Петербургские политехники освоили технологию 3D-печати металлами без плавления

Специалисты Лаборатории легких материалов и конструкций Института машиностроения, материалов и транспорта Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого освоили аддитивное производство деталей из алюминиевых сплавов в твердом состоянии. Метод основан на технологии сварки трением и позволяет получать изделия без снижения физико-механических свойств, вызываемого избыточным нагревом расходного материала. 

Традиционные методы производства алюминиевых конструкций предполагают раскрой листового материала и последующую трудоемкую сборку, что характеризуется высокой себестоимостью и недостаточной эксплуатационной надежностью из-за множества соединительных узлов. Соединять элементы из алюминия с помощью плавления невозможно без снижения ключевых механических и прочностных характеристик.

«Дело в том, что при переходе металла в жидкую фазу и обратно возможно возникновение пор, горячих трещин, неминуемо появляются остаточные напряжения, это характерно для традиционной 3D-печати», — пояснил руководитель проекта, заведующий Лабораторией легких материалов и конструкций Олег Панченко.

Вместо плавления лазерным лучом или электронным пучком создается трение между специальным инструментом и заготовкой. Выделяемое тепло разогревает материал до пластичного состояния без достижения температуры плавления. Материал переносится с инструмента на заготовку, в результате формируется мелкозернистая, кристаллическая структура, превосходящая по прочности литые и кованые аналоги. Технология подходит не только для производства крупногабаритных изделий, но и для ремонта деталей, где традиционные подходы недоступны ввиду плохой свариваемости или иных сложностей. Кроме того, скорость такого аддитивного производства для алюминиевых сплавов в полтора раза превышает показатели 3D-печати методом электродугового наплавления металлической проволоки (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM).

«Технологией аддитивного производства деталей из алюминиевых сплавов в твердом состоянии обладают лишь две страны — США и Китай. Теперь благодаря ученым Петербургского политеха эта передовая технология есть и в нашей стране. Мы не только разработали технологические основы для аддитивного производства, ранее мы запатентовали специальный инструмент для послойного нанесения металла. Технологический задел СПбПУ был поддержан программой «Приоритет-2030», и в итоге Россия обрела собственную, полностью независимую технологию для критически важных отраслей промышленности. Это не просто научное достижение, это фундамент для технологического лидерства страны на десятилетия вперед», — прокомментировал директор ИММиТ Анатолий Попович.

В дальнейших планах ученых СПбПУ — разработка технологий сварки и ремонта поврежденных деталей из сплавов на базе меди, никеля и других металлов.

Источник: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого