Поставить печать на поток: в России создан проволочный 3D-принтер
Внедрение российского проволочного принтера позволит сжать сроки изготовления деталей космических аппаратов с нескольких месяцев до нескольких часов. При этом в отличие от порошковых аналогов он будет способен производить крупногабаритные металлоконструкции, что расширит применение аддитивных технологий в машиностроении. Впервые новую технику планируется применить при изготовлении титановых шар-баллонов для космической техники, выпускаемой РКЦ «Прогресс» (входит в состав госкорпорации «Роскосмос»). Дальнейшее внедрение технологии позволит отказаться от сварных соединений в велосипедных рамах, кузовах автомобилей и фюзеляжах самолетов, что увеличит сроки их эксплуатации. Промышленный вариант нового принтера планируется выпустить в первой половине 2020 года, после чего будет запущено серийное производство устройства.
Капля за каплей
Современные порошковые принтеры для создания металлических объектов используются в основном для печати небольших деталей, которые устанавливают в особенно ответственных узлах и дорогостоящих прототипах. Расширить применяемость технологии можно при замене порошка на проволоку — в этом случае индустрия получит возможность применения аддитивных технологий для производства крупногабаритных металлических конструкций, а скорость печати увеличится на порядок. Российские ученые поддержали эту идею, создав первый отечественный проволочный 3D-принтер.
— В нашей установке используется стандартная сварочная либо специально изготовленная проволока, которая расплавляется под воздействием электронных пучков в вакуумной камере, — рассказал директор Института физики прочности и материаловедения СО РАН Евгений Колубаев. — Слой за слоем расплавленные капли металла проволоки соединяются, формируя изделия сложной формы.
По словам эксперта, эта технология хороша тем, что при правильно подобранном режиме в материале не образуются поры и отсутствует окисление, что защищает металл от потери прочности.
Дополнительное преимущество разработки — возможность печати одной детали с помощью нескольких проволок из разных металлов, что позволяет уйти от традиционных сварных и заклепочных соединений. В данном случае их заменяют переходные зоны, которые состоят сразу из нескольких материалов, образующих прочный композит.
По словам ученых, именно области сварных швов и других типов соединений чаще всего страдают при динамических нагрузках, что ограничивает срок службы таких изделий, как велосипедные рамы, кузовы автомобилей и фюзеляжи самолетов. Таким образом, в будущем технология проволочной печати способна продлить время эксплуатации транспортных средств и увеличить безопасность их использования.
Быстрая деталь
В первую очередь новый принтер будет использоваться для изготовления деталей космической техники. В частности, с его помощью планируется модернизировать процесс производства титановых шар-баллонов на предприятии РКЦ «Прогресс». Эти изделия применяются в космических аппаратах для хранения компонентов топлива, кислорода и других необходимых в полете веществ.
— Традиционная технология производства шар-баллонов достаточно сложна и подразумевает попутное изготовление специальных пресс-форм и оснастки, что заметно замедляет работу и увеличивает срок изготовления одной заготовки примерно до полугода (далее необходимо провести ее финальную механическую обработку), — пояснил Евгений Колубаев. — Если же говорить про 3D-печать заготовки, то она не требует разработки и изготовления дополнительных приспособлений и технологический цикл занимает часы, а не месяцы.
Таким образом, в результате внедрения технологии космические аппараты можно будет создавать намного быстрее и дешевле.
— Технология проволочной печати развивается в мире уже около 10 лет, и появление новых устройств в России действительно расширяет возможности индустрии по созданию габаритных изделий — даже несмотря на то, что полученные новым способом заготовки обладают достаточно грубыми поверхностями и нуждаются в последующей механической обработке, — считает и.о. директора ИВЦ «Региональный инжиниринговый центр» Уральского федерального университета Алексей Меркушев. — При этом новые принтеры могут пригодиться не только для производства компонентов космических аппаратов на Земле, но и использоваться для печати металлических изделий в космосе (например, на борту МКС), поскольку проволока в условиях невесомости не разлетается, подобно порошку.
В пресс-службе госкорпорации «Роскосмос» «Известиям» подтвердили заинтересованность в использовании разработки для создания компонентов космической техники.
В настоящее время ученые уже нашли индустриального партнера для производства проволочных принтеров и изготовили два экспериментальных образца для отработки технологии.
— Сборка устройства идет у нас полным ходом, и мы планируем закончить ее в начале марта, после чего последуют его пробные запуски, — отметил главный инженер ЗАО «Сеспель» Валерий Индубаев. — Мы надеемся, что благодаря возможности печатать крупногабаритные детали новый принтер вызовет значительный интерес на рынке — тем более что сейчас мы наблюдаем быстрый прогресс аддитивных технологий, от которого промышленные компании стараются не отставать.
Ожидается, что промышленный вариант принтера будет готов уже в первой половине 2020 года, после чего будет запущено серийное производство устройства.
