— Любовь Александровна, вы много лет отдали научной и преподавательской работе. Как вам удается совмещать свою работу ученого с таким очень прикладным, промышленным направлением деятельности?

— Очень интересно! Внедрить на практике научные разработки – мечта любого ученого. Несколько лет назад одним из актуальнейших направлений были нанотехнологии, и они были у всех на слуху. Сейчас таким мировым трендом стали аддитивные технологии как часть концепции «Индустрия 4.0». Это прорывное направление, которое касается и материалов, и изделий, и оборудования, где можно проводить очень много исследований, наработок, повышать свой профессиональный уровень. В настоящее время НИТЦ АТиМ СЗРЦ является самым крупным центром аддитивных технологий в СЗФО. Мы взаимодействуем и с Фондом «Сколково», с ведущими высшими учебными заведениями, научно-исследовательскими институтами Академии наук. В то же время у нас много проектов с промышленными предприятиями, заинтересованными в нашей продукции.

— Вы согласны с тем, что аддитивные технологии способны стать основой для очередной промышленной революции?

— Соглашусь, что аддитивные технологии полностью перекраивают всю сущность производства. Однако, по моему мнению, в ближайшее время они не вытеснят устоявшиеся, традиционно используемые технологии, а только их дополнят и расширят возможности для конструкторов. Не секрет, что АТ имеют неоспоримый ряд преимуществ, например: сокращение технологической цепочки и резкое уменьшение отходов от производства, уменьшение времени на производство изделия, возможность изготавливать детали сложной конфигурации, повышенной прочности и другие. С каждым годом технологии трехмерной печати получают все большее распространение, и то, что еще недавно казалось удивительным, скоро станет обыденным.

— Как вы оцениваете процессы развития аддитивных технологий в России и мире?

— В настоящее время Россия довольно сильно отстает от стран Европы, Китая и США. На данном этапе развития мировой оборот рынка аддитивного оборудования и материалов уже превышает $5 млрд., по прогнозам к 2025 году он составит $21 млрд. На долю России приходится только 1% от общего объема рынка. Для примера: США – 32,5%, Китай – 13%, Германия – 11%. Там, где мы дошли только до прототипирования, развитые страны уже активно используют аддитивные технологии для производства конечных изделий либо оснастки. Так, например, производство металлических изделий методом 3D-печати на российском рынке только начинает развиваться, в то время как в указанных странах данный метод уже внедряется в серийное производство деталей и узлов. Сейчас в России имеется несколько специализированных центров, которые закупили дорогостоящее зарубежное оборудование для 3D-печати металлом и изготавливают опытные или мелкосерийные изделия на заказ.

— Хочется думать, что НИТЦ АТиМ СЗРЦ – один из таких локомотивов в нашей стране?

— Можно так сказать. Понимая необходимость технологического развития производства и учитывая все безусловные достоинства данной технологии, в 2016 году на базе технопарка СЗРЦ в Санкт-Петербурге руководством Концерна ВКО «Алмаз – Антей» был создан крупнейший в Северо-Западном регионе научно-исследовательский центр аддитивных технологий, включающий широкую линейку принтеров и предлагающий свои услуги по разработке технологий, материалов и изготовлению изделий методами АТ. Сотрудники аддитивного производства, которые в настоящее время вошли в состав производственного участка НИТЦ АТиМ, имеют более чем 10-летний опыт работы на аддитивном оборудовании. В наших условиях стала возможной разработка и промышленное освоение различных специальных материалов и АТ технологий. Сегодня мы способны предложить рынку эксклюзивные решения.

— Расскажите, пожалуйста, об этом поподробнее. Может быть, уже есть интересные примеры?

— Наш Центр успешно занимается разработками в одном из наиболее востребованных направлений, можно сказать, являющимся на сегодняшний день трендовым, – это конструирование изделий с применением бионического дизайна, их еще называют природоподобные технологии. Примером таких поверхностей являются гироиды. Конструкционными аналогами ТППМЭ являются бионические структуры, которые встречаются в природе – скорлупа жуков и крылья бабочек.  Известно, что такие объекты сочетают низкую массу и высокие удельные механические характеристики. Примечательно, что такие структуры могут быть получены только с использованием АТ, напрямую или в тандеме с традиционными методами. Искусственно созданные структуры ТППМЭ могут быть использованы во многих отраслях, заменяя традиционные компактные изделия. Например, в качестве акустико- или радиопоглощающих элементов за счет особой структуры, в которой будет происходить поглощение, переотражение внутри системы, рассеивание и постепенное угасание волн. В качестве катализатора или катализаторонаполненного элемента для протекания химической реакции за счет высокоразвитой поверхности, в которой можно проводить гетерогенные химические процессы. Также такие системы имеют потенциал использования при создании изделий, подвергающихся экстремальным нагрузкам. Например, в качестве защитных слоев или брони, заменяя традиционные полимерные, металлические и керамические изделия.

— Научно-исследовательский технологический центр аддитивных технологий и материалов (НИТЦ АТиМ) СЗРЦ работает уже несколько лет. Какие технологии освоены на базе Центра?

— В нашем Центре ведутся разработки технологических решений для модернизации литейных участков с помощью внедрения метода 3D-печати песчаных форм с последующим трансфером на предприятия Концерна. Непосредственно процесс литья в песчаные формы, изготовленные методом 3D-печати, не отличается от традиционного литья, отличие заключается в скорости изготовления форм, их качестве и возможности изготовить изделия сложной формы.

Модернизация известных и создание новых технологических процессов невозможно без разработки соответствующих полимерных, керамических и металлических 3D-материалов. Для внедрения в серийное производство технологий 3D-печати необходимо иметь отечественные металлические порошки со свойствами, отвечающими высоким требованиям по форме, размеру частиц и чистоте материала. В связи с этим в настоящее время НИТЦ АТиМ СЗРЦ в сотрудничестве с Фондом развития промышленности реализует Проект «Создание научно-исследовательского технологического центра аддитивных технологий и материалов на базе современного литейного производства». В рамках данного Проекта разрабатывается технология изготовления порошка нержавеющей стали и запланировано его промышленное производство. На эти цели наш Центр получил целевой займ от Минпромторга на два НИОКРа. Мы закупаем атомайзер и со следующего года будем производить металлический порошок для 3D-печати.

На базе НИТЦ АТиМ освоены технологии 3D-сканирования, FDM-печати как базовый, самый простой и дешевый технологический процесс. Успешно применяются технологии SLS и SLM-печати с использованием порошковых материалов – полиамидов и металлов, фотополимерной печати, литья в силиконовые формы. В ближайших планах освоение технологий 3D-печати песчаных форм и керамических изделий.

— А помимо производственных задач, решаемых в интересах предприятий ОПК, занимается ли ваш институт гражданскими заказами? Может быть, поделитесь какими-нибудь успехами по данному направлению?

— Конечно, так как аддитивные технологии одинаково успешно применяются как в оборонной, так и в гражданских отраслях промышленности. Мы изготавливаем корпуса приборов, прототипы изделий гражданского назначения, осуществляем 3D-сканирование для перехода на цифровые технологии производства. В настоящее время рассматривается вариант перспективного сотрудничества с медицинскими учреждениями и уже есть несколько обращений. В частности, от стоматологических клиник, которым необходимо использование аддитивного оборудования под современные медицинские технологии. А также мы ведем научно-исследовательские работы по возможности изготовления с помощью металлического принтера медицинского инструмента. Поскольку сейчас большая часть медицинского инструмента импортного производства, мы видим здесь перспективный рынок.

— Получается, «голливудские улыбки» уже в ближайшее время будут «выпекаться» на предприятиях СЗРЦ?

— Можно и так сказать. Это направление в стоматологии связано именно с исправлением прикуса. Хочу отметить, что мы пытаемся охватить больше направлений и в будущем у нас безусловно это получится. Но в настоящее время наш производственный отдел настолько загружен заказами, продукция Центра настолько востребована, что мы принимаем заказы уже на следующий год.

НИТЦ АТиМ занимается разработкой технологических процессов как для предприятий Концерна, так и для внешних заказчиков: обратное проектирование, сканирование, 3D-печать, разработки технологий АТ материалов. Услугами по обратному проектированию заинтересованы как предприятия Концерна, так и других корпораций. В Центре идет «довооружение» новейшим оборудованием, и уже есть предприятия, готовые к заказу металлических порошков, песчаных форм для литья, сложных металлических изделий, напечатанных на 3D-принтере, 3D-керамические изделия. И это не весь перечень услуг и изделий, который наш Центр предлагает рынку.

— Работа с аддитивными технологиями требует особых знаний. Как идет подготовка кадров на СЗРЦ?

— Мы ищем специалистов по всей стране. Кадровая проблема остается все последние годы стабильно актуальной, но она охватывает всех качественных специалистов, особенно в технической сфере. В значительной мере дефицит объясняется и технологическим обновлением, которое приводит к изменению понимания, что такое инженер сегодня. Современный инженер должен перей­ти на следующую ступень: должен владеть навыками цифрового проектирования и цифрового производства, обладать управленческими навыками. Инженеры сегодня отличаются от специалистов среднего звена, и в реальном секторе прочно занимают основные ответственные места в компаниях, поскольку они составляют основу конкурентоспособности своих предприятий.

В связи с нехваткой квалифицированных кадров, обладающих необходимыми компетенциями в области аддитивных технологий, НИТЦ АТиМ занимается и таким немаловажным аспектом, как обучение, проведение семинаров для конструкторов и технологов, организацией консультирования, повышением квалификации, подготовкой специалистов предприятий СЗРЦ и сторонних организаций. Наш Центр разработал программу обучения по дополнительному образованию и повышению квалификации по направлению «Аддитивные технологии». Также приглашаем специалистов из организаций-поставщиков АТ оборудования для обучения наших сотрудников, готовим кадры, которые в дальнейшем будут передавать свои знания как внутри СЗРЦ, так и на других предприятиях Концерна.

Можно сказать, что нашим сотрудникам мы предлагаем интересную работу, хорошие условия труда и перспективы карьерного роста.

— И где они могут проявить себя? Чем интересна работа именно в НИТЦ АТиМ СЗРЦ?

— Работы, выполняемые сотрудниками Центра совместно с сотрудниками Института материаловедения дают возможность выйти на качественно новый уровень и выпускать конкурентоспособную продукцию в таких отраслях, как авиационно-космическая, атомная и нефтегазовая, машиностроение, энергетика, судостроение, а также автомобилестроение, архитектура, медицина.

Деятельность НИТЦ АТиМ ориентирована на сектор наукоемкого реального производства. В НИТЦ АТиМ ведутся научно-исследовательские работы по разработке технологии полимерных, керамических и металлических конструкционных материалов (сталь, оксид алюминия, алмаз, полиамид и др.) и созданию на их основе конструкций сложных геометрических форм. Такие изделия нового типа, базирующиеся на аддитивных технологиях и топологии трижды периодических поверхностей минимальной энергии (ТППМЭ), имеют пониженную массу и повышенные удельные прочностные характеристики. Разрабатываются технологии нанесения модифицирующих покрытий на порошки керамик и алмазов для 3D-печати, обеспечивающие понижение температуры спекания и улучшение механических свойств готовых изделий. Сотрудники НИТЦ АТиМ занимаются и таким интересным направлением, как разработка бионической структуры конструкционных элементов методами АТ с целью уменьшения их веса и повышения прочностных характеристик для использования в изделиях, подвергающихся усиленным нагрузкам, в теплообменных устройствах, в реакторах и многим другим.

— Значит, полностью отечественный 3D-принтер, представленный Концерном на выставке «ИННОПРОМ-2019» в Екатеринбурге, создан сотрудниками вашего Центра?

— Да, это продукция СЗРЦ. FDM 3D-принтер «Гелиос-1» успешно прошел испытания в нескольких учебных заведениях Санкт-Петербурга. В настоящее время в Северо-Западном региональном центре Концерна ВКО «Алмаз – Антей» активно ведутся работы по запуску данной модификации в серийное производство. Возможно, уже со следующего года его можно будет увидеть в российских школах. FDM 3D-принтер собирается полностью на элементной базе российского производства. В Центре продолжаются работы по расширению продуктовой линейки, разрабатываются модели принтера с двумя экструдерами «Гелиос-2» и принтера с большой рабочей областью построения «Гелиос-3», для придания новых потребительских качеств и более полного использования аппаратных возможностей проводится модернизация программного обеспечения и систем управления.

— Похоже, ваш Центр действительно следит за главными мировыми тенденциями в промышленности. А занимаетесь ли вы кастомизацией продукции, и есть ли наработки в области «цифровых двойников»?

— Одной из задач деятельности НИТЦ АТиМ является объединение всех компонентов «цифрового производства» – от разработки материалов, оборудования, технологий до производства изделий. Благодаря экономическим санкциям, сегодня существует потребность в отечественных материалах и в моделях отечественных устройств 3D-печати, в разработке методов контроля и общей системе стандартов.

АТ как нельзя лучше подходят для создания небольших партий изделий или единичных уникальных изделий, т.е. для кастомизации. С 3D-моделированием, сканированием и печатью массовая кастомизация становится возможной, так как скорость создания такого индивидуального товара возрастает, цена остается вполне приемлемой.

Программные системы моделирования, проектирование, производственные, технологические процессы, материалы и АТ производство позволяют создать цифровой двойник (виртуальное представление), который, в свою очередь, обеспечивает оперативность и кастомизацию под определенные задачи, мы развиваем и это направление.

— Детали, полученные с использованием аддитивных технологий, проходят испытания на прочность и другие параметры?

— Есть предприятия в РФ, которые уже сертифицировали конечные изделия, произведенные на аддитивных машинах, но их очень мало. Нужно закончить работу по созданию стандартов, ГОСТов, для того, чтобы на производстве не боялись использовать новые прогрессивные технологии. Наш Центр наравне с ведущими отечественными институтами принимает активное участие в разработке данных стандартов.

Конкурентным преимуществом нашего Центра является то, что мы оснащены не только производственным, но и измерительным и аналитическим оборудованием. То есть мы можем определить и точные геометрические размеры изделий и их прочность, химический состав, микроструктуру вплоть до наноразмерного уровня, что очень важно в данном случае, так как свойства и строение изделий, полученных аддитивными технологиями, отличаются от свойств изделий, полученных традиционными способами. В настоящее время мы проводим большую исследовательскую работу в данном направлении.

— Как вы считаете, технологии аддитивного производства заменят в ближайшем будущем существующее оборудование? По вашему мнению, когда 3D-принтеры придут в каждый дом?

— Безусловно, аддитивные технологии – одно из приоритетных направлений развития науки. Выставки и конференции, посвященные АТ, проходят в крупнейших городах России и зарубежья, количество стран-участников таких мероприятий постоянно растет. Наряду с известными фирмами-производителями АТ оборудования и материалов появляются новые компании со своими интересными стартап-проектами. Предполагается, что объем рынка всех «цифровых», «умных» и «виртуальных» фабрик превысит к 2035 году 1,5 трлн. долларов.

Указом президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 года №642 утверждена «Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации». Так, в ближайшие 10-15 лет одним из основных приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации будет переход к передовым цифровым технологиям, новым материалам и способам конструирования.

Но есть немало моментов, о которых говорилось выше, тормозящих широкое внедрение аддитивных машин на производство. Высокая стоимость оборудования, а также нехватка кадров с необходимыми компетенциями и опытом работы – это, пожалуй, основные сдерживающие факторы. Далеко не все промышленные предприятия и научно-исследовательские организации могут закупить и активно использовать 3D-принтеры, так что в ближайшие несколько лет замены традиционного оборудования на аддитивные технологии не произойдет, но потребности рынка способны значительно ускорить этот процесс.

Нефедова Любовь Александровна, к.т.н., доцент, в настоящее время является начальником Научно-исследовательского центра аддитивных технологий и материалов (НИТЦ АТиМ) в Северо-Западном региональном центре (СЗРЦ) Концерна ВКО «Алмаз – Антей». Л.А. Нефедова окончила Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (СПбГТИ(ТУ)), факультет технологии неорганических веществ, обучалась в аспирантуре, защитила кандидатскую диссертацию. Совмещала преподавательскую и научно-исследовательскую деятельность с работой начальника отдела диссертационных советов и Ученого секретаря Ученого совета университета. Помимо научно-исследовательской деятельности Л.А. Нефедова вела семинары по повышению квалификации, посвященные аддитивным технологиям, выступала с докладами на конференциях, совещаниях и семинарах. Имеет более 50 публикаций в журналах из перечня ВАК и в Scopus.