Московский политех разрабатывает технологию 3D-печати градиентных металлических деталей

В Московском политехническом университете разрабатывается технология прямого лазерного выращивания металлических деталей с соединением разнородных материалов, например бронзы и стали, без сварных швов и иных сборочных операций. 

Технология предполагает послойное лазерное наплавление металлических порошков с плавным изменением химического состава по объему, сообщает пресс-служба вуза. В результате получаются монолитные структуры, в которых свойства одного материала постепенно переходят в свойства другого без резкой границы, характерной для сварных и паяных соединений, создание которых для таких сплавов — нетривиальная задача. Именно такие границы чаще всего становятся слабыми местами конструкций: на стыках разных металлов накапливаются механические напряжения, что приводит к появлению трещин и преждевременному разрушению деталей. В то же время исключение сборочных операций из технологического процесса способствует снижению себестоимости и повышению производительности.

Главным направлением применения технологии станет ракетно-космическое приборостроение, в частности изготовление камер сгорания и иных элементов ракетных двигателей. В таких узлах требуется одновременно высокая теплопроводность медного сплава для отвода тепла и прочность стали для удержания давления. Сейчас эти материалы соединяют комбинацией сборочных операций, включающих капиллярную пайку и сварку, что создает ряд существенных ограничений и сложностей.

«Мы создаем не просто деталь из двух металлов, а единую градиентную структуру, в которой один материал плавно перетекает в другой. Тем самым бронза и сталь вместе образуют новый, более сложный и совершенный сплав. Это убирает шов как таковой, а саму конструкцию превращает в монолитную и цельную», — объясняет руководитель проекта, доцент Константин Макаренко.

Ключевая сложность заключается в управлении переходными зонами между металлами с разными температурами плавления, параметрами кристаллической решетки и тепловым расширением: без точного контроля режимов 3D-печати там образуются поры, трещины и хрупкие включения. Для решения этой задачи создаются термомеханические и микроструктурные модели процесса, которые позволят заранее предсказывать поведение материалов и подбирать режимы 3D-печати, минимизирующие дефекты.

Помимо ракетной техники метод может применяться в производстве турбинных лопаток авиационных двигателей, компонентов термоядерных реакторов и износостойких покрытий в металлургии.

К проекту привлечены студенты Московского политеха: в рамках дисциплины «Проектная деятельность» в 2025 году запущен модуль «3D-принтер с градиентной печатью металлами». Участвующие в нем пятнадцать студентов различных направлений совместно с аспирантами Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» и Института конструкторско-технологической информатики РАН осваивают полный цикл создания таких материалов — от моделирования до испытаний готовых образцов.

Источник: Московский политехнический университет

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru