Шансы проиграть в глобальной конкурентной борьбе растут, и это заставляет российских двигателестроителей все активнее внедрять в производство аддитивные технологии
После семи лет ожесточенных споров в научно-технических кругах правительства и в «Ростехе» Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК, входит в ГК «Ростех») наконец приняла инвестиционное стратегическое решение осваивать аддитивные технологии (АТ). Сначала применять их планируется при производстве нового поколения газотурбинных двигателей, которые будут сертифицированы и выйдут в серию в 2025-2030 годах. А в недрах самого «Ростеха» уже сегодня запускается всероссийский агрегатор АТ — Центр аддитивных технологий. Некоторые эксперты отмечают, что поезд уже ушел и догнать глобальных конкурентов невозможно. Однако пример ОДК показывает, что темп развития здесь взят, пожалуй, стахановский. И если опережающая динамика сохранится, шанс встать в ряд технологических лидеров-аддитивщиков у наших двигателестроителей все же есть. А сама ОДК может стать серьезным драйвером развития и крупнейшим российским центромR&D по аддитивным технологиям.
Запрыгнуть в уходящий поезд
Разговоры о необходимости создания отечественной школы аддитивных технологий и их внедрения в ключевые отрасли промышленности идут с начала XXI века. Особую, критическую важность здесь имеет двигателестроение — сегмент машиностроения, требующий особой точности. Об этом неоднократно говорили наши ученые. В частности, в петербургском Политехе на кафедре лазерных технологий эту тему поднимали профессора Глеб Туричин, Алексей Боровков и другие. В течение тринадцати лет их никто и слышать не хотел, в том числе в только что созданных «технических» госкорпорациях. В это время в мире появились десятки серьезных игроков рынка АТ, а сегодня оборудование пошло в серию, его даже начали модернизировать до последующих поколений.
Но, как говорится, лучше поздно, чем никогда. Объединенная двигателестроительная корпорация всерьез взялась за освоение аддитивных технологий, причем цели она ставит весьма амбициозные — не только стать крупнейшим в отечественном машиностроении оператором АД, но и обогнать своих глобальных конкурентов, которые занимаются «аддитивкой» уже многие годы. Сейчас холдинг инвестирует в создание на своих предприятиях R&D-инфраструктуры, которая позволит работать над внедрением АТ на системном уровне.
«Аддитивные технологии позволяют создавать высокоэффективную продукцию, — говорит заместитель генерального директора — генеральный конструктор АО ОДК Юрий Шмотин. — Стоимость изготовления серийных деталей с их применением может быть в два раза меньше, а скорость изготовления — в три раза выше, чем при традиционном способе. Аддитивные технологии позволяют использовать принципиально новые методы проектирования, а следовательно, в сложных механических системах, таких как газотурбинные двигатели, редукторы, вертолеты, можно применять меньшее количество деталей. Поэтому новые газотурбинные двигатели, которые мы разрабатываем сегодня и планируем сертифицировать в 2025- 2030 годах, безусловно, должны быть выполнены методом аддитивных технологий. Мы ожидаем, что детали, изготовленные методом АТ, будут составлять до 20 процентов в массе двигателя».
В апреле на базе рыбинского НПО «Сатурн» (входит в ОДК) состоялось совещание по вопросу создания единого Центра аддитивных технологий (ЦАТ) госкорпорации «Ростех». Представители ряда ведущих холдингов и компаний российской авиационной отрасли поддержали идею совместного развития АТ, договорились о формате и принципах организации работы. Как рассказал директор ОДК по производству Валерий Теплов, компания прошла этап принятия решения как на экспертном уровне, так и на уровне топ-менеджмента, и сейчас уже формируется рабочая группа для реализации проекта создания ЦАТ «Ростеха».
В «Сатурне», кстати, уже создали свой локальный ЦАТ и с каждым годом все больше применяют аддитивные технологии, причем как с целью прототипирования, так и непосредственно в производстве. В сатурновском Центре аддитивных технологий осваивают все направления «аддитивки». Центр специализируется на изготовлении деталей, моделей и узлов газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения методами послойного синтеза. Есть здесь и сопутствующие технологии: термообработка, лазерная сварка и перфорация, мощнейшая металлургическая лаборатория, компьютерная томография, электронная микроскопия, лаборатория бесконтактной оптической оцифровки и реверс инжиниринга. Ключевые научно-технические и технологические задачи, решаемые ЦАТ: повышение стабильности характеристик элементов ГТД; возможность получения конструкций с уникальной топологией; сокращение цикла и стоимости изготовления деталей ГТД; использование в конструкции материалов, формообразование которых традиционными технологиями либо невозможно, либо неоправданно дорого.
Но особенно важен тот факт, что здесь, в Рыбинске, разработана и апробирована вся технологическая цепочка изготовления деталей селективным сплавлением — начиная с разработки 3D-модели и заканчивая функциональной деталью. Внедряются на НПО и совсем диковинные вещи, уникальные не только для нашей страны, а именно инновационные принципы проектирования, включая интеллектуальную оптимизацию топологии деталей, обеспечивающую требуемую прочность с учетом направления воздействующих нагрузок и существенное снижение массы — так называемый бионический дизайн. Центр активно участвует в работах по получению отечественных металлопорошковых композиций — в первую очередь проводимых Всероссийским институтом авиационных материалов (ВИАМ). В 2015-2016 годах более 300 различных опытных деталей, изготовленных селективным сплавлением из кобальтового, титанового сплавов, нержавеющей стали, успешно прошли стендовые испытания в составе двигателей. Двумя годами ранее, в 2015-м, компании подписали концепцию взаимодействия в области разработки, исследований, производства и внедрения материалов нового поколения на различных этапах жизненного цикла авиационных двигателей. В рамках соглашения специалисты ВИАМа разрабатывают новые материалы и покрытия под заданные свойства деталей, а также определяют методологию проведения исследований внедряемых материалов. Специалисты и ученые из ВИАМа и ОДК также взаимодействуют при внедрении нового оборудования на стадии серийного производства и разработке технологий ремонта.
Аддитивные технологии — неотъемлемая часть цифровой экономики, доля которой в ВВП, по словам главы «Ростеха» Сергея Чемезова, в нашей стране невелика — 2,8%. При этом среднемировой показатель — 5.5%, в Китае — чуть более 6%. Самый высокий уровень в Великобритании — 12%.
«Предприятия корпорации — «Росэлектроника», КРЭТ, Национальный центр информатизации, ОДК, компания «РусАйтиЭкспорт» — являются производителями технологий и интеграторами комплексных проектов для развития цифровой экономики в стране. Это один из основных фокусов развития Корпорации и возможность для роста сегмента гражданской продукции», — заявил Чемезов.
Конкуренты не дремлют
Основные игроки мирового рынка двигателестроения в своих программах внедрения аддитивных технологий дошли до стадии серийного производства и замены целых конвейеров. В 22 странах уже созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA, в котором есть специальный дивизион по двигателям. В 12 странах открылись 67 специализированных предприятий не просто с внедренными АТ, а изначально спроектированных под «аддитивку». Один из самых продвинутых и крупных — завод General Electric по производству форсунок камер сгорания для двигателей LEAP-1В. Вес форсунки на 25% меньше, а долговечность в пять раз больше. К 2020 году GE планирует изготавливать методами АТ до 100 тыс. деталей, при этом рассчитывает, что вес уменьшится до 1000 фунтов на каждый авиационный двигатель. Для 3D-печати корпорация использует 540 (! ) машин.
Еще один американский гигант двигателестроения, Rolls-Royce, уже проводит летные испытания двигателя Trent XWB с изготовленным с помощью аддитивных технологий крупногабаритным титановым корпусом передней опоры. Выстроен целый завод, на котором налажен промышленный процесс выращивания лопаток из интерметаллида титана для турбин низкого давления. Фактически уже есть если не серийное производство, то полный производственный цикл для него, начиная с получения порошка и заканчивая лабораторными исследованиями продукции. Причем размер выращиваемых лопаток с бандажными полками — до 325 мм высотой. Получается колоссальный выигрыш и в массе, и в скорости изготовления, и в расходе материала. Лопатки ставят потом на двигатели концерна CFM International. При этом сегодня эти ребята достигли возможности выращивания образцов в различных пространственных осях — вертикально, горизонтально, под углом 45°. Таким образом, они добились такого технологического процесса, когда разницы в свойствах в различных направлениях не существует. Как сказал глава инжинирингового дивизиона компании Дитрих Оун, на разработки АТ они потратили более семи лет и более шести миллиардов долларов.
MTU Aero Engines внедряет в серийное производство изготовление методами АТ бароскопов для двигателя, устанавливаемого на A320neo. По утвержденной инвестиционной программе корпорации, к 2023 году доля деталей в конечной продукции, изготовленных по аддитивной технологии, составит 50%. Список можно продолжать долго — производителей «движков», которые не используют АТ в производстве, сегодня уже нет. Наши двигателестроители словно очнулись от летаргического сна. Но русский мужик, как известно, долго запрягает, но быстро едет. Так что будем надеяться, что наши инженеры вместе с государевыми мужами, ответственными за технологическое развитие России, не сбавят обороты и в итоге через лет двадцать, как и обещают, достигнут паритета с мировыми грандами отрасли.
Автор: Сергей Тихонов
Источник: журнал «Эксперт»
