«Отрасль аддитивных технологий переживает изменения, которых не было за все 20 с лишним лет наблюдений», – говорит старший консультант Wohlers Тим Кэффри. Россия пытается встроиться в процесс. «Не видеть существующую тенденцию, не оседлать ее было бы просто неумно», – заявил в феврале на конференции «Аддитивные технологии в промышленности» вице-премьер Дмитрий Рогозин. По его словам, это будет новая промышленная революция. «Цифровое производство сменит в ближайшие 20 лет некоторые виды массового производства, особенно с высокой конечной стоимостью продукта», – говорит он.
Особенности национальной печати
Как рассказал на конференции глава Всероссийского НИИ авиационных материалов (ВИАМ) Евгений Каблов, в мире есть уже много примеров, подтверждающих курс на глубокое применение аддитивных технологий. «Boeing благодаря 3D-печати изготавливает более 22 тыс. деталей 300 наименований для десяти марок коммерческих и военных самолетов», – отметил он.
На долю России пока приходится 2% 3D-принтеров, установленных в мире
Традиционное производство деталей по сути близко скульптуре: берется материал и от него отсекается все лишнее. Суть аддитивных технологий противоположна: здесь изделие «печатается» слой за слоем. За процессом следит компьютер, ориентируясь на точную 3D-модель. У метода есть несколько сильных сторон. Во-первых, сокращаются расходы мате риала (в зависимости от детали экономия может достигать 75%). Во-вторых, появляется возможность создавать более сложные изделия (например, с различными полостями). В-третьих, можно выпускать детали, не нуждающиеся в дополнительной обработке.
Лидер глобального рынка аддитивных технологий – США (доля немногим менее 40%). И это направление в стране продолжает развиваться. Так, по распоряжению президента Барака Обамы создан Национальный научный центр по аддитивным технологиям, включающий 15 государственных институтов. На Россию, по оценке Wohlers, приходится менее 2% 3D-принтеров, установленных в мире с 1988 по 2012 год. Сколковский институт науки и технологий («Сколтех») в своем докладе по развитию новых производственных технологий приводит еще такие данные: за последние 15 лет в нашей стране выдан 131 патент по различным аспектам аддитивной печати – 0,14% от мирового количества. Причем 14 из них получены отечественными заявителями, а 117 – иностранными. 
Сейчас деятельность большинства российских компаний и исследовательских центров, так или иначе связанных с аддитивными технологиями, на деле сводится к работе с зарубежными оборудованием и материалами. Однако в связи с появлением на государственном уровне акцента на замещении импорта, ситуация должна меняться. Во всяком случае, на это рассчитывают в правительстве. Минпромторг ведет работу над отдельной подпрограммой «Развитие средств производства» в рамках госпрограммы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности», предусмотрев в ней мероприятия по внедрению аддитивных технологий. «Нельзя создать в ближайшие 10- 15 лет конкурентоспособную промышленность, если не внедрять аддитивные технологии», – говорит глава ведомства Денис Мантуров.
Дорогу осилит идущий
У истоков современного аддитивного производства стоит стереолитография, внедряемая с середины прошлого века. Это процесс изготовления трехмерных изделий из фотополимерных материалов под воздействием света. В дальнейшем усовершенствования касались технических деталей: методов сканирования модели, способов формирования слоев из материалов, проецирования изображения и технологий отверждения. В нашей стране серьезные работы по данному направлению ведутся с 1970-х, когда предприятиями Минэлектронпрома начался выпуск технологических лазеров. Но долго основным достижением в сфере лазерной стереолитографии были лишь исследования ученых Института проблем лазерных и информационных технологий, выполненные в бытность СССР.
75% материалов позволяют экономить технологии 3D-печати
Ситуация стала меняться только в последние годы, когда отдельные предприятия и исследовательские центры начали работу над внедрением аддитивных систем. Сейчас появляются первые результаты. Так, в ВИАМе недавно впервые в стране изготовили по аддитивной технологии сложную деталь – «завихритель» авиационного двигателя ПД-14. Есть и другие примеры. Азамат Хаширов, студент химического факультета Кабардино-Балкарского университета, на Выставке инновационных проектов молодых ученых Северного Кавказа представил новый материал для 3D-печати на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и галлуазита, минерала подкласса слоистых силикатов.
Сегодня сразу несколько крупных научных и инженерных центров России говорят о своем интересе к теме аддитивных технологий. На базе завода «Воронежсельмаш» реализуется проект по созданию профильного центра, здесь собран наиболее полный комплект 3D-принтеров. Осенью прошлого года это направление было официально включено в список приоритетов ядерного кластера «Сколково». А Сибирское отделение РАН готовит заявку в Фонд перспективных исследований на создание своего Центра развития 3D-индустрии. Председатель отделения Александр Асеев полагает, что в России есть реальная возможность организовать в сжатые сроки производство различных 3D-принтеров и сырья для них. 
И новости, подтверждающие эту мысль, понемногу, но появляются. В марте сотрудники Центра перспективных конструкций «Сколтех» объявили о том, что им удалось создать новый композитный материал, характеризующийся высокой прочностью (более 400 МПа, в то время как у традиционных конструкционных алюминиевых сплавов – 200–300 МПа). «Самая распространенная технология 3D-печати состоит в разогреве пластика в экструдере принтера и послойном наплавлении изделия. Если в эту тонкую струйку внедрить армирующие волокна, то на выходе получится композитный материал крепче алюминия», – поясняет старший научный сотрудник центра «Сколтех» Федор Антонов. Однако возникает проблема с тем, чтобы добиться хорошего качества получаемого изделия. Собственно, достоинство разработки в формировании крепкой поверхности сопряжения между компонентами композита.
Это позволяет перейти от прототипирования к изготовлению нагруженных элементов конструкций, то есть соответствует глобальному тренду, обозначенному Wohlers. Кстати, проектирование таких конструкций – отдельная задача, за которую отвечает команда из Санкт-Петербургского политеха. «Вы сможете печатать детали для беспилотников, квадрокоптеров и роботов, лопасти, кронштейны, корпусные элементы – выбор практически неограничен. Можете напечатать, например, протезы, ортопедические стельки для ботинок, пряжки для ремней. В конце концов, можете напечатать негнущуюся крышку для вашего телефона. А в будущем эту технологию можно будет использовать в аэрокосмической отрасли», – заключает Федор Антонов. Замена материалов с пластиков для прототипирования на более прочные и дальнейшая отработка технологического процесса, как ожидается, позволят улучшить текущие показатели в два-три раза. В течение ближайших двух лет планируется спроектировать, изготовить и испытать конструкции из новых материалов в интересах индустриального партнера проекта – Объединенной ракетно-космической корпорации.
Кто на новенького?
Каждый год в Америке проходит конференция TED – одна из самых известных в мире площадок для презентации идей, меняющих мир. Когда-то здесь были представлены персональный компьютер Macintosh и первый компакт-диск Sony. В этом году одной из главных премьер конференции стала технология CLIP, позволяющая «выращивать» предметы, играя на балансе света и кислорода. Аббревиатура произошла от Continuous Liquid Interface Production, что означает непрерывное изготовление в жидком интерфейсе. Суть в том, что создается прозрачное окно, которое подобно линзе пропускает свет и кислород в емкость с жидким фоточувствительным полимером. Кислород не позволяет отдельным его участкам затвердевать, а ультрафиолет, наоборот, используется в качестве фиксатора. Автомат контролирует дозирование кислорода и света, «выращивая» изделие. Создатели из компании Carbon3D уверяют, что скорость печати у CLIP-устройства может быть в 25–100 раз выше, чем на обычном 3D-принтере (в зависимости от модели). Еще одно достоинство – более устойчивые механические свойства из-за отсутствия швов спекания. При этом CLIP допускает использование для литья весьма широкого перечня материалов. Например, применяя в качестве исходного сырья эластомеры, можно выпускать детали самых разных продуктов от спортивной обуви до автокомпонентов.
