Численное моделирование должно стать необходимым этапом аддитивного производства (интервью)

Предлагаем вниманию читателей интервью с ведущим инженером Центра аддитивных технологий государственной корпорации «Ростех» Евгением Болховецким, принявшим участие в XVII онлайн-конференции CADFEM/Ansys и ставшим победителем в номинации «Готовность к цифровизации».

Евгений выступил с докладом об опыте использования линейки Ansys Additive Suite. Центр аддитивных технологий Ростеха (ЦАТ) — государственный стартап, в чьи цели входит развитие аддитивных технологий в России и максимальное развитие компетенций и навыков в этой области. В число предприятий, с которыми сегодня сотрудничает ЦАТ, входят ПАО «ОДК-Сатурн», АО «ОДК-Авиадвигатель», АО «ОДК-Пермские моторы», АО «ОДК-Климов». АО «ЦАТ» также взаимодействует с отраслевыми институтами ВИАМ, ЦИАМ и НАМИ. С разрешения компании «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» публикуем в полном объеме ответы Евгения на вопросы о перспективах развития аддитивных технологий в России и роли численного моделирования в этом процессе.

Евгений, как вы считаете, насколько аддитивные технологии уже созрели для массового применения?

Что касается металлической 3D-печати, здесь есть несколько проблем. Во-первых, в нашей стране это все-таки достаточно молодое направление. Конечно, у нас есть лидеры, например «ОДК-Авиадвигатель», «ОДК-Сатурн» и ПАО «ОДК УМПО», но в остальном применение аддитивных технологий не очень широкое. Стоит отметить, что речь идет об Объединенной двигателестроительной корпорации. В целом, если говорить об отраслях, то самым продвинутым с точки зрения применения аддитивного производства, на мой взгляд, является авиационное двигателестроение. Во-вторых, по поводу аддитивных технологий сложились абсолютно полярные мнения. Одни считают, что эти технологии сильно переоценены и не стоят финансовых и временных затрат. Другие, наоборот, сильно преувеличивают их возможности. На самом деле, важно понимать, для чего именно нужна 3D-печать. Не все детали стоит создавать с ее помощью. Кроме того, их нужно максимально технологически подготавливать для экономической целесообразности: планировать то, как она будет сориентирована с учетом углов нависания, дальнейшей постобработки и других параметров, и уже на основе этого принимать конструкционные, дизайнерские, проектировочные решения. Наконец, третья проблема — это инертность. Например, мы общались с группами конструкторов из российских металлургических и оптико-электронных компаний: навыки по созданию электронной конструкторской документации, подготовки чертежей, первичных расчетов на прочность у них находятся на высоком уровне, но когда дело касается аддитивных технологий, они не понимают, с чего начать.

Как оценить аддитивные технологии с точки зрения бизнеса и окупаемости?

В идеале заказчики, которые решают, что им что-то нужно напечатать, должны провести скрининг деталей и рассчитать экономический эффект: будет ли целесообразно печатать изделие, либо, например, технологию на данном этапе нужно использовать для НИОКР — прототипирования, обкатки, создания опытных образцов. В пределах этих этапов производителям и стоит стараться достичь максимальной степени целесообразности применения 3D-печати. Также существенным фактором являются малые сроки поставки и серийность, когда аддитивное производство остается, по сути, единственным вариантом.

Как вы оцениваете влияние моделирования на процесс аддитивного производства? По вашему мнению, станет ли практика их совместного применения повсеместной?

Согласно методике компании EOS, штатно даются три попытки напечатать любое изделие. В идеале нужно успешно напечатать его с первого раза. Конечно, на данный момент это еще не совсем достижимо. На мой взгляд, только личного опыта здесь недостаточно. Нужен апробированный инструмент, методика работы с которым уже существует. Таким инструментом является численное моделирование, которое поможет выбрать оптимальную ориентацию изделия на платформе построения, тип поддерживающих структур и величину деформаций после печати, учесть все ключевые параметры установки и материала, выполнить термомеханическую задачу или задачу по остаточным напряжениям, а затем интерпретировать полученные значения напряжений и деформаций для оценки успешности печати. Поэтому мне кажется, что численное моделирование может стать для компаний полезным инструментом. В будущем, помимо цикла построения, они смогут охватить весь технологический цикл на одной CAE-платформе, в том числе и термообработку. Эта технология позволяет за несколько часов провести моделирование и понять, чего не хватает, вместо того, чтобы тратить десятки часов на циклы построения, материал, установку и выполнять печать наудачу. Я надеюсь, что численное моделирование станет одним из необходимых этапов подготовки к печати, а с учетом цифровизации будет одной из составляющих цифрового двойника, который потом позволит полностью проследить процесс подготовки к производству.

Какие препятствия существуют к тому, чтобы это стало повсеместной практикой?

Главное препятствие — это отсутствие практики. Область применения аддитивных технологий не такая большая. Конечно, те кто их использует уже поняли, что это необходимый этап. У них есть сводные матрицы сравнения CAE ПО, некоторые готовят свои решатели. Существуют процессы компьютерного моделирования литьевого производства, в этой сфере есть уже свои отработанные методики и их применение является нормальной рабочей практикой. Поэтому стоит четко определить область применения и активно применять численное моделирование на этапе научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, когда создается опытный образец, установочная партия, отрабатывается рабочая конструкция и техническая документация.

Существует мнение, что применение топологической оптимизации и генеративного дизайна с одной стороны демократизирует расчет, а с другой чересчур упрощает работу дизайнера. Как вы считаете, так ли это?

С одной стороны — да, уже появляются удобные инструменты, которые позволяют упростить работу дизайнера. С другой стороны, хотя инструменты для топологической оптимизации автоматизировано рассчитывают геометрию, программа все же не всегда может напрямую справиться с поставленной задачей. Это уже не говоря о переводе «сырого фасета» в твердотельную модель. На мой взгляд, эти технологии освободят конструктору время для решения других задач, ведь с точки зрения Индустрии 4.0 специалист и его обязанности будут в некотором смысле размываться. Конструктору придется быть в том числе, например, и технологом, поскольку нельзя эффективно проектировать изделие для аддитивного производства без учета технологических особенностей аддитивных технологий. Поэтому, с одной стороны конструкторам станет проще, с другой их нагрузка со стороны аддитивного производства увеличится, потому что генеративный дизайн нужно уметь грамотно применить. К тому же им придется освоить CAE-программы. Я думаю, что время, освобожденное благодаря численному моделированию, будет занято другими функциям — технологической и расчетной. И извечный вопрос «Что делать, если работать за нас будут программы и умные технологии?» имеет простой ответ: cо стороны человека нужен как минимум контроль, а как максимум — все более глубокие экспертные знания для работы с такими технологиями.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru