Директор Научно-исследовательского института конструкционных материалов и технологических процессов МГТУ им. Н.Э.Баумана Игорь Шиганов: Как развивается технология 3D-принтинга в России

Пистолет, скрипка, человеческое ухо, шоколад, печенье удалось создать ученым методом трехмерной печати или, выражаясь технически грамотно, методом трехмерного прототипирования. 3D принтер превратился в настольный инструмент инженеров и дизайнеров ведущих индустриальных стран мира. Ведь с его использованием стало реальностью создание за считанные минуты трехмерной копии придуманной специалистами детали или дизайнерского решения.

А как развивается новая технология в России? Об этом в интервью «Новой» — директор Научно-исследовательского института конструкционных материалов и технологических процессов Московского государственного технического университета (МГТУ) им. Н.Э.Баумана, доктор технических наук Игорь Шиганов.

— Во многих странах  3D принтер стал бытовым прибором. Американцы даже подсчитали, что его использование экономит семье до двух тысяч долларов ежемесячно. А как развивается эта технология в МГТУ им. Баумана?

— Процессы 3D прототипирования в мире начали развиваться, начиная с 80-х годов. Принцип заключается в том, что можно разными методами из различных составляющих "вырастить" деталь путем наращивания материала (металла и неметалла, все равно). Если во всех остальных технологических процессах материал отсекается, как, например, в скульптуре, на станке, то в 3D прототипировании просто наращивается деталь. Это суть процесса.

Материалы используются самые разные: металлические листы, порошок, пластмасса, воск. Методы, которыми выращивается изделие, также различны: фотосинтез, спекание лазерным лучом, оплавление. Но весь процесс начинается с создания на компьютере трехмерной модели новой детали. Файл с ее изображением затем переносится в специальную программу, управляющую установкой  3D прототипирования.

 В МГТУ в текущем году будет введена в эксплуатацию отечественная установка по послойной лазерной наплавке порошками. Технология предусматривает вдувание металлического порошка совместно с лазерным лучом. Оплавленная дорожка образует слой за слоем заданный контур и таким образом выращивается изделие.

Это направление развивает Московский центр лазерных технологий МГТУ. Мы выполняем государственную программу по созданию отечественной установки по наплавке порошками.

Московский центр лазерных технологий это инновационное предприятие, созданное в рамках Указа Президента России о функционировании малых предприятий по созданию новых технологий в рамках ВУЗов. МГТУ им.Н.Э.Баумана является соучредителем этого центра. Инвестором проекта стал московский завод "Трансмаш", который предоставил площади для малого предприятия. Деятельность Центра связана с реализацией разработок, которые созданы в университете.

В центре наши специалисты ведут работы по развитию лазерных технологий прототепирования в трех направлениях: лазерная стереолитография (изготовление деталей из фотополимеров), порошковая послойная лазерная наплавка, селективное лазерное спекание.

В настоящее время московский завод "Трансмаш" изготавливает многие свои детали в лазерном центре. Вчера их делали вручную или на станках. Сегодня это осуществляет лазер.

— Сколько стоит промышленная установка по трехмерному прототипированию?

— Сотни тысяч евро. Если это небольшие трехмерные принтеры для дизайнеров, то они стоят относительно недорого – десятки тысяч евро. Ведь по сути это струйные принтеры, только вместо чернил вытекает ниточка пластмассы. Для МГТУ закуплены четыре подобных установки. Кафедра дизайна активно ими пользуется.

 — Почему наши специалисты не работают над производством домашних 3D принтеров? Это широчайший рынок. В тех же США на домашнем принтере распечатывают и новый пластмассовый чехол для мобильного телефона, и износившуюся насадку для душа, и детскую игрушку в подарок. И россияне вполне могли бы проектировать у себя дома, экономя семейный бюджет.

— Не все так просто. Рынок 3D принтеров насыщен, да и цена на них высока для рядового российского потребителя. Мы планируем создавать уникальное оборудование для промышленности.  

— Где еще в нашей стране производятся установки по трехмерному прототипированию?

— Интересные разработки есть в Институте проблем лазерных и информационных технологий Российской академии наук (ИПЛИТ РАН) в Шатуре. Например, там создана установка по лазерной стереолитографии, с помощью которой производятся имплантанты для медицинских целей. Они востребованы, в том числе в стоматологии.

Существуют станки, которые методом послойного оплавления и синтеза выращивают новые детали. Например, подобная импортная установка применяется  в Научно-исследовательском институте авиационных технологий (НИИАТ). Но это опытное производство.

      На волжском ГАЗе на установках лазерной стереолитографии делают модели деталей крыла и торпедо автомобиля. С помощью этой модели потом можно сделать штамп.

      Установки по трехмерному прототипированию используются в опытных производствах ракетно-космической и авиационной отраслей . Например, с их помощью выращивают модели для литья лопаток турбин авиационных двигателей.

— Почему уникальные современные технологии не так широко востребованы в России?

— Потому что отечественная промышленность пока что не преодолела кризис. Возьмем установки по лазерной трёхмерной наплавке , их у нас в стране всего несколько  штук. И все. И эти часто не загружены. Почему? Такую технологию не просто освоить и сложных деталей, которые она способна изготовить, на этом производстве мало. Поэтому установки по прототипированию часто простаивают, а детали продолжают делать по старинке.

Понимаете, деталь, изготовленная на трехмерной  лазерной установке прототипирования должна быть сложная, такой, которую нельзя сделать существующими технологиями. А если деталь простая, то зачем нужно использовать, например  трехмерную лазерную наплавку?

В США, Японии, Германии трехмерное прототипирование широко востребовано дизайнерами. Ведь их замысел на подобных установках может быть воплощен моментально! У нас в стране в этом сегменте также отставание от мирового уровня. Поэтому установка по 3D прототипированию зачастую не востребована. Наша промышленность, вероятно,  не дошла до уровня потребления такого оборудования.        

— 21 ноября 2013 года в Филадельфии (США) был принят закон, запрещающий изготовление огнестрельного оружия с помощью 3D-принтеров. Значит ли это, что новая технология порождает новые угрозы? Ведь изготовленный методом трехмерного прототипирования пластмассовый пистолет "не увидит" ни один металлоискатель?

— Я не специалист в области безопасности. Но могу сказать точно, что без металлических деталей такой пистолет не выстрелит. В его состав должны входить, как минимум, металлическая пружина и боек. Да и пластмасса, из которой создается такое оружие, должна быть прочной, чтобы выдержать нагрузки при выстреле.

Насколько я знаю, подобное оружие создается из фотополимеров, которые полимеризуются под действием лазерного луча в установке по трехмерному прототипированию. Но речь идет только об отдельных опытных образцах.  

— Трехмерное прототипирование называют мотором для развития малого бизнеса. Подскажите, пожалуйста, предпринимателям, каким образом можно заработать на этой технологии?

— Эту технологию могут использовать, например, фирмы, которые производят сложные детали методом литья. Они могут приобрести установку по трехмерному прототипированию, на которой можно изготовить модель для литья и создавать новые изделия. Рабочий затратит на изготовление модели несколько дней или даже недель, а 3D установка — всего лишь день.

Нужно покупать целый комплекс. Установку по 3D прототипированию и литейную машину. На компьютере делают цифровую модель детали. Затем сигнал подается на управляющую систему 3D установки. Фокусирующая система, через котору проходит лазерный луч под управлением приводов перемещается по поверхности материала который отверждается.. В результате чего вырастает деталь. Существуют стандартные отработанные программы, которые управляют всеми процессами.

— А, если возникнут трудности, можно обратится за консультацией к вам в МГТУ?

— Конечно. Мы читаем лекции по этим вопросам, в других вузах также преподаются эти дисциплины. По технологии восстановления поверхностей у нас большое сотрудничество с нефтяной и газовой отраслью, с  судостроением. А вот с выращиванием моделей и деталей дело идет сложно. Потребность в таких деталях недостаточная. Если бы наша промышленность чаще меняла номенклатуру выпускаемых изделий, повышалась их точность и сложность то возросла бы и необходимость в 3D моделировании.