Ученые Лаборатории легких материалов и конструкций Института машиностроения, материалов и транспорта (ИММиТ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого первыми в России разработали технологию аддитивного производства деталей из алюминиевого сплава в твердом состоянии — без плавления. Технология позволяет быстро ремонтировать и производить детали для предприятий авиакосмической отрасли, судостроения и машиностроения.
Традиционные методы производства алюминиевых конструкций предполагают раскрой листового материала и последующую трудоемкую сборку. Это дорого и снижает надежность из-за множества крепежные элементов. Соединить детали из алюминия плавлением невозможно без снижения ключевых механических и прочностных характеристик.
«Дело в том, что при переходе металла в жидкую фазу, а потом обратно, возможно возникновение пор, горячих трещин, неминуемо появляются остаточные напряжения — это характерно для традиционной 3D-печати», — объяснил руководитель проекта, заведующий Лабораторией легких материалов и конструкций ИММиТ СПбПУ Олег Панченко.Вместо лазера или электронного луча, которые плавят алюминиевый порошок, ученые использовали специальный инструмент. Он создает трение между рабочей частью и заготовкой. Выделяемое тепло разогревает материал до пластичного состояния, не доводя до температуры плавления. Затем материал инструмента послойно переносится на заготовку. В результате формируется мелкозернистая кристаллическая структура, которая прочнее литых и кованых аналогов. Метод подходит не только для производства крупногабаритных изделий, но и для ремонта деталей, где традиционные подходы недоступны из-за плохой свариваемости или иных сложностей. Кроме того, скорость такого производства алюминиевых сплавов в 1,5 раза выше, чем у WAAM — одной из самых производительных технологий, которая плавит металлическую проволоку электрической дугой и наплавляет ее слой за слоем.
«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 планах ученых СПбПУ — разработка технологий сварки и ремонта поврежденных деталей из сплавов на базе других металлов, таких как медь и никель.
Разработка ведется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
