Зачем 3D-печать России?

Светлана Водянова, генеральный директор Json & Partners Consulting

Сергей Мальцев, департамент корпоративных отношений, J’son & Partners Consulting

 

Разгорающаяся торговая война Китая и США, недопущение крупных китайских телекоммуникационных компаний на рынки Америки, преследование китайских высокотехнологичных вендоров и санкции со стороны «мировой державы», гонка за производительностью и эффективностью производства, гонка за роботизацию и искусственный интеллект, прорывные страновые стратегии (ставка на науку и образование, протекционизм и защиту от импортных товаров, НИОКР, Индустрия 4.0, человеческий капитал) – подобными заголовками пестрят все государственные программы и мировые СМИ, ежедневно обозревающие технологический прогресс. И накал заявлений первых лиц стран, соревнующихся за призовые места на мировой арене, не снижается даже в праздники и выходные.

 

Источник: J’son & Partners Consulting

Источник: J’son & Partners Consulting на основании материалов New York Times, Statista

Стоит ли удивляться такому накалу страстей, принимая в расчет тот факт, что победителю в этом соревновании достанется: высокая добавленная стоимость, создаваемая внутри страны; уникальные и сложные в воспроизводстве высокотехнологичные компетенции, обеспечивающие стране экспортные доходы[1]; рост капитализации национальных брендов и экспортных доходов; генерация доходов на следующий виток НИОКР; лавинообразные инвестиции в новые бизнесы и продукты, а с ними соответственно и высокий уровень жизни и доходов всей нации (рис. 1).

 

Рис. 1. Источники роста ВВП и благосостояния населения

Анализируя различные Hi-Tech-рынки на протяжении последних трех-пяти лет в разных странах, консультанты J’son & Partners Consulting вывели общую формулу технологического успеха: ключ к контролю, пониманию и лидерству во всех отраслевых технологиях будущего (в том числе и в аддитивном производстве) – накопление знаний о материалах, процессах и оборудовании на собственных опытно-экспериментальных мощностях, с максимальной компьютерной автоматизацией, межотраслевой координацией и привлечением государственной, а также инвестиционная поддержка.

А скорость освоения высокопроизводительных инструментов, которые приходят вместе с новой технологической парадигмой, и их широкомасштабное внедрение благодаря человеческим компетенциям и мастерству граждан (тот самый человеческий капитал) являются критическим фактором сохранения глобальной конкурентоспособности нации, обеспечения стабильного продолжающегося роста ВВП и возобновляемым ресурсом для развития социальной сферы страны и роста благосостояния граждан.

 

Текущее состояние рынка аддитивных технологий (3D-печати) в мире

Применение 3D-печати в различных отраслях находится на разных стадиях внедрения, однако необходимость рационализации процессов, снижения расходов и обновления инфраструктуры за счет прогрессивных методов производства способствует активизации исследований и изучения возможностей внедрения аддитивных технологий.

Опрос Sculpteo 1000 промышленных лидеров по всему миру в 2018 г. продемонстрировал кардинальный сдвиг в принятии аддитивных технологий и показал, что 3D-печать заняла прочное место в производственных процессах всех, кто связан с разработкой и созданием физических товаров и инновационной продукции (рис. 2):

  • 90% опрошенных компаний считают применение 3D-печати своим конкурентным преимуществом;
  • 57% компаний уже имеют в собственности 3D-принтеры;
  • 43% применяют 3D-печать для производства продукции, причем в аэрокосмическом секторе наибольшее применение (более 60% компаний используют 3D-печать в производстве) и 55% для прототипирования продукции.

Рис. 2. Цели применения 3D-печати промышленными компаниями в мире (сравнение 2017 и 2018 гг.)

Источник: J’son & Partners Consulting на основании RACONTEUR FUTURE OF MANUFACTURING от 22.08.2018 г. (результаты опроса Sculpteo, 2018 г.)

 

Применение аддитивных технологий в производстве, маркетинге, проектировании, визуализации для клиентов и руководства компании расширяется с каждым годом.

Мировые промышленные лидеры и эксперты прогнозируют, что:

  • к 2030 г. две трети всей изготавливаемой продукции в мире будет производиться с напечатанными комплектующими;
  • к 2030–2050 гг. в ряде производственных отраслей 3D-печать позволит печатать полностью готовую продукцию.

Лидируют и занимают более 50% рынка следующие отрасли: промышленность, аэрокосмосмическая промышленность, автомобилестроение, медицина и стоматология, потребительский сектор.

Со временем доля 3D-печати в готовом изделии будет возрастать. По мере прихода 3D-печати в новые отрасли стремительно будет расти количество произведенной продукции в других отраслях.

Однако переход на более высокий уровень зрелости определяется технологической готовностью компании, отрасли, страны.

Пионерами этого перспективного рынка стали США, Япония, страны Западной Европы, включая Германию, Великобританию, Францию и др. Значительную активность проявляют Южная Корея, Израиль и Китай, который своей скоростью освоения новых технологий вызывает опасение традиционного лидера высокотехнологичных направлений в мире – США.

 

Новые возможности и преимущества 3D-печати

3D-печать создает деталь из цифровой модели – цифровая модель может быть отправлена (и получена) из любого места и позволяет:

  • децентрализовать производство, сократить сроки, упростить логистику, транспорт, склад, цепочку поставок;
  • разместить 3D-принтеры у заказчиков (больницы, армия, удаленные месторождения и поселения и т. д.);
  • обеспечить печать по запросу в момент возникновения потребности;
  • организовать печать запчастей и ремонт в местах производства или поломки.

Аддитивное производство (АП) подходит для создания такого дизайна продуктов, который ранее был недостижим либо был слишком дорогим для изготовления традиционными методами (механическая обработка на станках с ЧПУ, литье и т. д.):

  • можно объединить несколько частей и десятки компонентов в одну деталь, что упрощает сборку и ускоряет производство;
  • имеется возможность кастомизации и топологической оптимизации продукции под требования заказчика (например, облегчение конструкции или сокращение расхода материала);
  • взможна печать конструкций любой сложности без удорожания (работает принцип «сложность за бесплатно», когда производство одной детали стоит столько же, сколько и большой партии).

Сегодня технологические достижения позволяют уже экспериментировать с полномасштабным промышленным производством и обеспечивают возможность встраивания в производственный процесс напрямую через цифровизацию инфраструктуры. Для производителей это означает полный контроль над производством без участия аутсорсинговых (часто офшорных) производителей и поставщиков оснастки.

США усматривают высокий потенциал 3D-печати для усиления собственной производственной независимости, импортозамещения, возможности вернуть производство и компетенции «домой» и создать более 3 млн новых высокотехнологичных рабочих мест.

 

Будущее 3D-печати в промышленных масштабах

Лишь та компания получит максимальные выгоды от внедрения аддитивных технологий, которая обеспечит заводской стандарт качества напечатанных деталей, потому что потребители предъявляют жесткие требования к соответствию технических показателей и безопасности заменяемых или вновь внедряемых деталей.

При всех плюсах 3D-печать пока не достигла такого уровня зрелости, чтобы печатать детали любой формы и сложности в неограниченных объемах по конкурентоспособной цене. Производители все еще ведут постоянные исследования и разработки, работы по совершенствованию оборудования, технологических процессов, расширению линейки и изобретению новых материалов, адаптированных под АП.

Аддитивные технологии не могут полностью заменить традиционное производство – оно по-прежнему будет широко востребовано в массовом производстве. Эти две производственные технологии будут дополнять друг друга.

 

Оценка текущего уровня развития 3D-печати в России

  • В России сложились условия для качественного скачка в развитии рынка аддитивных технологий.
  • Сформировалась сильная экосистема игроков, созданы сильные команды, способные оказывать все услуги «под ключ» в крупных промышленных отраслях.
  • Сохранен значительный научный потенциал, разработаны отечественные 3D-принтеры промышленного класса, освоено производство сырья, ведется разработка собственного ПО.
  • Промышленные потребители за пределами традиционных лидеров (авиация и энергетика) постепенно начинают понимать преимущества новой технологии и переходят к аддитивному производству конечных функциональных изделий.
  • Рынок 3D-печати в России уверенно растет: по оценке J’son & Partners Consulting, за восемь лет (2011–2018 гг.) в количественном выражении он увеличился в десять раз, в денежном – в 4,5 раза.
  • Ежегодные продажи, включая НИОКР, выросли с 3,5 до 4,5 млрд руб. за период 2016–2018 гг.
  • Совокупные продажи оборудования, материалов и услуг, включая НИОКР, 3D-печати в России за 2011–2018 гг. составили более 20 млрд руб.

На закупку аддитивных установок, дополнительного оборудования и материалов приходится до 80% объемов рынка, что указывает на высокий потенциал развития в России коммерческих услуг 3D-печати. В мире услуги 3D-печати и инжиниринга занимают 60% рынка.

Значительную роль в структуре формирования спроса на рынке 3D-печати в России, а также в развитии исследовательских компетенций играют крупные корпоративные заказчики.

Отраслевая структура рынка аддитивного производства в России повторяет мировую: промышленность, авиакосмос и медицина являются традиционными лидерами 3D-печати функциональных изделий.

Коммерческий рынок 3D-печати в России находится в ожидании прихода в отрасль крупных игроков, обладающих стратегическим пониманием значимости и преимуществ аддитивных технологий. Речь идет прежде всего о предприятиях, для которых выгоды от внедрения АП очевидны и покупка даже одной промышленной аддитивной установки может окупиться менее чем за год.

Необходимы локомотивы развития отрасли аддитивных технологий, способные не только взять на себя расходы на проведение НИОКР, адаптацию изделий под АП, инжиниринг и практическое внедрение, но и сформировать вокруг себя экосистему игроков и контрактных поставщиков услуг. Наиболее готовы к этому металлургия, нефтегазовая сфера, добыча и переработка ископаемых, энергетика, транспортное машиностроение.

Практический опыт внедрения и достигнутый уровень технологий, иностранное санкционное давление, экономические тиски и курс на импортозамещение – все это повышает всеобщий уровень осведомленности, формирует спрос и ускоряет принятие технологий рынком.

 

Потенциал развития 3D-печати в России

Несмотря на низкую оценку рынка аддитивных технологий в России зарубежными экспертами (доля российского рынка традиционно не превышает 1,5% мирового объема – цифра, соответствующая доле России в мировом ВВП), анализ, проведенный J’son & Partners Consulting, позволяет сделать вывод, что технологического отставания РФ в сегменте аддитивного производства нет. Отдельные качественные показатели достижений АП в России – двигателестроение, материаловедение, металлургия, лазерные технологии, фундаментальные исследования – уже сейчас вписывают Россию в число мировых лидеров по освоению данной технологии.

Есть основания допускать, что реальное положение вещей может значительно отличаться от принятых систем количественных оценок из-за недоучета разработок АП многочисленными российскими КБ, НИИ, различными ФГУП и традиционно на оборонных предприятиях. Красноречивым свидетельством служит история применения технологий АП и показательный высокий уровень оснащенности аддитивным оборудованием в «Иркуте», компании «Сухой», ОДК и ОАК, «Ростех», НПО «ЦНИИТМАШ», «Роскосмосе», «Росатоме», ОСК.

В России уже появились производители материалов и дорогостоящих промышленных 3D-принтеров стоимостью от 5 млн руб., накопилась критическая масса разработок, аддитивная отрасль включена в технологическую повестку государства. Ведущие промышленные центры страны и госкорпорации начали переход от прототипирования, производства оснастки, изучения возможности технологий и НИОКР к ремонту функциональных изделий и выборочной печати конечных рабочих изделий.

На основании этого можно сделать вывод, что технологический, промышленный и коммерческий потенциал внедрения АП в Российской Федерации значительно недоиспользован. Актуализация этого потенциала имеет шансы поставить Россию (и компанию-внедренца) в ряд лидеров по качественным показателям использования, внедрения, а также производства и экспорта передовых аддитивных технологий, материалов и оборудования.

Вместе с тем, оценка состояния рынка позволяет сделать вывод, что российские разработчики промышленных принтеров вплотную подошли к черте, которая отделяет успех от неудачи. Для перехода на стадию коммерциализации компаниям необходимы инвестиции и готовность потребителей к риску, тестированию и экспериментам. Без такой поддержки большинство разработок остается в единичных экземплярах в связи с отсутствием коммерческого применения и неосведомленности рынка.

Технологическую «долину смерти» удастся преодолеть только тем, кто сможет наладить массовые поставки, – это даст возможность производителям обеспечить обратную связь с заказчиками для улучшения своей продукции и получать деньги на финансирование дальнейших НИОКР (крупные мировые производители ежегодно тратят 20–30% своей выручки на совершенствование своих технологий).

По оценкам экспертов, если на создание 3D-принтера уходит год, то на его доработку и доведение до уровня стабильных режимов печати – не менее шести-восьми лет. На этом этапе российским разработчикам требуется всесторонняя поддержка заказчиков и национальных политических, отраслевых и стратегических лидеров.

Следует перечислить компании, которые уже находятся в высокой стадии готовности промышленных установок и готовы к переходу от опытных установок к серийным поставкам (либо уже начали их). По металлопорошковой SLM-печати – это «Лазерные системы», МЦЛТ МГТУ, 3DSLA.RU, ЦНИИТМАШ («Росатом»); по лазерной наплавке (DMD) – ИЛИСТ СПбГМТУ и МЦЛТ МГТУ. Имеется целый ряд других компаний, которые также представили свои предсерийные образцы.

Из промышленных установок для печати пластиками/композитами стоит упомянуть Total Z, а также песчано-полимерные принтеры компании «Аддитивные технологии» (печать форм для отливок). Один из ярких успешных примеров изготовления российского оборудования – производство 3D-принтеров для строительной отрасли, где российский бизнес опередил Европу и имеет шанс закрепиться на мировом рынке («Спецавиа», Apis Cor). Отдельно следует сказать о российской компании Anisoprint, которая занимается разработкой технологии печати непрерывно армирующим углеродным волокном. Что касается массового сегмента, то, по оценкам Минпромторга (ценовой диапазон до 3–4 тыс. долл.), в этой области более 30 производителей настольных принтеров.

 

Основные барьеры развития и перспективы применения 3D-печати в России

В целом переход от единичного к массовому производству конечных изделий посредством аддитивных технологий неизбежен, так как уже сейчас во все перспективные разработки ОДК, ОАК, ОСК, «Ростеха» и «Росатома» закладывается широкое использование «выращенных» деталей. Например, в перспективном двигателе большой тяги ПД-35, первый демонстратор которого планируется создать к 2023 г., доля аддитивных деталей будет составлять 20% (в ПД-14 это только «завихрители» камеры сгорания). Ключевой вопрос здесь – трансформация накопленного качественного потенциала рынка в массовое производство. Именно на это сегодня должны быть направлены усилия государства.

В России внедрению и развитию технологий АП мешает общая слабость промышленной базы, не сравнимой по отраслевой широте и глубине передела с Советским Союзом и значительно уступающей по объемам собственного производства развитым странам.

Препятствием для прорывных разработок являются принципы промышленной политики, пришедшие в страну вместе с «новой» экономической стратегией конца 1980-х гг., и не успевающая приспособиться к реализации стратегических технологических прорывов российская система образования – эти два ключевых фактора отразились на состоянии современного промышленного комплекса.

Ввоз готовой продукции на протяжении почти 30 лет преобладает над собственным производством, что повлекло за собой разрушение кооперационных связей и производственной диверсификации, утрату передовых высокотехнологичных научных, инженерных, конструкторских и материаловедческих компетенций на коммерческом рынке, ослабление отделов контроля качества на предприятиях, а также сформировало пробел в области современного промышленного дизайна и разработок конкурентоспособной продукции.

С отсутствием развитого промышленного сегмента связано и отсутствие осознания массовой потребности в аддитивных установках и продукции. Компании привыкли покупать готовое оборудование и продукцию (главным образом импортное), и переход на собственное производство, особенно с амбициями на технологическое опережение, требует времени и колоссальных системных усилий.

В связи с этим спроса на 3D-печать со стороны производства, проектировщиков, дизайнеров и т.д. внутри страны нет, вследствие чего центры 3D-печати, лаборатории и НИИ не имеют достаточных инвестиций и финансирования собственных НИОКР, чтобы предложить заказчику возможность печати широкой номенклатуры деталей. В отличие от западных поставщиков, которые за счет эффекта масштаба и развитого экспорта по всему миру имеют возможность снижать цены, вкладываться в НИОКР и совершенствовать технологии, оборудование и продукты.

Другим препятствием для обогащения и защиты национального сегмента АП являются торговые войны в виде санкций и тарифных ограничений. Важно иметь в виду, что новые разработки в области материалов и процессов 3D-печати часто имеют оборонное значение и, таким образом, могут нести в себе ограничения трансграничной торговли. При этом нужно понимать, что никто из ведущих мировых игроков в принципе не заинтересован в возрождении России как промышленной державы и конкурента на глобальном рынке высокотехнологичной продукции.

С учетом описанных ограничений на текущем этапе развития 3D-печати в России перечень номенклатуры функциональных деталей для печати может быть заужен.

 

 

Источник: J’son & Partners Consulting

 

Как следует из стратегических выводов исследования J’son & Partners Consulting, на текущий момент в России сложились условия для качественного скачка в развитии рынка технологий АП.

Вопреки распространенному мнению о непопулярности собственного производства и наступившей эпохе постиндустриального общества (при котором роль производства снижается, уступая место услугам) другие страны уделяют первостепенное внимание наращиванию национального промышленного потенциала. Постоянно ужесточающаяся экономическая конкуренция со стороны развивающихся стран (Китая и Индии), а также внутренние противоречия промышленно развитых стран (США – Европа) подталкивают современный мир к ограничительным мерам экономического характера (риторика Трампа, Brexit, референдум по Каталонии и т. п.). В этих условиях независимое развитие промышленного потенциала неизбежно перерастает в национальную задачу.

По оценке консультантов J’son & Partners Consulting, для России развитие компетенций 3D-печати решает целый спектр актуальных стратегических задач: освоение высокотехнологичных компетенций, импортозамещение, развитие отечественных продуктов, «приземление» добавленной стоимости в России, технологические прорывы, развитие человеческого капитала и повышение производительности труда в различных отраслях.

Российский рынок аддитивных технологий по мере общей реиндустриализации, цифровизации и увеличения доли промышленности, в первую очередь машиностроения, в экономике может стать одним из мировых лидеров как по объемам, так и по технологическому развитию.

Ключом к оформлению стратегии в применении 3D-печати является четко сформулированные амбиции и представления о своем месте в экономике и производстве будущего на уровне предприятия, отрасли, страны.

 

 

[1] Чем больше страна может производить (и экспортировать) сложных товаров, которые не могут повторить другие экономики и вынуждены их импортировать, тем богаче экономика и выше благосостояние ее граждан. Самые сложные наукоемкие товары – промышленные, с высоким барьером на вход, требующие широкой диверсифицированной производственной базы, высококвалифицированного персонала, высокого уровня науки и промышленности в стране. (По результатам исследования J’son & Partners Consulting «Перспективы «Индустрии 4.0» и цифровизации промышленности в России и мире», 2018 г.)

Поделиться:
Спецпроект

Форум «ИТОПК-2020» оценил потенциал господдержки

Подробнее
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку