Огнем и волной
Это знает каждый: 3D-печать на сегодня – один из столпов мирового технического прогресса. Жаль только, что новости о революционных разработках в этой области редко приходят из России.
Тем больше радуют исключения. Ученые Брянского государственного технического университета (БГТУ) при поддержке Фонда перспективных исследований создали установку (проект «Таймень»), которая стала поистине новым словом в металлургии и металлообработке.
Среди великого множества существующих в мире аддитивных технологий явно лидируют две – печать расплавленным пластиком и лазерное спекание металлического порошка. В первом случае к печатающей головке подается нить из легкоплавкого пластика, кончик нити нагревается и мгновенно превращается в капельку жидкого расплава, которая наносится в нужную точку формируемого изделия и вскоре застывает. Было бы неплохо печатать так же и металлом, но металл не пластик и не воск. Как же создать в печатающей головке такую температуру, чтобы она мгновенно превращала сталь в жидкость? Пришлось сначала изобрести для печати металлом лазерное спекание.
Печатает сварка
А потом ответ был найден. В стенах БГТУ уже пару десятилетий разрабатывается и совершенствуется технология 3D-печати металлом с помощью… электродуговой сварки. Здесь почти все как в принтере для пластика: вместо порошка – подаваемая в точку печати металлическая нить, или попросту проволока (сварщики называют ее присадочным материалом). Электродуговой разряд плавит присадочный материал и помещает капельку металла в точно заданное место. «Электродуговая сварка лежит лишь в основе нашего метода, – рассказывает Андрей Киричек, руководитель проекта, профессор и проректор БГТУ. – На самом деле приходится решать весьма нетипичную для сварных работ задачу – придавать форму печатаемому изделию, наращивать стенки. Вручную это невозможно: нужна автоматизация и программное управление процессом, что мы и сделали. С другой стороны, есть возможность использовать опыт, накопленный в области сварки. Устройства и оснастка для сварочных работ выпускаются массово и стоят недорого».
Удар по дендритам
Технология 3D-печати металлом с помощью электродуговой сварки имеет серьезные перспективы. У брянских разработчиков есть конкуренты из Германии, США и Норвегии, и все эти компании переживают бурный рост. Быть в авангарде уже дорогого стоит, но России удалось продвинуться дальше всех. Дело в том, что помимо аддитивного модуля, занятого собственно выращиванием изделия, отечественная установка включает в себя модуль упрочнения. В стандартном случае напечатанная на принтере деталь будет иметь кристаллическую структуру обычного литого изделия. Но если наращиваемые слои периодически уплотнять ударными импульсами, превращая крупные дендриты в колонии микроструктур, то прочность детали серьезно возрастет. В случае с аустенитными сталями, например, предел текучести материала увеличивается в 2–2,5 раза, предел прочности – в 1,5 раза. Это дает возможность использовать более дешевые сплавы. Модуль упрочнения представляет собой генератор механических импульсов, посредством которого на металл воздействует волна деформации, – это положительно влияет на кристаллическую структуру, механические и эксплуатационные свойства упрочненного металла.