Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Аэрокосмическая отрасль (АЭК) является одной из значимых и системообразующих наукоемких отраслей отечественного производства, которая обеспечивает обороноспособность и безопасность страны.
Внедрение инновационных технологий, разработка и использование новых материалов, инновационных процессов обеспечивают мультипликативный эффект для развития экономики страны в целом и для космической отрасли в частности. Предприятия отрасли постоянно стремятся внедрять инновационные технологии, совершенствовать методы, направленные на улучшения организации производства.
Одним из перспективных направлений, относящихся к четвертой промышленной революции, называют аддитивные технологии (АТ), внедрение которых имеет огромные потенциал в авиакосмической отрасли.
В условиях санкционных ограничений в России, проведение политики импортозамещения направлено на повышение инновационной активности и дальнейшего развития эффективной деятельности предприятий АЭК-отрасли. В настоящее время для России главной задачей является увеличение темпов экономического развития страны, требующая новые способы управления предприятием, дающая новые способы наращивания эффективности его работы.
Сегодня инновационные технологии, обеспечивающие Индустрию 4.0, существенно влияют на методы ведения деятельности и организации производства. Внедрение инновационных технологий позволяет создавать новые бизнес-модели, которые кардинально меняют производство наукоемкой продукции, ее потребления и обслуживания.
В соответствии с национальным стандартов ГОСТ Р 57558–2017/ISO / ASTM 52900:2015, под аддитивным технологическим процессом понимают «процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки)» [1].
В настоящее время аддитивные технологии применяются в различных сферах деятельности, таких как строительство, архитектура, космонавтика, медицина, автомобилестроение, машиностроение.
Аддитивные технологии (АТ) является мощнейшим инструментом для ускорения НИОКР и производства инновационной конкурентоспособной продукции на рынок. АТ — процесс объединения материала с целью создания объекта из данных 3D-модели, с помощью 3D-принтера. Данные технологии позволяют быстро конструировать и воспроизводить объекты с высокой трудоемкостью. АТ позволяют сократить время от разработки до выпуска готовой продукции, снизить потребление энергии, а главное — создавать такие изделия и конструкции, появление которых ранее казалось невозможным, создать качественные и надежные прототипы изделий. Благодаря послойному нанесению материала данная технология в АКО обеспечивает широкие возможности в изготовлении сложных, композитных и гибридных конструкций с уровнем точности и контроля, который далеко не всегда можно обеспечить традиционными производственными методами, а также осуществлять ремонт путем заполнения материалом поврежденных частей конструкций, производить локальное упрочнение детали. 3D-печать позволяет с меньшими материальными и временными затратами вносить изменения в конструкцию изделия посредством корректировки цифровой модели [2].
Широкое развитие и внедрение АТ связано с компьютеризацией, развитием в сфере проектирования и моделирования с использованием инновационных технологий в АКО. Быстрое развитие технологий аддитивного производства будет выражаться в снижении себестоимости продукции и сокращении длительности производственного цикла изготовления продукции.
АТ находятся в процессе исследования использования в производстве. Такие зарубежные компании, как Lockheed Martin, Boeing и Siemens, пристально изучают возможности АП. Применением АП в аэрокосмической индустрии, подтверждает выигрыш при работе над некоторыми деталями или задачами, что приводит к сокращению затрат при изготовлении продукции. Например, использование процесса LENS для восстановления турбинных лопаток приводело к экономии 6297 долл. на каждой детали, что дало годовую экономию 1 444 416 долл. [5]. Использование методов АП, изготовление компонентов из термопластика по процессу SLS (Selective Laser Sintering) (более 20000 деталей) используются в военных и гражданских самолетах американской компанией Boeing, что привело к снижению себестоимости и повышению качеству продукции.
Производство авиакосмической техники характеризуется, как правило, единичным и серийным (мелко- и среднесерийное) типами производств. Поэтому использование АТ в космической отрасли является наиболее обоснованным, так как АТ эффективны при обработке относительно малых партий изделий, когда высокая стоимость материалов компенсируется снижением постоянных затрат, связанных с традиционными технологиями,
Аддитивное производство (АП) включают в себя три базовых производства:
Основными преимуществами внедрения АТ в производство являются:
Сдерживающими факторами использования АТ являются высокие цены на материалы, оборудование, сложная и длительная процедура сертификации продукции.
Основными производителями оборудования АП сегодня являются США, страны западной Европы (Германия, Швеция). Так, США лидирует аддитивном производстве полимерных объектов. Европа лидирует в области металлических объектов. Конкуренция на мировой рынке 3D-печати растет с каждым годом, особенно с приходом на него китайских компаний, хотя старые игроки рынка пока удерживают свои позиции.
По производству и внедрению АТ Россия находится на 11 месте в мире, что составляет 2 % от мирового рынка. На российском рынке АТ отечественное оборудование занимает порядка 42 %, иностранное оборудование — около 60 %, хотя, в последние годы, наблюдается снижение импортозависимости с 96 до 60 %.
В настоящее время российский производители 3D- печати находится в процессе перехода от опытных установок к серийным поставкам.
Так, например, ученые лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС» научились печатать 3D-изделия из металлов разных групп на одном принтере. Об этом институт сообщил 1 декабря 2021 года. Технология, снижающая себестоимость 3D-изделий в среднем на 30 %, позволяет получать детали для авиакосмической промышленности [4]. Одно из интересных и перспективных применений технологии, по мнению самих разработчиков, —- печать постоянных магнитов из порошка ниодим-железо-бор. Они применяются для создания генераторов, электродвигателей в автомобильной и авиапромышленности.
Применение АТ очень перспективно, например, анализ, проведенный в рамках проекта ATIKINS, показал, что снижение массы магистрального самолета на 100 кг на протяжении всего жизненного цикла влечет за собой экономию 2,5 млн долларов на топливных расходах и сокращает выбросы углекислого газа на 1,3 млн т [3, 5].
Эксперты выделяют три важных фактора, говоря о преимуществах АТ:
Экономический. Например, при изготовлении пресс-форм под литье и штамповку. Стоимость этой операции измеряется сотнями тысяч рублей, деталь гораздо проще и дешевле сначала вырастить, испытать, при необходимости доработать и еще раз вырастить. Снижение массы изделия за счет повышения его конструктивной сложности является весьма актуальной для ракетно-космического машиностроения. Так, например, стоимость вывода 1 кг массы на орбиту Земли составляет от 12 до 25 тыс. долл. Поэтому это очень актуально [5].
Создание сложно-профильных деталей (кастомизация под конкретное изделие, деталь или товар). В космической отрасли нужно учитывать индивидуальные особенности и конструкции изделия для достижения требуемого высокого уровня надежности, долговечности, точности и для создания продукции с высокими эксплуатационными качествами, что в конечном счете влияет на их потребительскую ценность.
Использование материалов, которые недоступны для традиционных формообразующих технологий, таких как литье и механическая обработка. Возможность использования материалов с уникальными свойствами — один из критериев выбора АТ для изготовления деталей. Например, АТ позволяют использовать уникальные алюминиевые сплавы с особыми свойствами, которые не могут быть получены и обработаны традиционными методами.
В условиях санкционных ограничений поставок запасных частей для производственных линий и различных деталей для промышленности применение АП становится все более востребованным и целесообразным, некоторые запчасти отечественного производства могут потенциально превзойти по качественным и технологическим характеристикам западные детали-аналоги
В связи с введением санкций можно отметить проблемы, которые испытывает космическая отрасль:
Заключение. Применение АТ при изготовлении сложных авиакосмических изделий на сегодняшний день представляется перспективным направлением. Специфика производства продукции авиакосмической отрасли требует использование АТ, обеспечивающее ее высокую надежность и конкурентоспособность.
Для достижения поставленных целей необходимо:
