Экономичный способ производства металлических порошков упростит 3D-печать деталей самолетов
Группа ученых НИТУ "МИСиС" разработала высокоэффективный и экономичный способ получения сырья для аддитивной печати - композитных порошков титана/алюминия округлой формы
Группа ученых НИТУ "МИСиС" разработала высокоэффективный и экономичный способ получения сырья для аддитивной печати - композитных порошков титана/алюминия округлой формы. Новый метод позволит снизить себестоимость материала, что сделает его более доступным для производителя, и расширит возможности создания компактных изделий сложной формы для аэрокосмической промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Metallurgical and Materials Transactions B (2019).
Использование 3D-печати в аэрокосмической отрасли - уже сложившийся тренд. Мировые промышленные гиганты, такие как Airbus, Boeing, General Electric, перешли от печати единичных прототипов и изделий к полноценному серийному аддитивному производству. Новый самолет Airbus A350 XWB содержит более 1000 различных деталей, изготовленных методом 3D-печати.
Все чаще для изготовления узлов самолетов и космических аппаратов используют интерметаллиды (соединение двух металлов) "титан-алюминий" и "титан-никель". 3D-изделия из них обладают низкой плотностью, повышенными прочностными характеристиками, высокой жаростойкостью и могут иметь сложную геометрическую форму. Композиционные порошки, полученные относительно простым и дешевым способом, - ключевая деталь экономичности "металлического" 3D-производства.
"Для серийного 3D-производства деталей ракет и самолетов необходимы качественные исходные порошки - прекурсоры, а также простой метод их получения с высокой производительностью и одновременно низкой стоимостью. Полноценное внедрение металлических аддитивных установок в отечественную промышленность сдерживается главным образом высокой стоимостью сырья, из-за нее производство пока нерентабельно. И разработка экономичного способа получения качественных металлических порошков является нашей основной задачей" - рассказывает один из соавторов разработки, научный сотрудник НИЦ "Конструкционные керамические наноматериалы" НИТУ "МИСиС", к.т.н Андрей Непапушев.
Упростить производство порошков для 3D-печати получилось за счет использования уникального сочетания режимов планетарной мельницы, где в процессе интенсивной механической обработки получились композиционные порошки, состоящие из округлых частиц, включающих в себя и титан, и алюминий. Этот "полуфабрикат" можно напрямую загрузить в лазерный 3D-принтер, где прямо в процессе печати при температуре около 650 градусов металлы вступают в реакцию, образуя тугоплавкий интерметаллид.
Как отмечают ученые, ранее никто не использовал планетарную мельницу с этой целью и лабораторный опыт можно перенести в производство - у отечественных производителей есть промышленные аналоги планетарных мельниц.
В случае использования для печати деталей готового интерметаллида, приходится сначала его отлить, а это особая технология и серьезные энергозатраты. Затем горячий расплав необходимо "распылить" струей газа, воды или плазмой для получения порошка, что значительно усложняет и увеличивает стоимость производства.
"В качестве исходного материала в наших опытах использовались порошки титана, алюминия и никеля, которые подвергались интенсивной механической обработке в планетарной мельнице. Предложенный метод значительно упростил и снизил стоимость получения прекурсоров, а также сократил потребление энергии в ходе 3D-печати на 20%. Соответственно в ходе печати не нужно использовать большие мощности лазера для плавления", - добавляет Андрей Непапушев.
В настоящее время научная группа завершила оптимизацию составов порошков-прекурсоров и приступила к созданию первых прототипов из полученных порошков.
НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 13 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).
Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 22 000 обучающихся из 81 страны мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира....
