Адитивные технологии и получение металлопорошковых материалов

Рынок аддитивных технологий стремительно изменяется. Происходит слияние и поглощение компаний-производителей машин, возникают новые центры оказания услуг в области AM-технологий, эти центры объединяются в европейскую, а теперь уже и в глобальную сеть оказания услуг: достаточно отослать по Интернету заявку, составленную по определенной форме (CAD-модель, количество изделий, материал, предпочтительная технология, шероховатость и т. д.), и в течение нескольких дней европейский или американский потребитель получит курьерской почтой свой заказ. Где, в какой компании или сервис-бюро фактически сделан заказ – не известно. Где была возможность – в Гамбурге, Лионе или Лондоне, где дешевле и удобнее было сделать, там и сделали. Заказчика, по большому счету, обычно мало волнует процесс, ему важен результат. С другой стороны происходит специализация: компании сворачивают бизнес в мало доходной для них области, но развивают направления, где компетенции компании наиболее конкурентоспособны. То же происходит и в сфере разработки, создания, производства и поставок модельных материалов. Ряд ведущих компаний-производителей порошков широкого спектра, например, Sandwik Osprey, уже выделяют отдельную технологическую «нитку» для производства порошков специально для нужд аддитивных технологий. Возникают фирмы-сателлиты, адаптирующие «серийные», массовые порошки под нужды аддитивных технологий. Ниже в таблице 3 приведены данные по материалам, которые предлагает одна из новых компаний на рынке аддитивных технологий – компания LPW Technology (Великобритания). Химсостав материалов приведен так, как он указан в фирменной спецификации, российский аналог можно найти в соответствующих марочниках сплавов.

Обратим внимание на компанию Raymor Industries Inc. (Канада), которая одна из немногих использует технологию плазменной атомизации сплавов Ti, CoCr, а также Mo и Nb, предлагая при этом порошки очень высокого качества в широком диапазоне фракционного состава. Порошки имеют следующую градацию по фракциям: 0-25, 0-45, 45-106, 45-150, 0-250 мкм. Из числа относительно крупных европейских производителей металлопорошковых композиций, в частности и для AM-машин, можно привести:

TLS Technik GmbH & Co. Spezialpulver KG (Германия): - титан и титановые сплавы (включая Titanium Grade 1 ASTM, Titanium Grade 2 ASTM, Titanium Grade 5 ASTM (Ti 6Al 4V); - цирконий; - алюминий и алюминиевые сплавы; - магний; - никель и никелевые сплавы; - стали; - ванадий; - редкоземельные металлы; - медь; - золото; - платина. Wiretec Handels und Beratungsgesellschaft mbH (Германия) – производство мелкодисперсных кобальтовых порошков d50=2-10 мкм. Для отечественных потребителей расходные материалы – это серьезная проблема. В связи с неразвитостью российского рынка металлопорошковые композиции для аддитивных машин в основном приходится закупать за рубежом. Для сведения. Оптовая цена порошковых материалов на внешнем рынке примерно такова: чистый титан - €230/кг, Ti6Al- €200/кг, сплав CoCr - €150/кг, сплавы Al - €70-90/кг, Inconel 625 - €75/кг. Российским потребителям они обходятся как минимум вдвое, как правило - втрое дороже. Ниже в таблице 4 указаны цены, извлеченные из коммерческих предложений западных фирм для российских покупателей (цены приведены за 1 кг на условиях EXW, т. е. без НДС, таможенных, транспортных и других затрат). При этом существует минимальный предел заказа – от 10 до 50 кг.

Просто информация, без всяких размышлений.

Ведущая роль в мире. В 2011 году около 40% произведенных в мире AM-машин установлено в США, 15% - в Германии. 63% всех аддитивных машин произведено в США. [25]. Авиационная и автомобильная отрасли США и Европы – главные заказчик и потребители AM-технологий. На рис. 58 показано распределение инсталляций AM-машин по странам мира (накопительно, за все время ведения статистики с 1988 г). Российский сектор еле заметен со своим 1,3%.

Распределение инсталляций АМ-машин по странам мира.

Государство и AMбизнес. В 2010 году создан консорциум AMC (Additive Manufacturing Consortium), который в настоящее время включает 33 члена, среди которых Boeing, General Electric, Lockheed Martin, Honeywell, RollsRoyce и ряд правительственных организаций. В 2012 году в США по инициативе Президента Обамы создан научно-инновационный институт NAMII по аддитивным технологиям (National Additive Manufacturing Innovation Institute). В Европе из тринадцати компаний-производителей аддитивных машин восемь выпускают машины для синтеза деталей из металла. Практически все они работают по проектам с ведущими университетами при значительной государственной поддержке. В 2012 г Великобритания выделила £7 млн. на гранды для проведения НИОКР в области аддитивных технологий [16]. На базе университета г. Падерборн (Германия) компаниями Boeing, EOS GmbH, Evonik Industries, SLM Solutions, Siemens, Stratasys, Stkerjrgen Aerospace Composites, Blue Production, Eisenhuth создан Исследовательский центр DMRC (Direct Manufacturing Research Center). В 2012 году реализовано 9 проектов при поддержке правительства земли Северный Рейн-Вестфалия (бюджет €11 млн. с софинансированием 50:50). По заявлению Christine Furstoss (руководитель группы производства и технологии материалов компании General Electric) через 10 лет примерно половина деталей энергетических турбин и авиационных двигателей будет изготавливаться с помощью AM-технологий. В последние годы компания Boeing значительно увеличила номенклатуру деталей, изготавливаемых по AM-технологиям. Сейчас таким образом изготавливается более 22 тысяч деталей 300 наименований для 10 типов военных и коммерческих самолетов, включая Dreamliner. По сообщениям представителей компании Boeing планирует производить новый беспилотный самолет практически полностью по AM-технологиям. В августе 2012 г совершил первый полет беспилотный самолет, построенный в Саутгемптонском университете (Англия) полностью по аддитивным технологиям [27]. Число инсталляций AM-машин в Южной Африке к 2012 году составило 450 единиц, причем в 2011 году за счет государственных субсидий было закуплено оборудования на $5,5 млн., а общая сумма инвестиций составила $9,5 млн. [25].

Наука, образование. В 2011 году мировой лидер в области аддитивных технологий компания 3D Systems открыла свой собственный университет для подготовки специалистов и развития лазерных технологий послойного синтеза. Международные конференции и выставки: Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference, Euromold, Rapid.Tech (Германия); The TCT Show + Personalize, TCT Live 2012 (Великобритания); Additive Manufacturing Users Group, RAPID Conference & Exposition, Laser Additive Manufacturing Workshop (США); RM Forum 'Metal Sintering' (Италия), European Forum on Rapid Prototyping (Франция); International Conference on Additive Manufacturing и т. д.

Специализированные журналы: Rapid Prototyping Journal, TCT Magazine, Wohlers Report, RTejournal (Rapid Technology Electronic Journal), International Journal of CAD/CAM. Высокопрофессиональные Интернет-ресурсы и независимые профессиональные объединения, такие как: www.wohlersassociates.com, www.additive3d.com.; Additive Manufacturing Users Group (США). Лавинообразный поток публикаций, патентов. Количество выданных патентов США: 2009 г -265, 2010 г – 419, 2011 – 474; количество заявок на патент США: 2009 г – 678, 2010 г – 797, 2011 г – 827 [25]. В Китае 45 университетов и 20 исследовательских организаций работают в области лазерной техники, в частности, и для нужд аддитивных технологий. В области разработок по лазерному напылению индекс научного цитирования (SCI) публикации китайских специалистов в международных журналах составляют 43% [28]. В 22-х странах созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA - Global Alliance of Rapid Prototyping Associations. В России ничего подобного мы не увидим. Безусловно, нужно отметить фундаментальные работы ИПЛИТ (Институт проблем лазерных и информационных технологий, Шатура), ряд научных работ в Самарском филиале физического института им. Лебедева РАН, в Санк-Петербургском и Томском политехнических университетах, Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики, Московском инженерно-физическом институте, Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН [29], Новоуральском государственном технологическом институте [30], «ВИЛС» и «Сферамет» [32]. Однако эти работы не носят системного характера, ограничиваются лабораторными исследованиями и не имеют конечной целью создание отечественных AM-машин для российской промышленности. И нужно признать, отечественное научное сообщество, специалисты-технологи не смогли донести до государственной власти важность AM-технологий, раскрыть степень опасности катастрофического отставания России в этой стратегически важной отрасли. Успехи конкурентов России в космической отрасли, в авиа- и автостроении не в последнюю очередь объясняются глубоким внедрением AM-технологий во все значимые для этих отраслей технологические цепочки. Проблема разработки специальной государственной Программы не только по исследованию, но и созданию отечественной индустрии производства аддитивных машин, строительных (модельных) материалов, подготовки квалифицированных кадров давно перезрела.

Существует также острая необходимость пересмотра Государственных стандартов и отраслевых нормативных документов в части требований к технической документации, методологии контроля и т. д. Все чаще в практической деятельности отечественные специалисты, работающие в сфере AM-технологий, сталкиваются с проблемой «несоответствия» их методов работы формальным требованиям ГОСТов или ОСТов, в которых нет даже упоминания о цифровых методах изготовления, контроля, испытаний и т. д. На стадии НИОКР эта проблема как-то решается. Но вот на стадии подготовки к серийному производству она встает остро: «Не положено, ГОСТом не предусмотрено. Мы не имеем права применять эти методы, они не регламентированы». Уже сейчас ряд авторитетных зарубежных организаций с тревогой поднимают вопрос о проблеме пиратства и незаконного производства определенных видов продукции, включая оружие, и выступают за немедленное вмешательство государства в правовое обеспечение деятельности на промышленном рынке в новых условиях [31]. AM-технологии с полным основанием относят к технологиям XXI-го века. Кроме очевидных преимуществ в скорости и, зачастую, в стоимости изготовления изделий, эти технологии имеют важное достоинство с точки зрения охраны окружающей среды и, в частности, эмиссии парниковых газов и «теплового» загрязнения. Аддитивные технологии имеют огромный потенциал в деле снижения энергетических затрат на создание самых разнообразных видов продукции. И наконец, степень использования AM-технологий в материальном производстве является верным индикатором реальной индустриальной мощи государства, индикатором его инновационного развития.

Источник:

Статья

Аддитивные технологии и изделия из металла

Довбыш В. М., Забеднов П. В., Зленко М. А.