16 ИЮЛЯ / 2020
ПЕРСОНА

«Аддитивка» – время русских

Александр Громов, профессор Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», рассказал о мировом гражданстве ученых, каменном веке 3D-принтинга, новых композитах и прорывных областях для креативных продуктов
– Ваш путь в науку был предопределен или случаен?

– Я родом из маленького ракетного наукограда – города Бийска Алтайского края. Мои бабушки, дедушки и родители были ракетчиками, создавали ракетный щит СССР. Мне не оставалось выбора, кроме как идти в науку. Сначала аспирантура и докторантура в Томском политехническом университете, десять лет работы в Томске, затем два года в Миланском политехническом университете (Италия) и четыре года в Нюрнбергском техническом университете (Германия). В 2017 году я вернулся в Россию по приглашению НИТУ МИСиС.

Почему вы уехали и почему вернулись?

– Есть старый анекдот про математика, которого спрашивают: «У тебя все друзья уехали, почему ты не уезжаешь?» – «Потому что с любой математической задачей здесь можно выйти в коридор института, спросить первого встречного и получить решение». Через некоторое время: «Почему же все-таки уехал?» – «Потому что спрашивать стало не у кого».

В 2011 году я не стал больше бороться за будущее томской науки, потому что видел глубокое пике отечественной науки, видел, как все рушилось. Плюс, это элементы преодоления: я хотел попробовать себя не только в качестве ученого, известного в Сибири, но и за рубежом. Это же тест. Могу сказать, что очень рад тому, как сложились обстоятельства. Теперь я очень плотно связан с итальянской и немецкой научными школами, с европейской профессурой. По-прежнему идут совместные проекты, мы поддерживаем контакты. Я думаю, сегодня нельзя принадлежать чисто к российской науке или к немецкой, скажем. Ученые действительно становятся гражданами мира.

Не могу не спросить об отличиях или схожести научных школ разных стран.

– Все передовые западные научные школы взяты с русского образца. Вот академгородки, которые стали интенсивно строиться в Германии в 1970-80-х, – это подобие Новосибирского академгородка. Они на самом деле многому у нас научились. Западные школы ничем не лучше русских. Но есть большое отличие в размере финансирования. Вы же прекрасно знаете, что размер годового финансирования всей российской фундаментальной науки равен годовому финансированию одного приличного американского университета – Гарварда или Оксфорда. Только что говорили об этом на заседании президиума РАН. У нас 0,15% ВВП идет на науку, в Германии – 0,4% ВВП, который еще и в 10 раз больше нашего. Конкурировать тяжело.

Как правильно назвать вашу дисциплину?

– У нас несколько тем. Одна из них – применение порошков металлов в области энергетических материалов, например, в топливе, в смесях для горения. Вторая тема связана с аддитивными технологиями. 3D-печатью из порошков металлов мы создаем новые материалы. И третья тема – поскольку я химик, мы занимаемся катализом. Порошки металлов являются хорошими катализаторами для многих систем. Железо, медь, никель – универсальные катализаторы для целого класса каталитических систем.

Поскольку все эти три направления связаны с металлами, можно ли сделать дилетантский вывод о том, что раньше человечество училось добывать богатства из недр и использовать добытое, а теперь учится разными методами перерабатывать?

– Нет, не все еще добыто. Тот же алюминий по распространенности в земной коре занимает второе место. Он находится там в виде бокситов. Бокситы добывают и из этой руды определенным образом, затем из них восстанавливают чистый алюминий. А потом из металла производят порошки. В зависимости от размера частиц порошки проявляют разные свойства – и это целая наука – порошковая. Собственно, ею мы и занимаемся. Поэтому говорить, что мы все уже добыли, нельзя. Земля богата месторождениями, еще много чего не открыто и не добыто даже в области известных металлических руд.

Какова область применения ваших разработок?

– Порошковые смеси для энергетических систем применяются в ракетном топливе для космических и военных нужд. Везде, где требуется быстрогорящее топливо, кроме сверхзвуковых ракет – для них металлы горят слишком медленно и поэтому уже не годятся.

В аддитивных технологиях металлы используются для выращивания объемных изделий, например, лопаток для турбин, деталей самолетов. В современных самолетах до 20% 3D-деталей уже «выращены». Автомобильные концерны тоже стали все больше и больше применять аддитивные технологии и «выращивать» от примитивных изделий до сложных конструкций. Аддитивные технологии нужны там, где необходимо произвести изделия сложной формы. Простые детали изготавливаются традиционными способами: литьем, ковкой, штамповкой, прокатом. А вот сложные формы печатаются из порошков. И мы занимаемся исследованиями разных смесей для получения новых композитов – составных материалов с новыми свойствами.

Кто заказчик ваших исследований?

– Наш генеральный партнер – компания «Русал», компания которая производит алюминий. Мы разрабатываем новые сплавы для «Русала», проводим предварительные исследования по аддитивным технологиям. Также наши заказчики – предприятия аэрокосмической отрасли. И тут есть проблема: предприятия заинтересованы в покупке готовых изделий. Им не хочется платить за НИР и НИОКР, но исследования составляют до 80% в цене изделия. И за эту самую дорогую часть платить никто не хочет. В этом фундаментальное противоречие. Оно особенно заметно проявляется в России, экономика которой составляет на сегодня всего 3% от мировой. Ситуацию нужно менять.

Каким образом?

– В области аддитивных технологий появляются предприятия малого и среднего бизнеса. Наш партнер, компания «Роботмаш» из Королева, активно занимается 3D-печатью. У них много 3D-принтеров, которые печатают разными материалами: от металлов до пластика. Сейчас они купили самый большой принтер в мире – бельгийский «Колоссус». Объем его камеры – несколько кубометров, можно печатать огромные изделия. Я думаю, что «аддитивка» – это хороший способ для создания определенной ниши малых предприятий в российской экономике, которые так же, как и гиганты, нужны стране. И они вносят хороший вклад в развитие науки. Промышленность не может держаться только на гигантах. Эта модель неустойчива.

Наш и мировой уровень запросов к науке – одинаковы?

– Наверное, мы остаемся лидерами в ракетной и ядерной технике, потому что продолжаем кормить себя разработками советского времени. В этих областях к нашим технологиям, которые в Советском Союзе работали еще в 1990-х, Европа и Америка только-только приближаются.

Но вот в области металлов, чем я занимаюсь, впереди планеты всей немцы. И лучшие 3D-принтеры идут из Германии. Мы зачастую плетемся в хвосте у немецких аддитивных технологий. Здесь нужно применять принцип «обгонять, не догоняя». Если тащиться вслед за лидерами, то мы никогда в жизни их не догоним. Надо искать короткие дорожки, прорывные области, где сможем создать креативные продукты и выводить их на рынок.

Почему вы выбрали именно аддитивные технологии?

– Аддитивные технологии как научное направление появилось примерно в 1990 годах: прототипами являются принтеры, печатающие по бумаге. Аналогично печатным машинкам, принтеры через ленточку наносили слой краски на носитель. Потом их усовершенствовали – стало возможно печатать несколько слоев одного материала. Появились принтеры для пластика – научились печатать объемные полимерные детали. Но пластики выдерживают температуру только до 500 градусов, а затем либо сгорают, либо карбонизируются, либо разрушаются. Поэтому наступил черед металлов. Для такой печати нужен был новый метод – лазерное сплавление/спекание. Самые распространенные материалы для печати – медь и нержавейка. Алюминий печатается хуже, изделие получается не идеально плотным, а по качеству мы всегда должны приближаться к литью, которое дает нулевую пористость и почти идеальную гомогенность.

К настоящему времени в «аддитивке» все металлы более-менее освоены, сплавы тоже известны. А вот композиты еще не изучены, и мы ими занялись. Композит – это материал, который имеет матрицу, состоящую из одного компонента, и в матрице распределены частицы другого компонента. Самый простой пример – композит ВК: в кобальтовой матрице распределены зерна вольфрама. Когда этот композит появился, он произвел революцию. Кобальт – мягкий материал. Карбид вольфрама слишком твердый, его невозможно спечь. А когда 10% этого вещества распределили в кобальтовой матрице, получили великолепный материал. Из него уже можно делать твердосплавный инструмент, например, для обработки стали на фрезерных станках. Это случилось еще в 1960-х.

То же самое делаем мы, только в области алюминия. Наша генеральная задача – приблизить свойства алюминия к титану, получить новый «крылатый металл». Титан имеет очень высокую прочность, но и в то же время он в 2 раза тяжелее алюминия, то есть по плотности превосходит его в 2 раза. Если построить самолет из титана, он будет тяжелым, а если из алюминия – непрочным. Поэтому наша задача довести свойства алюминия до титана, но не алхимическим способом, а химическим. Сделать композит.

По аддитивным технологиям у нас несколько проектов. Главный – это Президентская лаборатория Российского научного фонда. Хорошие деньги выделяются на развитие этой области науки – 30 миллионов рублей в год. В рамках этой лаборатории мы и работаем. У нас коллектив 30 человек. Сейчас восстанавливаем нормальный график работы после режима самоизоляции (интервью проходит в июне 2020 года – Прим. Ред.).

Какие у вас рецептуры для алюминиевых композитов?

– Например, мы наполняем алюминиевую матрицу керамикой и в каких-то аспектах добиваемся свойств титана. К сожалению, много чего добавить в алюминий нельзя. Нитрид бора, оксид или нитрид алюминия, алмаз, карбиды – не все тугоплавкие компоненты можно использовать в алюминии, так как он становится хрупким. А нам нужно, чтобы он сохранил пластичность такую же как у металла, но чтобы твердость его увеличилась. Поэтому добавляем небольшие проценты соответствующих компонентов. Иногда это нанодобавки на основе волокон. Ведь можно варьировать не только состав, но и форму частиц – пробовать округлые, сферические, игольчатые…

Теория композитных материалов разработана больше полувека назад. В НИТУ «МИСиС» также было много разработок на эту тему. Но сегодня 3D-печать накладывает свои ограничения на создание новых материалов. У принтера есть определенные технологические режимы: порошок должен быть сыпучим, если засыпаем тугоплавкий компонент, нужно чтобы он гомогенно распределился внутри. Это очень сложно. Дьявол всегда в деталях. Но определенно мы живем в век композитов и работать над созданием новых композитов – благородная и интересная задача.

Сколько итераций проходит новый композит, прежде чем удается добиться запланированного результата по его свойствам?

– Современные 3D-принтеры по металлу несовершенны. Можно сказать, что мы живем в эру динозавров по уровню развития 3D-печатной технологии. С каждым новым витком усовершенствования принтеров растут и количество проб по композитам снижается.

Сейчас мы проводим очень много экспериментальных работ. А вот моя мечта – и я пишу грант на эту тему – сделать так называемый принтер «всё из всего». Принтер, который может напечатать готовое изделие. Есть принтер на бумагу, на пластик, на металл, керамику, бетон. На все отдельно. А я хочу изобрести универсальный станок. Чтобы можно было напечатать полностью чайник, предмет мебели, потом дом, машину и так далее.

Хотя бы в разработке такие принтеры есть?

– Пока нет. Но принтеры постоянно совершенствуются. На франкфуртской выставке Form Next американская HP в 2019 году представила принтер, который печатает из проволоки. То есть уже не из порошка, а из тонкого прутика. Это достижение, потому что в отличие от порошка у проволоки меньше поверхность сплавления, следовательно, меньше пористость, выше прочность будет у готового изделия. Конечно, инновации все время появляются. В нашем «каменном веке» 3D-принтинга на каждую рецептуру приходится по 10 прогонов печати, но без этого пока нельзя. А вот когда будут интеллектуальные принтеры, самообучающиеся, с применением искусственного интеллекта, они сами смогут подбирать материалы, рассчитывать время, печатать изделие целиком. И за этим как раз будущее 3D-печати.

Сколько вам требуется времени на создание 3D-композита?

– Для научной проработки рецептуры много времени не нужно – за месяц, другой можно в экспериментах прийти к результату. Но все зависит от объемов выпускаемого порошка.

Композитный порошок делается распылением расплава. Есть ванна, в которой плавится алюминий. Потом расплав вылетает из сопла с высокой скоростью, образуя порошинки. Соответственно, для лабораторных нужд достаточно печки на 100 или 500 грамм. А если необходимо произвести десятки и сотни килограммов, если речь о промышленной технологии, то только «Русал» у нас в стране имеет такие печи на 600 килограммов. Сейчас компания открыла несколько новых производств для композитных порошков.

Какие перед вами поставлены сроки?

– Длительность проекта составляет четыре года. Сейчас идет второй год разработок. В идеальном случае, через два года мы должны получить несколько патентов на новые композиты. Но если мы сделаем хотя бы один конкурентоспособный состав, я буду считать это огромным успехом. Дело тут не в создании рецептуры композита, в получении композита методом 3D-печати. Этого пока никто не делает. Два года пролетит быстро. И когда вы приедете к нам снова, надеюсь, мы уже сможем продемонстрировать конкретные результаты.

Допустим, мы оказались в прекрасном будущем, когда в определенных нишах внедрены аддитивные технологии, когда 3D-принтеры печатают готовые самолеты… Чем это все «грозит» человечеству?

– Прежде всего, облегчением труда технологов. Русские могут отлично сделать одно уникальное изделие (например, ракетоноситель), но всегда испытывали проблемы с серийным производством (вспоминаем отечественный автопром). Принтинг возьмет на себя задачу репликации успешного опыта. «Аддитивка» – определенно время русских. Один раз создал модель, поместил в принтер, и получай стабильный результат.

Какие примеры в российском бизнесе вас вдохновляют?

– Сейчас авиакомпания S7 открывает свое космическое направление – S7 Space. Если не ошибаюсь, они уже купили морской старт космических ракет. Такие примеры меня вдохновляют. Люди и компании, которые двигаются вперед, ищут новые материалы, методы, возможности.

Недавно я столкнулся с отечественной компанией «3D bioprinting solutions», которая занимается биопринтингом. Они сделали принтер для печати клеток, послали его в космос – даже у американцев такого принтера нет.

Сейчас мы покупаем маленький отечественный 3D-принтер у московской компании ADD SOL. В Петербурге тоже есть несколько производителей.

Когда в 2017 году вы начали работать в МИСиС, как собирали свою команду?

– У меня несколько критериев для отбора. Во-первых, беру молодых. Есть английская пословица, жестокая, но правдивая: старую собаку не выучить новым трюкам. Я не возражаю против заслуженных и маститых имен, но когда их критическая масса, то камень не сдвинуть. Средний возраст моей команды – 35 лет. Во-вторых, беру тех, кто владеет английским, знает, что такое писать статьи в мировые научные журналы. К сожалению или к счастью, современный ученый должен быть еще и писателем. Должен уметь составить хороший текст на английском и «продать» его в западный журнал. Это тоже искусство, которому надо научиться.

В-третьих, мне нравятся те, кто готов учиться. Если показать человеку методологию научного поиска, методологию современной научной работы, он потом сам по ней сможет развиваться и вырастет в самостоятельного ученого.

Кого из своих «звезд» можете назвать?

– Неудачников у нас в команде нет. Молодые кандидаты наук Антон Наливайко и Дмитрий Ожерелков, выпускники МИСиС, – ребята уже фактически являются самостоятельными учеными, способными формулировать задачи исследования.

Вопрос кадров для науки очень серьезный. Я считаю, нужно все силы приложить, чтобы реализовать программу по возвращению соотечественников. Многие из наших ученых хотят вернуться в Россию и работать здесь. Но надо создавать для них условия. Наверняка вы знаете Артема Оганова из Сколково (российский кристаллограф-теоретик, минералог, химик, педагог, профессор РАН), Константина Северинова (специалист в области молекулярной биологии), которые вернулись и создали здесь свои лаборатории. Повторю еще раз слова Чехова: наука не может быть национальной, как не может быть национальной таблица умножения. Если ты занимаешься серьезными исследованиями, разработками, то ты человек мира. Ты ездишь с докладами, у тебя коллеги и друзья из разных стран. Конечно, на секретных предприятиях ученые в силу своих должностных ограничений не могут обмениваться опытом, но те, кто, как и я, работает в областях, не связанных с секретностью, просто обязаны поддерживать контакты друг с другом, иначе твоя наука может превратиться в местечковое исследование «о чем-то там в носу», как говорил Аркадий Райкин.
Автор: Светлана Морозова
Фотографии предоставлены героем интервью

Энциклопедия промышленности России