растущий спрос, совершенствование технологий изготовления оборудования и расходных материалов сделают свое дело.

Екатерина Анисимова:В условиях обычного производства, чтобы наладить выпуск принципиально новой модели, требуется модернизация оборудования, а в случае аддитивных технологий такая необходимость возникает?

Глеб Туричин: Как правило, нет. Все аддитивные технологии, какими бы разнообразными они ни были, строятся на одном философском принципе. Слово «аддитивный» буквально переводится как «добавляющий». То есть мы имеем дело с технологией «добавки» — наращиванием маленького элементарного кусочка к основе, в результате чего получаем изделие любой формы. В основе же всех остальных технологий работает противоположный принцип — «убавка»: берем некий материал, отсекаем лишнее, дорабатываем оставшееся и получаем результат. Иными словами, в случае использования аддитивных технологий нам не нужен большой лист или кусок материала, из которого нужно что-то выкраивать, выпиливать, вытачивать, чтобы получить изделие, а заодно и кучу отходов. Нет, здесь нам достаточно взять какую-то маленькую затравку, к которой мы будем добавлять свой материал по кусочкам. При этом на выходе отходы не превысят единицы процентов от исходного материала.

Екатерина Анисимова: Что, по-вашему, может все-таки ограничить применение «добавляющих» технологий ─ размер изделия, степень его сложности, свойства? Почему аддитивка не вытесняет традиционные технологии полностью?

Глеб Туричин: Во-первых, чтобы привычное уступило место новому, оно должно сломаться, устареть. На это нужно время. Во-вторых, любая технология — продукт нишевый. Нет никакого экономического смысла внедрять аддитивку в производство труб для нефте — или газопроводов. Сделать-то, конечно, можно. Но трубы, представляющие собой элементарную форму, выйдут слишком дорогими. А вот если говорить о сложности и нестандартных формах изделий, тут у аддитивных технологий нет ограничений.

Драйвер индустрии 4.0

Екатерина Анисимова: Каков сейчас спрос в России на технологические установки ИЛИСТ и сколько их, по Вашей оценке, в принципе необходимо для нужд отечественной промышленности?

Глеб Туричин: Сегодня оценочная потребность в наших машинах составляет сотню в год. А вообще такого оборудования нужно столько же, сколько сегодня задействовано металлообрабатывающих станков на российских производствах.

Екатерина Анисимова: Тем не менее способствует ли внедрение станков ИЛИСТ смене технологического уклада в нашей стране?

Глеб Туричин: Конечно! Применение прямого лазерного выращивания непосредственно участвует в решении основной задачи Индустрии 4.0 — максимальной цифровизации производственных процессов. И на этом пути мы, российские лазерщики, не одиноки. Среди других стран-лидеров — Германия, Франция, Великобритания, Италия. В Китае тоже включились в это дело. И специалисты каждой страны преуспели в чем-то своем. Например, именно освоенные немцами технологии SLM и SLS (во втором случае расходником является не металлический, а полимерный порошок) обусловили появление термина «3D-печать», поскольку с их помощью изготовление изделий производится послойно.

Кстати, одним из требований Индустрии 4.0 является кастомизация изделий. Традиционные технологии, скажем, литье, такую задачу не будут решать из-за ее экономической нецелесообразности, а вот аддитивка очень даже будет. Какую из этого множества технологий выбрать? Получить изделие размером в 200 микрон поможет SLM — технология сплавления из металлического порошка, где размер одной частицы порошка составляет порядка 20 микрон. Это микроуровень. А если понадобится изделие двухметрового диаметра — добро пожаловать в ИЛИСТ. Впрочем, и с форматом в несколько сантиметров наша технология тоже отлично справляется…

Под крылом самолета

Екатерина Анисимова: В каких отраслях российской промышленности сегодня применяются лазерные чудо-технологии?

Глеб Туричин: В авиационных двигателях. Скажу даже больше: во всем мире для аддитивных технологий они — изделие номер один. Дело в том, что новые материалы способны повысить рабочие температуры, а, следовательно, и КПД моторов, не давая «уронить» их долговечность. Также технологические установки ИЛИСТ участвуют в производстве винтов и водометов судов и кораблей, корпусов подводной робототехники — это та ситуация, когда один робот создает другого робота. А в скором времени наши станки будут задействованы и в космическом ракетостроении. Ну, и, разумеется, давно и широко используются в оборонной промышленности.

Екатерина Анисимова: А каков конкретный вклад аддитивных технологий в возрождение производства отечественных пассажирских самолетов?

Глеб Туричин: Совместно с КБ пермского «ОДК-Авиадвигатель» ИЛИСТ работает над двигателем ПД-35, которым будут оборудованы дальнемагистральные лайнеры, и ПД-14, которым уже оснащен среднемагистральный самолет МС-21. ПД-8, разработанный российскими специалистами для Sukhoi Superjet 100, тоже на подходе — через 4 года он будет стоять под крылом машины.

Здесь следует отметить, что аддитивные технологии ускоряют не только процесс производства, но и этап проектирования мотора. А ведь он — главный компонент любой «железной птицы». Так вот благодаря возможностям прямого лазерного выращивания на воплощение замысла авиаконструктора «в железе» требуется дня три. Для сравнения: раньше период ожидания разработчиком готового прототипа составлял не менее трех месяцев.

Екатерина Анисимова: Способны ли технологии прямого лазерного выращивания создавать не изделия, а уникальные материалы?

Глеб Туричин: ИЛИСТ разработал композит — металлокерамику. Это легкий и прочный материал со свойствами нержавеющей стали и высокой жаропрочностью. Но пока технология находится в процессе освоения, потому что она опередила запросы конструкторов. И такая ситуация сложилась не только в России, но и в других странах. Люди еще не поняли, где такой инновационный продукт можно применять. Они пока не знают, какие толщины допустимы при выращивании, какие углы возможны, можно ли сделать толщину стенок изделия неравномерной. Сейчас мы как раз приступили к обучению конструктивно-технологическому проектированию. За новыми знаниями к нам приезжают действующие конструкторы. А в этом году министерство выделяет нам первые 8 бюджетных мест для подготовки магистров с соответствующими компетенциями. Словом, процесс пошел.