. Дубна: 7 oC
Дата 21.09.2020

В 2017 году крупнейший судостроитель России - Объединенная судостроительная корпорация - планирует получить первую отечественную аддитивную машину.

Этой машиной станет установка для выращивания судовых винтов любых размеров.

Сейчас в авиации уже применяются российские аддитивные детали, но небольшого размера. Использование новейшей технологии - прямого лазерного выращивания - для создания крупных объектов станет прорывом.

Чтобы понять важность технологии, приведем такой пример. Чем отличаются меч для участия в боях исторической реконструкции и сувенирный меч, который можно повесить на стенку? Оба выглядят похожим образом и весят килограмма полтора. Но разница будет видна при первом же ударе: боевой выдержит, потому что сделан из цельного куска, а сувенирный переломится, поскольку создан из порошкового железа.
Однако в последнее десятилетие т. н. аддитивные технологии бурно развиваются , и вскоре с помощью напыления можно будет получить настолько крепкий продукт, что его возможно будет использовать... нет, не в боях - в производстве, для создания турбин, винтов и проч.
Аддитивные технологии в корне отличаются от литья и резания, которые применялись в обработке металла последние 3 500 лет, тем, что создают деталь путем добавления, наращивания материала. Изделие "строится" за счет добавления металлических порошка, проволоки или расплава таким образом, чтобы сразу получалась готовая форма.
Плюсы подхода:
- экономится материал,
- повышается производительность, время делания может сокращаться с месяцев до часов.
- Возможность создавать изделия самой разнообразной формы.
Основной аддитивной технологией на настоящий момент является технология послойного выращивания. Из порошков выстилаются тонкие слои, после чего они нагреваются, иногда до расплавления, чтобы новый слой припекся к старому. Этим способом выращивают изделия произвольной формы из многих сплавов. Это та технология, которая распространена сейчас. Но она имеет недостатки: для создания детали требуется очень много времени, и поэтому сейчас создавать удобно лишь мелкие изделия. и во-вторых, материал получается недостаточно качественный, пористый: при спекании слоев всегда либо недогревается нижний слой, либо перегревается верхний. Такой дефект, как поры, есть во всех послойных технологиях, и их можно устранять, после изготовления поместив изделие надолго в горячую газовую камеру с очень высоким давлением. Но это нерентабельно.
И вот первую российскую аддиктивную машину будут создавать при помощи чуть более инновационной аддитивной технологии - прямого лазерного выращивания, где процесс происходит немного по-другому. Порошок подается в зону выращивания с помощью специальной газопорошковой струи.
"Поток газа с частичками порошка должен быть правильно организован в пространстве, а плотность частичек порошка должна быть правильно организована внутри этой струи. Не так просто такую струю, которая нужна для выращивания, сделать. Но если такую струю сформировать и направить либо вдоль этой струи, либо под углом к ней сфокусированное лазерное излучение, то мы получаем возможность нагревать и частично оплавлять частички порошка в струе. Тогда, попадая на мишень, в ту зону, где выращивается изделие, эти частички сплавляются друг с другом, но почти от каждой частички остается одно маленькое твердое ядрышко, играющее крайне важную роль.
Дело в том, что эти нерасплавившиеся остатки порошинок становятся центрами новой кристаллизации. В таком случае кристаллизация расплава идет не от поверхности, на которой лежит расплав, а из объема. Объемная кристаллизация при прямом лазерном выращивании - это залог получения мелкозернистой структуры металла. А мелкозернистая структура металла позволяет получать механические свойства выращенных таким образом изделий практически на уровне проката или покова в зависимости от материала, чего никакие другие аддитивные технологии в реальности получить не позволяют, потому что послойная технология всё же обеспечивает структуру, близкую к структуре отливки или микроотливки. Это первый из больших плюсов технологии прямого выращивания. Почти нет проблем со структурой и свойствами выращиваемого материала".
Вторым плюсом явится отсутствие пространственных ограничений. Авторы технологии планируют вручить направитель для подачи газопорошковой струи и однвременно объектив, фокусирующий лазерное излучение, в манипулятор робота (а этому роботу можно задавать произвольный "размах рук"). Робота и агрегат для подачи струи поместят в камеру, заполненную инертным газом, чтобы защитить металл от взаимодействия с газами активными. Такая технология будет уже высокопроизводительна: будут выращиваться килограммы, а не граммы изделия в час.
"Фишка" заключена в фундаментальной физике движения двухфазных потоков при переносе порошка газовой струей. В ИЛиСТ научились организовывать достаточно длинные ламинарные участки газовых струй, которые несут порошок, и умеют хорошо управлять его переносом и плавлением. Да так, что материал частично наследует структуру и свойства порошка, из которого выращивают изделие. Например, если порошок, из которого выращивают деталь, имел размер субструктурного блока 50 нанометров, то по окончании выращивания и кристаллизации получают размер блоков 100 нанометров. Крупнее вдвое, но, судя по испытаниям, механические свойства полученных изделий — на уровне проката. И таким путем можно делать реально большие вещи, скажем опоры авиационных двигателей, блиски — диски с лопатками. Причем если обычно на изготовление прототипа нового двигателя уходят годы, то при использовании новой технологии это удастся сделать в 100 раз быстрее. Вот это и есть настоящее импортозамещение".
Созданием и внедрением подобных этой технологий заняты и иностранные компании - Optomec (США), BeAM Machines (Франция), DMG-Mori (Германия - Япония). Но, по словам экспертов, производительность российской машины пока превосходит опыт иностранных коллег.

 

По материалам сайта "Сделано у нас"

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить