Эксперт № 49 (2014)

Существует несколько видов аддитивных технологий, использующих металлические порошки. Мы в ВИАМе работаем в двух направлениях.

Первый метод состоит в том, что на рабочую платформу переносят сначала дозу порошкового материала со вспомогательной платформы и разравнивают его с помощью ролика или «ножа», создавая таким образом ровный слой материала определенной толщины. Затем выборочно в соответствии с текущим сечением математической модели детали порошок обрабатывают лазером, сплавляя частички порошка. Затем вспомогательная платформа поднимается на толщину слоя и процесс повторяется. Эта технология называется «селективный синтез» или «селективное лазерное сплавление». На английском: SLS — Selective Laser Sintering.

Второй вид аддитивных технологий — direct deposition, что можно перевести как «прямое осаждение» материала. Газопорошковая смесь подается коаксиально вдоль оси лазерного луча, непосредственно в точку, куда подводится энергия и где происходит в данный момент построение фрагмента детали. Подобно тому, как сварщик вводит материал электрода в то место, где за счет электрической дуги формируется зона расплава.

В этой технологии главное, что она позволяет практически не ограничиваться в размерах деталей. Современные АМ-машины имеют пятикоординатное управление построением. Три координаты — вращение роботизированной рабочей головки, а в двух координатах перемещается стол.

В обоих случаях процесс изготовления детали начинается с построения компьютерной модели изделия. Затем модель программно рассекается на тонкие слои, чтобы получить информацию о контуре каждого слоя, который воспроизводится уже при изготовлении детали.

Для реализации обеих видов этих технологий необходимо иметь исходные материалы, которые используются в виде порошков, или, точнее, металлопорошковых композиций, AM-машины, математические модели технологических процессов, которые основываются на знании физико-химических процессов, протекающих в ходе изготовления деталей.

—И какова ситуация со всем этим в России?

— Производство порошков — ключевая проблема для аддитивных технологий. Поскольку от качества порошка в первую очередь зависит качество получаемых деталей.

Обычно каждая компания — производитель AM-машин предлагает покупателю и определенный набор порошков, и подробную инструкцию для настройки параметров машины под каждый из материалов, которая является результатом большой исследовательской работы компании. В этих инструкциях не сообщается состав металлопорошковых композиций и все режимы сплавления, потому что все это все является коммерческой тайной. Вы покупаете установку и с ней определенные порошки, и они сообщают о режиме сплавления именно этих материалов. Любые санкции — и все, производство остановилось. Некоторые наши фирмы, купившие за рубежом АМ-машины, а их уже около двадцати, остались без порошков.

Мы в ВИАМе сейчас заняты разработкой технологий изготовления порошков и металлопорошковых композиций, которые позволят нам в том числе избавиться от этой зависимости. И мы уже наладили производство определенных их видов. Я все время говорю о металлопорошковых композициях, потому что в аддитивных технологиях применяются смеси порошков различного размера. Когда мы делаем математическую модель детали, мы рассчитываем, какое соотношение должно быть в композиции фракций разного размера, чтобы обеспечить максимальную плотность упаковки.

—То есть у вас есть установки для этого?

— Так сложилось, что в рамках тех задач, которые были поставлены перед нами указанием президента о создании малотоннажных производств материалов, необходимых для обеспечения выпуска определенных изделий, в ВИАМ нужно было организовать производство припоев. А припои для высокотемпературной вакуумной пайки в основном производятся в виде порошков. Из порошков мы также делаем конструкционную керамику. Требования к этим порошкам очень напоминают требования, предъявляемые к металлопорошковым композициям, используемым при аддитивных технологиях, в том числе по сочетанию фракций разного размера.

Так вот, под нашу технологию получения разных порошков мы спроектировали и изготовили за рубежом, в Англии, на фирме PSI, соответствующую установку — атомайзер. Эта установка позволяет в очень узком интервале размеров получать нужные нам порошки.

Установка для изготовления металлопорошковых композиций (атомайзера) в ВИАМе

Сейчас признано, что эти машины двойного назначения. Из-за этого возникли проблемы дальнейшего сотрудничества с фирмой. Поэтому мы начали прорабатывать возможность их самостоятельно проектировать и изготавливать. Машина состоит из двух частей: плавильной и распылительной. Плавильная часть для нас не представляет проблем, так же как большая часть распылительной. Главная проблема — форсунка распылительного устройства, но нам придется сейчас разработать высокотемпературный материал и технологию изготовления этих форсунок, потому что есть потребность в таких установках и порошках.