Инженеры Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева запатентовали модуль для 3D-печати, который меняет состав металла прямо в процессе работы. Он позволяет подмешивать нанопорошки в металлическую деталь практически «на лету», без остановки и переналадки оборудования, и делать ее прочнее или пластичнее именно там, где нужно. Первая деталь обошлась заказчику вдвое дешевле той, которая печаталась традиционным способом.
Модуль для электродуговой 3D-печати по технологии WAAM (послойное наращивание детали из сварочной проволоки) создавала команда из шести инженеров университета. Первым испытанием модуля стала «Плита с внутренним охлаждением», изготовленная для компании «ВР Роботикс». В результате металлоемкость изделия удалось снизить в полтора раза, а себестоимость — почти вдвое.
Ученые говорят, что во время WAAM-печати, когда деталь наращивается слой за слоем, для изменения свойств металла в конкретном месте (например, чтобы сделать прочнее зону повышенной нагрузки) в расплав добавляют легирующий порошок. Но чтобы заменить тип порошка на другой, приходится останавливать печать и вручную перенастраивать оборудование. До появления модуля о получении сложных деталей с разными свойствами в разных точках речи не шло.
Запатентованное устройство снимает это ограничение. Оно работает как автоматический дозатор: имеет несколько бункеров с разными нанопорошками, систему смешивания и сопло, которое подает нужную композицию прямо в сварочную ванну — без остановки процесса и ручной переналадки.
«Нанопорошок обеспечивает более равномерное распределение легирующей добавки в формируемый металл, — объясняет один из авторов разработки Максим Аносов. — Это дает более высокие показатели по прочности сплавов без потери пластичности. За счет такого устройства теперь можно создавать детали с разными характеристиками по прочности и пластичности из одного сплава».
По сути, теперь инженер получает возможность «программировать» свойства металла от участка к участку — то есть создавать функционально-градиентные материалы. Каждая зона детали подстраивается под конкретные нагрузки: где нужна твердость, она делается тверже, где важна пластичность — пластичнее, и все это в рамках одного цикла печати.
Модуль может работать и как самостоятельное устройство, и как часть существующего принтера — для интеграции используются переходные фланцы.
На разработку получен патент РФ № 242465. Среди ее авторов — Максим Аносов, Антон Лайша, Михаил Чернигин, Дмитрий Шатагин, Наталья Клочкова и Анатолий Баевский. В перспективе они планируют полностью автоматизировать технологию и встроить ее в станочные комплексы для серийного производства деталей с практически любыми заданными свойствами — на одном рабочем месте.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
