Новые сплавы и порошки для 3D-печати

Ученые Объединенного научно-технологического института (ОНТИ) создают новые износостойкие сплавы металлов для промышленности, проводят диагностику агрегатов и активно работают над созданием порошков для 3D принтеров. Об этом рассказывает главный инженер проектов Борис Сергеевич Ермаков.

– По каким направлениям сейчас ведется работа?

– У нас есть основные научные направления и те направления, которые возникают в ходе работы. Их много, но отмечу следующие: первое - плазменное распыление порошков, второе - мониторинг машин и механизмов на исчерпание ими своего ресурса, третье - создание деталей для машин в пищевой промышленности и, наконец, четвертое - экспертиза металлических конструкций и элементов.

– Как началась работа над порошками для 3D принтеров?

– Идея плазменного распыления порошков не нова, просто в какой-то момент после того, как Советский Союз перестал существовать, металлургия стала умирать и эти разработки были забыты. Сейчас, когда аддитивные технологии и 3D принтеры вошли в нашу жизнь, необходимость в специальных сферических порошках снова возникла. Машины для распыления этих порошков, как и сами порошки, попали под санкции, и нам пришлось создавать собственную плазменную установку, которая сможет заменить иностранные аналоги. В целом это разработка оборудования для получения металлических материалов для аддитивного производства.

– В каком состоянии сегодня находится развитие аддитивных технологий в нашей стране?

– К сожалению, на начальной стадии. Если посмотреть в процентном соотношении, то (по отношению к мировому объему выпуска) оно составляет 1,3%. Точно такое же положение дел наблюдается в Турции. Безусловным лидером в этом вопросе являются США – 38,3 %, далее – Япония (10,2%), Германия (9,3%) и Китай (8,6%).

– Что является самым сложным в освоении аддитивных технологий?

– Ключевая проблема аддитивных технологий - производство исходных материалов – порошков. Это объясняется тем, что к их изготовлению предъявляется целый ряд требований. Так, они должны обладать частицами сферической формы, установленного (обычно в пределах 20-40, 40-60 мкм) размера. Необходимы возможность получения малых коммерческих партий порошков различных химических составов, соблюдение требований к ассортименту, однородность состава порошка и высокая степень химической очистки.

– Какие порошки выпускаются в ОНТИ?

– Ассортимент серийно выпускаемых порошков сегодня крайне мал. Основу составляют порошки на основе алюминия, порошки на основе титана, жаропрочные материалы, стали, инструментальные материалы, порошки на основе меди, не более 5-10 составов по каждому из металлов.

– Кто является потенциальными потребителями этих материалов?

– Во-первых, - машиностроительные предприятия различных отраслей, где АМ-машины применяются для производства малых партий деталей из различных по химическому составу порошков. А годовая потребность в порошке одной марки редко превышает несколько десятков или сотни килограмм. Во-вторых - предприятия, специализирующиеся на производстве порошков для АМ-машин по заказам предприятий отраслевых или региональных кластеров производств, где производство одного вида порошка может доходить до нескольких тонн в год.

– Есть несколько способов производства порошков: газовая атомизация, центробежное распыление и плазменное распыление. Почему вы делаете акцент на последнем из этих способов?

– Преимущества диспергирования плазменной струей очевидны и их много. Среди них и относительная простота применяемого оборудования, и достаточно широкий диапазон регулирования параметров, и стабильность процесса совместно с легкостью перенастройки. Также это возможность распыления тугоплавких материалов и материалов с особыми свойствами. Имеется и возможность проведения термохимической обработки в процессе распыления, и все это при относительно низких первоначальных затратах.

– Чего вам уже удалось достичь в ходе реализации проекта?

– Завершены работы на модельном оборудовании. Подтверждена возможность получения порошков с заданными характеристиками. Выполнен этап проектирования опытной установки и расчет плазмотрона. Изготовлен плазмотрон и основные узлы опытного образца многофункциональной плазмотронной установки. Идет изготовление систем охлаждения и газовой станции защитных сред. На апрель запланировано завершение монтажа установки и пусконаладочных работ.

– Какие планы и сроки по проекту?

– Первые опыты, подтверждающие правоту наших предположений, мы провели на модельной, маломощной установке, на которой можно было разово произвести минимальные объемы порошка, необходимые для научных опытов. В настоящее время мы ведем монтаж опытной полупромышленной установки, на которой планируем отработать основные технические решения. К концу года планируем: разработать конструкторскую документацию на оборудование для плазменного распыления; технологические инструкции на эксплуатацию установки и технические регламенты на производство порошковых материалов; изготовить опытный образец опытно-промышленной установки плазменного распыления для производства металлических порошков для аддитивных технологий и опытного - модельный образец установки для распыления порошков легкоплавких металлов и сплавов.

– Расскажите, пожалуйста, о втором направлении – мониторинге машин и механизмов на предмет исчерпания ими своего ресурса.

– Показательным примером этой работы является сотрудничество с рядом нефтяных компаний. Наша задача – создание системы мониторинга качества магистральных труб, разработки в направлении того, как "продлить им жизнь". Мы изучаем новые трубы, смотрим на то, как изменилась за 20 лет структура старых. У нас есть система мониторинга, которую мы попробовали на криогенном трубопроводе сжиженного гелия. На трубе должны быть системы, которые в автоматическом режиме, через заданный промежуток времени, проводят ряд замеров, накапливая информацию о происходящих в материалах труб изменениях. Затем они сравнивают эти результаты с первоначальными данными, передавая эту информацию на диспетчерский пульт, на основании которой оператор может принять решение о необходимости и объеме ремонта, а также сроках его проведения. Только так мы сможем понять, как действовать дальше.

Беседовала Анастасия Теплухина.