С 17 по 19 июня в МВЦ «Крокус Экспо» прошел форум аддитивных технологий 3D-TECH. Один из дней был посвящен теме машиностроения. Спикеры форума поделились опытом внедрения аддитивных технологий в промышленность, рассказали о новых разработках и их преимуществах перед традиционными методами производства. Особое внимание уделили вопросам экономической эффективности, скорости изготовления и качества деталей.
В последние годы аддитивные технологии стали важным направлением в развитии промышленного производства, особенно в таких высокотехнологичных отраслях, как авиакосмическая промышленность, энергетика и машиностроение. Эти методы позволяют создавать сложные детали и конструкции, которые невозможно или сложно изготовить традиционными способами. Госкорпорация «Росатом» достигла значительных успехов в этой области, разработав установки для аддитивного плазменно-дугового и электродугового выращивания(WAAM).
Александр Жедаев, руководитель направления «Частное учреждение» «Наука и инновации» госкорпорации «Росатом», представил установку аддитивного плазменно-дугового выращивания «Платина» и электродугового выращивания «Титан», которые позволяют создавать крупногабаритные изделия длиной до 4 м и высотой до 1 м. Их производительность достигает 6 кг/ч, что делает их крайне эффективными для промышленного применения. Важной особенностью этих установок является интеллектуальная система контроля геометрии на основе профилометра. Эта система в реальном времени отслеживает процесс наплавки, сравнивая получаемую форму с исходной 3D-моделью. Как отметил спикер, «такой контроль особенно важен при изготовлении крупных деталей, где даже небольшие отклонения на начальных этапах могут привести к существенным проблемам в готовом изделии».
Применение этих технологий уже дало результаты. В частности, были созданы емкости и днища для оборудования атомных станций малой мощности, балансиры для специальной техники и авиационные панели вафельной конструкции. Особенно показателен пример изготовления емкости для атомной отрасли. Традиционные методы требовали около полугода производства и оставляли уязвимые места в виде сварных швов. Аддитивные технологии позволили сократить срок изготовления до 71 часа при одновременном улучшении прочностных характеристик. Проведенные испытания подтвердили высокую коррозионную стойкость и механическую прочность полученных изделий. К 2030 г. планируется внедрение этих технологий для изготовления изделий первого–второго класса безопасности.
Среди перспективных разработок в аддитивной области можно отметить технологию ElmaCast, разработанную ООО «НПЦ магнитной гидродинамики». Галина Усынина, главный металловед компании, рассказала, что технология позволяет производить высококачественную проволоку из алюминиевых сплавов с уникальными свойствами. Данная технология кардинально отличается от существующих в настоящее время. Кристаллизация жидкого металла происходит в высокочастотном электромагнитном поле с непосредственной подачей охлаждающей жидкости на слиток диаметром 9–12 мм. За счет интенсивного магнитогидродинамического воздействия достигаются высокие скорости охлаждения, что обеспечивает получение длинномерных заготовок с диспергированной структурой, как в гранульной технологии, которая является сложной и дорогой. Благодаря этому была решена одна из основных проблем металлургов: в слитках отсутствуют неметаллических включения без фильтрации и очистки расплава вследствие выдавливания их электромагнитным полем, слитки имеют дисперсную плотную структуру с параметром дендритной ячейки в пять раз мельче по сравнению с традиционно получаемыми слитками, слитки свободны от первичных интерметаллидных включений, несмотря на высокую легированность применяемых сплавов.
Проволока, произведенная по этой технологии, используется для выращивания ответственных конструкций, таких как корпуса, колесные диски и радиационно-защитные элементы. Испытания показали, что обод колеса, выращенный из такой проволоки, имеет повышенную прочность и жесткость по сравнению с традиционными аналогами.
Помимо физических свойств аддитивные технологии демонстрирует значительную экономическую эффективность относительно традиционных методов производства. Практическими кейсами поделился Олег Владиславович Панченко, заведующий лабораторией легких материалов и конструкций ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого». По словам спикера, при изготовлении лопастей вентилятора из алюминиевого сплава стоимость заготовки, полученной методом WAAM, составила 122 тыс. руб., печать занимает всего 26 часов. Закупка аналогичной литой заготовки у зарубежного производителя обходилась в 2500 евро с длительными сроками доставки и затратами на логистику.
Кроме того, WAAM позволяет сократить потери материала: при производстве основного колеса компрессора экономия достигла 821 261 руб. благодаря уменьшению объемов механической обработки. Технология также обеспечивает высокую производительность – до 6 кг/ч для алюминиевых сплавов, что делает ее перспективной для крупногабаритных изделий, таких как 22-метровые ракетные баки. Практическими кейсами поделился Дмитрий Николаевич Трушников, профессор Пермского политехнического университета и директор компании xWELD. Стоимость и сроки изготовления деталей значительно ниже, чем при традиционных способах производства. Так, станочная оснастка обходится в 398 тыс. руб. и изготавливается за 116 часов благодаря использованию гибридного комплекса, сочетающего фрезерование и наплавку, что позволяет сразу получать изделия с внутренними каналами. Стальной кронштейн для вертолета производится всего за 25,6 тыс. руб. и 12 часов на оборудовании ProM xLight, при этом механической обработке подвергаются только посадочные поверхности. Производство лопатки шахтного вентилятора занимает 2 часа и обходится в 12,6 тыс. руб., а использование проволоки диаметром 1,2 мм обеспечивает такое качество поверхности, что дополнительная обработка не требуется.
Уже сейчас очевидно, что аддитивные технологии открывают новые возможности для промышленности, позволяя создавать более сложные, надежные и эффективные конструкции в значительно сокращенные сроки. Их дальнейшее развитие и совершенствование обещают еще более впечатляющие результаты в ближайшем будущем.
