Не просто «кнопочку» нажать: инженер ПИШ МАИ – о буднях специалиста по аддитивным технологиям

Фото: Пресс-служба МАИ / Личный архив

Аддитивные технологии окружены ореолом мифов: кто-то считает 3D-печать просто дорогой игрушкой, не веря в прочность изделий, а кто-то всерьёз переживает, что новые технологии настолько перспективны, что в какой-то момент оставят экспертов разных отраслей без работы. Так ли это на самом деле? Где заканчиваются фантазии и начинаются реальные возможности современных производственных процессов? Ответы на эти вопросы дал кандидат технических наук, инженер лаборатории № 4 «Аддитивные технологии» Центра аэрокосмических материалов и технологий института № 14 «Передовая инженерная школа» Московского авиационного института Вениамин Брыкин.

Вениамин Андреевич, можно ли сказать, что из-за активного развития аддитивных технологий могут пострадать те, кто не привык пока надеяться ни на какие «чудо-машины»?

Аддитивные технологии действительно двигают прогресс, оказывая значительную поддержку людям в решении технических задач – будь то создание уникальных, кастомизированных изделий по индивидуальным параметрам или изготовление компонентов с ультрасложной геометрией. Они открывают принципиально новые возможности для разных сфер деятельности, выходящие за рамки привычных ограничений. В том числе, в аэрокосмической отрасли. Но не стоит думать, что аддитивные технологии могут всё. Они – всего лишь инструмент для работы, который важно грамотно применять при решении тех или иных задач.

Что же касается «пострадавших», то в их число войдут те, кто по разным причинам попытается полностью заменить традиционные технологии аддитивными. Инженерная специфика такова, что порой лучше вовсе отказаться от идеи напечатать что-нибудь на 3D-принтере.

Правда ли, что эксперт в аддитивных технологиях должен разбираться не только в 3D-печати, но и в материаловедении, механике и моделировании – то есть не получится просто прийти и стать специалистом по 3D-печати?

Точно на 100%! А ещё настоящему специалисту по аддитивным технологиям нужно хорошо разбираться в экономике производства, разработке программного обеспечения, иметь навыки командной работы, управления проектами — список навыков очень длинный. Ведь если уж называть себя экспертом, то нужно соответствовать. 

Специалист по аддитивным технологиям — это «сборная солянка» из разных инженерных дисциплин. Но, справедливости ради, то же самое можно сказать и про многие другие отрасли на острие науки: быть просто «оператором принтера» сегодня уже недостаточно.

Правда ли, что эксперт в области аддитивных технологий должен уметь работать с инженерами, дизайнерами и технологами для комплексного внедрения решений? Можно ли допускать к этим технологиям старшеклассников и студентов? Справятся ли они с работой лучше, чем старшее поколение?

Каким бы экспертом в аддитивке вы ни были, вы всегда будете взаимодействовать с большой командой специалистов. В этом смысле аддитивка не отличается от других наукоёмких отраслей современной промышленности: успех возможен только при слаженной работе инженеров, конструкторов, технологов, дизайнеров. Что касается молодёжи — им вполне можно доверять работу с настольными принтерами и базовыми задачами: они быстро осваивают интерфейсы и не боятся пробовать новое. Но промышленные установки всё-таки требуют опыта и хотя бы базовой подготовки. 

Специалист в этой области наверняка должен постоянно следить и за новыми технологиями (SLM, SLS, FDM, DED) и их развитием?

Технологии развиваются очень быстро, и то, что было чем-то прорывным, достаточно скоро превращается в отраслевой стандарт — либо ты используешь это, либо отстаёшь. Даже в рамках отдельных перечисленных технологий 3D-печати появляются решения, которые меняют наше представление о том, что и как можно печатать. Поэтому следить за технологиями, конечно же, нужно.

Так, например, конструктор, проектирующий детали под аддитивное производство, только выигрывает от применения современных систем автоматизации проектирования и принципов генеративного дизайна, инженерного анализа и топологической оптимизации. Высший пилотаж сегодня — применение искусственного интеллекта для проектирования изделий, предполагаемых к 3D-печати. 

Правда ли, что ошибки в настройках 3D-принтера могут привести к серьёзным дефектам изделия и даже к повреждению оборудования? Несут ли люди, работающие с 3D-принтером, за это персональную ответственность?

Как и с любым высокотехнологичным (и как следствие — дорогим) оборудованием — да. Можно испортить материал для печати, ошибиться при подготовке 3D-моделей, не уследить за одним из нескольких сотен параметров печати. И так как стоимость оборудования, как правило, выше, чем зарплата оператора, который с ним работает (в десятки раз), то и степень ответственности достаточно высокая. Поэтому самые опытные операторы промышленных установок либо уже седые, либо красятся.

На самом ли деле аддитивные технологии уже используются не только в прототипировании, но и в серийном производстве (авиакосмос, медицина, автопром)?

Всё так, но, увы, не так активно, как хотелось бы. Значительное препятствие — сертификация: серийные изделия, особенно в авиации и медицине, должны пройти десятки испытаний и соответствовать нормативам. И если напечатать «железку» можно за день, то процесс сертификации занимает годы. Мы, в частности, работаем и над этим —  так что со временем примеров серийного применения аддитивных технологий будет всё больше.

Правда ли, что с помощью аддитивных технологий уже можно напечатать работающий двигатель ракеты? И если да, то почему мы до сих пор не отправляем на орбиту космические корабли, напечатанные на 3D-принтере?

Это действительно так — ракетный двигатель, хотя бы частично, уже можно распечатать. 

Буквально месяц назад НПО «Энергомаш» провело успешные огневые испытания РД-191МР с 3D-печатными компонентами. Особенно приятно, что над этим работали специалисты, с которыми мы несколько лет назад занимались печатью в МАИ. До полноценных «3D-ракет» пока далеко, но шаги к этому делаются.  

Это миф, что стоимость 3D-печати металлами пока остаётся высокой, но медленно и уверенно снижается?

Нет, не миф. Действительно снижается, но не так быстро, как хотелось бы. Высокая стоимость промышленной печати (в том числе металлами) — один из основных факторов, сдерживающих рост применения 3D-печати сегодня. Но тенденция к удешевлению есть: медленно, но всё же дешевеют порошки и проволока для печати, совершенствуются процессы переработки использованного материала. Мы в МАИ, в частности, активно работаем над тем, чтобы эффективнее использовать имеющийся материал и снижать стоимость за счёт снижения потерь. Ну и, конечно, растёт конкуренция среди производителей оборудования — особенно с учётом бурного роста этого направления в Китае в последние несколько лет. Но всё же печать металлами — это продукт с высокой добавленной стоимостью: дорогое оборудование, сложная постобработка, квалифицированные кадры и очень дорогая цена ошибки…

Правда ли, что аддитивные технологии позволяют создавать изделия с внутренними полостями и сложными структурами, недоступными для других методов – например, при помощи различных станков?

Да, действительно, аддитивные технологии сегодня позволяют решать массу самых нетривиальных задач. Таких как, например, «выращивание» сложных изделий слой за слоем. Именно это открывает путь к «невозможным» формам — лабиринтам каналов, органическим структурам, решёткам и полостям, которые невозможно изготовить фрезой или в литьевой форме. Наверное, можно сказать, что в этом и есть главное преимущество аддитивки: свобода формы. Я люблю говорить, что 3D-печатью можно сделать всё, что угодно, хотя это, конечно же, не совсем так. Мы в коллективе стараемся приблизить этот момент.

На самом ли деле контроль качества (КТ-сканирование, ультразвук) играет огромную роль в производстве деталей? Или можно не переживать за изделие на выходе, если изначально настройки были верны?

Методы неразрушающего контроля невероятно важны. Самые большие печати на промышленных установках могут продолжаться неделями (!). За это время в детали накапливается масса «побочек»: неравномерное распределение температуры, усадка, пористость и остаточные напряжения. Как потом понять, что выращенная буквально на наших глазах деталь соответствует строгим требованиям ТЗ? Именно для этого нужны современные методы исследования: компьютерная томография, ультразвук, рентген, 3D-сканирование. Без них ни одна серьёзная отрасль (авиация, медицина, энергетика) просто не примет изделие в работу.

Говорят, что экологические аспекты (переработка порошков, энергопотребление) также становятся важным направлением в развитии аддитивных технологий. Так ли это?

В мире это направление действительно развивается активно: производственные команды стремятся к замкнутым циклам, чтобы порошок можно было использовать повторно, а производство оставляло меньше отходов. В России пока важнее не «зелёная повестка», а снижение себестоимости: переработка интересует, прежде всего, потому что материал очень дорогой. Но постепенно экологический аспект будет становиться более важным — особенно там, где речь идёт об энергоёмком (и материалоёмком) серийном производстве и работе с ответственными отраслями.

Правда ли, что в медицине 3D-печать уже используется для создания индивидуальных имплантатов и даже биопечати тканей? Кто-нибудь приходил в МАИ с запросом в этой сфере?

Биопечать давно уже не фантастика: речь идёт не только о протезах или моделях органов, но и о печати живых тканей. К сожалению, пока это не так распространено — в том числе из-за высокой стоимости и сложности интеграции в медицинские цепочки. На практике чаще внедряют более прикладные решения. Наша команда, например, работает над изготовлением оснастки для индивидуальных имплантатов челюстно-лицевой хирургии, медицинских шаблонов и моделей для планирования особенно сложных операций. Обычно комбинация аддитивки и классических технологий позволяет сократить сроки ожидания операции для пациента и снизить риски для пациентов.

Правда ли, что будущее аддитивных технологий связано с гибридными установками (например, 3D-печать + фрезеровка) и автоматизацией процессов?

Да, это одно из главных направлений развития. Гибридные установки важны по целому ряду причин: они проще интегрируются в существующие производственные цепочки, позволяют совмещать преимущества печати и мехобработки, сокращают сроки вывода продукта на рынок. 

Автоматизация — тоже мощный тренд: роботизированные системы постобработки, интеграция аддитивки с «умными» цифровыми платформами, использование ИИ для подготовки и мониторинга печати. Даже доступные широкому пользователю сегодня LLM-агенты уже помогают автоматизировать рутину и относительно несложно оцифровывать процессы. А это значит, что у инженеров высвобождается время для действительно творческих и сложных задач.

Правда ли, что если 3D-принтер сломается, эксперт по аддитивным технологиям сможет напечатать себе новый на другом 3D-принтере?

Я лично знаю людей, которые покупали 3D-принтер в надежде «делать на нём 3D-принтеры и зарабатывать». Но, увы, так это не работает. 

Несмотря на то, что проект RepRap (самовоспроизводимого принтера) появился почти 20 лет назад, сегодня принтер может напечатать себя максимум процентов на 40–50: корпус, некоторые механические детали, простые крепления. Всё остальное — электроника, направляющие, моторы, блоки управления — нужно закупать. А если говорить о промышленной печати, то там процент самовоспроизводимости ещё меньше: сам принтер зачастую сложнее, чем детали, которые он производит.

Правда ли, что самый страшный кошмар специалиста по аддитивке — это сообщение «обрыв нити» посреди ночной печати?

Сообщение «обрыв нити» — это просто замечательно: значит, у вас работают уведомления на смартфоне, да и сам принтер подключён к сети и в состоянии отправлять сигналы. Обидно, что печать посреди ночи продолжить не получится — современные FDM-принтеры требуют присутствия оператора для таких задач. 

Самые страшные кошмары — в отсутствии уведомлений. Особенно для промышленных 3D-принтеров, где внезапная ошибка может стоить не только времени, но и работоспособного оборудования. Это решается тщательной подготовкой и наладкой работы оборудования.

Правда ли, что настоящий эксперт по 3D-печати может отличить PLA от ABS по запаху с закрытыми глазами?

У меня не самое чуткое обоняние, но аромат жжёного ABS-пластика ни с чем не спутать. Другой вопрос в том, что «слушать» запахи горящих полимеров — не самая лучшая идея, это вредно для здоровья.

Правда ли, что если обычный человек видит в музее вазу, он думает «красиво», а эксперт по AM — «интересно, это SLS или SLA?»?

Да! Первый вопрос, который я задаю себе: «Как я смог бы спроектировать такую геометрию в САПР?» Уже потом думаю, какой метод производства дал бы лучший результат. 

Со временем начинаешь замечать 3D-печатные предметы повсюду. От абажуров для потолочного освещения в продуктовых магазинах до реквизита в кино. Очевидно, что это только начало — таких объектов вокруг нас будет только больше. А вопрос, который я стараюсь задавать себе чаще: «Как с помощью 3D-печати это можно сделать ещё лучше?»

Правда ли, что у вас, как у специалиста по аддитивным технологиям, есть страхи относительно вашей профессии? 

Материальные страхи вроде «сломать установку» или «потратить материал впустую» со временем уходят — они превращаются в рабочий опыт. Настоящие переживания сегодня связаны, скорее, с масштабом задач: как выстроить работу так, чтобы всё успеть, как не потерять качество при росте нагрузки, как удерживать баланс между проектами, обучением и развитием команды. Это не столько страх, сколько постоянный вызов профессии. Такие вызовы и делают мою работу интересной.