Перспективные идеи и направления аддитивного производства металлических изделий Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВВЕДЕНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИДЕИ И НАПРАВЛЕНИЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Акопджанян Т.Г., Акопян Т.К., Амбарян Г.Н., Баранова А.П., Васильев А.Н., Громов A.A., Дзидзигури Э.Л., Комиссаров A.A., Комиссарова Ю.В., Ларионов К.Б., Летягин Н.В., Ли А.В., Лукашова Е.М., Медведев А.Е., Мишаков И.В., Московских Д.О., Непапушев A.A., Наливайко А.Ю., Ожерелков Д.Ю., Осипенкова A.A., Павлов М.Д., Слюсарский К.В., Шуркин П.К.

Национальный технологический исследовательский университет «МИСиС», Москва, Россия

a.gromov@misis.ru

В сравнении с классическими технологиями производства (литье, прокатка, штамповка и пр.), металлические объекты, полученные аддитивными методами, по эксплуатационным характеристикам пока во многом уступают первым. Например, литьё человечество изучает уже несколько тысячелетий, технологию деформации - несколько столетий, а изучением аддитивных технологий научное сообщество занимается только два-три последних десятилетия.

Тем не менее, аддитивное производство уже сейчас готово стать основной технологией производства изделий сложной формы, радикально изменив привычные методы организации производственного процесса. Аддитивное производство позволяет легко масштабировать идеи от прототипа до полномасштабной производственной технологии, так как во многом влияние человеческого фактора исключается.

Главная трудность 3D-печати металлических изделий - высокая остаточная пористость. Это обусловлено неоптимальными технологическими режимами сплавления, а также все еще низким качеством исходного сырья (порошки металлов). Проблему высокой пористости решить мировым научным сообществом пока не удаётся, предлагаются дополнительные стадии постобработки (например, горячее изостатическое прессование, отжиг). Также к проблемам 3D-печати металлами можно отнести и высокую шероховатость поверхности, требующую дополнительной финишной обработки, отсутствие возможности послойной печати из нескольких металлов в связи с большой разницей в температурах их плавления. Всё это усложняет процесс аддитивного производства и, как следствие, приводит к его удорожанию.

Но уже сейчас можно утверждать, что у аддитивных технологий большое технологическое и научное будущее [1]. Топологическая оптимизация, бионический дизайн и другие инновационные подходы в цифровом производстве позволяют снижать вес конструкций в несколько раз, что особенно ценится в аэрокосмической области. Себестоимость металлических изделий, полученных аддитивными методами, будет неуклонно снижаться, так как ежегодно разрабатываются новые технологические и конструкторские решения, появляются новые производственные подходы.

Дополнительным фактором развития аддитивных технологий является реализация мегапроектов по разработке новых составов, способов синтеза порошковых композиций, технологий созданий 3D-объектов из металлов, сплавов и композитов с новыми свойствами в НИТУ «МИСиС», МГТУ «Станкин», МГТУ им. Н.Э. Баумана и РАН.

Работы научной группы Инжинирингового центра прототипирования высокой сложности «Кинетика» НИТУ «МИСиС» сфокусированы на создании новых типов алюмоматричных композитов для процессов селективного лазерного сплавления, а также на разработке новых технологичных способов их получения. При поддержке Российского Научного Фонда в ИЦПВС «Кинетика» НИТУ «МИСиС» уже получены существенные результаты в оптимизации процессов лазерного сплавления силуминов и модифицировании поверхности алюминиевых порошков [2-3]. Дальнейшие исследования обеспечат наполнение фундаментального базиса проектирования алюмоматричных композиционных материалов и позволят получать алюминиевые 3D-объекты с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Исследования проводились при поддержке гранта Российского научного фонда № 19-79-30025 Президентской программы исследовательских проектов.

1. Zafar M.Q., Zhao H. 4D Printing: Future Insight in Additive Manufacturing. Metals and Materials international. 2019. 1-22.

2. Gromov A.A., Nalivaiko A.Yu. et al. Aluminum-Alumina Composites: Part I: Obtaining and Characterization of Powders. Materials 12. 2019. 31S0

3. Nalivaiko A.Yu., Arnautov A.N., Zmanovsky S.V., Gromov A.A. Al-Si-Cu and Al-Si-Cu-Ni alloys for additive manufacturing: composition, morphology and physical characteristics of powders. Materials Research Express 6. 2019. 086536.