Как аддитивные технологии влияют на авиацию, космос, медицину и ТЭК?

Аддитивные технологии (3D-печать) становятся ключевым инструментом модернизации высокотехнологичных отраслей в России. Они ускоряют производство, снижают затраты и увеличивают независимость от внешних поставок, что особенно актуально в условиях санкций.


Особое внимание уделяется их применению в авиации, космической отрасли, медицине и ТЭК. Так, в 2021 году была утверждена «Стратегия развития аддитивных технологий в Российской Федерации на период до 2030 года», а в 2024 году объем отечественного рынка 3D-печати достиг 3,5 миллиарда рублей и вырос на 52,2% по сравнению с 2023 годом. Давайте рассмотрим эту тему подробнее.

Применение в авиации

Аддитивные технологии уже нашли широкое применение в российской авиационной промышленности, особенно в производстве двигателей. Хорошим примером стал турбовальный мотор ВК-650В, разработанный АО «ОДК-Климов».

В конструкции демонстрационного образца этого двигателя около 12% деталей изготовлены методом 3D-печати. К таким компонентам относятся кольцо центробежного колеса, корпуса уплотнения и подшипника компрессорной части, сопловые аппараты, корпусные элементы турбины и завихрители камеры сгорания.

Применение аддитивных технологий позволило ускорить изготовление демонстратора двигателя и сократить количество технологических операций. Кроме того, использование 3D-печати позволяет сделать детали легче, что неизбежно улучшает топливную эффективность и уменьшает затраты на производство за счет оптимизации процессов.

Проект ВК-650В реализуется в широкой кооперации с другими предприятиями отрасли. Так, детали и узлы компрессорной группы и вала свободной турбины изготавливаются на московском предприятии «ММП имени В.В. Чернышева», а узлы горячей части – на уфимском предприятии «ОДК-УМПО». Серийное производство силовой установки планируется начать в 2025 году.

Другой хороший пример – двигатель ПД-35 от «Объединенной двигателестроительной корпорации» (ОДК). Рабочие и сопловые лопатки турбины низкого давления силовой установки изготовлены также с применением аддитивных технологий. Также была представлена деталь вентилятора, напечатанная из полимерных композитных материалов – она на 30% легче своих аналогов.

«Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» (ВИАМ) завершил проект «Тантал», направленный на разработку и внедрение 3D-печати в процесс изготовления малоразмерных газотурбинных двигателей. В рамках проекта были созданы силовые установки МГТД-10, МГТД-20, МГТД-125 и МГТД-150. Их ключевые компоненты сделаны методом селективного лазерного наплавления из отечественных жаропрочных металлопорошков.

Один из таких двигателей – МГТД-125Э. Он уже успешно прошел летные испытания на беспилотном летательном аппарате «Дань-М», которому удалось достичь скорости 676 км/ч на высоте более 2 тысяч метров.

Другая российская компания Total Z предоставила 3D-принтеры для проектов в авиационной отрасли. Например, в «Корпорации "Иркут"» использовались принтеры Total Z Anyform 500 для создания деталей и прототипов для проекта МС-21. Также в «Центральном институте авиационного моторостроения» (ЦИАМ) применяются 3D-принтеры для экспериментальной печати.

Применение в космической отрасли

Аддитивные технологии используются в том числе в российской космической отрасли. Так, НПО «Энергомаш» внедряет 3D-печать в изготовление компонентов жидкостных ракетных двигателей. Например, смесительная головка силовой установки РД-0124, ранее состоявшая из 220 деталей, теперь изготавливается как цельный элемент, что сокращает трудоемкость производства на 20%.

АО «Решетнев» разработало спутник «Марафон-IoT», в конструкции которого применены элементы, изготовленные с помощью аддитивных технологий. Этот аппарат стал первым отечественным спутником, на котором в большом объеме использованы 3D-печатные компоненты.

Применение аддитивных технологий в создании малых спутников позволяет ускорить производство и снизить массу конструкций. Это особенно важно для элементов, таких как антенны, кронштейны и корпуса блоков связи. В итоге уменьшается стоимость запуска космической техники и появляется больше места для другой полезной нагрузки.

Применение в медицине

Аддитивные технологии в российской медицине развиваются не менее активно, чем в авиации и космонавтике. Вот несколько примеров реального их использования прямо сейчас:

1. Челюстно-лицевая хирургия. В этой сфере 3D-печать используется для создания индивидуальных имплантатов. Так, при восстановлении дефекта скуловой кости был применен титановый имплант, изготовленный по технологии селективного лазерного плавления (SLM), что обеспечило точную подгонку и интеграцию в ткани пациента.

2. Стоматология. В этой отрасли 3D-печать применяется для изготовления зубных имплантатов и протезов, в том числе из металлов.

3. Бионические протезы. Российские ученые успешно используют 3D-печать для создания бионических протезов. Например, был разработан эпитез ушной раковины, повторяющий рельеф отсутствующей части тела, с интеграцией электронных компонентов.

4. Предоперационное планирование. 3D-печать позволяет создавать точные модели органов пациента для подготовки к сложным операциям. Это помогает хирургам более точно составлять план операционного вмешательства и повышает шансы на успешный исход.

Аддитивные технологии в российской медицине способствуют персонализации лечения, повышению эффективности хирургических вмешательств и ускорению реабилитации пациентов.

Применение в топливно-энергетическом комплексе

Применение 3D печати нашлось и в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) России. Как и в остальных отраслях, здесь она способствует росту эффективности производства, снижению затрат и обеспечению технологической независимости. Рассмотрим несколько конкретных примеров.

Атомная энергетика

Государственная корпорация «Росатом» активно внедряет 3D-печать в производственные процессы. В частности, было изготовлено рабочее колесо насоса для «Сибирского химического комбината», что позволило значительно сократить сроки производства и повысить точность изготовления детали.

Теплоэнергетика

ГУП «ТЭК СПб» первым в стране начал использовать аддитивные технологии для производства запасных частей. Это позволило создавать детали, снятые с производства или недоступные для импорта, сокращая время простоя оборудования и повышая надежность теплоснабжения.

Нефтегазовая промышленность

Аддитивные технологии применяются для изготовления высокоточных форм для литья, что особенно актуально в удаленных и труднодоступных регионах – доставка возможна не всегда. Это позволяет быстро заменять изношенные детали, минимизировав потери от простоя оборудования.

Заключение

Аддитивные технологии в России демонстрируют устойчивый рост и становятся ключевым элементом технологического прогресса страны. По данным Ассоциации развития аддитивных технологий, объем российского рынка 3D-печати в 2022 году составил 6,1 миллиарда рублей, а к 2030 году прогнозируется его увеличение до 23 миллиардов рублей. Так или иначе, 3D-печать способствует укреплению технологического суверенитета России, а впереди нас ждут новые открытия.