РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа магистранта содержит 124 с, 30

рис., 13 табл., 61 библиографический источник, 2 приложения.

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОРОШКИ,

ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ, SLM-ПРОЦЕСС, EBM-ПРОЦЕСС, БИЗНЕС-

МОДЕЛЬ, ИНВЕСТИЦИОННЫЙ ПРОЕКТ, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Объект исследования – аддитивные технологии в металлургии.

Предмет исследования – организационно-технические и экономические

отношения, возникающие в процессе изготовления изделий на основе

аддитивных технологий.

Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по

внедрению аддитивных технологий в металлургическое производство с учетом

изменений в бизнес-процессах и экономических моделях, отражающих

производственную деятельность предприятий.

Цель обусловила ряд следующих задач:

1 Изучить влияние аддитивных технологий на экономическое развитие в

России и за рубежом, обозначить основные перспективы их применения в

различных отраслях экономики.

2 Определить современные тенденции развития аддитивных технологий

в металлургии, охарактеризовать основные технологические процессы и их

параметры.

2

3 Разработать элементы стратегии внедрения аддитивных технологий с

учетом изменения в бизнес-процессах1 и экономических моделях2

функционирования организаций.

Дано описание процессов аддитивного производства. За основу были

взяты наиболее изученные технологии – процессы SLM и EBM, применительно

к производству изделий из сплава Ti-6Al-4V и его отечественного аналога,

сплава ВТ6.

Приведены аспекты влияния аддитивных технологий на изменения в

цепочках поставок и бизнес-моделях функционирования организации.

Произведены расчеты инвестиционных проектов представленных технологий

аддитивного производства. Представлен механизм оценки возможности

организации к внедрению аддитивных технологий, имеющий

рекомендательный характер.

1 Бизнес-процессы – все процессы, относящиеся к логистике (формирование цепочки поставок), организации

производства, технологии маркетинга (формирование портфеля заказов, продвижение и сбыт), организационная

структура, потребность в человеческих ресурсах (специалисты с определенным уровнем квалификации и

техническими знаниями). 2 Экономические модели – формирование себестоимости изделия (переменные, постоянные затраты),

показатели использования оборудования по времени, производительности, описание инвестиционных затрат,

использование элементов бизнес-планирования.

3

ABSTRACT

This qualification work consist of 124 pages, 30 pictures, 13 tables, 61

references and 2 appendixes.

Keywords: ADDITIVE MANUFACTURING, METAL POWDERS,

TITANIUM-BASED ALLOYS, SELECTIVE LASER MELTING, ELECTRON

BEAM MELTING, BUSINESS MODEL, INVESTMENT PROJECT, ECONOMIC

BENEFITS

Object – Additive manufacturing in metallurgy.

Subject – Organizational, technical and economic relations arising in the

manufacturing processes of products based on additive technologies.

The main purpose is developing of recommendations for involving the additive

technologies taken into account business processes’ changes and production

activities’ reflections of economic models.

Research objectives:

1 Studying the influence of additive technologies on economic development in

Russia and abroad. Identifying the main application branches of manufacturing.

2 Determination the current trends in additive technologies’ progress.

Characterization the main processes and specifications.

3 Creating strategic elements for implementing the additive technologies,

making aspects of business processes and functional economic models.

Scientific novelty lies in the forming the upgraded supply chain at the areas of

internal and external environment, and working-out universal business model of

companies’ activities in the case of involving the additive technologies.

Investment projects were calculating for comparison between the SLM and

EBM technologies. Indicators of investment attractiveness of these technologies are

presented.

A method has been developed that allows to assess the ability of companies to

introduce additive technologies, which has an advisory nature.

4

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5

1 ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ И

ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ .......... 7

1.1 Распространение и применение аддитивных технологий и их роль в

экономическом развитии в условиях глобализации ................................................ 7

1.2 Современное техническое состояние аддитивных технологий ..................... 12

1.3 Барьеры, препятствующие развитию внедрения аддитивных технологий и

возможные пути их преодоления ............................................................................ 17

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ............. 20

2.1 Характеристика порошковых материалов и общие требования к ним ......... 20

2.2 Способы получения порошковых материалов ................................................. 22

2.2.1 Газовая атомизация .................................................................................... 23

2.2.2 Центробежная атомизация ........................................................................ 27

2.3 Описание процессов аддитивного производства ............................................. 30

2.3.1 Селективное лазерное плавление ............................................................. 30

2.3.2 Электронно-лучевое плавление ................................................................ 47

2.4 Термообработка изделий аддитивного производства ..................................... 52

3 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И УПРАВЛЕНЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ

РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВНЕДРЕНИЮ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ........ 56

3.1 Влияние технологий на бизнес-процессы и экономические модели

функционирования предприятия: концептуальный анализ .................................. 56

3.2 Элементы экономической модели аддитивного производства: структура

себестоимости и межпроцессное сравнение .......................................................... 68

3.3 Рекомендации по внедрению аддитивных технологий ................................... 77

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 82

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................................... 87

ПРИЛОЖЕНИЕ А ..................................................................................................... 95

ПРИЛОЖЕНИЕ Б .................................................................................................... 109

5

ВВЕДЕНИЕ

Объект исследования – аддитивные технологии в металлургии.

Предмет исследования – организационно-технические и экономические

отношения, возникающие в процессе изготовления изделий на основе

аддитивных технологий.

Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по

внедрению аддитивных технологий в металлургическое производство с учетом

изменений в бизнес-процессах и экономических моделях, отражающих

производственную деятельность предприятий.

Цель обусловила ряд следующих задач:

1 Изучить влияние аддитивных технологий на экономическое развитие в

России и за рубежом, обозначить основные перспективы их применения в

различных отраслях экономики.

2 Определить современные тенденции развития аддитивных технологий

в металлургии, охарактеризовать основные технологические процессы и их

параметры.

3 Разработать элементы стратегии внедрения аддитивных технологий с

учетом изменения в бизнес-процессах и экономических моделях

функционирования организаций.

Актуальность темы исследования обусловлена возрастающим интересом

ученых и инженеров к проблемам вовлечения аддитивных технологий в

производство функциональных изделий из металлических порошков.

Существующие барьеры, препятствующие внедрению аддитивных технологий,

постепенно ослабляются, и в связи с этим требуется оценить возможности

технологий, в т.ч. провести анализ экономической эффективности внедрения.

Однако в отечественных научных изданиях, данная проблема освещена

недостаточно полно ввиду инертного характера внедрения новых технологий

на российские предприятия, слабой заинтересованности представителей

бизнеса и промышленности в формировании новых конкурентных

6

преимуществ организаций, отчасти обусловленной жесткой и закрытой от

остального мира формой российского рынка.

Научная новизна заключается в конкретизации механизма изменений в

цепочках поставок на уровне внешней и внутренней среды и формировании

универсальной бизнес-модели функционирования организации применительно

к внедрению аддитивных технологий, приведен механизм оценки

возможностей предприятия к внедрению таких технологий, обладающий

рекомендательным характером.

7

1 ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ И

ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Распространение и применение аддитивных технологий и их роль

в экономическом развитии в условиях глобализации

Аддитивные технологии на сегодняшний день быстроразвивающаяся

отрасль промышленного производства. Рынок аддитивных технологий

включает в себя реализацию установок АП, изготовление моделей или деталей

на заказ или для собственных нужд, сервисное обслуживание установок,

разработка ПО, обучение специалистов и операторов, рекламу и консалтинг [1].

Согласно ежегодному отчету Wohlers Report 2018 о состоянии и

перспективах рынка аддитивных технологий в 2017 г. общий рост отрасли

составил 21%, что выше показателя 2016 года с 17,4%. Металлопечатающих

установок было реализовано 1768 единиц (в 2016 г. — 983), т.е. произошел рост

на 80% (рисунок 1.1). В основном он достигнут за счет улучшения систем

мониторинга и контроля качества изделий. Количество компаний,

выпускающих профессиональные установки, увеличилось с 97 в 2016 г. до 135

в 2017 г. (в 2014, 2015 их количество составляло 49 и 62, соответственно), при

этом новые компании выпускают системы с более продвинутыми свойствами: с

открытыми по материалам платформами, с более высокими скоростями печати

с меньшей стоимостью установок [2].

8

Рисунок 1.1 – Количество проданных промышленных установок АП для

производства изделий из металла с 2000 по 2017 гг. [2]

Так, в первую мировую тройку потребителей оборудования для

аддитивных технологий входят США (38%), Канада (12%), Япония (9,7%), доля

России равна 1,4%.

Среди применяемых материалов преобладает печать пластиком — 89%,

на долю печати металлом приходится 10%, на все остальные материалы — 1%.

При этом доля любительских и полупрофессиональных принтеров составляет

91,6%, а профессиональных и промышленных — 8,4%. Крайне важной

тенденцией рыночного развития является прогресс в одном из самых сложных

отраслей, связанных с производством изделий из металлических материалов.

В 2016 г. емкость мирового рынка ЗD-принтеров составила 13,2 млрд.

долл., в 2017 г. — 16 млрд. долл., к 2020 г. она по прогнозу составит 28,9 млрд.

долл. Динамика роста числа 3D-принтеров выглядит следующим образом: 2015

год — 220000 ед., 2016 - 450000 ед., к 2020 году количество принтеров в мире

достигнет показателя 6700000 ед. В 2016 году 29,6% принтеров работали в

автомобильной промышленности, 17,8% приходилось на аэрокосмическую и

военную промышленность, 7,5% на производство оснастки, 6,9% на

архитектуру, 3,3% составила частная печать и 34,9% остальные применения [2].

Крупнейшие компании-производители установок АП:

1 Arcam AB (Швеция);

2 Concept Laser GmbH (ФРГ);

3 EnvisionTEC Inc. (США, ФРГ);

9

4 EOS GmbH (ФРГ);

5 ExOne (США);

6 Farsoon High-tech Co., Ltd (КНР);

7 Objet Geometries Inc. (США, Израиль);

8 Optomec Inc. (США);

9 Realizer GmbH (ФРГ);

10 Renishaw plc (Великобритания);

11 Sciaky Inc (США);

12 SLM Solutions Group AG (ФРГ);

13 Stratasys Ltd (США);

14 Trumpf GmbH & Co. (ФРГ);

15 Voxeljet AG (ФРГ);

16 3D Systems Corp. (США).

Отечественный рынок АТ остается слаборазвитым, но набирающим

темпы роста. Опыт разработки и реализации металлопечатающих технологий

имеют отдельные отечественные компании, образовательные центры. За 2017

год российскими компаниями изготовлено и реализовано 2600 устройств, 19

промышленных аддитивных систем, в число которых входит 3 установки для

работы с металлическими порошками.

Некоторые отечественные компании, производящие установки АП:

1 ООО НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» (Зеленоград);

2 «3DSLA» (Санкт-Петербург);

3 ООО «ЛАР Технологии» (Санкт-Петербург);

4 ГК «Росатом»;

5 РИЦ УрФУ и Концерн ВКО «Алмаз-Антей» (на базе ОКБ

«Новатор») (Екатеринбург).

В таблице 1.1 приведены отрасли промышленности, наиболее полно

осваивающие АТ.

Детали, предназначенные для аэрокосмического применения очень

сложны в изготовлении. Им характерны малые объемы производства и

10

длительный жизненный цикл. Репутационные последствия для технологии,

явившейся причиной отказа или сбоев, становятся причиной для тщательной

оценки возможности применения новых технологий для производства изделий

особо ответственного назначения. Аэрокосмическая отрасль характеризуется

длительными и крайне дорогостоящими циклами разработки и ввода новых

аппаратов в эксплуатацию. Фактически требуется в среднем около десяти лет

для перехода от состояния концепции до первого полета [4].

Таблица 1.1 – Отрасли, применяющие технологии АП [3] Отрасль Применения Извлекаемые выгоды

Аэрокосмическая Прототипирование.

Производство

компонентов для

самолетов,

ракетоносителей и

спутников.

Уменьшение массы

изделий.

Снижение себестоимости производства

сложных функциональных изделий.

Локальное производство по месту требования

без ограничений на доставку.

Сокращение времени изготовления приводит к

уменьшению требуемых запасов сырья.

Оптимизация конструкций (облегчение массы,

сокращение числа модульных элементов).

Автомобильная Прототипирование.

Производство изделий.

Уменьшение массы

автомобилей.

Система охлаждения

для прототипов,

работающих в особо

сложных условиях.

Оптимизаций конструкции изделий.

Ускорение выхода на рынок новой продукции.

Сокращение затрат на ремонт.

Сокращение запасов.

Улучшение качества изделий.

Травматология

Хирургия

Реабилитация

Изготовление

имплантов (слуховые

аппараты, протезы).

Реконструкция костей.

Тазобедренные суставы.

Импланты черепной

коробки.

Челюстные импланты.

Уменьшение времени и стоимости операций.

Снижение рисков пост-операционных

осложнений.

Сокращение времени изготовления изделий.

Оптимизация конструкции имплантов под

анатомические особенности.

Стоматология Зубные протезы и

коронки,

ортодонтические

аппараты

Сокращение времени изготовления изделий.

Анатомическая оптимизация изделий.

Наиболее критичным свойством изделий, произведенных аддитивными

методами для медицинских применений, является их биологическая

совместимость с органами и тканями человека. Импланты и протезы

11

проектируются в соответствии с анатомическими особенностями конкретного

пациента. Например, производство имплантов, имеющих разветвленную

структуру ячеек (Вингера-Зейтца) способствуют удовлетворительному

прорастанию костной ткани в ячейки, способные выдержать значительную

нагрузку. Это может указывать на формирование нового направления в

восстановительной травматологии и хирургии [5].

В условиях глобального развития, аддитивные технологии способны

вернуть некоторые производства высокотехнологичной продукции,

сконцентрировав их в развитых странах. Необходимость развития технологий

вызовет качественный скачок в проведении исследований различного рода,

направленных на оптимизацию режимов работы оборудования, расширению

номенклатуры применяемых материалов, расширению технологических

возможностей установок.

Мотивации стран к развитию новых производственных технологий, тем

не менее, разные. Для США это необходимость сохранять мировое лидерство,

понимание того, что политика вывода производств за пределы страны не

оправдала себя и могут быть потеряны важные преимущества. Поэтому для

США одно из ключевых направлений действий это возврат производственных

мощностей в страну, локализация их в непосредственной близости от центров

НИОКР.

Для стран Западной Европы основной целью является сохранение

лидерских позиций по ряду сегментов на высокотехнологичных рынках в

условиях активного развития производственных технологий в США, Китае и

Японии. Китай, в свою очередь, ставит задачу развития новой индустрии с

учетом опоры на свои силы.

Важным фактором, способствующим процессу обновления

индустриализации развитых экономик становится развитие новых

производственных технологий, позволяющих перейти на новые бизнес-модели,

основанные на кастомизации продукции. Кастомизация обеспечивается за счет

ускорения и удешевления разработки новых моделей и типов продукции на

12

базе аддитивных технологий, а также организации гибких производственных

систем, оперативно реагирующих на изменение рыночных потребностей.

Кастомизация повышает роль аутсорсинга, и малых и средних инновационных

компаний в производственных цепочках. Средние компании становятся

важными «узлами» кастомизированного производства.

Отечественной же науке и промышленности придется вложить немало

усилий для того, что наверстать упущенное время и обеспечить потребности

собственного рынка как установками аддитивного производства, так и

наличием сырьевой базы.

1.2 Современное техническое состояние аддитивных технологий

Первая современная технология трехмерной печати появилась в конце 80-

х гг. прошлого века в компании «3D Systems», которая реализовала принцип

стереолитографии (SLA-процесс) [1].

До середины 90-х гг. технологии на тот момент называвшиеся

технологиями быстрого прототипирования в своем большинстве применялась в

научно-исследовательской и опытно-конструкторской сферах деятельности в

первую очередь для моделирования для нужд военно-промышленного

комплекса.

Основные определения для отрасли АТ были сформированы в стандарте

ASTM F2792.1549323-1. Термин аддитивные технологии из данного документа

можно перевести как «процесс соединения материалов, предназначенных для

синтеза физических объектов по данным 3D-модели САПР, обычно послойным

принципом, в отличие от вычитающих (субтрактивных) технологий

производства» [1].

Стоит отметить, что среди всех традиционных процессов, к которым

относятся, к примеру, литейное производство, порошковое прессование,

механическая обработка заготовок, не все являются субтрактивными.

Далее приведены классификации аддитивных технологий [1].

По принципу добавления материала:

13

– прямое нанесение материала к месту подвода энергоносителя;

– послойное осаждение материала с последующей обработкой отдельных

контуров.

По методу фиксации слоя:

– фотополимеризация;

– склеивание;

– сплавление/спекание.

По типу применяемых материалов для выращивания:

– жидкие (акриловые и эпоксидные фотополимеры);

– сыпучие (полимеры, пески, металлопорошки);

– прутковые и листовые (полимеры, металлы и деревянное волокно).

Существует условное двухуровневое разделение аддитивных устройств.

К первой категории относятся любительские 3D-принтеры, предназначенные

для домашнего изготовления, визуального моделирования в рамках

образовательного процесса в учебных заведениях и для творческой

самореализации. Ко второй категории относятся профессиональные и

промышленные установки АП, предназначенные для НИОКР и

промышленного производства. Такие установки являются средствами

производства. Таким образом, рынок АТ разделен на два самостоятельных,

развивающихся независимо друг от друга рынка [1].

Основные преимущества АТ заключаются в [6-9]:

1 исключении конфликта конструктор-технолог, поскольку обе

функции может выполнять один специалист;

2 возможности изготовления изделий сложной геометрической

конфигурации, в т.ч. с внутренними каналами и полостями, с большой

площадью поверхности, малым объемом;

3 отсутствии необходимости изготовления инструментальной

оснастки и литейных форм;

4 минимизации потерь материала и производственных отходов;

5 сокращении времени поставок сырья, уменьшении объемов склада;

14

6 целесообразности при индивидуальном или мелкосерийном

производстве;

7 сокращении комплектующих частей создаваемых узлов и агрегатов;

8 уменьшении количества технологических операций, автоматизации

процесса, сокращения трудоемкости и времени изготовления.

Весь процесс аддитивного производства состоит из следующих этапов:

разрабатывается 3D-модель детали с помощью программных средств

объемного моделирования; объемная компьютерная модель конвертируется в

общепринятый формат STL, загружаемый в память установки АП; ПО

установки перед началом процесса производства режет виртуальную модель на

слои необходимой толщины (алгоритмы нарезки у каждого производителя

реализованы на основе собственных программных алгоритмов и

запатентованы); затем происходит послойный процесс выращивания изделий

на основе данных (обрабатываются «твердые» участки секции). Именно такой

последовательный, многоуровневый подход к изготовлению объектов

характеризует аддитивный принцип. После завершения процесса выращивания,

при необходимости, проводится финишная пост-обработка [10]. Стадии

процесса изображены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Стадии процесса выращивания изделий [10]

15

Современные промышленные технологии АП отличаются как

производительностью, принципами формирования слоев, применяемыми

материалами, так и источниками энергии, применяемыми в процессе.

Схематично, данные технологии проклассифицированы на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Производительности некоторых процессов аддитивного

производства [11]

Аддитивные технологии обладают некоторыми преимуществами перед

традиционными технологиями производства. Их характеристики указаны в

таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Преимущества аддитивных технологий перед традиционными [3] Области применения Преимущества

Быстрое прототипирование Ускорение выхода новой продукции на рынок

Снижение затрат на разработку

Повышение эффективности и

конкурентоспособности

Производство запасных частей Сокращение времени ремонта

Уменьшение стоимости труда

Сокращение затрат на хранение

Мелкосерийное производство Экономически эффективное производство

мелких партий

Отсутствие затрат на оснастку и инструмент

Кастомизированные и

уникальные изделия

Массовая кастомизация обходится по меньшей

цене

Быстрое изготовление функциональных изделий

Отсутствие штрафов при изменении продукции

новой конфигурации

16

Труднообрабатываемые

изделия

Автоматизированное производство изделий

сложной геометрической конфигурации при

постоянной себестоимости

Обеспечение обрабатывающих

производств

Сокращение трудовых затрат

Сокращение затрат на хранение

Эффективность массовой кастомизации

Быстрое производство Одностадийное производство практически

готовых изделий

Изготовление компонентов Улучшение качества готовой продукции

Сокращение цепочки поставок

Снижение затрат на разработку

Вычленение лишних, модульных элементов

Локализованное производство

по требованию

Сокращение затрат на складирование и

транспортировку запасов и готовой продукции

Сокращение затрат за счет предотвращения

простоев оборудования

Сокращение цепочки поставок

Увеличение жизненного цикла продукции

Быстрый ремонт Сокращение времени ремонта

Возможность функциональной оптимизации

объектов

Выбор технологии АП осуществляется на основании анализа по

следующим критериям [1]:

– стоимость приобретения;

– производительность;

– качество поверхности модели;

– степень детализации (способность построить мелкие фрагменты);

– точность построения;

– трудоемкость пост-обработки;

– стабильность модельного материала;

– срок службы установки до замены основных узлов;

– стоимость модельных (строительных и вспомогательных) материалов;

– надежность и сроки поставки расходных материалов и запасных частей;

– развитость службы технической поддержки в регионе;

– стоимость текущего технического обслуживания машины;

– стоимость сервисного контракта (в пост-гарантийный период);

– надежность и долговечность машины;

– время жизни основных узлов до замены или капремонта;

17

–_требуемая квалификация и, соответственно, стоимость

обслуживающего персонала, а также требуемая площадь инсталляции и

инженерная инфраструктура.

1.3 Барьеры, препятствующие развитию внедрения аддитивных

технологий и возможные пути их преодоления

Новые технологии, традиционно, внедряются в высокотехнологичные

сферы производства с низкими темпами, что приводит к сильному разрыву

между спросом на недорогую, быструю поставку продукции и характерной для

дорогостоящих продуктов с длинным жизненным циклом цепочкой поставок.

Опыт западных стран показывает, что производители высокотехнологичной

продукции испытают все большее давление со стороны государственных и

частных заказчиков в сфере соответствия концепции электронной коммерции

по реализации продукции. Развитие систем аддитивного производства

позволяет значительно сократить затраты и сроки изготовления сложных

изделий, а расширение номенклатуры сплавов обеспечивают производство

деталей с улучшенными характеристиками. В результате некоторые

производители стали активно внедрять данные технологии в существующие

производственные линии. Такое поведение является свидетельством высокой

инновационной культуры. Для остальных сфер АТ нуждаются в обосновании

их применения, развития признания процессов производства, изменения

принципов проектирования [4].

Остаются актуальными следующие направления без реализации которых

внедрение АТ в российскую промышленность сильно осложнено [12]:

– низкая степень осведомленности управленческих кадров о

возможностях и перспективах АТ, высокая инерционность промышленных

предприятий;

– производство установок АП и ПО, обладающих более широкими

возможностями, по сравнению с западными или китайскими аналогами, на базе

отечественных комплектующих;

18

– широкая адаптация отечественных порошков под установки АП

различного типа и увеличение объемов их производства;

– увеличение финансирования исследований, предназначенных для

выявления оптимальных режимов АП для широкого спектра материалов и

разных типов установок;

– ускорение НИОКР на номенклатуру изделий ответственного

назначения, произведенных из отечественного сырья;

– недостаточное количество специалистов данной отрасли;

– слабая система стандартизации (как технологий АП, так и сырья,

процесса моделирования);

–__технологические ограничения, заключающиеся в низкой

производительности процесса, ограниченным рабочим объемом.

В Российской Федерации произошел сразу импорт технологии, без

предварительного развития производства сырьевых материалов (порошки

металлов, полимеры, фотополимеры и др.) и активного, повсеместного

внедрения цифровых технологий проектирования и стимулирования в

промышленные предприятия страны [13].

Сегодня в России существует достаточно компаний – представителей

малого, среднего и крупного бизнеса, оказывающих услуги по

прототипированию, однако в основном это небольшие предприятия,

обладающие одним-двумя недорогими устройствами, способными производить

несложные детали с низкой производительностью. Связано это с тем, что

высокотехнологичное оборудование, способное обеспечить высокое качество

изделий и скорость печати, стоит дорого и требует для работы и обслуживания

квалифицированного, специально обученного персонала. Далеко не каждый

представитель малого, среднего и крупного бизнеса может себе это позволить,

поскольку для приобретения необходимо четко понимать, каким образом и

насколько эффективно это оборудование будет использоваться, будет ли оно

загружено работой. Слабостью таких компаний является отсутствие

комплексности решения задач, ведь аддитивные технологии – это не только

19

установка, но важная часть той среды, в которой происходит развитие нового

продукта – от замысла конструктора до материализации его идеи в серийном

производстве, в которой новый продукт разрабатывается, применяется вплоть

до окончания его жизненного цикла [13].

Существенным ограничением для разработки отечественного

оборудования для аддитивного производства может стать его стоимость – если

она не окажется значительно ниже стоимости оборудования существующих

поставщиков или же новое оборудование не будет обладать принципиально

новыми возможностями, делающими его привлекательным для российского

рынка, разработка такого оборудования окажется нецелесообразной [13].

Процесс сертификации производства должен обеспечить его

безопасность и качественность процесса с минимальным воздействием на

изменение его длительности и его себестоимости. В действительности остается

открытым вопрос стандартизации отдельных применений изделий АП.

Необходимо также сертифицировать материалы и их производителей.

20

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1 Характеристика порошковых материалов и общие требования к

ним

Под порошками понимают сыпучие материалы с размером частиц до

1 мм. Порошки классифицируют по условному диаметру d, подразделяя

на:

– нанодисперсные (d < 0.001 мкм);

– ультрадисперсные (d = 0,01 – 0,1 мкм);

– высокодисперсные (d = 0,1 – 10 мкм);

– мелкие (d = 10 – 40 мкм);

– средние (d = 40 – 250 мкм);

– крупные (d = 250 – 1000 мкм).

Относительно недавно появились общие требования к

металлопорошковым композициям, применяемым в АТ, однако некоторые

компании-производители установок АП предписывают работу с определенным

перечнем материалов, поставляемых самими компаниями. В разных установках

применяются порошки различного фракционного состава, поскольку

существует довольно высокий риск получения изделий различного качества,

при работе на порошках различных производителей. Однако уже существуют

устройства допускающие применение металлических порошков сторонних

производителей [1].

Например, для установок Arcam (EBM-процесс) размер частиц

варьируется от 45 до 100 мкм. Характерный диапазон частиц для SLM-

процесса: 10 – 45 мкм. Сильные и слабые стороны различных типов

поставщиков приведены в таблице 2.1.

Общим и одним из наиболее критичных требований к порошкам для АП

является сферическая форма частиц, поскольку они более компактно

укладываются в заданный объем и обеспечивают текучесть с минимальным

сопротивлением [1].

21

Таблица 2.1 – Преимущества и недостатки приобретения порошковых

материалов от различных поставщиков [14] Тип поставщика Преимущества Недостатки

Производитель установок

АП

Стандартные параметры

установки обеспечивают

готовность к применению

Высокая стоимость

порошкового сырья

Порошок испытан и

проверен на установках

Ограниченная номенклатура

материалов

Гарантийная поддержка при

несоответствии сырья

качеству

Отсутствует возможность

смешения порошками

сторонних производителей

Простота поиска Отсутствие

прослеживаемости рудной и

технологической базы для

производства сплава и

порошка

Готовые маршруты закупок

Проверенные сторонние

поставщики

Выбор порошковых

материалов из доступной

номенклатуры

Отсутствие гарантийной

поддержки производителя

установок АП

Широкий диапазон

закупаемых партий

Потенциально более

высокая стоимость

материалов

Порошок испытан и

опробован на установках

Широкий выбор

поставщиков

Производители порошковых

материалов

Богатая номенклатура

сплавов

Отсутствие гарантийной

поддержки производителя

установок АП

Меньшая стоимость сырья

(зависит от сплава и

процесса АП)

Уменьшение вероятности

стабильного процесса

выращивания

Выбор конкретного

процесса производства

порошков

Возможны нарушения

стандартов производства

Возможность закупок у

местного производителя

Высокая степень

прослеживаемости качества

материала

Металлические порошки, предназначенные для спекания или сплавления

широко применяются в покрытиях, огневой или плазменной металлизации.

Однако, требования для металлических порошков АП более жесткие,

относящиеся прежде всего к гранулометрии, форме и химическому составу,

обеспечивающие успешность, стабильность процесса, а также повторное

22

использование порошка в других циклах. Порошки, полученные

традиционными способами, например водной атомизацией, могут иметь

несферическую угловатую форму, спеченные сателлиты, что совершенно

непригодно для АП. Порошки, на данный момент пригодные к АП, должны

иметь форму наиболее близкую к сферической. Это обеспечивает более

плотное и компактное формирование слоёв и беспрепятственную подачу

материала [15]. Более того, во избежание формирования некоторых дефектов,

содержание влаги в порошковых материалах не должно превышать 3%.

Относительно недавно были приняты отечественные стандарты,

регулирующие применение материалов в АП, устанавливающие методы

контроля и испытаний сырья (ГОСТ Р 57589-2017 и ГОСТ Р 57556-2017). Для

сплава Ti-6Al-4V разработан идентичный с международным стандарт ГОСТ Р

ИСО 5832-3-2014, в котором устанавливаются характеристики и

соответствующие методы испытания для деформируемого титанового сплава.

2.2 Способы получения порошковых материалов

Проблема получения порошковых материалов актуальна не только для

развития АТ, но и для классической порошковой металлургии в целом.

К наиболее распространенным методам получения металлических

порошков относят восстановление оксидов металлов, диспергирование

(атомизация) расплава, автоклавный и карбонильный методы, электролиз

водных и соляных растворов, диффузное насыщение, механическое

измельчение [16].

Концептуальная схема получения порошков как конечного продукта

представлена на рисунке 2.1.

Основную долю производства металлопорошков титановых сплавов для

АТ составляют методы превращения сырья без существенного изменения

химического состава, наиболее производительные, экономичные,

обеспечивающие заданные параметры получаемым порошковым композициям

– методы диспергирования расплава. Более 80% всех порошков для

23

аддитивного производства получают методами диспергирования расплава.

Основными технологиями получения таких порошков являются газовая и

центробежная атомизации, наиболее применимые технологии которых будут

приведены далее [1].

Рисунок 2.1 – Потоковая схема производства порошков из рудного

материала [14]

2.2.1 Газовая атомизация

Одним из видом газовой атомизации является технология EIGA (Electrode

Induction Guide Inert Gas Atomization) – электронно-индукционная плавка с

распылением инертным газом предназначена для получения порошков

24

реактивных металлов – Ti, Zr, Hf, V, Pt, Ir, Nb, Mo. Согласно данной технологии

(схема приведена на рисунке 2.2), предварительно подготовленные слитки

(⌀50×500 мм) подвергаются индукционной плавке посредством медленного

опускания вращающегося электрода в кольцевой индуктор, затем капли

металла попадают в систему форсунок и распыляются инертным газом. Данный

процесс имеет низкую скорость распыливания расплава около 0,5 кг/с, но

позволяет распылять за один цикл до нескольких десятков килограммов [1].

Изготовителем атомайзеров EIGA является компания ALD Vacuum

Technologies GmbH (является дочерней организацией компании AMG Advanced

Metallurgical Group N.V.), обладающая исключительной лицензией на

производство установок от компании Sandwik Osprey Ltd.

Такая схема получения порошка позволяет значительно увеличить

производительность (по сравнению с периодическими машинами), а отсутствие

расходных керамических и графитовых частей значительно удешевляет

производство порошков. Расход же газа на 1 кг получаемого порошка

сопоставим с большими тигельными атомайзерами. Стабильность процесса на

таком оборудовании несколько выше, чем на тигельных атомайзерах, так как

отсутствует стадия «первой порции» металла, распыление которой, как

правило, загрязняет порошок скрапом и окисленными крупными гранулами. В

данном случае подача металла на всех этапах распыления идет одинаково, а

поток аргона в форсунке формируется до начала плавления электрода. По

данным фирмы ALD (рисунок 2.3), выход годного порошка с размером

фракции 40–80 мкм составляет для титановых сплавов порядка 33–35 %, а для

нержавеющей стали – до 40 %, что является весьма высоким показателем по

сравнению с другими технологиями распыления [17].

25

Рисунок 2.2 – Схема бестигельного атомайзера EIGA 50/500 [Источник: ALD

Vacuum Technologies GmbH]

Рисунок 2.3 – Распределение порошков сплавов на основе никеля, титана и

ниобия, полученных на атомайзейре EIGA 50/500, в зависимости от диаметра

расходуемого электрода [Источник: ФГУП «ВИАМ»]

26

Во ФГУП «ВИАМ» была спроектирована установка ВИПиГР 50/500,

являющаяся аналогом EIGA-процесса. Схема установки представлена на

рисунке 2.4.

1 – контрольный центр; 2 – электрод; 3 – камера плавления заготовки; 4 – линия

подачи инертного газа; 5 – огнеупорное сопло; 6 – распылительная колонна; 7 –

приемный бункер

Рисунок 2.4 – Схема получения порошковых композиций методом

индукционной газовой атомизации [Источник: ФГУП «ВИАМ»]

Принцип работы: заготовка для распыления устанавливается в

загрузочной камере, далее загрузочная камера и распылительная колонна

вакуумируются и заполняются аргоном высокой чистоты. После включения

индуктора, вертикально зафиксированная заготовка начинает вращаться вокруг

своей оси. Посредством электромагнитной индукции слои, находящиеся в поле

индуктора, начинают плавиться, металл стекает под действием силы тяжести

вниз и попадает в поток газа, создаваемый кольцевой форсункой, распыляясь на

27

мелкие капли, которые во время падения сфероидизируются за счет сил

поверхностного натяжения и кристаллизируются. Сбор и охлаждение

происходят в приемном бункере [18]. В таблице 2.2 указаны сведения о

распределении порошков по фракциям для сплава ВТ6.

Таблица 2.2 – Содержание основных фракций в металлопорошковых

композициях сплава ВТ6 [18] Условный номер

плавки

Содержание фракции, %

40–80 мкм 10–40 мкм 10–80 мкм

1

2

3

33,0

41,5

37,0

39,0

39,2

32,0

72,0

80,7

69,0

2.2.2 Центробежная атомизация

Наибольший интерес с точки зрения производства порошков из

титановых сплавов представляют REP и PREP процессы.

Технология REP (Rotating Electrode Process) предполагает распыливание

расплава, формируемого электрической дугой, проходящей между

вольфрамовым электродом и титановым слитком цилиндрической формы [1].

В REP-процессе применяют два электрода (вольфрамовый и расходуемый

из заданного сплава), расположенных друг напротив друга. Вольфрамовый

электрод зафиксирован, а второй вращающейся с постоянно высокой

скоростью. Во время процесса между электродами возникает электрическая

дуга, расплавляющая металл расходуемого электрода. За счет центробежной

силы расплавленный металл разбрызгивается в стороны с формированием

мелких капель и их кристаллизацией и образованием сферической формы во

время полета [19].

Вариацией предыдущего процесса является технология PREP (Plasma

Rotating Electrode Process) (вариант установки изображен на рисунке 2.5).

Плавление слитка производится высокоскоростным потоком инертного газа [1].

Схема производства методом PREP представлена на рисунке 2.6. Этот

метод представляет собой распыление литой заготовки 1 диаметром d, которая

вращается вокруг своей оси с определенной угловой скоростью. К ее торцу 2

28

подается поток тепловой энергии плазмотроном 3, установленным обычно с

эксцентриситетом h, с заданной мощностью. Плазменный факел 4 расплавляет

торец заготовки, на котором образуется поверхностная пленка расплава 5. Под

действием центробежных сил расплав в пленке движется от центра к

периферии торца, где скапливается на кромке, образуя «венец» 6. От него и

отлетают капли расплава 7, которые в полете кристаллизуются в гранулы. Весь

процесс проходит в среде инертных газов (аргон, гелий) [20].

Камера заполнена защитным газом, либо формируется вакуум, для

обеспечения высокой чистоты поверхности и предотвращения взаимодействия

с кислородом, азотом и углеродом углекислого газа. Средний размер частиц

зависит от технологических параметров распыливания и относится к интервалу

значений от 40 до 200 мкм [16].

Рисунок 2.5 – Макет универсальной модульной установки нового поколения

для производства порошков методом центробежного распыления [Источник:

ОАО «ВИЛС»]

29

1 – литая заготовка (d – диаметр); 2 – торец заготовки; 3 – плазмотрон (h –

эксцентриситет); 4 – поток тепловой энергии (плазма); 5 – пленка расплава; 6 –

тороидальный «венец» из расплава металла; 7 – капли расплава

Рисунок 2.6 – Схема производства методом PREP [20]

Минимальная рабочая фракция порошков составляет менее 70 мкм со

средним размером гранул ~50 мкм (около 10% гранул менее 40 мкм). В

настоящее время это наилучший результат, которого можно достичь на

современных установках плазменной плавки и центробежного распыления

быстровращающихся литых заготовок [20].

Для эффективного использования в аддитивных технологиях порошков,

изготавливаемых методом PREP, необходимо уменьшать их размер до значений

менее 40 мкм.

Основные пути уменьшения размера частиц порошка для метода PREP

[20]:

– увеличение частоты вращения литой заготовки. С ее увеличением

уменьшается средний размер частиц;

– увеличение мощности плазмотрона. Она косвенно влияет на размер

частиц (в небольшой степени уменьшая их), непосредственно влияет на

технологичность и увеличивает производительность установки;

– снижение вибрации установки при работе. Вибрация оказывает

негативное влияние на размер получаемого порошка, дестабилизируя

фракционный состав и снижая выход годного;

30

– увеличение диаметра литой заготовки приводит к повышению угловой

скорости при одинаковой частоте вращения, а далее – к уменьшению размера

изготавливаемых гранул (однако чрезмерное увеличение диаметра заготовок

усиливает вибрацию).

На рисунке 2.7 изображены фотографии морфологии порошков сплава Ti-

6Al-4V, полученных представленными способами.

Рисунок 2.7 – Морфология порошков Ti-6Al-4V, полученных методами: a)

EIGA- процесс; b) PREP-процесс [1]

Порошки, полученные процессами центробежной плазменной

атомизации, обладают более правильной сферической формой и меньшим

содержанием мелких частиц-сателлитов. Также порошки, полученные

способом PREP применимы в процессах электронно-лучевой плавки.

2.3 Описание процессов аддитивного производства

2.3.1 Селективное лазерное плавление

Способ селективного лазерного плавления (SLM) был разработан в 1995

году Вильгельмом Майнерсом и Куртом Виссенбахом в Институте лазерных

31

технологий Фраунгофера. Позже к проекту подключились Диетер Шварц и

Маттиас Фокеле из компании «F&S Stereolithographietechnik» GmbH, после чего

способ был запатентован [8].

Процесс SLM был разработан в связи с необходимостью производства

плотных цельных объектов со сложной геометрией, с механическими

свойствами, не уступающими литым или кованым изделиям, во избежание

длительных циклов обработки [21].

Общий принцип процесса селективного лазерного плавления схематично

изображен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 – Схема SLM-процесса [1]

Ракель или валик (в зависимости от оснащения установки) формирует

слой порошка заданной толщины на подогретой стальной подложке. Лазерный

луч, в соответствии с текущей конфигурацией слоя CAD-модели, обрабатывает

участки площади поверхности порошкового слоя с заданной стратегией

обработки. Затем платформа опускается на величину толщины порошкового

слоя, наносится и выравнивается новый порошковый слой [15].

Изобретение лазера более полувека назад открыло более широкие

возможности обработки материалов. Лазеры генерируют пучок фотонов

высокой энергетической плотности, фокусируют и падают на поверхность

обрабатываемого материала, образуя небольшое пятно, способное расплавить

металл. Продвинутое лазерное оборудование способно генерировать мощность

32

пучка в тысячи ватт, фокусируясь на размерах пятна в доли миллиметра.

Концентрированные размеры пятен излучения приводят к образованию

небольших расплавленных лунок [15].

В АТ применяется широкий спектр лазеров, но наиболее распространены

волоконные лазеры (например из кристалла иттриево-алюминиевого граната,

активированного трехвалентными ионами неодима (Y3Al5O12:Nd3+)) из-за их

надежности, компактности и относительно дешевого технического

обслуживания. Схема волоконного лазера изображена на рисунке 2.9 [15].

Оптические диоды накачки присоединены с активным лазерным

волокном со специальным отражающим покрытием и решетками Брэгга,

отражающие световое излучение по длине волокна, генерируя когерентное

излучение на выходе. Система стабилизации хода луча включает систему линз

зеркалами магнитного привода или ЧПУ [15].

Рисунок 2.9 – Схема волоконного лазера [3]

Лазерный луч фокусируется на поверхности при заданной мощности,

достаточной для достижения желаемой степени расплавления частиц.

Мощность лазера определяется для материала с известными коэффициентами

поглощения и отражения излучения. Тип и длина волны излучения также

влияют на поглощение энергии [15].

33

Лазерная система сканирует слой на определенных дорожках,

называемых треками. Вследствие потери мощности в оптической системе,

эффективная мощность лазера составляет 90% от теоретической. Во избежание

образования оксидной и нитридной фаз в структуре металла, процесс проводят

под защитной атмосферой инертного газа [22].

При сплавлении гранул порошкового материала лазерный луч движется

относительно плоскости слоя и сплавляет предварительно распределённый по

подложке дозатора порошковый материал. В результате образуются единичные

дорожки – треки, геометрия которых схематически представлена на рисунке

2.10.

:h1 – высота трека над подложкой; h2 – глубина зоны проплавления подложки

подлежащего слоя; d1 – ширина единичного трека; d2 – ширина зоны

проплавления; α1 ,α2 – угол смачивания подложки расплавом в зоне

воздействия лазерного излучения

Рисунок 2.10 – Геометрические характеристики единичного трека в срезе

сплавляемого слоя [23]

Существует большое количество различных стратегий движения

лазерного луча в сплавляемом слое (рисунок 2.11). Их можно разделить на две

основные группы: стратегии первого и второго уровней. Здесь далее будут

рассматриваться стратегии первого уровня, с использованием которых

формируются стратегии второго уровня. Из стратегий первого уровня можно

выделить четыре основных, системообразующих на которых базируется

34

формообразование при изготовлении изделий методом селективного лазерного

плавления.

Системообразующие стратегии, в свою очередь, можно разделить

условно также на две группы. В первую группу входят однопроходные

стратегии, во вторую группу входят двухпроходные стратегии движения

лазерного луча в сплавляемом слое, позволяющие достичь максимальной

плотности образцов (менее 1% пористости).

При первой стратегии сканирование происходит с шагом h,

следовательно, единичные треки располагаются на расстоянии близком к h друг

от друга, которое больше или равно значению диаметра пятна лазерного луча

на подложке или сплавляемом слое d1. При второй стратегии расстоянии h

меньше, чем d1. Данные стратегии применяются редко, так как дают большую

пористость образцов, и, следовательно, невысокие механические свойства. Эти

стратегии ещё называют высокопроизводительными, так как они позволяют

значительно сократить цикл изготовления изделия при невысоком качестве

микроструктуры получаемого образца. Часто используется за основу при

использовании стратегий второго уровня [23].

Третья стратегия называемая в современной литературе стратегия «двух

зон», при которой каждый слой порошкового материала обрабатывается

лазерным лучом в два приёма. Сначала слой обрабатывается с шагом, равным

ширине переплавленного трека для данного порошкового материала, а затем

лазерный луч проходит между уже переплавленными треками, сплавляя, таким

образом, два соседних трека. При четвертой стратегии перекрёстной штриховки

(в англоязычной литературе встречается название «кросс-штриховки»)

сканирование каждого слоя осуществляется перпендикулярно направлению

сканирования нижележащего слоя. Ключевой особенностью данной стратегии

является возможность избежать образования периодической волновой

структуры, которая проявляется более явно с каждым вновь синтезированным

слоем. От выбранной стратегии обработки лазерным лучом при селективном

35

лазерном плавлении зависят механические свойства и пористость образцов, а

также время изготовления каждого слоя изделия и всего изделия в целом [23].

Уменьшение пористости возможно за счёт подбора оптимальных

технологических параметров, таких как мощность и скорость сканирования

лазерного луча, толщина сплавляемого слоя порошкового материала, а также

подбора оптимального шага сканирования между двумя соседними

сплавляемыми единичными треками.

Примечание: синие линии - первый проход луча лазера; черные линии -

повторный проход луча лазера; а – простая однопроходная стратегия обработки

(с широким интервалом сканирования между единичными треками, h>d1); б –

уплотненная однопроходная стратегия обработки (с меньшим интервалом

сканирования между единичными треками, h<d1); в – двухпроходная стратегия

«двух зон»; г – двухпроходная стратегия «кросс-штриховки»; h – шаг

сканирования; d1 – диаметр луча лазера в сплавляемом слое

Рисунок 2.11 – Стратегии обработки лазерным лучом [Источник: МГТУ

«СТАНКИН»]

Наиболее значимыми параметрами, определяющими качество спекаемых

слоев, являются характеристики исходных материалов и параметры

сплавления. К характеристикам исходных материалов относятся

36

гранулометрический состав, химический состав, насыпная плотность,

реологические параметры и величина удельной поверхности порошка [24, 25].

Параметрами спекания являются мощность лазера, скорость

сканирования, интенсивность лазерного излучения, частота импульсов,

защитная атмосфера, время выдержки. Качество спекаемых слоев

характеризуется максимально достижимой точностью, равномерной

плотностью, максимальной и минимальной толщиной обрабатываемого слоя

[24]. Основные параметры, определяющие ход и успешность процесса

выращивания приведены в таблице 2.3 [26].

Таблица 2.3 – Параметры, влияющие на процесс спекания и их описание [26] Параметр Процессное описание

Параметры лазерного сканирования

Мощность Мера полной энергии лазерного излучения

Режим излучения Непрерывный или пульсирующий

Пиковая мощность Мера максимальной энергии излучения

Длительность импульса Продолжительность пульсации лазерного излучения в

соответствии с заданным режимом

Частота излучения Количество пульсации в единицу времени

Длина волны Расстояние между вершинами электромагнитных волн

Поляризация Ориентация электромагнитных волн лазерного луча

Качество излучения Параметр, связанный с профилем интенсивности,

применяемый при прогнозировании фокусировки луча и

минимального теоретического размера пятна луча

Профиль интенсивности Определяет удельное количество энергии на единицу

поверхности

Размер пятна луча Длина и ширина эллиптического пятна

Скорость сканирования Быстрота перемещения лазерного луча по

обрабатываемой поверхности

Интервал сканирования Расстояние между соседними лазерными дорожками

Стратегия сканирования Программный шаблон, определяющий тип проходов

лазерного луча по обрабатываемой поверхности (включая

некоторые вышеперечисленные параметры)

Свойства порошкового материала

Насыпная плотность Плотность в неуплотненном состоянии с учетом объема

между частицами

Теплопроводность Мера способности материала проводить тепло

Теплоёмкость Количество энергии, затрачиваемое на нагрев материала

на 1°

Скрытая теплота

плавления

Энергия, необходимая на осуществление фазового

превращения или агрегатного превращения в системе

твердое-жидкость

Температура плавления Температура, при которой твёрдое кристаллическое тело

совершает переход в жидкое состояние

Температура кипения Температура агрегатного превращения жидкость-газ

37

Продолжение таблицы 2.3 Вязкость жидкой лунки

металла

Мера текучести расплавленного металла

Коэффициент

термического

расширения

Величина изменения объема при нагреве или охлаждении

Свободная энергия

поверхности

Энергия, требуемая на образование поверхности между

фазами или агрегатными средами

Давление насыщенного

пара

Мера склонности материала к образованию газа

Теплота реакции Термодинамическая функция состояния химической

системы, отвечающая тепловому эффекту реакции

Поглощающая

способность материала

Мера поглощенной энергии излучения

Коэффициент диффузии Характеристика скорости диффузии, равная количеству

вещества, проходящего в единицу времени через участок

единичной площади (не критично для процессов

плавления)

Растворимость Способность растворять твердые вещества жидким

расплавом

Морфология частиц Поверхность отдельных частиц и их распределение

(соотношение геометрических размеров, шарообразность

формы частиц)

Шероховатость

поверхности

Среднее арифметическое профиля поверхности

Размерное распределение

частиц

Распределение размеров порошковых частиц (диаметров)

Загрязненность Многофакторный параметр, характеризующий изменение

свойств порошка за счет повторного использования в

виде пыли и других частиц, добавленных в порошок

Свойства порошкового слоя

Плотность Мера плотности упаковки порошковых частиц

Теплопроводность Мера передачи тепловой энергии порошковым слоем

Теплоёмкость Энергия, затрачиваемая на повышение температуры

порошкового слоя

Поглощающая

способность

Мера энергии, поглощаемой слоем

Излучательная

способность

Количество энергии излучаемой материалом, к энергии

излучаемой абсолютным черным телом при одинаковой

температуре

Параметры системы

осаждения

Дозирование порошка, распределение порошка по

рабочей поверхности, скорость формирования слоя

Толщина слоя Высота единичного порошкового слоя, ограниченная

характеристиками процесса

Температура

порошкового слоя

Объемная температура, распределенная в порошковом

слое

Параметры рабочего пространства

Защитный газ Аргон, азот, изредка гелий и др.

Содержание кислорода Кислород способен к образованию оксидных включений,

влияет на коэффициент смачиваемости и увеличивает

количество энергии, затрачиваемое на плавление

38

Окончание таблицы 2.3 Молекулярная масса

защитного газа

Влияет на тепловой баланс, коэффициент диффузии

Вязкость защитного газа Оказывает влияние на поверхностную активность жидкой

металлической лунки и конвективный тепловой баланс

Теплопроводность Способность тел к переносу энергии от более нагретого

тела к менее нагретому

Газовая теплоёмкость Отношение количества теплоты, сообщенное газу к

изменению его температуры

Давление Оказывает влияние на паро/газообразование

Скорость газового потока Влияет на конвективное охлаждение, удаление

осажденных частиц

Коэффициент

конвективной

теплопередачи

Конвективное охлаждение расплавленной лунки газовым

потоком рабочего объема

Температура рабочей

камеры

Параметр, определяющий необходимость

предварительного нагрева порошка, влияющий на

величину остаточных напряжений

Свободная энергия

поверхности

Между расплавом и окружающим газом, влияющим на

формообразование лунки при кристаллизации

При протекании процесса построения изделий возможно формирование

дефектов. Ключевой задачей стадии плавления является расплавление

исходного порошка и удаление образуемых пустот и нерасплавленных частиц.

Характер эффективного источника тепла, возникающего при воздействии

лазера на слой порошка, значительно отличается от случая лазерного облучения

непрозрачного металлического тела. При лазерном облучении поверхности

непрозрачного металлического тела влияние свойств материала на

энергетический баланс может быть описано как отношение между термической

проводимостью и поглощением данного материала. Поглощательная

способность порошкового слоя зависит не только от физико-химических

свойств порошкового материала, но и от его, и от насыпной плотности

порошка, и обычно оказывается существенно выше, чем у литого материала.

В процессе лазерного плавления только часть излучения поглощается

частицами на внешней поверхности рыхлого слоя порошка. Излучение

проходит также через пустоты между частицами порошка, заполненные газом,

и взаимодействует с нижележащими частицами. Распределение тепла в глубине

порошкового слоя определяется обычным механизмом теплопередачи.

39

Интенсивность лазерного излучения уменьшается с его проникновением в

порошковый слой [27].

Для каждого металла характерны свои коэффициенты поглощения

излучения, поверхностные натяжения и вязкость в жидком состоянии, поэтому

во избежание неустойчивостей процесса сплавления необходимо

оптимизировать процесс на основе знаний о физико-химическом поведении

металлов [21]. Факторы, влияющие на возникновение дефектов схематически

изображены на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 – Факторы, влияющие на формирование дефектов внутренней

структуры изделий при SLM-процессе [28]

Образование пор, несплавов и флокенов. Пористость формируется в

результате изменений мощности лазерного излучения, скорости движения

потока по поверхности обрабатываемого материала, размера фокусного пятна и

т.д.

Увеличение скорости сканирования прямо пропорционально

уменьшению времени производства, но следует отметить, что это

обеспечивается лишь увеличением мощности излучения и укорачиванием

расстояния между штрихами, поскольку в противном случае получить изделие

с минимально возможной пористостью невозможно. Даже небольшое

уменьшение характерной мощности лазера, хотя бы на 10 Вт, способно создать

условия для формирования значительного количества пор [22].

40

Пористость может объясняться консолидацией и коалесценцией

порошкового материала, т.е. слиянием расплавленных частиц порошкового

материала с уменьшением объёма и увеличением плотности, а также наличием

термокапиллярных сил, образующихся в результате оплавления частиц

порошкового материала. Наличие пор и раковин отрицательно сказывается на

механических свойствах изделий, так как уже одиночная пора в образце

способна привести к резкому снижению его прочности из-за концентрации

напряжений на её границе, особенно при клиновидной форме поры, называемой

трещиной. Наличие в объёме тела достаточно большого количества пор,

усиливает снижение прочности, а также упругие, вязко–пластические и другие

свойства, ограничивающие функциональное применение изделий,

изготовленных при помощи метода селективного лазерного плавления [23].

Примеры пористости показаны на рисунках 2.13 и 2.14.

Флокенообразование напрямую зависит от влажности подаваемого

порошкового материала. При контакте с лазером происходит диссоциация

молекул воды, выделяющийся водород адсорбируется в жидкой лунке, а ввиду

высокой скорости кристаллизации расплава процесс дегазации не может

происходить в полной мере [28].

Согласно результатам изысканий [30], был определен оптимальный

режим работы для установки лазерного сплавления, позволяющий добиться

пористости 0,5 % (углекислотный лазер мощностью излучения 200 Вт,

временем выдержки в координате 150 мкс с фиксированными параметрами

толщины слоя и длины штриха 50 мкм) (рисунок 2.15).

41

Рисунок 2.13 – Области несплавленного порошка [15]

Рисунок 2.14 – Микрофотографии участков образцов сплава, относящиеся к

результирующей плотности, зависящей от скорости сканирования и длины

штрихов (при обработке иттербиевым лазером) [29]

42

Рисунок 2.15 – Пористость образцов, полученных при опробовании различных

режимов обработки углекислотным лазером [30]

Формирование волнистой структуры поверхности. При увеличении

мощности лазерного излучения без оптимизации других параметров

построения (скорости сканирования, толщины слоя) возможно формирование

волнистых структур поверхности [22]. Основным методом борьбы с данными

факторами является использование специальных стратегий обработки: «двух

зон» и «кросс-штриховка» [31].

Искрообразование. В сварочном производстве известно еще одно

явление, характерное для АТ – появление искр, которые представляют собой

маленькие капельки жидкого металла, выскакивающие из лунки с расплавом.

Данное явление изображено на рисунке 2.16. Существует два объяснения

возникновению этих брызг. Металлический пар испаряется из зоны расплава

под воздействием давления возвращается обратно, приводя жидкость в

движение к краю лунки и к центру. Если давление у лунки превышает

определенный порог, маленькие капельки могут выбрасываться из расплава.

Порог зависит от поверхностного натяжения жидкого расплава. Другое

объяснение формирования брызг заключено в газовых порах и пузырях. Без

43

прямого экспериментального обоснования трудно спорить о происхождении

этих пузырей, либо они образовались с порами в сырьевых порошковых

частицах, которые заполнились инертным газом, либо также возможен вариант,

когда пузырьки образуют зародыш и растут благодаря перенасыщаемости

расплавом газами. При воздействии лазером, пузырьки освобождаются, затем

под действием конвекции выносятся на поверхность расплава, где

схлопываются [28].

Рисунок 2.16 – Явление искрообразования [Источник: http://www.bego.com]

Образование штрихов и сфероидизация. Высокая мощность лазера

является более предпочтительной, поскольку обеспечивает большую степень

свободы для изменения скорости сканирования и толщины слоя порошка.

Однако с увеличением энергетического вклада при относительности высокой

мощности лазера и малой скорости сканирования SLM-процесс сопровождается

увеличением объема ванны расплава, что приводит к нестабильности трека

[32]. Анализ процесса формирования методом SLM единичного трека из

металлических порошков показал, что процесс носит пороговый характер:

существуют зона стабильности, где лазерный расплав непрерывен и однороден,

и зона нестабильности, где треки не являются непрерывными. Неустойчивости

появляются при низкой скорости сканирования в виде искажений и нарушений,

и, наоборот, при чрезмерно высокой скорости, где проявляется эффект

44

сфероидизации. Диапазон оптимальной скорости сканирования шире для

большей мощности лазера, и уже для материала с высокой теплопроводностью.

Проникновение тепла в подложку обеспечивает дополнительный

стабилизирующий эффект для синтеза непрерывных единичных треков [32].

Примеры данных дефектов можно увидеть на рисунке 2.17.

Рисунок 2.17 – Явления сфероидизации и штрихов на поверхности

порошкового слоя [32]

Преимущества SLM-процесса [8, 15]:

– формирование сетей поддерживающих конструкций изделия в

порошковом слое требуется в зависимости от геометрической сложности

изделий. В большинстве случаев формирование поддержек предупреждает

провалы и деформации изделий в порошковом слое;

– рекомендуемые параметры работы установок с конкретными

материалами часто продают компании-производители аддитивных систем в

составе лицензий на производство материала;

– пользователи имеют возможность самостоятельно устанавливать

параметры обработки, но для выбора скорости обработки, отклонений по оси Z

и других параметров необходимо дополнительное обучение;

45

– со временем процесс производства изделий удешевится за счет

уменьшения цен на материалы и установки АП;

– при накоплении производственного опыта, наработки базы, возможно

упрощение изготовления изделий;

– простота конструкции лазерной установки;

– в одном производственном цикле возможно выращивание нескольких

изделий разной конфигурации;

– программное обеспечение установок предлагает готовые модели

оптимизации расположения деталей в рабочем объеме в виде виртуальных

сборок, отображаемых на экране монитора ЭВМ установки, а процессы

полностью автоматизированы;

– лазерные установки обладают высокой точностью построения,

получаемая поверхность изделий высокого качества;

– наличие в установках дополнительного оборудования (генератор азота,

сборник порошка, порошковый сепаратор и т.д.);

– возможность изготовления изделий сложной геометрической

конфигурации (с большой площадью поверхности, но малым объемом, а также

сложными оболочками, внутренними охлаждающими каналами, сборные

объекты), которую невозможно получить традиционными способами

производства;

– высокая степень использования порошка, возможность вторичного

использования порошков;

– сложные внутренние каналы могут быть сформированы при условии их

последующего очищения от порошка при постобработке.

Недостатки SLM-процесса [8, 15]:

– высокая сложность процесса. Для реализации полного

технологического потенциала требуется глубокое понимание физико-

химических механизмов, протекающих в АП, процессов проектирования 3D-

моделей;

46

– существует необходимость полной стандартизации процессов АП,

поскольку присутствуют различия в идентичных процессах, являющиеся на

данный момент конкурентными преимуществами производителей установок

АП;

– формирование дефектов при неправильной оптимизации процесса

сплавления, низком качестве порошковых материалов (искажения формы

изделий, трещины, остаточная пористость, сфероидизация в лунках жидкого

металла);

– высокие требования к порошковому сырью. Вариации качества

порошка влияют на формирование дефектов и качество поверхностей изделия;

– стоимость порошковых материалов высока (от 10000 руб/кг);

– низкая производительность процесса;

– отслеживаемость потока материалов утрачивается при смешении

вторичного порошка со свежим. Учет возможно вести только по отсеянному

порошку;

– точность детализации при построении зависит от диаметра пятна луча,

диаметру порошковых частиц, расположению детали в рабочем объеме.

Высокая скорость процесса, увеличенный диаметр пятна лазера обеспечивают

увеличение производительности в ущерб качеству получаемого изделия;

– для эффективной и безопасной эксплуатации установок АП требуются

специалисты высокого профиля;

– для готовых изделий характерна анизотропия свойств, ограничивающая

применение в особо важных отраслях. Также для изделий характерно наличие

остаточных внутренних напряжений, снятие которых требует термообработка,

горячее изостатическое прессование;

– готовые изделия необходимо подвергать постобработке (механическая

обработка поверхностей, химическое травление).

47

2.3.2 Электронно-лучевое плавление Технология электронно-лучевого плавления (EBM) разработана в 2000-х

годах шведской компанией Arcam AB. Как и случае с лазерами, электронный

пучок также обладает высокой энергетической плотностью, но в данном случае

вместо фотонов формируется направленный поток электронов. EBM установки

способны формировать сфокусированный пучок, приводящий к образованию

лунок расплавленного металла. Схема формирования пучка электронно-

лучевой системы представлена на рисунке 2.18 [15].

Рисунок 2.18 – Принцип действия электронно-лучевой пушки [3]

Подача тока высокого напряжения осуществляется через сетчатую чашу

и анод. Отрицательно заряженный катод нагревается до высвобождения

электронов (явление термоэлектронной эмиссии). Электроны ускоряются и

компенсируются в сетчатой чаше, пролетают через анод в рабочую камеру. В

48

камере заряженный электронный луч фокусируется с использованием

электромагнитных линз, направление потока задает магнитная отклоняющая

катушка. Электронная пушка способна генерировать пучки напряжением 60-

150 кВ, мощностью 3-30 кВт, фокусируя поток в пятно дл нескольких долей

миллиметра. Подвод энергии происходит в условиях вакуума высокой степени

разреженности (<1·10-4 мбар). Обрабатываемый порошок также должен

обладать низким содержанием кислорода и водорода, высушен для

предупреждения образования водяного пара [15].

На рисунке 2.19 изображена схема установки EBM, в котором электроны

в электронной пушке (1) и ускоряются с потенциалом 60 кВ, фокусируются

электромагнитными линзами (2) и направляются с помощью отклоняющей

катушки (3) согласно заложенной программе построения. Сфокусированный

электронный луч первоначально обрабатывает поверхность в несколько

проходов со скоростью сканирования ~104 мм/с и высоким током пучка ~30 мА

для предварительного подогрева порошкового слоя до 0,8 от температуры

плавления сплава. Окончательно слой обрабатывается на скорости ~102 мм/с,

ток пучка ~5–10 мА. Пучок сканирует x-y координату полностью расплавляя

участки слоя. Последующие порции порошковых материалов подаются из

бункеров (4) на рабочую зону (6), которая опускается для формирования нового

слоя на величину толщины формируемого нового слоя. Слой выравнивается

ракелем (5). Добавление гелия в рабочее пространство увеличивает давление до

10-2 мбар, но положительно влияет на теплопроводность и охлаждение

компонентов установки [33]. Процессное окно для процесса электронно-

лучевой плавки, характеризующее область параметров, влияющих на успешное

протекание процесса, изображено на рисунке 2.20.

Протекание процесса в условиях вакуума является недостатком процесса,

поскольку наличие газовых молекул способно рассеивать электронный луч.

Поток электронов также генерирует рентгеновское излучение, создающее

опасность для операторов, эксплуатирующих установки [15].

49

Рисунок 2.19 – Схема EBM-установки [22]

Рисунок 2.20 – Процессное окно для EBM-процесса (сплав Ti-6Al-4V) [35].

50

Преимущества EBM-процесса [8, 15, 34]:

– меньшая необходимость в формировании поддерживающих структур;

– данная технология подразумевает предварительный нагрев порошков до

t = 700°C. Поддерживая данный режим компенсируются термические и

остаточные напряжения, минимизируются усадка и неравномерность

фазообразования в изделиях, а, следовательно, необходимость в горячем

изостатическом прессовании (ГИП) или термообработке (ТО) снижается;

– высокая производительность процесса;

– при приобретении порошков от производителя установки гарантируется

стабильность процесса;

– механические свойства выращенных изделий сопоставимы со

свойствами литых или кованых. Последующая ТО или ГИП способствует

повышению усталостных характеристик.

Недостатки EBM-процесса [8, 15, 34]:

– для охлаждения рабочей камеры требуется несколько часов, однако

это способствует стабилизации микроструктуры, полностью снимая внутренние

напряжения, но увеличивает затраты за счет поддержания необходимой

глубины вакуума;

– ограничения по применяемым материалам (только сплавы на основе

титана и кобальта);

– высокая стоимость порошкового сырья;

– небольшой рабочий объем установки накладывает ограничения на

количество и размерные характеристики получаемых изделий;

– применение порошков более высокой фракции обусловлено

электростатической нагрузкой при которой происходит отталкивание порошков

мелкой фракции, что приводит к нарушению целостности сформированного

слоя. Из этого следует, что точность построения будет меньше, чем в лазерных

технологиях (минимальный диаметр частиц равен 45 мкм);

– необходимость изоляции печатного устройства вследствие высокой

интенсивности излучения.

51

Сравнение параметров технологий аддитивного производства приведено

в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Сравнение технических характеристик SLM и EBM установок

аддитивного производства [36, Arcam AB, Farsoon High-tech Co., Ltd] Модель A2X FS271M

Стоимость, млн. руб. 55 28,5

Общие сведения

Производитель Arcam AB Farsoon High-tech Co., Ltd

Страна происхождения Швеция КНР

Применение Промышленный Промышленный

Технические характеристики/параметры построения

Технология печати EBM SLM

Источник излучения Электронно-лучевая пушка Yb-волоконный лазер

Скорость построения, см3/ч 55 – 80 5 – 20

Размер области построения,

мм

200 · 200 · 380 275 · 275 · 320

Количество лучевых пятен 1 – 100 1

Мощность пучка, Вт 50 – 3500 500

Минимальный диаметр

пятна луча, мкм

200 20

Шероховатость готовых

изделий

Ra25/Ra35

Точность построения, мкм До 130 До 200

Уровень вакуума, мбар 5 · 10-4 —

Защитный газ Гелий (опионально) Аргон, азот

Расход защитного газа

л/мин

— ~ 3

Скорость сканирования, м/с 8000 15

Гарантированная точность

деталей, мм

± 0.13 – ± 0.2 ± 0,2

Поддерживаемые материалы Металлические порошки:

Ti6Al4V (Grade 5)

Ti6Al4V ELI (Grade 23)

Titanium CP (Grade 2)

ASTM F75 CoCr

IN718

Металлические порошки:

316L, 17-4PH,

IN625, IN718, AlSi10Mg

Ti6Al4V, Co-Cr,

18Ni300, Cu90Sn10,

Ta, W

Параметры оборудования

Форматы файлов STL, SLC STL

Габариты установки, мм 1850 · 900 · 2200 1740 · 1430 · 1860

Вес, кг 1420 2033

Тип электропитания 3·400 В, 7 кВт 380 В, 8 кВт

Сравнивая SLM и EBM процессы, следует отметить факт того, что

стоимость селективных машин значительно ниже; они позволяют сплавлять

более широкий спектр материалов. SLM-установкам не требуется

52

экранирование, ввиду характера источника энергии. Самым важным

преимуществом выбора конкретно установки SLM в таблице 2.4 является

наличие принципа открытой лицензии (когда доступны варианты производства

всех доступных сплавов и такая возможность включена в стоимость

оборудования де-факто).

EBM-установка значительно выигрывает в производительности.

Тепловой режим работы устройства позволяет смягчать внутренние

напряжения, возникающие при построении изделий, и потому, в отличие от

SLM-процесса, не всегда возникает необходимость в термообработке изделий

для улучшения механических свойств изделий и снятия остаточных

напряжений. Поддержание необходимой глубины вакуума также требует

дополнительных затрат.

2.4 Термообработка изделий аддитивного производства

Отжиг (α+β)-сплавов сочетает элементы отжига первого рода,

основанного на рекристаллизационных процессах, и отжига второго рода,

базирующегося на фазовой перекристаллизации. Для этих сплавов кроме

простого применяют рекристаллизационный отжиг. Он заключается: в нагреве

сплава при сравнительно высоких температурах, достаточных для прохождения

рекристаллизационных процессов, в охлаждении до температур,

обеспечивающих высокую стабильность β-фазы (ниже температуры

рекристаллизации), и выдержке при этой температуре c последующим

охлаждением на воздухе.

Микроструктура готовых образцов имеет тонкую игольчатую

микроструктуру соответствующую α' мартенситу, обеспечиваемую за счет

быстрого затвердевания лунок с расплавом. В соответствии с требованиями к

имплантатам, указанным в ISO 20160, необходимо иметь однородную

равноосную микроструктуру образцов высокой плотности, обеспечивающих

целостность материала и высокие механические свойства [37].

53

Одним из традиционных способов формирования шаровидной структуры

в сплавах титана является отжиг в α+β-области с фазовой перекристаллизацией

после медленного охлаждения в печи. Такая обработка эффективна для

достижения оптимальных значений прочности, пластичности и

обрабатываемости [37].

Стандартной термообработкой, направленной на повышение

прочностных характеристик сплава является отжиг на твердый раствор при

температуре 50 °C ниже β-трансуса (1000±20 C) с закалкой в воде и

последующим отпуском в течение нескольких часов при 480-650 °C. Эффект

упрочнения достигается за счет выделения α'-фазы [37].

По мере увеличения температуры, доля β-фазы растет, а межзеренные β

кристаллы приобретают равноосную форму. При охлаждении β-фаза

распадается на пластинчатые α+β, итоговая микроструктура состоит из

равноосных и трансформированных пластичных зерен. Большая доля

равновесной β-фазы при охлаждении в конечном итоге формирует большее

количество α+β при комнатной температуре. Перегревание приводит к росту

зерен β-фазы. Однако большее значение имеет выбор температуры ниже β-

трансус [38].

α+β фазы имеют склонность к укрупнению зерна, но взаимно

препятствуют этому. Данный эффект ослабляется при достижении температуры

близкой к β-трансус и при уменьшении доли α-фазы. Влияние времени

выдержки более очевидно при высоких температурах в α+β фазе. При

увеличении времени выдержки, α-фаза стремится к глобулярной форме и

увеличению размера зерен. Время выдержки более существенно чем

термообработка выше температуры β-трансус. Размер α зерен напрямую влияет

на механические свойства [38].

При нагревании α-фаза осаждается на границах α'. При максимальных

температурах ниже β-трансус смесь α и β фазы предотвращает рост зерна, а

исходные, столбчатые ранее β-зерна остаются видимыми после охлаждения

54

[38]. Качественный и количественный состав фаз изделий SLM-процесса

приведен в таблице 2.5.

Механические свойства очень сильно зависят от максимальной

температуры термообработки. При повышении максимальной температуры

предел прочности на растяжение снижается, а относительное удлинение

увеличивается из-за превращения тонких α'-игл в более грубую смесь α и β.

Общие наилучшие результаты получаются при режимах: 2 часа при 850 °С,

затем охлаждение в печи или 1 час при 940 °С, охлаждение и отпуск на воздухе

в течение 2 ч при 650 °С с последующим воздушным охлаждением. Результаты

для всех свойств значительно выше стандартов ASTM для ковки (ASTM F1472)

и литья (ASTM F1108) [38].

Для деталей, изготовленных на основе сплава Ti-6Al-4V, термическая

обработка при промежуточных и высоких температурах ниже β-трансуса с

последующим охлаждением в печи оказалась оптимальной для общей

оптимизации свойств при растяжении, уровень деформируемости некритично

превышал предписанные стандарты и предел текучести [39].

Таблица 2.5 – Качественное и количественное распределение фаз сплава Ti-6Al-

-4V в виде порошка, до и после термообработки [40] Образец Качественный состав Количественный состав, %

Порошок α'-фаза 100

SLM без термообработки α'-фаза 94,5

β-фаза 5,5

SLM после термообработки α'-Ti 73,8

α-Ti 11,3

β-Ti 14,9

Микроструктура образца после отжига отличается от микроструктуры

образцов без термообработки наличием α- и β-фаз в форме свободного

игольчатого мартенситного образования, который образовывался по границам

зерен. Иглы мартенсита увеличены в размерах, границы стали более

округлыми. Как видно из результатов, представленных в таблице 2.6,

механические свойства образцов перед термообработкой не соответствуют

требованиям ASTM F2924: образцы имеют более высокую прочность, но более

низкую пластичность [40].

55

После термообработки пластичность образцов значительно увеличилась,

а прочность уменьшилась. Повышение пластичности произошло из-за

изменения фазового состава после термообработки, в частности, распада

мартенситной фазы с образованием α- и β-фаз, что обуславливает возможность

применения в качестве компонентов ответственного назначения [40].

Таблица 2.6 – Сравнение механических свойств образцов сплава Ti-6Al-4V без

термообработки, после выбранного режима термообработки со значениями из

стандарта [21, 29, 38, 39, 41-45] Параметр SLM (без ТО) SLM

(Отжиг 850 °C, 2 ч)

EBM (без ТО) По ASTM

F2924-14

Твердость 380 – 420 HV

38 HRC

350 HV

39,2 HRC

360 – 372 HV

349 HV*

36 HRC*

Модуль Юнга (ГПа) 91 – 94 110 – 115 104 – 113*

Предел текучести

при растяжении

(МПа)

1050 – 1200 800 – 920 869 – 984 825

880 – 920*

Предел прочности

на растяжение

(МПа)

1200 – 1400 897 – 1090 928 – 1007 895

900 – 950*

Относительное

удлинение (%)

2 – 7 10 – 14 7 – 12 6 – 10

5 – 18*

*Значения, соответствующие требованиям к изделиям для аэрокосмического применения

56

3 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И УПРАВЛЕНЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

РАЗРАБОТКИ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВНЕДРЕНИЮ АДДИТИВНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

3.1 Влияние технологий на бизнес-процессы и экономические модели

функционирования предприятия: концептуальный анализ

Особая технологическая гибкость позволяющая варьировать

геометрическую конфигурацию получаемого изделия, сетевое взаимодействие

с потребителем и прямоточное производство дают преимущества с позиции

снижения затрат и сокращения цепочки поставок, сложности производства и

сроков изготовления. Однако, несмотря на потенциал аддитивных технологий,

многие затруднения проявляются в обосновании применения в мелкосерийном

или единичном производстве предметов потребления, разновидностях бизнес

моделей, которые необходимо подобрать и применить при существующей

гибкости АТ [46].

Организации-владельцы АТ могут предлагать потребителям изделия с

высокой степенью персонализации, что потенциально приводит к увеличению

воспринимаемой ценности продукции. Для традиционных технологий

производства персонализация обеспечивается модульностью архитектуры

продукта, т.е. разработки оснастки и пресс-форм, что требует больших

временных затрат на разработку технологических этапов и подготовку

массового производства, что существенно усложняет процесс и увеличивает

затраты, что не относится к АТ [47].

Маржинальные издержки аддитивного производства, заключающиеся в

высоких материальных затратах и энергопотреблении, в настоящий момент

выше, чем в традиционных технологиях. Материальные затраты могут быть

снижены в случае появления на рынке дополнительных поставщиков сырья.

Другим ограничением является низкая производительность процесса

выращивания, препятствующая экономически обоснованному производству

57

унифицированных изделий, что останется преимуществом для традиционных

технологий [47].

Однако АТ имеют существенные ограничения, затрудняющие их

внедрение и потенциальное применение. Преимущества, недостатки и их

влияние на экономический эффект представлены в таблице 3.1. Также

необходимо учитывать факторы адаптации АТ, представленные на рисунке 3.1.

Таблица 3.1 – Основные преимущества и ограничения связанные с

использованием АТ [47,48] Преимущества Экономический эффект (возможности)

Эффективное производство геометрически

сложных компонентов и продуктов,

которые могут представлять относительно

высокое качество изготовления

Создание высокофункциональных и

сложных продуктов. Для конечных

изделий, которые могут рассматриваться

как товары длительного пользования,

создаются экономически ценные потоки

обслуживания сверх их жизненного цикла

Гибкое производство малых партий

продукта, вплоть до единичного

экземпляра, ввиду низких затрат на

обработку

Изделия, созданные по индивидуальным

запросам, или эффективное производство

высоко дифференцированных товаров,

которые обеспечивают большую выгоду

конечному пользователю

Ограничения Экономический эффект (напряженность)

Ограниченная номенклатура сырьевых

материалов

Использование нестандартного материала

накладывает дополнительные расходы

(истинные свойства материала или прямые

затраты)

Низкая скорость процесса, ограниченный

рабочий объем

Повышенные косвенные затраты,

зависящие от времени

Несоответствие допускам, в сравнении с

некоторыми традиционными процессами

Дорогостоящая пост-обработка

Итоговая шероховатая поверхность То же

Трудности с предсказуемостью и

повторяемостью

Повышенные затраты, связанные с

качеством или ошибками построений

Эффективность затрат Нерентабельность при средних и больших

объемах производства

Потребность в квалифицированных

специалистах и опыте работы с

оборудованием

Дополнительные расходы на обучение

персонала. Также необходимо учесть

повышенный процент брака ввиду

отсутствия производственного опыта.

58

Рисунок 3.1 – Междисциплинарные факторы внедрения АТ [49]

Технологические факторы.

Относительное преимущество. Ожидается, что организации, которые

понимают возможные преимущества АТ в конечном итоге придут к адаптации

таких технологий в рамках собственного производства, следовательно,

предполагается, что данный фактор положительно влияет на склонность к

внедрению АТ.

Простота (сложность) использования. Данный фактор также является

определяющим, поскольку зависимость сложности технологии производства от

скорости его внедрения заключается в степени накопления знаний, которые

необходимо будет наращивать и распределять в организации, что ввиду

инертности отклика может приниматься менее охотно, однако внедрение новых

технологий, несмотря на высокий риск, положительно влияет на развитие

экономики предприятия.

Факторы, связанные с организацией.

«Абсорбирующая» способность. Выражается в качестве учебного

потенциала, как определяющего фактора использования технологии.

59

Совместимость. Помимо нехватки человеческого капитала, данный

фактор сильно затрудняет внедрение АТ в контексте технологической

совместимости, но облегчено взаимодействие с информационными системами.

Факторы, связанные со структурой рынка.

Внешнее давление. Рыночные условия значительно ограничивают

возможности для внедрения АТ, демонстрируя положительную связь между

интенсивностью неценовой конкуренции и использованием АТ, не оказывая

влияния на рыночную концентрацию. Но ввиду высокой технологической

гибкости АТ, возможно предположить, что внедрение вызовет положительный

эффект.

Воспринимаемая поддержка извне. Внедрение новых технологий

облегчается за счет внешней поддержки, выражающейся в условиях обучения

персонала, эксплуатации и обслуживания оборудования.

Факторы, связанные с цепочкой поставок.

Преимущества со стороны рыночного предложения. Ввиду более

простой цепочки поставок, возможно воплотить более сложные

функциональные продукты в т.ч. сборные, что уменьшит количество

транспортировок.

Преимущества со стороны рыночного спроса. Потребители извлекают

большую выгоду из-за более быстрой реакции организаций на изменение

потребностей клиентов.

Таблица 3.2 характеризует пути, на основе которых, организация может

определиться с фундаментальным направлением своего развития. Организации

могут воспользоваться технологической универсальностью при производстве

изделий различной конфигурации, совмещая с оптимизацией цепочки поставок.

Выбранное направление в конечном итоге определяет надежность и гибкость

организации, стоимость конечной продукции.

60

Таблица 3.2 – Определение системообразующего механизма развития на основе

изменения продукции и цепочки поставок [50] Изменение цепочки поставок

Малое Значительное

Изменение

продукции

Малое Застой бизнес-модели Эволюция цепи поставок

Значительное Эволюция продукта Эволюция бизнес-модели

Необходимость изучения влияния АТ обусловлена тем, что на практике

компании, которые направляют деятельность на повышение эффективности

цепочек поставок, достигают более высоких финансовых и операционных

результатов, чем сопоставимые компании.

От эффективности цепочек поставок напрямую зависит не только

удовлетворенность клиентов, но и соответственно доходы компании.

Цепочку поставок следует понимать в качестве взаимосвязанной сети

организаций, людей и процессов, связанных с формированием благ и

увеличения его ценности. Воздействие на цепи поставок ограничены их

структурой (расположением производственных объектов), применяемыми

бизнес-моделями, логистики (транспортирование и складирование) и

возможностями цепочек (устойчивость, гибкость) [51].

Влияние на цепочки поставок:

– формирование бизнес-моделей, включающих клиентов в процесс

формирования ценности продукции;

– сокращение времени НИОКР и производства продукции;

– децентрализация производства;

– ориентация на индивидуальное производство или массовую

персонализацию;

– уменьшение размеров склада или полное его отсутствие;

– сокращение транспортных расходов.

Протяженность таких цепочек благодаря внедрению аддитивных

технологий может стать значительно меньше, так как применение

компьютерного моделирования помогает исключить из технологической

61

цепочки различные этапы, в том числе создание чертежа и конструирование

полноразмерных физических моделей [52].

Хотя децентрализованные цепочки более гибкие и с большей

вероятностью подходят для нестабильных рынков, существует новая

независимая модель местной цепочки поставок, формирующий

«глокализированный» подход. Этот термин объединяет глобализацию

(возможность реализации продукции через специализированные площадки в

цифровой среде) и локализацию. Локальный аспект такой концепции требует

формирования независимой и устойчивой цепочки поставок, обеспечивающий

потребности местного рынка. Глобальный аспект проявляется при объединении

нескольких локальных систем [46].

На рисунке 3.2 представлены примеры потенциального влияния

использования технологий АП на спрос, предложение и деятельность

организации по сравнению со случаем применения традиционных технологий.

АТ предоставляют несколько технологических преимуществ,

улучшающих гибкие производственные системы, поскольку концептуально

возможно получение разнообразных производственных результатов в любой

заданной последовательности на одной промышленной установке. Помимо

наличия промышленной установки и сырьевых материалов необходима лишь

цифровая 3D-модель изделия. Затраты на переналадку незначительны, так как

при изменении продукта, который необходимо будет произвести в следующем

цикле, нужно лишь загрузить другую объемную модель в память установки.

Более того, усложнение геометрической конфигурации изделий не

способствует увеличению затрат на производство, тогда как в традиционных

технологиях наблюдается резко обратный эффект [47].

АТ увеличивают темпы вывода готовой продукции на рынок, ввиду

упрощенного механизма перепроектирования (когда возможно внесение

изменений в ранее существующую цифровую модель) и относительно высокой

скорости производства (с учетом экономии времени на внесение изменений в

62

3D-модель). Конструкции изделий могут быть топологически оптимизированы

в соответствии с их применением без ограничений в цепочках поставок [47].

Рисунок 3.2 – Примеры потенциала спроса и предложения при внедрении АТ

[49]

На рисунке 3.3 представлена структура изменения бизнес-модели.

Пунктирные линии характеризуют свободную связь между изменениями, будь

то постепенная или радикальная, могут привести к широкому спектру

результатов, которые будут иметь подрывной или устойчивый характер. Тем не

менее, можно ожидать, что АТ могут привести к подрывным изменениям в

отдельных сферах, ввиду хоть и медленного, но уверенного расширения рынка

аддитивных услуг [53].

63

Рисунок 3.3 – Комбинированный взгляд на изменения бизнес-моделей [53]

Чтобы реализовывать возможности для получения прибыли и избежания

негативных последствий от низкого спроса, возможно применение мобильной

адаптационной бизнес-модели (рисунок 3.4), предполагающая горизонтальные

сдвиги (смена рынков сбыта) и вертикальные (выбор и совмещение

выполняемых задач) [53].

Такая модель сочетает в себе элементы клиентоориентированных бизнес-

моделей, основой которой является совместное участие производителя и

клиента в создании продукта, что создает ценность, прежде всего для

потребителя. В особых случаях, задача проектирования может быть полностью

возложена на потребителя [46].

64

Рисунок 3.4 – Мобильная адаптационная бизнес-модель [53]

В целом АТ позволяют бизнес-моделям стать модульными и

адаптируемыми, когда организации могут определить рынки сбыта, в

зависимости от конкретных условий.

Также стоит рассмотреть механизмы реализации продукции. Одним из

быстроразвивающихся подходов является электронная коммерция (схемы

приведены на рисунке 3.5). Что представляют из себя различные подходы к

объединению АТ и технологий электронной коммерции?

Рисунок 3.5 – Концептуальные вариации схем электронной коммерции [54]

65

Прямое производство – самый ранний подход к интеграции интернет-

коммуникаций и процессов АТ, напрямую связывающий производителя с

потребителями. Для B2B, B2C рынков выделены следующие пути развития:

– повышение рентабельности производства путем сокращения цепочки

поставок;

– увеличение области охвата производителя, круглосуточный режим

приема заявок;

– установление и поддержание отношений с потребителями для

продвижения бизнеса.

Совместное производство – является развитием предыдущего подхода,

использующим возможности для передачи информации сразу нескольким

производителям. Цепочка поставок в данном случае включает в себя

электронную среду-посредник, служащий для координации процесса

исполнения заказа. Особенностью данного подхода является сокращение затрат

на поиск производственных возможностей и стоимостей изготовления.

Подобные электронные площадки могут быть доступными для каждого, либо

закрытыми, для которых существуют принципиальные различия между

характером и количеством участников, степенью доверия, безопасности и

обмена информацией. В условиях B2C взаимодействия у клиентов зачастую

могут отсутствовать специальные знания, и во избежание ошибок посредник

предлагает различные рекомендации [54].

Локализованное производство. Данная модель позволяет найти

производственный потенциал, близкий к спросу, с целью сокращения

временных и организационных затрат и характерна для рынков с низким

спросом и потребностью в индивидуальном производстве. Несмотря на то, что

концентрация производственных усилий в одном регионе может повысить

эффективность производства за счет специализации, это увеличивает

протяженность цепочки поставок [54].

Сообщество пользователей. Данный подход существенно влияет на

структуру цепочки поставок, ввиду отсутствия типовых производителей и

66

потребителей. Для взаимодействия субъектов создается интернет-площадка,

предназначенная для облегчения передачи 3D-моделей между пользователями

и клиентами для самостоятельного изготовления на установках АП (C2C-

рынок) [54].

Способность АТ создавать широкий ассортимент продукции вблизи

точки потребления вносит серьезные изменения в технологические цепочки и

различные бизнес-модели. Многие стадии потенциально могут быть

исключены из цепочки, в том числе связанные с распределением,

складированием и осуществлением розничной торговли [52].

Ключевыми факторами, от которых будет зависеть выбор способа

производства продукта, станут местоположение клиента и сложность

поставленной задачи. В связи с этим изменится структура цепочки поставок,

она превратится в более гибкий механизм и будет меняться в зависимости от

конкретных переменных на каждом отдельном объекте [52].

Во-первых, управление всей цепочкой поставок перестает

ориентироваться на явление роста эффекта масштаба. Вся прежняя модель

управления цепочками добавленной стоимости исходила из категорической

необходимости снижения издержек производства на каждом этапе

технологической цепочки за счет развертывания массового производства в

системе подетальной кооперации цепочки поставщиков. На смену принципу

эффекта масштаба приходит принцип кастомизации, означающий производство

под индивидуальные запросы потребителей без затрат на изменение

конфигурации продукции. В соответствии с данным принципом происходит

изменение облика самого конечного производителя. Из крупного сборочного

производства крупными сериями однотипной продукции он трансформируется

в сеть небольших локализованных предприятий, ориентированных на местные

запросы [52].

Во-вторых, производитель конечной продукции теперь не обязан

выстраивать многоуровневую систему поставок многочисленных узлов и

комплектующих, оптимизированную во времени ради сокращения складских

67

издержек. Замена поставок мелких деталей на организацию собственного

аддитивного производства крупных конструкций высвобождает огромные

ресурсы из сферы логистического обеспечения производства [52].

Основными последствиями таких изменений могут стать: переход к более

локализованному производству, обслуживающего несколько сегментов рынка;

снижение затрат и упрощение закупок труднодоступных частей; вытеснение

части сферы услуг портативными установками и операторами, что привет к

исчезновению части сектора розничной торговли; появление новых стандартов

и норм регулирования деятельности субъектов данной отрасли [52].

Увеличение количества организаций-владельцев АТ приведет к

снижению верхнего ценового барьера на готовые изделия, а конкурентная

позиция будет определяться расходами, отличными от производственных,

например расходы на закупку и доставку сырья, а также стремлением к

увеличению ассортимента продукции, приводя к межсегментной конкуренции.

На крупных рынках, характеризующихся низким разнообразием спроса,

ощутимое преимущество будут иметь специализированные технологии

производства, которые связаны с крупной экономией масштаба [47].

В конечном итоге, благодаря функционированию данных принципов на

практике стоит ожидать снижения времени производственного цикла для

штучного и мелкосерийного производства, сокращения технологических

цепочек, упрощения цепочек поставок по причине отказа от

металлообрабатывающего или литейного оборудования, либо же

высвобождения дополнительных производственных мощностей, а также

концентрации производства отдельных компонентов на территории крупных

предприятий [52].

Рисунок 3.6 представляет различные сценарии развития индустрии АП в

зависимости от выбора каналов реализации и изменения бизнес-моделей.

68

Рисунок 3.6 – Четыре противопоставленных сценария развития АТ [48]

Для того чтобы в полной мере оценить возможности внедрения

технологии, необходимо провести сравнительный анализ между выбранными

аддитивными технологиями, выбрать производимые изделия, спланировать

механизм реализации, провести полный экономический анализ инвестиций и

конфигурации цепочки поставок [55].

3.2 Элементы экономической модели аддитивного производства:

структура себестоимости и межпроцессное сравнение

Расчет инвестиционного проекта проводился по методике [56] с

помощью программы MS Excel.

Расчет не предполагает привязки к производству конкретного типа

продукции ввиду особенностей АТ к производству изделий любой

конфигурации, когда за основу берется лишь производительность процесса.

Важной характеристикой процесса прежде всего является привязка к

производительности процесса. Исходные данные указаны в таблице 3.3.

Характеристика предприятия: малое предприятие или отдел, включенный в

69

структуру среднего или крупного производства. Эффективный фонд рабочего

времени 8100 часов в год.

Жизненный цикл проекта включает инвестиционный период,

длительностью 1 год и операционный период равный сроку службы

оборудования, т.е. 10 лет. Первый и второй года рассчитаны поквартально,

остальные взяты с шагом 1 год. Величина шага переменна - она более детальна

в инвестиционный период и операционный период в момент освоения

производства.

Таблица 3.3 – Исходные данные для расчета инвестиционных проектов

Параметр SLM EBM

Инвестиционный период, лет 1

Срок службы оборудования (операционный период) 10

Расчетный период, лет 7

Цена единицы продукции, тыс. руб./тонну 85000

Эффективный фонд времени оборудования, часы 8100

Паспортная производительность оборудования, кг/час 0,0882 0,3528

Среднегодовой коэффициент использования по мощности 0,8 0,6

Коэффициент использования в период освоения 0,6

Коэффициент использования в первом квартале 0,5

Коэффициент использования во втором квартале 0,8

Затраты на приобретение оборудования, млн. руб. 28,5 55

Затраты на монтаж, млн. руб. 0,2

Стоимость пусконаладочных работ, млн. руб. 0,1

Средний интервал поставки сырья, дни 14

Величина страхового запаса, дни 2

Продолжительность производственного цикла, дни 7

Периодичность отгрузки готовой продукции, дни 3

Инвестиционные расходы на себестоимость, подготовка

кадров руб./чел 250

Затраты на рекламу, исследование рынка и т.п. на с/с, млн.

руб. 1,5

Данные для калькуляции себестоимости

Сырье и основные материалы, тыс. руб. 15

Вспомогательные материалы, тыс. руб. 35,7 0

Топливо технологическое, тыс. руб. 0

Энергия на технологические цели, тыс. руб. 0,35 0,073

Списочная численность рабочих 6

Основная зарплата одного рабочего, тыс. руб./мес. 40

Премии и доплаты, % от основной зарплаты 15

Численность управленческого персонала 2

Средний оклад управленческого персонала, тыс. руб./мес. 30

Премии управленческому персоналу, % 25

70

Окончание таблицы 3.3

Районный коэффициент, % 15

Ежегодный прирост реальной зарплаты, % 2

Затраты на содержание и текущий ремонт, %/г. 2

Управленческие расходы, относимые на участок, млн. руб. 0

Коммерческие расходы, млн. руб. 1

Налог на прибыль, % 20

Налог на добавленную стоимость, % 18

Налог на имущество, % 2,2

Данные по финансированию проекта

Финансирование за счет собственных средств, % 30

Финансирование за счет заемных средств, % 70

Устойчивые пассивы из оплаты труда, дней 10

Устойчивые пассивы из задолженности по налогам, дней 15

Ключевая ставка, % 8

Ставка банковского кредита, % 13

Безрисковая норма доходности, % 6

Надбавка за риск, % 7,75

Разность инфляции ресурсов и продукции, % 0

Дивиденды акционерам, % от чистой прибыли 0

Количество однотипных агрегатов, шт. 1

Ставка социального налога, % 30

Инвестиционный проект включает в себя расчет производственного

плана и технико-экономических расчетов.

Производственная мощность – это максимально возможный годовой

выпуск продукции при наиболее полном использовании оборудования и

рациональной организации труда и производства.

В данном проекте производственная мощность участка определяется по

формуле:

эфTKK 21nП0,001W (3.1)

где W – производственная мощность, тыс. тонн/год;

П – паспортная производительность одного агрегата основного

оборудования, т/ч;

п – количество работающих однотипных агрегатов на участке;

К1 – среднегодовое значение коэффициента использования агрегата

по мощности, доли единицы;

71

К2 – коэффициент загрузки участка в период освоения

производства, доли единицы;

Tэф – эффективный фонд времени оборудования, часы. В данном

случае производство непрерывное, поэтом эффективный фонд времени

составляет 8100 часов в год, для шагов, равных кварталу, значение

эффективного фонда берется в четыре раза меньше, т.е. 2025 часов в квартал.

Эффективный фонд времени остается постоянным на протяжении всего

времени реализации проекта.

После расчета производственной мощности и производственной

программы приводится расчет объема продаж при цене 85000 тыс. руб./т.

Объем продаж остается постоянным на всем протяжении проекта.

Расчет себестоимости продукции участка ведется по статьям

калькуляции. В сумме переменные и постоянные затраты формируют цеховую

себестоимость. С добавлением коммерческих расходов получаем полную

себестоимость продукции.

Расчет материальных затрат приведен в таблице 5. Материальные затраты

представляют собой часть переменных затрат на производство продукции и

определяются по формуле:

этвс МММММЗ , (3.2)

где Мс – стоимость сырья, основных материалов, полуфабикатов и

комплектующих изделий;

Мв – стоимость вспомогательных материалов;

Мт – стоимость технологического топлива;

Мэ – стоимость энергии всех видов на технологические цели.

Далее производится расчет заработной платы. Для расчета используются

значения из задания. Списочная численность производственных рабочих 4

человека. Основная заработная плата одного рабочего составляет 40 тысяч

рублей в месяц. Доплаты и премии 15% от суммы основной заработной платы,

районный коэффициент 1,15, ежегодный прирост заработной платы – 5%. Для

учета прироста заработной платы, в течение всего срока реализации проекта

72

будем индексировать величину основной заработной платы. Прирост

осуществляется с третьего года.

Подобным образом рассчитаем фонд оплаты труда управленческого

персонала.

Списочная численность управленческого персонала – 2 человека,

численность не меняется в зависимости от выпуска продукции, зарплата

начисляется по окладам. Премии управленческому персоналу составляют 25%,

ежегодный прирост реальной заработной платы персонала – 5%. Районный

коэффициент 1,15.

Расчет амортизационных отчислений и затрат на ремонт и содержание

основных средств. Основанием для расчета является первоначальная стоимость

оборудования. Расчет амортизации производится линейным способом.

Коммерческие расходы включают затраты на рекламу продукции,

транспортировку продукции до покупателя, хранение и сбыт продукции.

Далее необходимо произвести оценку инвестиций и их финансового

обеспечения. Инвестиции осуществляются в реальный сектор экономики и

выступают в качестве капитальных вложений. К числу капитальных вложений

в данном случае будет отнесены затраты на приобретение, доставку, монтаж и

пуско-наладочные работы для оборудования и пополнение оборотных средств.

Оборудование приобретается в два этапа с оплатой 85% стоимости, а затем

остальные 15%. Затраты на монтаж оборудования происходят во втором

третьем кварталах инвестиционного периода в соотношении 70% на 30% работ.

Пусконаладочные работы начинаются на третьем шаге (15%) и завершаются в

четвертом квартале (75% работ) в конце инвестиционного периода.

Расчет источников финансирования инвестиций и кредитного плана..

Источниками в данном случае служат заемные средства, привлекаемые в

размере 70% от общей суммы инвестиций. В кредитном плане рассчитаем

время получения и возврата кредита. Кредит берется под 13% годовых,

ключевая ставка 8%. Уплаченные проценты считаются по остатку кредита на

конец периода.

73

Расчет прибылей и убытков. Для данного расчета используем данные по

предыдущим расчетам. Маржинальный доход считается как разность между

выручкой от продаж и переменными затратами на производство. Налог на

прибыль для данного проекта равен 20%. Налог на имущество равен 2,2%.

Налог на имущество определяется отдельным способом, исходя из данных по

остаточной стоимости основных средств. Остаточная стоимость получается

постепенным вычетом из первоначальной стоимости амортизационных

отчислений на протяжении срока жизни оборудования. Расчет дивидендов не

производится, ввиду отсутствия в источниках финансирования акционерных

средств.

Далее приводится расчет финансовых показателей проекта для седьмого

года реализации. Рентабельность продаж определим как отношение чистой

прибыли и выручки от реализации продукции. Рентабельность затрат

определим как отношение чистой прибыли и полной себестоимости продукции.

Рентабельность инвестиций есть соотношение чистой прибыли и величины

капитальных вложений. Рентабельность собственных вложений есть

соотношение чистой прибыли и величины собственных капитальных вложений.

Коэффициент оборачиваемости определяется как отношение выручки от

реализации и средней величины актива. Для запасов коэффициент

оборачиваемости (на основе формул по потребности в оборотных средствах.

Период оборота в днях – отношение длительности рассматриваемого периода в

днях к коэффициенту оборачиваемости. Сравнение финансовых показателей

проектов приведен в таблице 3.4.

Далее необходимо обосновать финансовую реализуемость

инвестиционного проекта. Финансовая реализуемость отражает наличие

финансовых ресурсов для осуществления проекта. В качестве показателя

выступает положительное значение сальдо потока реальных денег по годам.

74

Таблица 3.4 – Сравнение финансовых показателей

Показатель (на конец расчетного периода) SLM EBM

1 Выручка от реализации, млн. руб./г. 48,58 116,59

2 Объем продукции в натуральном выражении, т/г. 0,57 1,37

3.1 Полная себестоимость на весь объем, млн. руб./г. 37,74 32,71

3.2 Полная себестоимость единицы продукции, тыс.руб./т 66034,14 23849,74

4.1 Прибыль от реализации, млн. руб./г. 10,61 83,44

4.2 Чистая прибыль, млн. руб./г. 8,49 66,75

5 Рентабельность продаж, % 17,47 57,25

6 Рентабельность затрат, % 22,49 204,05

7 Общая сумма инвестиций, млн. руб. 30,69 57,10

7.1 В т.ч. Собственных 9,21 17,13

7.2 Заемных 21,48 39,97

8.1 Капиталообразующие инвестиции 29,19 55,60

8.1.1 В основные средства 28,80 55,30

8.1.2 В оборотные средства 0,39 0,30

8.1.2.1 в том числе в запасы 0,18 0,13

9.1 Рентабельность инвестиций, всего, % 27,66 116,91

9.2 Рентабельность собственных вложений, % 92,20 389,69

10.1 Коэффициент оборачиваемости оборотных средств,

оборотов в год 1,66 5,64

10.2 Коэффициент оборачиваемости запасов, дни 60,86 180,58

11.1 Период оборота оборотных средств, дни 216,29 63,84

11.2 Период оборота запасов, дни 5,92 1,99

Разность между потоком и оттоком денежных средств показывает

текущий денежный поток. Формируются денежные потоки от операционной,

инвестиционной и финансовой деятельности. После формируется сводный

расчет с определением накопленного притока реальных денежных средств.

Последним этапом расчета станет обоснование экономической

эффективности проекта.

В качестве одного из основных показателей для оценки эффективности

инвестиционного проекта применен интегральный экономический эффект.

ЧДД определяется по формуле:

Т

tttt RPДЧДД1t

t , (3.3)

75

ЧДД учитывает доходы (Д) и расходы (Р) расчетного периода T по годам

расчетного периода t. Коэффициент дисконтирования α рассчитывается по

формуле:

1t

100

rd1

1

t

, (3.4)

При определении коэффициента дисконтирования определяют норму

дисконта как сумму безрисковой нормы доходности d, надбавки за риск r и

ожидаемой инфляции φ. В итоге норма дисконта составит 13,75%.

Далее определим внутреннюю норму доходности, которая представляет

собой такую норму дисконта, при которой ЧДД равен нулю:

T

1tt 0ВНtPД

(3.5)

Подбор нормы дисконта при которой ЧДД равен нулю осуществлен

методом итераций. Это необходимо для определения внутренней нормы

доходности (ВНД).

Далее необходимо рассчитать для рассмотренного инвестиционного

проекта индекс доходности, он характеризует относительную отдачу проекта на

вложенные в него средства и рассчитывается как отношение ЧДД к сумме

капиталообразующих инвестиций.

Срок окупаемости характеризует такой момент времени с которого ЧДД

принимает положительные значения.

Точка безубыточности – это минимальный объем производства, при

которой прибыль равна нулю.

Сравнение показателей экономической эффективности проектов

отображены в таблице 3.5.

76

Таблица 3.5 – Сравнение показателей экономической эффективности

Показатель SLM EBM

1 Жизненный цикл проекта/расчетный период, лет 7

2 Норма дисконта, % 13,75

3 Чистый дисконтированный доход, млн. руб. 14,69 223,50

4 Внутренняя норма доходности, % 72,89 482,14

5 Индекс доходности проекта 1,48 4,91

6 Срок окупаемости, лет 2,48 1,24

7 Точка безубыточности, т/г. 0,11 0,09

Полные примеры расчетов инвестиционных проектов приведены в

приложениях А (для SLM-процесса) и Б (для EBM-процесса).

Проект SLM обладает высоким уровнем риска, поскольку ВНД не

слишком высока. EBM-процесс характеризуется средней степенью риска от

внедрения.

Индекс доходности характеризует степень инвестиционной

эффективности вложений в проект. Если данный показатель меньше единицы,

это свидетельствует о нерентабельности проекта. Значения превышающие

единицу характеризуют возможность получения определенного дохода, и чем

выше показатель, тем рентабельнее проект.

Срок окупаемости характеризует срок, по достижению которого

окупаются все вложенные в проект инвестиции.

Производительность установки оказывает очень существенное влияние

на себестоимость оцененных процессов АТ. Это свидетельствует о том, что

производительность установки является центральным фактором стоимости

производства для вариантов технологии АТ. Даже если средняя удельная

стоимость продукции может быть снижена за счет снижения стоимости

приобретения системы, а не за счет увеличения производительности системы,

накладные расходы, возникающие в результате запуска большого количества

непродуктивных систем, могут привести к высоким общим расходам. Поэтому

для преодоления этого экономического барьера рекомендуется, чтобы скорости

выращивания в установках АП были бы приблизительно равными [57].

77

3.3 Рекомендации по внедрению аддитивных технологий

Аддитивное производство наиболее применимо в случаях [55]:

– относительно низких объемов производства;

– сложной геометрической конфигурации изделий, без удорожания

стоимости при усложнении, особенно в случаях, когда определенную форму

невозможно получить с помощью традиционных способов производства;

– необходимости сокращения времени изготовления;

– высокого риска при выходе новой продукции на рынок;

– наличия широкой клиентской базы.

Четыре вероятных рынка, характерных для применения АТ [47].

1 Единичные партии продукции для сферы прототипирования и

объемного моделирования; производство запасных частей и компонентов для

автомобильной техники (в т.ч. для снятых с производства моделей).

2 Детали ответственного назначения, характерные для

аэрокосмической и автомобильной отраслей.

3 Персонализированное производство изделий медицинского

назначения (стоматология, травматология, хирургия, реабилитация);

ювелирные изделия, спортивные товары, уникальные кастомизированные

изделия.

4 Обеспечение пространственно удаленного спроса

(децентрализованное производство запасных частей и компонентов, например

для нефтедобывающей, горно-обогатительной промышленности).

Необходимо разработать правильную стратегию, что в производственном

контексте означает интеграцию цепочки развития с логистической цепочкой

для выстраивания наиболее эффективной цепочки поставок [58].

Стратегическое управление внедрением новых технологий, в отличие от

традиционных методов, не прорабатывает перечень конкретных шагов,

выполнение которых обеспечивает достижение поставленных целей, а на

основе подробного анализа внутренней и внешней сред формирует механизм

78

поведения предприятия в условиях постоянного ее изменения [59]. Для

осуществления стратегии внедрения новых технологий необходимо:

– разработать перечень основных направлений изменения;

– ценить варианты с точки зрения достижения поставленных целей;

– выбрать наиболее экономически, технологически и социально

оправданный вариант.

Отбор информации для принятия решения производится в зависимости от

положения предприятия на рынке и стратегических целей.

В долгосрочном периоде при высокой степени неопределенности

внешней среды спрогнозировать рыночную позицию представляется задачей

весьма сложной, поэтому следует выявлять условия, определяющие позицию

предприятия на конкретном рынке. К таким условиям можно отнести:

– инновационный потенциал (наличие научно-технической базы,

высококвалифицированных кадров, способность к проведению продуктовых и

процессных изменений, производственно-технический потенциал,

характеризующий наличие современного оборудования, оптимальное его

использование, доступ к качественным ресурсам, наличие системы контроля

качества, соответствующей международным требованиям, способность к

переориентации производства в соответствии с изменчивостью рыночного

спроса);

– экономический потенциал (снижение издержек, благоприятное

расположение, низкие транспортные расходы, финансовая гибкость,

обеспечивающая способность к созданию резервов и проведению маневров);

– маркетинговый потенциал (наличие эффективной маркетинговой

стратегии, грамотная ее реализация, развитая сеть поставщиков и сбыта, низкие

сбытовые издержки, способность оказания дополнительных услуг, сервисного

обслуживания).

Весь спектр существующих стратегий можно разделить по трем уровням:

товарно-рыночные, конкурентные, функциональные.

79

Товарно-рыночная стратегия характеризует выбор и оптимизацию

портфеля заказов производимых товаров и рынков сбыта. Основным

инструментом оценки является матрица «товар-рынок» Ансоффа. Реализация

подобной стратегии формирует общее представление о направлениях развития,

выборе приоритетов. Для стратегий проникновения на рынок и рыночного

развития на первый план выходят производственные приоритеты. Для

стратегии развития товара и диверсификации только инновационные. Потому

было бы разумно иметь широкую номенклатуру товаров, что позволит

комбинировать различные стратегии, поскольку выбор лишь одного

направления не характеризует гибкость управления и не обеспечивает

достижения целей организации [59].

Конкурентная стратегия разрабатывается с учетом формирования у

организации конкурентного преимущества и должно отталкиваться выбранных

вариантов товарно-рыночной стратегии, когда необходимо определить:

динамику роста объемов продаж, желаемую долю или сегмент рынка, уровень

конкурентоспособности. Приобретение конкурентных преимуществ

обеспечивают следующие стратегии [59]:

– лидерства в низких издержках, обеспечивающую низкую цену

оказываемых услуг;

– широкой диверсификации или захвата нескольких сегментов рынка за

счет разнообразия индивидуальных характеристик.

Разработка стратегии завершается формированием функциональных

стратегий, ориентированной на следующие службы предприятия:

маркетинговой (выполняющей стратегические решения в рамках товарно-

рыночной стратегии); производственной (обеспечивающей структуру и объемы

производства в рамках сформированных протфелей стратегических зон

хозяйствования и грамотном использовании ограниченных ресурсов);

инвестиционной (распределяющей финансовые ресурсы).

В современных условиях, организации должны чаще применять гибкие

цепочки поставок, основной характеристикой которой является способность

80

реагировать на изменение рыночного спроса. Правильно выстроенная цепочка

позволяет обеспечить тянущий механизм реализации продукции [59].

Аддитивное производство, как и бережливое, направлено на

удовлетворение потребностей заказчиков, поэтому проблема перепроизводства

решается здесь заключением договоров с четким закреплением в них пункта о

размере партии производимого продукта [60].

Автоматизация производства и сложность эксплуатации требует

присутствия лишь небольшого количества высококвалифицированных

инженеров, которые обеспечат работоспособность производственной линии и

смогут написать необходимую программу. Этапы обработки изделия четко

прописаны в программе, что исключает возможности внедрения лишних

действий в этот процесс [60].

Исходные материалы в порошкообразной форме не потребуют большого

помещения для их хранения, принцип «добавления» исключает использование

излишков сырья и появление производственных отходов [60].

Темпы внедрения новых технологий зависят от следующих

характеристик:

1 Относительное преимущество (восприятие конкурентных

преимуществ от внедрения).

2 Совместимость (воспринимаемая согласованность нововведений с

существующей системой производственных ценностей, основанной на

опыте, потребностях и ожиданиях внедряющих технологии).

3 Сложность (воспринимаемая трудность в понимании и раскрытии

полного потенциала новых технологий).

4 Успешность внедрения технологий, результативность которой видна

другим.

Решение к внедрению новых технологий зависит от воспринимаемой

полезности и простоты использования.

Преимущества с точки зрения предложения заключаются в сокращении

производственных (когда необходимо присутствие высококвалифицированных

81

специалистов, обеспечивающих стабильность производства) и логистических

операций (снижение потребности в транспортных услугах) [49].

Облегчаются возможности аутсорсинга в сфере проектирования изделий,

поскольку данная задача может и не присутствовать в организации ввиду еще

большего упрощения операционной цепочки или обеспечения дополнительной

экономии на трудовые ресурсы, ввиду характерной для АТ вертикальной

интеграции [49].

Более высокая гибкость также может обеспечиваться в случае, когда

потребитель способен выполнять некоторые производственные операции

(например перенять на себя задачи проектирования или конечной обработки

изделий) [49].

Общие факторы, которые необходимо оценивать при внедрении АТ в

зависимости от внешней и внутренней среды изображены на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Факторы, способствующие реализации АТ [61]

82

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В первой главе были рассмотрены структура рынка аддитивных

технологий, основные российские и зарубежные компании-производители

установок АП и программного обеспечения, отрасли, активно внедряющие

такие технологии и выгоды, извлекаемые от вовлечения АТ в

производственный процесс. Рассмотрена концепция быстрого

прототипирования, приведены различные классификации аддитивных

технологий, преимущества АТ по сравнению с традиционными технологиями

производства, принцип процесса аддитивного производства от этапа

проектирования до выращивания готового изделия и основные критерии

выбора АТ. Описаны барьеры, препятствующие внедрению АТ. К наиболее

критичным следует отнести высокую стоимость установок и сырьевых

материалов, слаборазвитую российскую сырьевую базу, не удовлетворяющую

потребности внутреннего рынка, недостаточное количество

квалифицированных специалистов данной отрасли, а также технологические

ограничения установок (низкая производительность, ограниченный рабочий

объем для построения, ограниченный спектр применяемых металлов и

сплавов), не позволяющие адекватно оценить преимущества внедрения.

Во второй главе приведены требования к порошкообразным материалам

применительно к процессам послойного осаждения материала, расписаны

основные технологии получения металлических порошков. Процесс газовой

атомизации «EIGA» наиболее применим для производства порошков,

использующихся в SLM-установках. Процесс «PREP», относящийся к

центробежной атомизации, способен произвести качественные порошки,

применимые в технологии EBM. Приведены основные технологии аддитивного

производства металлических изделий, относящиеся к принципу послойного

осаждения материала, к которым относятся процессы SLM и EBM. Приведены

достоинства и недостатки данных процессов, проведено сравнение технических

характеристик данных процессов между собой. Также были указаны

83

механизмы формирования основных дефектов, возникающих в процессе

аддитивного производства, к которым относятся образование пор и флокенов,

волнистая структура поверхности, наличие остаточных внутренних

напряжений.

Третья глава включает в себя аспекты влияния аддитивных технологий

при их внедрении в структуру промышленного предприятия.

Внедрение новых технологий является основой успешного

функционирования любого коммерческого предприятия, поскольку в условиях

нестабильности рынка необходимо постоянно изменять продукцию и бизнес-

процесс. По своей экономической сущности процесс внедрения новых

технологий означает управление изменениями на предприятии, т.е. процесс

совершенствования и формирования его новых аспектов и структурных

характеристик, которые зачастую являются единственным способом их

существования в условиях жесткой конкуренции.

В рамках использования аддитивных технологий все этапы реализации

проекта от идеи до материализации (в любом виде — промежуточном или в

виде готовой продукции) составляют единую технологическую цепь.

Основная задача внедрения АП на предприятии состоит в повышении ее

экономических показателей эффективности и устранении недостатков

традиционных способов производства, выражающихся в перепроизводстве и

потерях, обусловненных наличием лишних запасов, затратами времени на

простой оборудования, наличием лишних длинных производственных цепочек,

высокими транспортными расходами.

Расчет инвестиционных проектов внедрения процессов SLM и EBM,

показал, что основным фактором формирования себестоимости и в целом

влияющий на показатели экономической эффективности является

производительность процесса. Результаты расчета показывают существенное

преимущество процесса EBM. Основные показатели экономической

эффективности EBM-технологии: ЧДД, ВНД и индекс доходности в 15, 6 и 3

раза превышают данные показатели для SLM-технологии, соответственно.

84

В настоящее время аддитивное производство по-прежнему является

новой технологией, но в ближайшем будущем прогнозируется увеличение

количества товаров и изделий, поскольку АТ способствуют интеграции в

сторону индивидуального, клиентоориентированного производства

(потребители смогут свободно проектировать и определять материалы, а затем

выгружать файл проекта в производственный центр по сети). Аддитивное

производство «толерантно» в вопросах защиты окружающей среды и степени

использования ресурсов, подразумевая сокращение отходов и повышение

выхода годного; минимизируется использование вредных химических веществ,

используемых, например, при травлении. Затраты также могут быть

скомпенсированы за счет упрощения и сокращения цепей поставок, упрощения

глобального распределения и рисков, связанных с внедрением новой

продукции, а также снижением стоимости хранения готовых изделий и запасов

материала.

Нивелировать высокие затраты на оборудование и снизить

производственные издержки позволит лишь жесткое планирование и

формирование объемных и регулярных портфелей заказов. Это указывает на то,

что до тех пор, пока скорости выращивания недостаточно высоки, чтобы

амортизировать затраты на машину на достаточно большом количестве

производимых единиц продукции, стоимость приобретения системы АТ не

имеет первостепенного значения.

Изменения в потоке добавления стоимости будут реализованы за счет

персонализации производства, снижения затрат и рисков на внедрение новой

продукции на рынки, географической локализации производства ближе к

клиентам, оптимизации складских запасов и слияния с традиционными

моделями спроса и предложения.

Уже происходят изменения в циклах разработки новой продукции,

оперативно реагируя на быстро меняющиеся требования. Открываются новые

возможности для краудсорсинга, до настоящего времени, ограниченного лишь

85

на этапах создания идеи или концепции, позволяя расширять влияние на другие

стадии производственного процесса.

Также АТ представляют интерес для малых и средних предприятий,

стартапов, поскольку они чаще всего испытывают трудности в связи с низкой

потребностью в компонентах, когда крупные предприятия отказываются

принимать заказы ввиду несоответствия минимальному количеству.

За рубежом организации, внедряющие АТ, имеют право на налоговые

послабления, что в первую очередь связано с экологичностью внедряемого

оборудования.

Помимо всего прочего крупные предприятия получат возможность

сокращения времени производства, производя приспособления, пресс-формы и

вспомогательные средства производства для собственных нужд, либо

напрямую производя изделия.

Существующие площадки электронной коммерции позволят упростить

информационные и экономические отношения для B2B, B2G и B2C

взаимодействий.

Как только темпы внедрения технологии будут расти, и предприятия

будут показывать стабильные результаты, будет обращено более широкое

внимание общественности к данной индустрии новых технологий.

Открытой остается проблема законодательного регулирования

использования АТ, базирующихся на принципе открытых источников ввиду

возможности незаконного производства компонентов, представляющих угрозу

безопасности жизни и здоровью граждан, и нарушающих морально-этические

нормы (включая оружие).

Подлежит радикальному переосмыслению принцип коммерческой тайны

и интеллектуальных прав собственности. Использование аддитивных

технологий предполагает задействование возможностей краудсорсинга, т.е.

широкое вовлечение творческого дизайнерского труда людей, не являющихся

инсайдерами расширенного производственного процесса.

86

Передача по сети Интернет огромного количества новых дизайнерских

разработок происходит без соблюдения норм законодательства о правах

собственности и трудно представить, как можно контролировать подобный

свободный обмен идеями. Следовательно, фирмы не смогут рассчитывать на

охрану авторских прав и извлечение доходов от патентной деятельности.

Затруднительно представить так же, как в новом сообществе производителей

будут решаться вопросы взаимоотношений франчайзингового характера.

87

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Зленко, М.А. Аддитивные технологии в машиностроении [Текст] :

пособие для инженеров / М.А. Зленко, М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш. – М.: ГНЦ

РФ ФГУП «НАМИ», 2015. – 220 с.

2 Wohlers Report 2018. 3D Printing and Additive Manufacturing State of the

Industry. Annual Worldwide Progress Report [Text] / compiled by I. Campbell, O.

Diegel, J. Kowen and T. Wohlers. – Fort Collins: Wohlers Associates, Inc, 2017. –

344 p.

3 Attaran, М. The rise of 3-D printing: The advantages of additive

manufacturing over traditional manufacturing [Text] / M. Attaran // Business

Horizons. – 2017. – Vol. 60. – Iss. 5. – P. 677-688.

4 Additive Manufacturing [Text] / compiled by A. Bandyopadhyay, S. Bose.

– N.Y.: CRC Press, 2015. – 389 p.

5 Василюк, В.П. Использование аддитивных технологий при

восстановлении дефектов лицевого скелета [Текст] / В.П. Василюк, Г.И.

Штраубе, В.А. Четвертных / Пермский медицинский журнал. – 2013. – Т. 30. –

№ 3. – С. 60-65.

6 Чемодуров, А.Н. Применение аддитивных технологий в производстве

изделий машиностроения [Текст] / А.Н. Чемодуров // Известия ТугГУ.

Технические науки. – 2016. – № 8. – С. 210-217.

7 Кузнецов, П.А. Аддитивные технологии на базе металлических

порошковых материалов для российской промышленности [Текст] / П.А.

Кузнецов, О.В. Васильева и др. // Новости материаловедения. Наука и техника.

– 2015. – № 2 (14). – С. 4-10.

8 Литунов, С.Н. Обзор и анализ аддитивных технологий. Часть 1 [Текст]

/ С.Н. Литунов, В.С. Слободенюк, Д.В. Мельников // Омский научный вестник.

– 2016. – № 1 (145). – С. 12-17.

9 Чумаков, Д.М. Перспективы использования аддитивных технологий

при создании авиационной и ракетно-космической техники [Электронный

88

ресурс] / Д.М. Чумаков, – Электрон. дан. – Электронный журнал «Труды

МАИ». – 2014. – № 78. Режим доступа:

https://mai.ru/publications/index.php?ID=53682, свободный. – Загл с экрана. –

Дата обращения 15.11.2017.

10 Noorani, R. 3D Printing: Technology, Applications, and Selection [Text] /

R. Noorani. – N.Y.: CRC Press, 2017. – 271 р.

11 Quinlan, H.E. Industrial and Consumer Uses of Additive Manufacturing: A

Discussion of Capabilities, Trajectories, and Challenges [Text] / H.E. Quinlan, T.

Hasan, et.al. // Journal of Industrial Ecology. – 2017. – Vol. 21. – P. 15-20.

12 Смуров, И.Ю. О внедрении аддитивных технологий и производства в

отечественную промышленность [Текст] / И.Ю. Смуров, С.Г. Конов, Д.В.

Котобан // Новости материаловедения. Наука и техника. – 2015. – № 2 (14). –

С. 11-22.

13 Юрасёв, Н.И. О возможностях развития аддитивных технологий в

России [Текст] / Н.И. Юрасёв //Современная экономика: проблемы и решения.

– 2015. – № 9 (69). – С. 72-79.

14 Dawes, J. Introduction to the Additive Manufacturing Powder Metallurgy

Supply Chain. Exploring the production and supply of metal powders for AM

processes [Text] / J. Dawes, R. Bowerman, R. Trepleton. // Johnson Matthey

Technol. Rev. – 2015. – Vol. 59. Iss. 3. – P. 243–256.

15 Milewski, J.O. Additive Manufacturing of Metals. From Fundamental

Technology to Rocket Nozzles, Medical Implants, and Custom Jewelry. Springer

Series in Materials Science 258 [Text] / J.O. Milewski. – Cham: Springer

International Publishing AG, 2017. – 343 р.

16 Джуган, А.А. Использование титановых порошков в методах 3D

печати изделий [Текст] / А.А. Джуган, В.Е. Ольшанецький и др. // Нові

матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2016. – №2. –

С. 77-81.

17 Евгенов, А.Г. Получение и опробование мелкодисперсного

металлического порошка высокохромистого сплава на никелевой основе

89

применительно к лазерной LMD-наплавке [Электронный ресурс] / А.Г. Евгенов,

С.В. Неруш, С.А. Василенко. – Электрон. дан. – Электронный научный журнал

"Труды ВИАМ". – 2014. – № 5. Режим доступа: http://viam-

works.ru/ru/articles?art_id=664, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения

17.11.2017.

18 Алишин, М.И.. Производство металлопорошковых композиций

высокой чистоты титановых сплавов методом индукционной газовой

атомизации для аддитивных технологий [Электронный ресурс] / М.И. Алишин,

А.Е. Князев. – Электрон. дан. – Электронный научный журнал "Труды ВИАМ".

– 2017. – № 11. Режим доступа: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1176,

свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения 17.11.2017.

19 Дудихин, Д.В. Способы получения сферических порошков для

аддитивных лазерных технологий [Текст] / Д.В. Дудихин, А.А. Сапрыкин //

Master’s Journal. – 2016. – № 1. – С.51-55.

20 Востриков, А.В. Производство гранул методом PREP для аддитивных

технологий – текущий статус и перспективы развития [Электронный ресурс] /

А.В. Востриков, Д.И. Сухов. – Электрон. дан. – Электронный научный журнал

"Труды ВИАМ". – 2016. – № 8. Режим доступа: http://viam-

works.ru/ru/articles?art_id=991, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения

15.11.2017.

21 Kruth, J.P. Binding Mechanisms in Selective Laser Sintering and Selective

Laser Melting [Text] / J.P. Kruth, P. Mercelis, L. Froyen, M. Rombouts // Rapid

Prototyping Journal. – 2005. – Vol. 11. – Iss.1. – P. 26-36.

22 Meier, H. Experimental studies on selective laser melting of metallic parts

[Text] / H. Meier, C. Haberland // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. –

2008. – Vol. 39. – No. 9. – P. 665-670.

23 Волосова, М.А. Пути оптимизации процесса селективного лазерного

плавления при помощи выбора стратегии обработки лазерным лучом [Текст] /

М.А. Волосова, А.А. Окунькова // Известия Самарского научного центра

Российской академии наук. – 2012. – Т. 14. – № 4 (2). – С. 587-591.

90

24 Килина, П.Н. Исследование режимов селективного лазерного

плавления металлических порошков [Текст] / П.Н. Килина, Е.А. Морозов и др.

// Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – С.133.

25 Krol, M. Surface quality in selective laser melting of metal powders [Text] /

M. Krol, L.A. Dobrzanski, L. Reimann, I. Czaja // Archives of Materials Science and

Engineering. – 2013. – Vol. 60. – Iss.2. – P. 87-92.

26 Spears, T.G. In-process sensing in selective laser melting (SLM) additive

manufacturing [Text] / T.G. Spears, S.A. Gold // Integrating Materials and

Manufacturing Innovation. – 2016. – P. 5-30.

27 Смуров, И.Ю. Аддитивное производство с помощью лазера [Текст] /

И.Ю. Смуров, И.А. Мовчан и др. // Вестник МГТУ “Станкин”. – 2011. – № 4

(16). – С. 144-146.

28 Hebert, R.J. Viewpoint: metallurgical aspects of powder bed metal additive

manufacturing [Text] / R.J. Hebert // J Mater Sci. – 2016. – Vol. 51 – P. 1165–1175.

29 Vandenbroucke, B. Selective laser melting of biocompatible metals for

rapid manufacturing of medical parts [Text] / B. Vandenbroucke, J.P. Kruth // Rapid

Prototyping Journal. – 2007. – № 4 (13). – P. 196-203.

30 Байтимеров, Р.М. Определение оптимальных параметров селективного

лазерного сплавления титанового сплава TiAl6V4 углекислотным лазером

[Текст] / Р.М. Байтимеров, П.А. Лыков и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия

«Машиностроение». – 2017. – Т. 17. – № 3. – С. 36-40.

31 Смуров И.Ю. Аддитивное производство с помощью лазера.

Проведение экспериментальных работ [Текст] / И.Ю. Смуров, И.А. Ядройцев и

др. // Вестник МГТУ “Станкин”. – 2012. – № 1 (18). – С. 36-38.

32 Смуров, И.Ю Экспериментальное аддитивное прямое производство с

помощью лазера [Текст] / И.Ю. Смуров, И.А. Мовчан, И.А. Ядройцев и др. //

Вестник МГТУ “Станкин”. – 2012. – № 2 (20). – С. 48-50.

33 Murr, L.E. Metal fabrication by additive manufacturing using laser and

electron beam melting technologies [Text] / L.E. Murr, S.M. Gaytan, D.A. Ramirez,

et.al. // J. Mater. Sci. Technol. – 2012. – Vol. 1 (28). – P. 3-16.

91

34 Lancaster, R. Structural Integrity of an Electron Beam Melted Titanium

Alloy [Text] / R. Lancaster, G. Davies, et.al. // Materials. – 2016. – Vol. 9. – P. 470.

35 Kirchner, A. Process window for electron beam melting of Ti-6Al-4V

[Text] / A. Kirchner, B. Klöden, J. Luft, et.al. // Powder Metallurgy. – 2015. – Vol. 4

(58). – P. 246-249.

36 Швец, А.А. Сравнительный анализ устройств для объемной печати

[Текст] / А.А. Швец, А.Р. Авдеев, А.В. Дроботов // Известия Волгоградского

государственного технического университета. – 2015. – № 1 (156). – С. 76-79.

37 Yadroitsev, I. Selective laser melting of Ti6Al4V alloy for biomedical

applications: temperature monitoring and microstructural evolution [Text] / I.

Yadroitsev, P. Krakhmalev, I. Yadroitsava // Journal of Alloys and Compounds. –

2014. – Vol. 583. – P. 404-409

38 Vrancken, B. Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser

Melting: Microstructure and mechanical properties [Text] / B. Vrancken, L. Thijs,

J.P. Kruth, J.V. Humbeeck // Journal of Alloys and Compounds. – 2012. – Vol. 541.

– P. 177-185.

39 Sallica-Leva, E. Ductility improvement due to martensite α0 decomposition

inporous Ti–6Al–4V parts produced by selective laser melting for orthopedic

implants [Text] / E. Sallica-Leva, R. Caram, A.L. Jardini, J.B. Fogagnolo // Journal

of the mechanical behavior of biomedical materials. – 2016. – Vol. 54. – P. 149-158.

40 Popovich, A. Microstructure and Mechanical Properties of Ti-6AL-4V

Manufactured by SLM [Text] / A. Popovich, V. Sufiiarov, E. Borisov, I. Polozov //

Key Engineering Materials. – 2015. – Vols. 651-653. – P. 677-682.

41 Дмитренко, А.А. Аддитивные технологии как новый этап развития

производства деталей машин [Текст] / А.А. Дмитренко // Современные

материалы, техника и технология: 4-ая Международная научно-практическая

конференция МТО-19: материалы. – Курск: Юго-Зап. гос. ун-т., ЗАО

«Университетская книга», 2014. – С. 164-167.

92

42 ASTM F2924–14. Standard Specification for Additive Manufacturing

Titanium-6 Aluminum-4 Vanadium with Powder Bed Fusion [Text]. – Int. 01-02-

2014. – West Conshohocken: ASTM International. – 9 p.

43 Rafi, H.K. Microstructures and Mechanical Properties of Ti6Al4V Parts

Fabricated by Selective Laser Melting and Electron Beam Melting [Text] / H.K. Rafi,

N.V. Karthik, H. Gong, et.al. // Journal of Materials Engineering and Performance. –

2013. – Vol. 22. – Iss. 12. – P. 3872–3883.

44 Murr, L.E. Microstructures and mechanical properties of electron beam-

rapid manufactured Ti–6Al–4V biomedical prototypes compared to wrought Ti–6Al–

4V [Text] / L.E. Murr, E.V. Esquivel, S.A. Quinones, S.M. Gaytan, et.al. // Materials

Characterization. – 2009. – Vol. 60. – Iss. 2. – P. 96-105.

45 Hrabe, N. Effects of processing on microstructure and mechanical

properties of a titanium alloy (Ti–6Al–4V) fabricated using electron beam melting

(EBM), Part 2: Energy input, orientation, and location [Text] / N. Hrabe, T. Quinn //

Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 573. – P. 271-277.

46 Bogers, M. Additive manufacturing for consumer-centric business models:

Implications for supply chains in consumer goods manufacturing [Text] / M. Bogers,

R. Hadar, A. Bilberg // Technol. Forecast. Soc. Change. – 2016. – Vol. 102. –

P. 225-239.

47 Weller, C. Economic Implications of 3D printing: Market structure Models

in light of additive manufacturing [Text] / C. Weller, R. Kleer, F.T. Piller // Int. J.

Production Economics. – 2015. – Vol. 164. – P. 43-56.

48 Jiang, R. Predicting the future of additive manufacturing: A Delphi study on

economic and societal implications of 3D printing for 2030 [Text] / R. Jiang, R.

Kleer, F. Piller // Technol. Forecast. Soc. Change. – 2017. – Vol. 117. – P. 84-97.

49 Oerrmeier, K. Additive manufacturing technology adoption: an empirical

analysis of general and supply chain-related determinants [Text] / K. Oettmeier, E.

Hofmann // Journal of Business Economics. – 2017. – Vol. 87. – Iss. 1. – P. 97–124.

93

50 Steenhuis, H.J. The additive manufacturing innovation: a range of

implications [Text] / H.J. Steenhuis, L. Pretorius // Manufacturing Technology

Management. – 2017. – Vol. 28. – Iss. 1. P. 55-83.

51 Durach, C.F. The impact of additive manufacturing on supply chains [Text]

/ C.F. Durach, S. Kurpjuweit, S.M. Wagner // International Journal of Physical

Distribution & Logistics Management. – 2017. – № 47(10). – P. 954-971.

52 Москвитина, Е.И. Формирование новых контуров управления

глобальными цепочками стоимости под воздействием аддитивных технологий

[Текст] / Е.И. Москвитина, С.А. Толкачев // Управленческие науки. – 2016. –

№ 4. – С. 85-94.

53 Rayna, T. From rapid prototyping to home fabrication: How 3D printing is

changing business model innovation [Text] / T. Rayna, L. Striukova // Technological

Forecasting and Social Change. – 2016. – Vol. 102. – P. 214-224.

54 Eyers, D.R. E-commerce channels for additive manufacturing: an

exploratory study [Text] / D.R. Eyers, A.T. Potter // Journal of Manufacturing

Technology Management. – 2015. – Vol. 26. – Iss. 3. – P. 390-411.

55 .Cozmei, C. Additive manufacturing flickering at the beginning of existence

[Text] / C. Cozmei, F. Caloian // Procedia Economics and Finance. – 2012. – № 3. –

P. 457 – 462.

56 Рогинский, Ф.Н. Экономическая оценка инвестиций: методические

указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Экономическая

оценка инвестиций» [Текст] / Ф.Н. Рогинский, И.С. Пелымская. – 2-е изд., доп.

и перераб. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. – 37 с.

57 Baumers, M. The cost of additive manufacturing: machine productivity,

economies of scale and technology-push [Text] / M. Baumers, P. Dickens, C. Tuck,

R. Hauge // Technol. Forecast. Soc. Change. – 2016. – Vol. 102. – P. 193-201.

58 Shah, S. Contribution of additive manufacturing systems to supply chain

[Text] / S. Shah, S. Mattiuzza, E.N. Ganji, A. Coutroubis // In: Proceedings of the

2017 International Conference on Industrial Engineering, Management Science and

Application (ICIMSA). IEEE. – P. 2-6.

94

59 Медведев, Н.А. Стратегия и внедрение инноваций [Текст] / Н.А.

Медведев // Лесной вестник. – 2008. – № 5. – С. 24-26.

60 Шеховцов, А.А. Аддитивные технологии как способ реализации

концепции бережливого производства [Текст] / А.А. Шеховцов, Н.П. Карпова //

Научно-методический журнал «Концепт». – 2015. – Т. 13. – С. 141–145.

61 Mellor, S. Additive manufacturing: A framework for implementation [Text]

/ S. Mellor, L. Hao, D. Zhang // International Journal of Production Economics. –

2014. – Vol. 149. – P. 194-201.

95

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1 - Расчет производственной мощности участка

Показатель

Значение показателя по шагам операционного периода

1й год 2й год 3й год 4й год 5й год 6й год

1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

1. Паспортная производительность оборудования, кг/ч 0,0882 0,0882 0,0882 0,0882 0,0882 0,0882 0,0882 0,0882 0,0882

2.Количество агрегатов 1 1 1 1 1 1 1 1 1

3. Коэффициент использования мощности оборудования 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

4. Коэффициент загрузки участка в период освоения

производства К2, доли единицы 0,5 0,8 1 1 1 1 1 1 1

5. Эффективный фонд времени работы оборудования

(часы в шаг) 2025 2025 2025 2025 8100 8100 8100 8100 8100

6. Производственная мощность участка, т/шаг 0,071 0,114 0,143 0,143 0,572 0,572 0,572 0,572 0,572

7. Производственная программа, т/шаг 0,071 0,114 0,143 0,143 0,572 0,572 0,572 0,572 0,572

Таблица А.2 - Расчет объема продаж

Показатель

Значение показателя по шагам операционного периода

1й год

2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Объем продаж, млн. рублей 6,073 9,716 12,145 12,145 48,581 48,581 48,581 48,581 48,581

96

Таблица А.3 - Расчет материальных затрат

Позиция

На

единицу,

тыс. руб.

На весь объем

1й год

2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Сырье и основные материалы, тыс. руб. 15000 1071,6 1714,6 2143,3 2143,3 8573,0 8573,0 8573,0 8573,0 8573,0

Вспомогательные материалы, тыс. руб. 35714 2551,5 4082,4 5103,0 5103,0 20411,8 20411,8 20411,8 20411,8 20411,8

Топливо технологическое, тыс. руб. 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Энергия на технологические цели, тыс. руб. 355,6 25,4 40,6 50,8 50,8 203,2 203,2 203,2 203,2 203,2

Таблица А.4 - Расчет годового фонда оплаты труда производственных рабочих

Значение показателя по шагам операционного периода

1й год

2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Численность рабочих 6 6 6 6 6 6 6 6 6

Основная заработная плата, тыс. руб. 720,00 720,00 720,00 720,00 2880,00 2937,60 2996,35 3056,28 3117,40

Прирост зарплаты 0,00 0,00 0,00 0,00 57,60 58,75 59,93 61,13 62,35

Основная заработная плата с приростом, тыс. руб. 720,00 720,00 720,00 720,00 2937,60 2996,35 3056,28 3117,40 3179,75

Доплаты и премии, тыс. руб. 108,00 108,00 108,00 108,00 440,64 449,45 458,44 467,61 476,96

Районный коэффициент, тыс. руб. 108,00 108,00 108,00 108,00 440,64 449,45 458,44 467,61 476,96

Итого 936,00 936,00 936,00 936,00 3818,88 3895,26 3973,16 4052,63 4133,68

97

Таблица А.5 - Расчет годового фонда оплаты труда управленческого персонала

На весь объем

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Численность управленческого персонала 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Зарплата по окладам, тыс. руб. 180,00 180,00 180,00 180,00 720,00 734,40 749,09 764,07 779,35

Прирост зарплаты 0,00 0,00 0,00 0,00 14,40 14,69 14,98 15,28 15,59

Зарплата по окладам с приростом, тыс. руб. 180,00 180,00 180,00 180,00 734,40 749,09 764,07 779,35 794,94

Премии, тыс. руб. 45,00 45,00 45,00 45,00 183,60 187,27 191,02 194,84 198,73

Районный коэффициент, тыс. руб. 27,00 27,00 27,00 27,00 110,16 112,36 114,61 116,90 119,24

Итого 252,00 252,00 252,00 252,00 1028,16 1048,72 1069,70 1091,09 1112,91

Таблица А.6 - Расчет первоначальной стоимости оборудования

Статья затрат Итого В т.ч. НДС

Стоимость

без НДС

Приобретение оборудования, млн. руб. 28,5 4,347 24,153

Монтаж оборудования, млн. руб. 0,2 0,031 0,169

Пуско-наладочные работы, млн. руб. 0,1 0,015 0,085

Итого, млн. руб. 28,8 4,393 24,407

Таблица А.7 - Расчет амортизационных отчислений и затрат

на ремонт и содержание основных средств

Первоначальная стоимость оборудования без НДС, млн. руб. 24,407

Срок службы, лет 10

Норма амортизации 10,00

Годовая сумма амортизационных отчислений, млн. руб. 2,441

Затраты на ремонт оборудования, % в год 2,00

Затраты на ремонт оборудования, млн. рублей в год 0,488

98

Таблица А.8 - Формирование себестоимости продукции

№ Показатель

Значение показателя по шагам операционного периода

1й год

2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

1 Сырье и основные материалы, тыс. руб. 1071,63 1714,61 2143,26 2143,26 8573,04 8573,04 8573,04 8573,04 8573,04

2 Вспомогательные материалы, тыс. руб. 2551,48 4082,37 5102,96 5102,96 20411,84 20411,84 20411,84 20411,84 20411,84

3 Топливо технологическое, тыс. руб. 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

4 Энергия на технологические цели, тыс. руб. 25,40 40,65 50,81 50,81 203,24 203,24 203,24 203,24 203,24

5 Оплата труда производственных рабочих 936,00 936,00 936,00 936,00 3818,88 3895,26 3973,16 4052,63 4133,68

6 Страховые взносы 280,80 280,80 280,80 280,80 1145,66 1168,58 1191,95 1215,79 1240,10

7 Переменные расходы, всего 4865,31 7054,42 8513,83 8513,83 34152,66 34251,95 34353,23 34456,53 34561,90

8 Амортизационные отчисления, тыс. руб. 61,02 61,02 61,02 61,02 244,07 244,07 244,07 244,07 244,07

9 Ремонт и содержание основных средств 122,03 122,03 122,03 122,03 488,14 488,14 488,14 488,14 488,14

10 Оплата труда управленческого персонала 252,00 252,00 252,00 252,00 1028,16 1048,72 1069,70 1091,09 1112,91

11 Страховые взносы 75,60 75,60 75,60 75,60 308,45 314,62 320,91 327,33 333,87

12 Постоянные расходы цеха, всего 510,65 510,65 510,65 510,65 2068,81 2095,54 2122,81 2150,62 2178,99

13 Итого цеховая себестоимость 5375,97 7565,07 9024,48 9024,48 36221,47 36347,49 36476,04 36607,15 36740,89

14 Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

15 Коммерческие расходы 250,00 250,00 250,00 250,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00

16 Итого полная себестоимость 5625,97 7815,07 9274,48 9274,48 37221,47 37347,49 37476,04 37607,15 37740,89

99

Таблица А.9 - Расчет инвестиций в основные средства по шагам инвестиционного периода

Статья

Стоимость основных средств, включая НДС, млн. руб.

Всего

В том числе по шагам инвестиционного

периода

1й шаг 2й шаг 3й шаг 4й шаг

1. Приобретение оборудования 28,500 24,225 4,275

2. Монтаж оборудования 0,200 0,140 0,060

3. Пусконаладочные работы 0,100 0,025 0,075

Итого инвестиций в основные средства 28,800 24,225 4,415 0,085 0,075

Таблица А.10 - Расчет инвестиций в оборотные средства

Статья оборотных средств

Сумма оборотных средств, тыс. руб.

в том числе по периодам и шагам

Инвестицио-

нный

период,

последний шаг

Операционный период

1й шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг 3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

Пополнение запасов сырья, материалов, топлива 91,21 54,73 36,49 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Незавершенное производство 87,74 42,57 28,38 0,00 1,20 1,23 1,25 1,27 1,30 0,00

Готовая продукция 23,44 9,12 6,08 0,00 0,51 0,53 0,54 0,55 0,56 0,00

Итого потребность в оборотных средствах 202,39 106,42 70,94 0,00 1,72 1,75 1,79 1,82 1,86 0,00

100

Таблица А.11 - Расчет общей суммы инвестиций

Статьи инвестиций

Инвестиции по шагам расчетного периода, млн. руб.

Итого

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

1. Приобретение основных средств 24,23 4,42 0,09 0,08 28,80

2. Пополнение оборотных средств 0,20 0,11 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,39

3. Итого капиталообразующие инвестиции 24,23 4,42 0,09 0,28 0,11 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 29,19

4. Некапиталообразующие инвестиции 0,83 0,68 0,00 1,50

Итого инвестиций 25,05 5,09 0,09 0,28 0,11 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 30,69

Таблица А.12 - Источники финансирования инвестиций

Источники финансирования

Сумма по шагам расчетного периода, млн. руб.

Итого

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

Собственные 7,515 1,527 0,026 0,083 0,032 0,021 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 9,21

Заемные 17,535 3,563 0,061 0,194 0,074 0,050 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 21,48

Итого 25,050 5,090 0,087 0,277 0,106 0,071 0,000 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 30,69

101

Таблица А.13 - Расчет кредитного плана

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

Итого

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

1. Сумма полученного кредита 21,48 21,48

2. Сумма возвращенного кредита 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 3,58 3,58 3,58 3,58 21,48

3. Остаток кредита на конец периода 20,59 19,69 18,80 17,90 17,01 16,11 15,22 14,32 10,74 7,16 3,58 0,00

4. Начисленные проценты за период 0,67 0,64 0,61 0,58 0,55 0,52 0,49 0,47 1,40 0,93 0,47 0,00 7,33

4.1 В т. ч. уменьшающие налоговую базу на

прибыль 0,45 0,43 0,41 0,39 0,37 0,35 0,33 0,32 0,95 0,63 0,32 0,00 4,96

4.2. Не уменьшающие налоговую базу на прибыль 0,22 0,21 0,20 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15 0,45 0,30 0,15 0,00 2,37

5. Уплаченные проценты 0,67 0,64 0,61 0,58 0,55 0,52 0,49 0,47 1,40 0,93 0,47 0,00 7,33

6. Остаток процентов на конец периода 6,66 6,02 5,41 4,83 4,28 3,75 3,26 2,79 1,40 0,47 0,00 0,00

Таблица А.14 - Расчет прибылей и убытков

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1й шаг 2й шаг 3й шаг 4й шаг

1. Выручка от продаж 6,07 9,72 12,15 12,15 48,58 48,58 48,58 48,58 48,58

2. Переменные затраты на производство 4,87 7,05 8,51 8,51 34,15 34,25 34,35 34,46 34,56

3. Маржинальный доход 1,21 2,66 3,63 3,63 14,43 14,33 14,23 14,12 14,02

4. Постоянные затраты на производство продукции 0,51 0,51 0,51 0,51 2,07 2,10 2,12 2,15 2,18

5. Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

6. Коммерческие расходы 0,25 0,25 0,25 0,25 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

7. Проценты к уплате 0,55 0,52 0,49 0,47 1,40 0,93 0,47 0,00 0,00

8. Налог на имущество 0,13 0,13 0,13 0,13 0,44 0,39 0,34 0,28 0,23

9. Прибыль (убыток) до налогообложения -0,24 1,25 2,25 2,28 9,52 9,91 10,30 10,69 10,61

10. Налог на прибыль -0,05 0,25 0,45 0,46 1,90 1,98 2,06 2,14 2,12

11. Чистая прибыль -0,19 1,00 1,80 1,82 7,62 7,93 8,24 8,55 8,49

102

Таблица А.15 - Расчет остаточной стоимости основных средств

Вид активов

Остаточная стоимость основных средств на начало периода

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1й шаг 2й шаг 3й шаг 4й шаг

Оборудование производственного назначения 24,41 23,80 23,19 22,58 20,14 17,69 15,25 12,81 10,37

Таблица А.16 - Расчет налога на имущество

Показатель

Сумма налога по шагам операционного периода, млн. руб.

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1й шаг 2й шаг 3й шаг 4й шаг

Среднегодовая остаточная стоимость основных

средств 5,87 5,87 5,87 5,87 20,14 17,69 15,25 12,81 10,37

Налог на имущество 0,13 0,13 0,13 0,13 0,44 0,39 0,34 0,28 0,23

Таблица А.17 - Расчет выплаты дивидендов

Показатель

Значение показателя, млн. руб.

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

Прибыль предшествующего года 4,43 7,62 7,93 8,24 8,55

Дивиденды к выплате 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

103

Таблица А.18 - Расчет финансовых показателей проекта

Показатель 7-й год

1. Выручка от реализации, млн. руб./год 48,58

2. Объем продукции в натуральном выражении, т/год 0,572

3.1. Полная себестоимость на весь объем, млн. руб./год 37,74

3.2. Полная себестоимость единицы продукции, тыс. руб./т 66034,14

4.1. Прибыль от реализации, млн. руб./год 10,61

4.2. Чистая прибыль, млн. руб./год 8,49

5. Рентабельность продаж, % 17,47

6. Рентабельность затрат, % 22,49

7. Общая сумма инвестиций, млн. руб. 30,69

7.1 В т.ч. Собственных 9,21

7.2 Заемных 21,48

8.1. Капиталообразующие инвестиции 29,19

8.1.1. В основные средства 28,80

8.1.2. В оборотные средства 0,39

8.1.2.1. в том числе в запасы 0,18

9.1. Рентабельность инвестиций, всего, % 27,66

9.2. Рентабельность собственных вложений, % 92,20

10.1. Коэффициент оборачиваемости оборотных средств, оборотов в год 1,66

10.2. Коэффициент оборачиваемости запасов, дни 60,86

11.1. Период оборота оборотных средств, дни 216,29

11.1. Период оборота запасов, дни 5,92

104

Таблица А.19 - Денежные потоки от операционной деятельности

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

2й год

3й

год 4й год 5й год 6й год 7й год

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1. Приток средств, всего 10,47 9,72 12,15 12,15 48,58 48,58 48,58 48,58 48,58

1.1. Выручка от продаж 6,07 9,72 12,15 12,15 48,58 48,58 48,58 48,58 48,58

1.2. Возмещение НДС 4,39

2. Отток средств, всего 5,65 8,13 9,79 9,80 39,32 39,48 39,63 39,78 39,85

2.1. Затраты на производство (цеховая себестоимость) за вычетом амортизации 5,31 7,50 8,96 8,96 35,98 36,10 36,23 36,36 36,50

2.2. Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.3. Коммерческие расходы 0,25 0,25 0,25 0,25 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

2.4. Налог на имущество 0,13 0,13 0,13 0,13 0,44 0,39 0,34 0,28 0,23

2.5. Налог на прибыль -0,05 0,25 0,45 0,46 1,90 1,98 2,06 2,14 2,12

Итого чистый текущий денежный поток от операционной деятельности 4,82 1,58 2,35 2,35 9,26 9,11 8,95 8,80 8,73

Таблица А.20 - Денежные потоки от инвестиционной деятельности

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

7й

год

1. Приток средств, всего 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.1. Реализация активов предприятия 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2. Отток средств, всего 25,05 5,09 0,09 0,28 0,11 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.1. Приобретение основных средств (вкл. НДС) 24,23 4,42 0,09 0,08 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.2. Пополнение оборотных средств 0,00 0,00 0,00 0,20 0,11 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.3. Прочие инвестиционные расходы 0,83 0,68 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Итого чистый текущий денежный поток от

инвестиционной деятельности

-

25,05

-

5,09 -0,09 -0,28 -0,11 -0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

105

Таблица А.21 - Денежные потоки от финансовой деятельности

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

7й

год

1. Приток средств, всего 30,69 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.1. Собственных 9,21 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.2. Заемных 21,48 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.3. Привлеченных 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.4. Доходы от финансовых вложений 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2. Отток средств, всего 1,56 1,54 1,51 1,48 1,45 1,42 1,39 1,36 4,98 4,51 4,05 3,58 0,00

2.1. Возврат заемных средств 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 3,58 3,58 3,58 3,58 0,00

2.2. Выплата процентов 0,67 0,64 0,61 0,58 0,55 0,52 0,49 0,47 1,40 0,93 0,47 0,00 0,00

2.3. Выплата дивидендов 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.4. Реинвестирование прибыли 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Итого чистый текущий денежный поток от финансовой

деятельности 29,13 -1,54 -1,51 -1,48 -1,45 -1,42 -1,39 -1,36 -4,98 -4,51 -4,05 -3,58 0,00

Таблица А.22 - Сводный расчет потока реальных денег

Вид деятельности

Величина денежных средств по шагам, млн. руб.

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

7й

год

Операционная 5 2 2 2 9 9 9 9 9

Инвестиционная -25 -5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Финансовая 29 -1,5 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -5 -5 -4 -4 0

Сальдо реальных денег по шагам инвестиционного

проекта 4 -7 -2 -2 3 0 1 1 4 5 5 5 9

Накопленный приток реальных денег 4 -3 -4 -6 -3 -3 -2 -1 4 8 13 18 27

106

Таблица А.23 - Расчет коэффициента дисконтирования

Год 1 2 3 4 5 6 7

Коэффициент дисконтирования 1,0000 0,8791 0,7729 0,6794 0,5973 0,5251 0,4616

Таблица А.24 - Расчет чистого дисконтированного дохода

Показатель

Значение показателя по годам, млн. руб.

1й год 2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

1. Приток наличности, в т.ч. 0,00 44,47 48,58 48,58 48,58 48,58 48,58

1.1. Выручка от продаж 0,00 40,08 48,58 48,58 48,58 48,58 48,58

1.2. Возмещение НДС 0,00 4,39 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.3. Реализация активов предприятия 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.4. Доходы от финансовых вложений 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2. Отток наличности, в т.ч. 6,91 39,16 43,80 43,48 43,17 43,61 40,09

2.1. Переменные затраты 0,00 28,95 34,15 34,25 34,35 34,46 34,56

2.2. Постоянные затраты 0,00 2,04 2,07 2,10 2,12 2,15 2,18

2.3. Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.4. Коммерческие расходы 0,00 0,25 0,25 0,25 0,25 1,00 1,00

2.5. Вложение собственных привлеченных средств 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.6. Возврат кредитов 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 0,00

2.7. Уплата процентов за кредит 2,50 2,04 1,40 0,93 0,47 0,00 0,00

2.8. Некапиталообразующие затраты 0,83 0,68 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.9. Налог на имущество 0,00 0,52 0,44 0,39 0,34 0,28 0,23

2.10. Налог на прибыль 0,00 1,11 1,90 1,98 2,06 2,14 2,12

2.11. Выплата дивидендов 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

3. Чистый текущий доход -6,91 5,32 4,78 5,10 5,41 4,97 8,49

4. Коэффициент дисконтирования 1,00 0,88 0,77 0,68 0,60 0,53 0,46

5. Дисконтированный текущий доход -6,91 4,67 3,70 3,46 3,23 2,61 3,92

6. Чистый дисконтированный доход -6,91 -2,23 1,46 4,93 8,16 10,77 14,69

107

Таблица А.25 - Подбор нормы дисконта, при которой ЧДД обращается в ноль

Норма

дисконта Показатель

Значение показателя по годам, млн. руб.

1й год 2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

Чистый текущий доход -6,908 5,316 4,783 5,100 5,412 4,973 8,489

72,9

Коэффициент дисконтирования 1,000 0,578 0,335 0,193 0,112 0,065 0,037

Дисконтированный текущий доход -6,908 3,075 1,600 0,987 0,606 0,322 0,318

ЧДД -6,908 -3,833 -2,233 -1,246 -0,641 -0,319 -0,001

72,88

Коэффициент дисконтирования 1,000 0,578 0,335 0,194 0,112 0,065 0,037

Дисконтированный текущий доход -6,908 3,075 1,600 0,987 0,606 0,322 0,318

ЧДД -6,908 -3,832 -2,232 -1,245 -0,639 -0,317 0,001

Таблица А.26 - Показатели экономической эффективности инвестиционного

проекта

Показатель Значение показателя

1. Жизненный цикл проекта/расчетный период, лет 7

2. Норма дисконта, % 13,75

3. Чистый дисконтированный доход, млн. руб. 14,690

4. Внутренняя норма доходности, % 72,89

5. Индекс доходности проекта 1,4787

6. Срок окупаемости, лет 2,48

7. Точка безубыточности, т/год 0,115

108

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7

ГодЧД

Д, м

лн

.руб

.

Рисунок А.1 – Финансовый профиль проекта внедрения SLM-установки

109

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица Б.1 - Расчет производственной мощности участка

Показатель

Значение показателя по шагам операционного периода

1й год

2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

1. Паспортная производительность оборудования, кг/ч 0,3528 0,3528 0,3528 0,3528 0,3528 0,3528 0,3528 0,3528 0,3528

2.Количество агрегатов 1 1 1 1 1 1 1 1 1

3. Коэффициент использования мощности оборудования 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

4. Коэффициент загрузки участка в период освоения

производства К2, доли единицы 0,5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

5. Эффективный фонд времени работы оборудования

(часы в шаг) 2025 2025 2025 2025 8100 8100 8100 8100 8100

6. Производственная мощность участка, т/шаг 0,214 0,343 0,343 0,343 1,372 1,372 1,372 1,372 1,372

7. Производственная программа, т/шаг 0,214 0,343 0,343 0,343 1,372 1,372 1,372 1,372 1,372

Таблица Б.2 - Расчет объема продаж

Показатель

Значение показателя по шагам операционного периода

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Объем продаж, млн. руб. 18,218 29,148 29,148 29,148 116,593 116,593 116,593 116,593 116,593

110

Таблица Б.3 - Расчет материальных затрат

Позиция

На

единицу,

тыс. руб.

На весь объем

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Сырье и основные материалы, тыс. руб. 15000 3214,9 5143,8 5143,8 5143,8 20575,3 20575,3 20575,3 20575,3 20575,3

Вспомогательные материалы, тыс. руб. 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Топливо технологическое, тыс. руб. 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Энергия на технологические цели, тыс. руб. 73,41 15,7 25,2 25,2 25,2 100,7 100,7 100,7 100,7 100,7

Таблица Б.4 - Расчет годового фонда оплаты труда

производственных рабочих

Позиция

Значение показателя по шагам операционного периода

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Численность рабочих 6 6 6 6 6 6 6 6 6

Основная заработная плата, тыс. руб. 720,00 720,00 720,00 720,00 2880,00 2937,60 2996,35 3056,28 3117,40

Прирост зарплаты 0,00 0,00 0,00 0,00 57,60 58,75 59,93 61,13 62,35

Основная заработная плата с приростом, тыс. руб. 720,00 720,00 720,00 720,00 2937,60 2996,35 3056,28 3117,40 3179,75

Доплаты и премии, тыс. руб. 108,00 108,00 108,00 108,00 440,64 449,45 458,44 467,61 476,96

Районный коэффициент, тыс. руб. 108,00 108,00 108,00 108,00 440,64 449,45 458,44 467,61 476,96

Итого 936,00 936,00 936,00 936,00 3818,88 3895,26 3973,16 4052,63 4133,68

111

Таблица Б.5 - Расчет годового фонда оплаты труда управленческого персонала

Позиция

На весь объем

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

Численность управленческого персонала 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Зарплата по окладам, тыс. руб. 180,00 180,00 180,00 180,00 720,00 734,40 749,09 764,07 779,35

Прирост зарплаты 0,00 0,00 0,00 0,00 14,40 14,69 14,98 15,28 15,59

Зарплата по окладам с приростом, тыс. руб. 180,00 180,00 180,00 180,00 734,40 749,09 764,07 779,35 794,94

Премии, тыс. руб. 45,00 45,00 45,00 45,00 183,60 187,27 191,02 194,84 198,73

Районный коэффициент, тыс. руб. 27,00 27,00 27,00 27,00 110,16 112,36 114,61 116,90 119,24

Итого 252,00 252,00 252,00 252,00 1028,16 1048,72 1069,70 1091,09 1112,91

Таблица Б.6 - Расчет первоначальной стоимости оборудования

Статья затрат Итого В т.ч. НДС

Стоимость

без НДС

Приобретение оборудования, млн. руб. 55 8,390 46,610

Монтаж оборудования, млн. руб. 0,2 0,031 0,169

Пуско-наладочные работы, млн. руб. 0,1 0,015 0,085

Итого, млн. руб. 55,3 8,436 46,864

Таблица Б.7 - Расчет амортизационных отчислений и затрат

на ремонт и содержание основных средств

Первоначальная стоимость оборудования без НДС, млн. руб. 46,864

Срок службы, лет 10

Норма амортизации 10,00

Годовая сумма амортизационных отчислений, млн. руб. 4,686

Затраты на ремонт оборудования, % в год 8,00

Затраты на ремонт оборудования, млн. руб./год 3,749

112

Таблица Б.8 - Формирование себестоимости продукции

№ Показатель

Значение показателя по шагам операционного периода, тыс. руб.

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1 шаг 2 шаг 3 шаг 4 шаг

1 Сырье и основные материалы 3214,89 5143,82 5143,82 5143,82 20575,30 20575,30 20575,30 20575,30 20575,30

2 Вспомогательные материалы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

3 Топливо технологическое 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

4 Энергия на технологические цели 15,73 25,17 25,17 25,17 100,70 100,70 100,70 100,70 100,70

5 Оплата труда производственных рабочих 936,00 936,00 936,00 936,00 3818,88 3895,26 3973,16 4052,63 4133,68

6 Страховые взносы 280,80 280,80 280,80 280,80 1145,66 1168,58 1191,95 1215,79 1240,10

7 Переменные расходы, всего 4447,42 6385,80 6385,80 6385,80 25640,54 25739,83 25841,11 25944,41 26049,78

8 Амортизационные отчисления, тыс. руб. 117,16 117,16 117,16 117,16 468,64 468,64 468,64 468,64 468,64

9 Ремонт и содержание основных средств 937,29 937,29 937,29 937,29 3749,15 3749,15 3749,15 3749,15 3749,15

10 Оплата труда управленческого персонала 252,00 252,00 252,00 252,00 1028,16 1048,72 1069,70 1091,09 1112,91

11 Страховые взносы 75,60 75,60 75,60 75,60 308,45 314,62 320,91 327,33 333,87

12 Постоянные расходы цеха, всего 1382,05 1382,05 1382,05 1382,05 5554,40 5581,14 5608,40 5636,22 5664,58

13 Итого цеховая себестоимость 5829,47 7767,85 7767,85 7767,85 31194,94 31320,97 31449,51 31580,62 31714,36

14 Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

15 Коммерческие расходы 250,00 250,00 250,00 250,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00

16 Итого полная себестоимость 6079,47 8017,85 8017,85 8017,85 32194,94 32320,97 32449,51 32580,62 32714,36

113

Таблица Б.9 - Расчет инвестиций в основные средства по шагам инвестиционного периода

Статья

Стоимость основных средств, включая НДС, млн. руб.

Всего

В том числе по шагам инвестиционного

периода

1й шаг 2й шаг 3й шаг 4й шаг

1. Приобретение оборудования 55,00 46,75 8,25

2. Монтаж оборудования 0,20 0,14 0,06

3. Пусконаладочные работы 0,10 0,03 0,08

Итого инвестиций в основные средства 55,30 46,75 8,39 0,09 0,08

Таблица Б.10 - Расчет инвестиций в оборотные средства

Статья оборотных средств

Сумма оборотных средств, тыс. руб.

в том числе по периодам и шагам

Инвестиционный

период,

последний шаг

Операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг 3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

Пополнение запасов сырья, материалов, топлива 80,77 48,46 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Незавершенное производство 88,08 37,69 0,00 0,00 1,20 1,23 1,25 1,27 1,30 0,00

Готовая продукция 25,33 8,08 0,00 0,00 0,51 0,53 0,54 0,55 0,56 0,00

Итого потребность в оборотных средствах 194,18 94,23 0,00 0,00 1,72 1,75 1,79 1,82 1,86 0,00

114

Таблица Б.11 - Расчет общей суммы инвестиций

Статьи инвестиций

Инвестиции по шагам расчетного периода, млн. руб.

Итого

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

1. Приобретение основных средств 46,75 8,39 0,09 0,08 55,30

2. Пополнение оборотных средств 0,19 0,09 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,30

3. Итого капиталообразующие инвестиции 46,75 8,39 0,09 0,27 0,09 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 55,60

4. Некапиталообразующие инвестиции 0,83 0,68 0,00 1,50

Итого инвестиций 47,58 9,07 0,09 0,27 0,09 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 57,10

Таблица Б.12 - Источники финансирования инвестиций

Источники финансирования

Сумма по шагам расчетного периода, млн. руб.

Итого

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг 3й год 4й год 5й год 6й год

Собственные 14,27 2,72 0,03 0,08 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 17,13

Заемные 33,30 6,35 0,06 0,19 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 39,97

Итого 47,58 9,07 0,09 0,27 0,09 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 57,10

115

Таблица Б.13 - Расчет кредитного плана

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

Итого

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

1. Сумма полученного кредита 39,97 39,97

2. Сумма возвращенного кредита 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 6,66 6,66 6,66 6,66 39,97

3. Остаток кредита на конец периода 38,30 36,64 34,97 33,31 31,64 29,98 28,31 26,65 19,98 13,32 6,66 0,00

4. Начисленные проценты за период 1,24 1,19 1,14 1,08 1,03 0,97 0,92 0,87 2,60 1,73 0,87 0,00 13,64

4.1 В т. ч. уменьшающие налоговую базу на

прибыль 0,84 0,81 0,77 0,73 0,70 0,66 0,62 0,59 1,76 1,17 0,59 0,00 9,23

4.2. Не уменьшающие налоговую базу на прибыль 0,40 0,38 0,37 0,35 0,33 0,31 0,30 0,28 0,84 0,56 0,28 0,00 4,41

5. Уплаченные проценты 1,24 1,19 1,14 1,08 1,03 0,97 0,92 0,87 2,60 1,73 0,87 0,00 13,64

6. Остаток процентов на конец периода 12,39 11,20 10,07 8,98 7,96 6,98 6,06 5,20 2,60 0,87 0,00 0,00

Таблица Б.14 - Расчет прибылей и убытков

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1й шаг 2й шаг 3й шаг 4й шаг

1. Выручка от продаж 18,22 29,15 29,15 29,15 116,59 116,59 116,59 116,59 116,59

2. Переменные затраты на производство 4,45 6,39 6,39 6,39 25,64 25,74 25,84 25,94 26,05

3. Маржинальный доход 13,77 22,76 22,76 22,76 90,95 90,85 90,75 90,65 90,54

4. Постоянные затраты на производство продукции 1,38 1,38 1,38 1,38 5,55 5,58 5,61 5,64 5,66

5. Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

6. Коммерческие расходы 0,25 0,25 0,25 0,25 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

7. Проценты к уплате 1,03 0,97 0,92 0,87 2,60 1,73 0,87 0,00 0,00

8. Налог на имущество 0,25 0,25 0,25 0,25 0,85 0,75 0,64 0,54 0,44

9. Прибыль (убыток) до налогообложения 10,86 19,91 19,96 20,02 80,95 81,79 82,63 83,47 83,44

10. Налог на прибыль 2,17 3,98 3,99 4,00 16,19 16,36 16,53 16,69 16,69

11. Чистая прибыль 8,69 15,93 15,97 16,01 64,76 65,43 66,11 66,78 66,75

116

Таблица Б.15 - Расчет остаточной стоимости основных средств

Вид активов

Остаточная стоимость основных средств на начало периода, млн. руб.

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год 1й шаг 2й шаг 3й шаг 4й шаг

Оборудование производственного назначения 46,86 45,69 44,52 43,35 38,66 33,98 29,29 24,60 19,92

Таблица Б.16 - Расчет налога на имущество

Показатель

Сумма налога по шагам операционного периода, млн. руб.

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

Среднегодовая остаточная стоимость основных средств 11,28 11,28 11,28 11,28 38,66 33,98 29,29 24,60 19,92

Налог на имущество 0,25 0,25 0,25 0,25 0,85 0,75 0,64 0,54 0,44

Таблица Б.17 - Расчет выплаты дивидендов

Показатель

Значение показателя, млн. руб.

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

Прибыль предшествующего года 56,60 64,76 65,43 66,11 66,78

Дивиденды к выплате 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

117

Таблица Б.18 - Расчет финансовых показателей проекта

Показатель 7й год

1. Выручка от реализации, млн. руб./год 116,59

2. Объем продукции в натуральном выражении, т/год 1,372

3.1. Полная себестоимость на весь объем, млн. руб./год 32,71

3.2. Полная себестоимость единицы продукции, тыс. руб./т 23849,74

4.1. Прибыль от реализации, млн. руб./год 83,44

4.2. Чистая прибыль, млн. руб./год 66,75

5. Рентабельность продаж, % 57,25

6. Рентабельность затрат, % 204,05

7. Общая сумма инвестиций, млн. руб. 57,10

7.1 В т.ч. Собственных 17,13

7.2 Заемных 39,97

8.1. Капиталообразующие инвестиции 55,60

8.1.1. В основные средства 55,30

8.1.2. В оборотные средства 0,30

8.1.2.1. в том числе в запасы 0,13

9.1. Рентабельность инвестиций, всего, % 116,91

9.2. Рентабельность собственных вложений, % 389,69

10.1. Коэффициент оборачиваемости оборотных средств, оборотов в

год 5,64

10.2. Коэффициент оборачиваемости запасов, дни 180,58

11.1. Период оборота оборотных средств, дни 63,84

11.1. Период оборота запасов, дни 1,99

118

Таблица Б.19 - Денежные потоки от операционной деятельности

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

2й год

3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1. Приток средств, всего 26,65 29,15 29,15 29,15 116,59 116,59 116,59 116,59 116,59

1.1. Выручка от продаж 18,22 29,15 29,15 29,15 116,59 116,59 116,59 116,59 116,59

1.2. Возмещение НДС 8,44

2. Отток средств, всего 8,38 12,13 12,14 12,15 48,77 48,96 49,15 49,35 49,37

2.1. Затраты на производство (цеховая себестоимость) за вычетом

амортизации 5,71 7,65 7,65 7,65 30,73 30,85 30,98 31,11 31,25

2.2. Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.3. Коммерческие расходы 0,25 0,25 0,25 0,25 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

2.4. Налог на имущество 0,25 0,25 0,25 0,25 0,85 0,75 0,64 0,54 0,44

2.5. Налог на прибыль 2,17 3,98 3,99 4,00 16,19 16,36 16,53 16,69 16,69

Итого чистый текущий денежный поток от операционной деятельности 18,27 17,02 17,01 17,00 67,83 67,63 67,44 67,25 67,22

Таблица Б.20 - Денежные потоки от инвестиционной деятельности

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

7й

год

1. Приток средств, всего 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.1. Реализация активов предприятия 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2. Отток средств, всего 47,58 9,07 0,09 0,27 0,09 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.1. Приобретение основных средств (вкл. НДС) 46,75 8,39 0,09 0,08 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.2. Пополнение оборотных средств 0,00 0,00 0,00 0,19 0,09 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.3. Прочие инвестиционные расходы 0,83 0,68 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Итого чистый текущий денежный поток от

инвестиционной деятельности -47,58 -9,07 -0,09 -0,27 -0,09 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

119

Таблица Б.21 - Денежные потоки от финансовой деятельности

Показатель

Значение показателя по шагам расчетного периода, млн. руб.

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

3й

год

4й

год

5й

год

6й

год

7й

год

1. Приток средств, всего 57,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.1. Собственных 17,13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.2. Заемных 39,97 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.3. Привлеченных 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.4. Доходы от финансовых вложений 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2. Отток средств, всего 2,91 2,86 2,80 2,75 2,69 2,64 2,59 2,53 9,26 8,39 7,53 6,66 0,00

2.1. Возврат заемных средств 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 1,67 6,66 6,66 6,66 6,66 0,00

2.2. Выплата процентов 1,24 1,19 1,14 1,08 1,03 0,97 0,92 0,87 2,60 1,73 0,87 0,00 0,00

2.3. Выплата дивидендов 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.4. Реинвестирование прибыли 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Итого чистый текущий денежный

поток от финансовой деятельности 54,19 -2,86 -2,80 -2,75 -2,69 -2,64 -2,59 -2,53 -9,26 -8,39 -7,53 -6,66 0,00

Таблица Б.22 - Сводный расчет потока реальных денег

Вид деятельности

Величина денежных средств по шагам, млн. руб.

инвестиционный период операционный период

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг

1й

шаг

2й

шаг

3й

шаг

4й

шаг 3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

Операционная 18 17 17 17 68 68 67 67 67

Инвестиционная -48 -9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Финансовая 54 -2,9 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -9 -8 -8 -7 0

Сальдо реальных денег по шагам

инвестиционного проекта 7 -12 -3 -3 15 14 14 14 59 59 60 61 67

Накопленный приток реальных денег 7 -5 -8 -11 4 19 33 48 106 165 225 286 353

120

Таблица Б.23 - Расчет коэффициента дисконтирования

Год 1 2 3 4 5 6 7

Коэффициент дисконтирования 1,0000 0,8791 0,7729 0,6794 0,5973 0,5251 0,4616

Таблица Б.24 - Расчет чистого дисконтированного дохода

Показатель

Значение показателя по годам, млн. руб.

1й год 2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

1. Приток наличности, в т.ч. 0,00 114,10 116,59 116,59 116,59 116,59 116,59

1.1. Выручка от продаж 0,00 105,66 116,59 116,59 116,59 116,59 116,59

1.2. Возмещение НДС 0,00 8,44 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.3. Реализация активов предприятия 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1.4. Доходы от финансовых вложений 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2. Отток наличности, в т.ч. 12,14 55,65 57,75 57,07 56,40 56,48 49,84

2.1. Переменные затраты 0,00 23,60 25,64 25,74 25,84 25,94 26,05

2.2. Постоянные затраты 0,00 5,53 5,55 5,58 5,61 5,64 5,66

2.3. Управленческие расходы 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.4. Коммерческие расходы 0,00 0,25 0,25 0,25 0,25 1,00 1,00

2.5. Вложение собственных привлеченных средств 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.6. Возврат кредитов 6,66 6,66 6,66 6,66 6,66 6,66 0,00

2.7. Уплата процентов за кредит 4,65 3,79 2,60 1,73 0,87 0,00 0,00

2.8. Некапиталообразующие затраты 0,83 0,68 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

2.9. Налог на имущество 0,00 0,99 0,85 0,75 0,64 0,54 0,44

2.10. Налог на прибыль 0,00 14,15 16,19 16,36 16,53 16,69 16,69

2.11. Выплата дивидендов 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

3. Чистый текущий доход -12,14 58,45 58,85 59,52 60,20 60,12 66,75

4. Коэффициент дисконтирования 1,00 0,88 0,77 0,68 0,60 0,53 0,46

5. Дисконтированный текущий доход -12,14 51,38 45,48 40,44 35,95 31,57 30,81

6. Чистый дисконтированный доход -12,14 39,24 84,72 125,16 161,12 192,68 223,50

121

Таблица Б.25 - Подбор нормы дисконта, при которой ЧДД обращается в ноль

Норма

дисконта Показатель

Значение показателя по годам, млн. руб.

1й год 2й год 3й год 4й год 5й год 6й год 7й год

Чистый текущий доход -12,141 58,448 58,846 59,523 60,195 60,116 66,753

482,1

Коэффициент дисконтирования 1 0,1718 0,0295 0,0051 0,0009 0,0001 0,0000

Дисконтированный текущий доход -12,141 10,041 1,737 0,302 0,052 0,009 0,002

ЧДД -12,141 -2,101 -0,364 -0,062 -0,010 -0,001 0,001

482,2

Коэффициент дисконтирования 1,0000 0,1718 0,0295 0,0051 0,0009 0,0001 0,0000

Дисконтированный текущий доход -12,141 10,039 1,736 0,302 0,052 0,009 0,002

ЧДД -12,141 -2,102 -0,366 -0,065 -0,012 -0,003 -0,001

Таблица Б.26 - Показатели экономической эффективности

инвестиционного проекта

Показатель

Значение

показателя

1. Жизненный цикл проекта/расчетный период, лет 7

2. Норма дисконта, % 13,75

3. Чистый дисконтированный доход, млн. руб. 223,499

4. Внутренняя норма доходности, % 482,14

5. Индекс доходности проекта, доли единицы 4,9142

6. Срок окупаемости, лет 1,24

7. Точка безубыточности, т/год 0,093

122

-30

0

30

60

90

120

150

180

210

240

0 1 2 3 4 5 6 7

Год

ЧД

Д, м

лн

.руб

.

Рисунок Б.1 – Финансовый профиль проекта внедрения EBM-установки