Татьяна Тарасова, МГТУ «СТАНКИН»: «Зарубежные технологии аддитивного производства все закрытые. То есть нам продают оборудование и лицензию на использование определенных материалов. Все получается очень дорого, особенно сервисное обслуживание, параметры работы установок остаются закрытыми, я уже не говорю о санкционных рисках. Поэтому нужны отечественные порошки и отечественное 3D-оборудование. А мы занимаемся разработкой технологий для использования этих отечественных металлопорошков для 3D-печати. Года 4 назад мы начали работать с компанией «ПОЛЕМА», разработав несколько технологических процессов для ряда марок стали и сплавов уже из отечественных порошков. Для этого у нас в лаборатории есть все необходимое оборудование»

В 2013 году у нас была защищена диссертация по разработке технологий для сплава хром-молибден (импортный порошок, но нашей собственной экспериментальной установке SLM, разработанной с НИАТ). Мы вырастили деталь, далее она была внедрена на криогенной установке. На тот момент мы были чуть ли не первые в мире. В 2016 г. у нас была защищена диссертация по микролазерной наплавке совместно с фирмой Фраунгофера в Дрездене. Микронаплавку из легкого алюминиевого порошка очень сложно сделать, а нам удалось получить тонкие стенки. Сейчас мы работаем с коррозионно-стойкими сталями отечественного производства в рамках разработки технологий для использования в 3D-печати отечественных порошков. Здесь еще очень много работы, нужно получить структуру с соответствующими эксплуатационными физико-механическими характеристиками. Тем не менее, уже очевидно, что при селективном лазерном плавлении получается значительно более плотный образец, чем при порошковой металлургии и такой же плотности как при литье. Мы уже проверили это на сплаве кобальт-хром-молибден. У нас получилась плотность где-то 8,3 г/мм3, такая же, как у литого сплава-аналога».

«Рынок технологий аддитивного производства (АП) очень перспективен. Причем, намечается четкий тренд на производство готовых изделий металлическими и пластиковыми порошками. А фотополимеры уже как бы отходят на второй план. Предполагается, что будут развиваться четыре лидирующих технологии АП: селективное лазерное плавление, селективное лучевое плавление, лазерная наплавка, электронно-лучевая наплавка, порошковая и проволочная. Но что из этих технологий будет развиваться быстрее — пока неясно».

И мы начали с того, что занялись разработкой технологий аддитивного производства для импортных порошков, так как технологии все закрытые. То есть нам продают оборудование и лицензию на использование определенных материалов. Все получается очень дорого, особенно сервисное обслуживание, не говоря уже о санкционных рисках. Поэтому нужны отечественные порошки, отечественное 3D-оборудование. И мы, в частности, занимаемся как раз именно этим — разработкой технологий для использования отечественных металлопорошков в 3D-печати.

Года 4 назад мы начали работать с компанией «ПОЛЕМА», разработав несколько технологических процессов для ряда марок стали и сплавов уже из отечественных порошков. У нас для этого есть в лаборатории все необходимое оборудование (гранулометрический анализ порошков, мы смотрим, годится ли этот порошок для того, чтобы методом АТ сделать из него соответствующие детали). Вот этим мы занимаемся. То есть сначала мы пробуем, сужаем окно параметров, вот на этой экспериментальной установке SLM, которая была собрана у нас здесь в лаборатории сотрудниками и нашими аспирантами. И в нашей установке, конечно, все параметры открыты. Мы наносим треки для различной мощности, скорости сканирования и смотрим, чтобы получить хороший стабильный трек. Здесь у нас в лаборатории есть и металлографический микроскоп, и растровый электронный микроскоп для того, чтобы посмотреть структуру, измерить твердость.

И после, когда мы уже сузили окно параметров, мы переходим на промышленные установки, такие как EOS, Arcam, ConceptLaser…Чтобы уже под эти параметры разрабатывать технологию производства для конкретной установки. Затем испытываем эти образцы в нашей же лаборатории испытания механических свойств (ЛИМС). Потому что когда мы выращиваем деталь, появляется анизотропия свойств, и соответственно мы должны выращивать образцы под разным углом и смотреть усредненный предел прочности или в каком-то определенном направлении, данную вязкость, относительно удлинения, сужения, — они будут разные, в разных направлениях. Для этого у нас в лаборатории испытания механических свойств также есть все оборудование.

Ну и последний этап, после того, как мы уже вырастили образцы, мы должны обеспечить контроль качества – это тоже очень важный этап для АТ. Так как у нас детали сложнопрофильные, нужны специальные лазерные сканеры, которые есть в нашей лаборатории метрологии. Там мы измеряем свои образцы, точность формы, шероховатость поверхности и уже тогда подбираем для образцов параметры. Потом уже начинаем на промышленных установках выращивать конкретные детали, которые попросили сделать заказчики. Или мы сами делаем в рамках научно-исследовательских работ, грантов от Министерства образования, Минпромторга, Российского научного фонда.

JSON.TV: У вас уже тогда были установки отечественные?

Т. ТАРАСОВА: Да, мы разработали отечественную установку совместно с НИАТом, она, конечно, далека от совершенства, там шероховатость большая. Но потом мы еще напечатали деталь и на принтере EOS. Мы подобрали сами режимы печати, поскольку был импортный порошок EOS, все параметры были закрыты. Нам пришлось изучить все самим, посмотреть структуру, все необходимые технологические этапы. Чтобы в конце концов получить технологию печати и сказать, что все полученные параметры нас устраивают.

В 2016 г. у нас была защищена диссертация по микролазерной наплавке, тоже аддитивная технология. Но мы делали эту работу совместно с фирмой Фраунгофера в Дрездене. Это отдельное направление, которое у нас пока не развито. Мы сделали работу, которой на то время еще не было и в Европе. Микронаплавку из легкого алюминиевого порошка очень сложно сделать, а нам удалось получить тонкие стенки.

Сейчас мы работаем с коррозионно-стойкими сталями отечественного производства в рамках разработки технологий для использования в 3D-печати отечественных порошков. Здесь еще очень много работы, нужно получить структуру с соответствующими эксплуатационными физико-механическими характеристиками, которые потенциально будут выше, чем при производстве традиционными технологиями. В SLMпроисходит лазерная закалка из жидкого состояния, это процесс у нас в России ужа давно и хорошо изучен. У меня диссертация еще 30 лет назад была по лазерной закалке. Это, по сути, один и тот же физический процесс, только теперь выращивается деталь. И здесь, конечно, есть преимущества в виде высокой твердости, повышении прочности, но есть и традиционные недостатки, присущие лазерной закалке. Все это нужно отрабатывать.

Мы сейчас только на пути к совершенству, потому что, как правило, нужна постобработка (термическая обработка для снятия внутренних напряжений или изостатическое прессование для композитов для уменьшения пор). Тем не менее, уже очевидно, что при селективном лазерном плавлении получается значительно более плотный образец, чем при порошковой металлургии и такой же плотности как при литье. М уже проверили это на сплаве кобальт-хром-молибден. У нас получилась плотность где-то 8,3 г/мм3, такая же, как у литого сплава аналога.

JSON.TV: То есть это не прототипирование, не печать оснастки, а это уже…

Т. ТАРАСОВА: Предполагается, что будут развиваться 4 лидирующих технологии: селективное лазерное плавление, селективное лучевое плавление, лазерная наплавка, электронно-лучевая наплавка, пороршковая и проволочная. Вот что из этих технологий будет развиваться быстрее — пока неясно. Потому что у SLM точность высокая, но производительность низкая, у EBM производительность высокая, а точность ниже. Что касается лазерной наплавки, мы вообще привыкли, что наплавка у нас как в ремонте, — что-то грубое. Но наплавка аддитивная – это уже компьютерная модель, сравнительно высокая точность. В выращивании изделия методом наплавки основное преимущество заключается в производительности и возможности получать изделия из различных материалов. Про SLM также говорят, что уже существуют установки для печати несколькими металлопорошками, но это, конечно, очень медленно и пока широкого распространения не получило.

JSON.TV: Вы упомянули проволоку и порошки. Все-таки они сейчас противопоставляются, что лучше, что хуже. Является ли проволока следующим этапом в развитии АТ или порошки не потеряют своей ценности?

Т. ТАРАСОВА: Я думаю, что они будут развиваться параллельно, потому что при использовании проволоки в наплавке снижается точность.

JSON.TV: Потом же можно за счет постобработки довести…

Т. ТАРАСОВА: Можно. Я не могу сейчас сказать точно, что будет опережать. Это зависит от оборудования. Потому что прорыв в АТ начался, когда изобрели волоконный лазер, когда научились делать оборудование на его основе, когда наметился большой прогресс в компьютерном моделировании. Поэтому многое зависит от производителей оборудования SLM/EBM, размеров рабочей камеры и т.д. Что касается лазерной наплавки, то здесь ограничений нет, здесь можно делать детали практически любого размера. И, какая в итоге победит технология АП сейчас сложно однозначно утверждать, задействовано много аспектов.

JSON.TV: Последний вопрос, наверное. Вы упомянули, говоря о перспективах российского рынка, о том, что АТ будут все больше использоваться уже для производства конечных изделий. Какое место в этой эволюции займет ремонт изделий с помощью АТ? Не является ли это как раз той золотой нишей, возможностью приучить заказчика к возможностям новых технологий?

Т. ТАРАСОВА: Возможно, ремонтом занималась лазерная наплавка. То есть когда начали развиваться лазерные технологии, все считали, что это что-то такое грубое, для ремонта деталей сельхозмашин, к примеру, использовалось. А теперь стоит у нас принтер Trumpf для наплавки недостающей или стертой изношенной поверхности…

Источник