Актуальность применения аддитивных технологий (АТ) в отечественной индустрии подтверждается большинством специалистов промышленных предприятий — от руководителей до рядовых инженеров и конструкторов. 
Наступил момент, когда возникла потребность не просто печатать, а производить узлы и детали особо крупных размеров. Данному вопросу была посвящена сессия «Перспективы применения крупногабаритной 3D-печати 
в ракетно-космической промышленности», проведенная АО «Композит» в рамках деловой программы форума 3D-TECH by Rosmould.

 

 

Ведущий мероприятия Максим Гусаков, заместитель генерального директора АО «Композит», емко обрисовал текущую ситуацию применения крупногабаритной 3D-печати и таким образом определил общий вектор дискуссии.
АО «Композит», головная научно-­исследовательская организация ракетно-­космической промышленности на базе Центрального научно-­исследовательского института материаловедения (ЦНИИМВ), выполняет научно-­исследовательские и опытно-­технологические работы по созданию и комплексному исследованию свой­ств материалов. Задачей центра компетенции по аддитивным технологиям является в том числе ежегодный мониторинг состояния дел в ракетно-­космической промышленности. Представленные Гусаковым данные этого мониторинга отображают следующую картину:
• 25 предприятий отрасли используют АТ в опытном и серийном производстве.
• 20 марок материалов внедрены в конструкторскую документацию, квалифицированы и/или находятся в ограничителях применяемых материалов.
• Разработаны 50 технических условий на материалы и изделия АТ.
• На промышленных площадках «Роскосмоса» установлены 100 аддитивных машин.
• 20 конструктивных элементов серийно изготавливаются на предприятиях отрасли.
• Внедрены в производство самые большие в РФ принтеры для послойной печати и комплекс лазерной наплавки.
• Создан отраслевой центр компетенций по аддитивным технологиям (АО «Композит»), который занимается как задачами мониторинга, так и сопровождением, внедрением аддитивных технологий на предприятиях.
• Налажено собственное производство порошковых и других исходных материалов.
• Организован выпуск оборудования АТ.

 

Полученные в отрасли результаты доказывают важность и интерес руководства «Роскосмоса» в части развития аддитивных технологий.

 

За последние 6–8 лет были достигнуты серьёзные результаты, но все это время конструкторская мысль была ограничена технологическими возможностями. Поставляемые в недавнем прошлом зарубежные принтеры позволяли выпускать изделия, максимальный габарит которых не превышал 400 миллиметров. В последнее время благодаря работе организаций-партнеров  — изготовителей оборудования появилась возможность опробовать производство более крупных деталей до 4500 миллиметров.

 

В зарубежной практике, где крупный габарит в ракетной технике уже внедрен и получены первые результаты, вызывает интерес производство сложных баковых конструкций. В нашей стране также имеются наработки в данном направлении. Иностранный опыт говорит о том, что возможно печатать переходные отсеки ракет с габаритами 
до 4,5 метров, ступени корпусов ракет, рули возвращаемых ступеней. Сердце ракеты — это двигатели, в которых много очень сложных канальных элементов. Печатают детали газогенераторов, турбонасосных систем, камер сгорания. В России такая работа тоже ведется.

 

Научно-­технический прогресс космонавтики показывает, что рано или поздно встанет вопрос о том, как реализовывать проекты на поверхности небесных тел, и аддитивные технологии уже сегодня всерьез рассматриваются для работы, в том числе на поверхности Луны. Для освоения других планет оптимально рассматривать аддитивные технологии для строительства, возведения металлических конструкций, ремонта поврежденных конструкций. Международный опыт выделяет такие направления как основные с точки зрения космической техники.

 

 

Евгений Рахмилевич, директор Департамента координации производства предприятий и диверсификации ГК «Роскосмос», указал на преимущества применения крупногабаритной 3D-печати.
Разработка инновационных изделий, достижение новых тактико-­технических характеристик, недоступных при использовании традиционных технологий, напрямую связаны с экономической эффективностью, которая предполагает снижение затрат, сокращение производственных циклов, что в комплексе позволяет выйти на оптимальную себестоимость пусковых услуг, обеспечивающую конкурентоспособность на мировом рынке.

 

Перед госкорпорацией ставится достаточно амбициозная цель развития по передовым направлениям. В настоящее время методом аддитивных технологий освоен выпуск широкой номенклатуры продукции, в том числе ракетные двигатели, разгонные блоки, детали космических аппаратов. Экспериментальный образец крупногабаритной конструкции для ракетного двигателя прошёл огневые испытания. Следующим шагом станет крупногабаритная печать деталей ракетоносителей: баковые конструкции, отсеки, корпусные детали.

 

Для консолидации усилий создан отраслевой центр компетенций, который обеспечивает весь цикл — от подготовки к разработке до освоения производства, включая поставку оборудования, подбор технологических решений, аттестацию материалов, паспортизацию порошков и, конечно, консультационную помощь предприятиям по внедрению новых решений.

 

В рамках новых проектов задействована достаточно большая отраслевая экспертиза, концентрируются знания и опыт генеральных конструкторов по направлениям, компетенции предприятий-­изготовителей для унификации номенклатуры и конструкторских технологических решений, привлечены к работам совет главных технологов и отраслевые головные научно-­исследовательские организации. Ощутимую поддержку оказывает государство. 

 

По линии Минпромторга оказывается помощь в проведении НИОКР, связанных с экспериментальной отработкой новых конструкторских решений. Проявляется содействие в аттестации материалов, паспортизации порошков. 

 

Предоставляются субсидии на разработку технологического оборудования, необходимого для предприятий отрасли. Меры поддержки также оказываются в рамках инвестиционных проектов по развитию производства. Организовано взаимодействие по линии Министерства образования. «Роскосмос» выступает как квалифицированный заказчик, что позволяет госкорпорации привлекать вузы, институты, академии наук для решения сложных наукоемких задач под более перспективные направления.

 

Вопросы внедрения инноваций активно обсуждаются с предприятиями, созданы научно-­технические секции научно-­технического совета по аддитивным технологиям, площадка совета главных технологов, где во всех подробностях разбираются рекомендации по развитию АТ.

 

 

Представители предприятий отрасли в свою очередь привели примеры внедрений аддитивных технологий и отметили новые возможности для производства.

 

 

Виталий Жуков, начальник Испытательного центра АО «РКЦ «Прогресс» в городе Самара, показал, что за последние пять лет РКЦ совместно с АО «Композит» значительно шагнул вперед в сторону освоения печати изделий до 500 мм не только с точки зрения наработки компетенций, но и по скорости внедрения аддитивной технологии в серийное производство.

 

На предприятии имеются электронно-­лучевые установки для наплавки проволокой в условиях вакуума. Большая номенклатура материалов, изделий входит в отраслевой ограничительный перечень. Методом АТ выпускаются изделия для работающих под давлением узлов для решения собственных задач РКЦ «Прогресс», а также детали сборочных единиц жидкостных ракетных двигателей в рамках тех поручений, которые ставит госкорпорация «Роскосмос». Изготовленные элементы находятся на этапе испытаний как в головных НИИ, так и на площадке РКЦ.

 

Особо следует отметить, что освоена не только печать тел вращения, но и деталей прямоугольной формы, что потребовало определенного нового направления в планировании и разработке программного обеспечения на более совершенном уровне. Время требует четкого понимания, какие же конечные свой­ства изделий будут получены после того, как завершится 3D-печать.

 

Существует необходимость масштабирования технологии для габаритов свыше пяти метров. «Роскосмос» поставил цель развития аддитивных технологий в части двух основных направлений. Первое — создание крупногабаритных металлических изделий диаметром более пяти метров методом наплавки. В данном процессе крайне важна автоматизация и учет усадок из-за температурной деформации, чтобы качество изделий получалось не хуже, чем при меньших габаритах. Второе направление — применение композиционных материалов с термопластичной матрицей, необходимых для выпуска крупногабаритных углепластиковых конструкций. Вектор развития должен быть ориентирован не только на снижение массы изделий, но и на скорость их производства, для того чтобы в условиях существующих производственных площадок обеспечить достаточно высокий темп выпуска составных частей ракетоносителей.

 

Необходимо отметить позитивные тенденции в части исходных материалов. По сравнению с периодом пятилетней давности, когда отсутствовало понимание, где взять проволоку, которая нужна для печати изделий, сейчас есть отечественные производители, которые готовы ее поставлять. Ожидается, что рост конкуренции в дальнейшем приведет к снижению стоимости изделий.

 

Павел Травинов, заместитель главного технолога Ракетно-­космического завода (РКЗ) АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», поделился опытом создания макетов изделий с габаритами до трех метров, изготовленных с применением печати алюминием и лазерной наплавкой, и рассказал о жизненном пути изделия на производстве.

 

Например, сухой отсек ракеты представляет собой набор из сотен и даже до тысячи деталей, если считать все болты и заклепки, которые в нем используются. Для его сборки требуется довольно большое количество сборочной оснастки. Разработка технологической документации на нее занимает в лучшем случае один-два года, а может затянуться и до пяти лет.

 

После обращения в АО «Композит» с помощью 3D-печати через две недели был изготовлен макет сухого отсека, фактически представляющего собой промышленную заготовку, на котором уже проводятся опытные испытания. 

 

В рамках поставленной задачи некоторые части конструкции были адаптированы, при этом количество деталей сократилось до минимума. Стоимость конечного продукта, несмотря на дороговизну порошка, снизилась за счет того, что коэффициент использования материала составил 90–100%. Одновременно уменьшилась трудоемкость изготовления, что в совокупности дало много положительных эффектов от внедрения крупногаба-
ритной печати.

 

 

Антон Севастьянов, главный металлург АО «НПО Лавочкина», отметил, что в настоящий момент на предприятии путем селективного лазерного плавления изготавливается свыше ста наименований деталей максимальным габаритом 350 миллиметров и сложилось понимание о преимуществах аддитивной технологии. Дальнейшим логичным шагом представляется существенное увеличение габаритных размеров изготавливаемых деталей, в связи с чем планируется расширение участка селективного лазерного плавления путем приобретения нового оборудования с увеличенным габаритом до 550 мм.

 

Определены два пути развития. Первый — получение качественного сварного соединения двух и более напечатанных синтезированных деталей. Данный процесс уже начат, и в настоящий момент есть факторы, позволяющие спрогнозировать положительный результат данной опытной работы. Вторым станет изготовление крупногабаритных деталей методом послойного лазерного выращивания.

 

Например, в конструкции разгонного блока и всего ракетоносителя присутствует такой ответственный элемент, как переходной отсек, представляющий собой усеченный конус диаметром 3 и 4 метра и высотой полтора метра. В настоящий момент его изготовление происходит с применением материалов и полуфабрикатов: гаек, болтов, профилей, листового материала, фасонного сортового проката, раскатных колец с диаметром 3 и 4 метра. Поставка комплектующих, входной контроль полученных материалов являются довольно длительным процессом. Все элементы проходят технологический передел, который включает в себя фрезерные, механические, слесарные, кузнечные работы, термообработку, гальванику, гибку-­прокатку. В настоящий момент прорабатывается возможность производства изделия методом прямого лазерного выращивания (ПЛВ), что существенно сократит технологический цикл изготовления.

 

 

Вячеслав Осипов, заместитель директора по конструкторской и технологической деятельности, начальник отделения промышленных лазерных и электрофизических технологий Института лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) в составе структуры Санкт-­Петербургского государственного морского технического университета (СПбГМТУ), подтвердил возможность производства в России установок, способных печатать крупногабаритные изделия.

 

Установка, печатающая изделия до трех метров, уже произведена, и сегодня совместно с АО «Композит» прорабатывается вопрос создания оборудования, способного изготавливать четырехметровые детали. Детали, которые были выращены, прошли испытания и показали необходимое качество. Планируется, что устройство будет обеспечивать повышенные требования к производительности.

 

В составе комплекса «ИЛИСТ-XL» для изготовления крупногабаритных изделий методом ПЛВ была задействована модернизированная головка, которая позволяет достигать скорости выращивания до трех килограмм в час, в то время как прежние конструкции позволяли достигать показателя килограмм-­полтора в час.

 

В обозримом будущем, примерно через год-полтора, начнется выпуск крупногабаритных заготовок размером не менее четырех с половиной метров.

 

Кроме того, у ИЛИСТ имеется достаточно большой опыт работы с робототехническими комплексами в части синхронизации работы одновременно нескольких роботов, для чего необходим соответствующий подход в конструировании, программировании, технологическом совершенствовании. В зоне стыка работы двух лазеров имеются определенные технологические сложности, но они разрешимы, за счет того, что траектории лучей разносятся, в зонах перекрытия удается получать структуру по качеству не хуже основного объема.

 

Поскольку работа ведется с объектами габаритными и тонкими, а значит, нежесткими, основной технической проблемой, которую нужно решить, стала разработка специализированной технологической оснастки, которая будет удерживать изделие в процессе его создания, обеспечивая сохранность формы.

 

 

Дмитрий Трушников, профессор Пермского политеха, директор компании xWELD, сообщил об имеющихся наработках в области плазменных технологий.

 

Плазменные технологии на сегодняшний день являются самым недорогим и производительным способом трехмерной печати. На кафедре имеется собственное плазменное оборудование, обладающее уникальными характеристиками. Применяемые режимы обеспечивают хорошее качество материала, в том числе при работе с легкими алюминиевыми или магниевыми сплавами. Также разработаны гибридные комплексы, в которых наплавка сопровождается механообработкой, с реализацией комбинированного дугового плазменного процесса.

 

Одновременно идет развитие в направлении расширения номенклатуры материалов для изготовления сварочных проволок.

 

Отрабатываются две технологии. Первая предполагает применение технологии плазменной порошковой наплавки для тех сплавов, из которых невозможно получить проволоку. Вторая базируется на выращивании проволоками больших диаметров. Подход обусловлен тем, что у нас в стране и в дружественных странах не могут изготовить проволоку из магния диаметром меньше 3 мм. После отказа от применения немецкой проволоки был предпринят переход и получены хорошие результаты на плавке проволоками с диаметром 3 мм и более. Успешно отрабатываются процессы с применением толстой титановой проволоки. Таким образом, прокладывается дальнейший путь в направлении повышения технологичности, снижения стоимости материала, увеличения производительности за счет того, что сечение проволоки в 10 раз больше, чем у стандартной.

 

При производстве габаритных деталей плазменные технологии также позволят снизить стоимость производства за счет отсутствия требований к защитным камерам.

 

 

Никита Воронов, координатор проекта «KOMPO», также подтвердил заинтересованность потенциальных заказчиков из авиационной и космической отраслей в производстве компонентов размером более 600 мм. И производители оборудования решают эту задачу. Областями построения 800 на 800 мм в мире уже никого не удивишь. А, если смотреть на зарубежные примеры, то есть образцы с размерами зон построения до 1, 5–2 метров. Хотя, конечно, выпуск таких машин пока единичный, поскольку является сложной инженерной задачей. Но, это, по сути, это уже не просто принтер, а «завод по изготовлению детали».

 

Важным этапом в работе российских предприятий, по мнению Воронова, является отказ от применения материалов, которые фактически навязывались иностранными производителями, уход от использования оборудования, которое «заблокировано» под одного конкретного поставщика материалов, создание и производство собственных материалов, адаптация и разработка под них оборудования. И на самом деле работа идет, отдельные разработки, которые сейчас есть в России, впечатляют даже иностранных коллег. Кроме того, важная задача — обучение конструкторов, технологов, как готовить детали, как проектировать поддержки, отрабатывать режимы и прочее.

 

 

Комментируя выступления из зала, Олег Максимов, начальник управления по внедрению новых технологий АО «НПО Энергомаш», поддержал коллег, отметив, что машины селективно-­лазерного сплавления для ракетно-­космической промышленности должны обеспечивать возможность синтеза изделий диаметром полтора метра и высотой два с половиной метра из жаропрочного никелевого сплава. В случае применения жаропрочной бронзы необходимо изготовление деталей диаметром 800 мм и высотой — 1–1,5 метр. И это те показатели, к которым нужно стремиться.

 

 

Таким образом, участники сессии отметили высокую востребованность оборудования, способного выпускать крупногабаритные изделия методом аддитивных технологий. Увеличиваются не только размеры деталей, активно идёт процесс импортозамещения материалов, повышается эффективность оборудования. Специалисты ракетно-­космической отрасли достигают реального технологического уровня, который позволяет конкурировать с ведущими мировыми производителями.

 

Видео: https://vk.com/video-168179147_456240882

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 1-2026