Студенты и преподаватели Брянского государственного технического
университета разработали аддитивно-субтрактивно-упрочняющую
технологию (АСУТ) 3D-печати крупногабаритных металлических
изделий из проволоки.
Проект выполнялся в рамках сотрудничества с Фондом перспективных
исследований.
По механическим и эксплуатационным свойствам полученные
материалы превосходят изделия, изготовленные из проката с применением
классических методов металлообработки.
В основе новой технологии лежит разработанный в 1990-х учеными
Брянского государственного технического университета (БГТУ) доктором
технических наук, профессором Андреем Киричеком и доктором
технических наук, профессором Дмитрием Соловьевым метод волнового
деформационного упрочнения (ВДУ). В результате наложения проходящих и
отраженных волн в монолитном металлическом материале формируется
уникальная многослойная гетерогенная, естественно армированная
структура, обеспечивающая высокую вязкость и высокую прочность
материала одновременно, что способствует многократному повышению
эксплуатационных свойств. Как показали контрольные испытания,
применение ВДУ при упрочнении броневых листов позволяет снизить их
массу на 15–30% при сохранении класса защиты по пулестойкости.
Одно из перспективных направлений применения ВДУ – упрочнение
металлических изделий, полученных методом 3D-печати. В целях
повышения производительности и снижения технологической себестоимости
аддитивного производства в последнее время происходит переход с
порошковых материалов на проволочный фидсток (технология 3DMP).
Проволока на порядок дешевле порошка, при этом производительность
выращивания изделий из проволоки более чем в 10 раз выше. Однако,
несмотря на очевидные преимущества перед порошковыми материалами,
существующие технологии 3DMP не обеспечивают высокое качество
изделий. Для «залечивания» пор и рыхлот в материале, как правило,
применяется технология горячего изостатического прессования, но она так
же не полностью решает проблему.
В 2016 году Фондом перспективных исследований на базе Брянского
государственного технического университета сформирована лаборатория
волнового деформационного и комбинированного упрочнения в аддитивных
и субтрактивных технологиях. Главной задачей проекта стало комплексное
решение проблемы повышения эффективности аддитивного производства
крупных ответственных машиностроительных изделий из сталей и цветных
сплавов.
В рамках проекта учеными БГТУ создана опытная установка АСУТ,
включающая аддитивный модуль (выращивание изделий из проволоки
электродуговым методом), субтрактивный модуль (обеспечение точности
размеров за счет удаления стружки) и упрочняющий модуль
(структурирование, уплотнение и упрочнение за счет волнового
деформационного воздействия). Для выращивания деталей типа тел
вращения разработана модульная установка, позволяющая создавать
сложнопрофильные изделия, в том числе биметаллические.
По словам руководителя лаборатории профессора Андрея Киричека,
разработанная комплексная технология не имеет прямых аналогов в мировой
практике.
«По результатам проекта нами впервые установлена возможность
получения АСУТ изделий, прочностные свойства материала которых в 1,5-
2,5 раза превышают соответствующие свойства проката. Изделия также
отличаются высоким коэффициентом использования материала на уровне
0,6-0,8 и высокой производительностью синтеза, превышающей 400
кубических сантиметров в час. Потенциально данное решение позволит
снизить технологическую стоимость кубического сантиметра в 17 раз и
увеличить полезную нагрузку на материал, что таит огромные резервы
повышения эксплуатационных свойств изделий в авиации и космонавтике»,-
рассказал Андрей Киричек.
Совместный проект Фонда перспективных исследований и Брянского
государственного технического университета по разработке технологии и
оборудования для комбинированного упрочнения с применением волны
деформации специальных металлических изделий, полученных аддитивным
и традиционным способами, завершен в феврале 2020 года.
Интерес к инновационной разработке уже проявляют Госкорпорации
«Роскосмос», «Ростех» и «Росатом», ведущие предприятия авиастроительной
отрасли.
По материалам Фонда перспективных исследований