Подготовкой специалистов, планирующих работать в области аддитивных технологий (АТ), стремящихся получить навыки управления 3D-принтерами, занимаются ведущие вузы страны. Подобные специалисты играют ключевую роль в современных производственных процессах, открывая новые возможности в области прототипирования, производства на заказ, а также в медицине, аэрокосмической и атомной промышленности.

В рамках выставки «Металлообработка‑2025» под председательством ректора Санкт-­Петербургского государственного морского технического университета (СПбГМТУ) Глеба Туричина прошла конференция студенческих работ самой актуальной тематики, которая стала своеобразной олимпиадой молодежных достижений в АТ.

Анна Клешнина, студентка СПбГМТУ, выступила с докладом о методах увеличения производительности технологии прямого лазерного выращивания (ПЛВ) за счет увеличения производительности процесса.

Существуют различные методы увеличения производительности, например, за счет увеличения скорости накладки, применения комбинированных источников энергии, использования более мощных лазеров. В данном случае для высокопроизводительного метода была проведена модернизация лазерного источника путем дополнительного охлаждения рабочего воздуха, что позволяет обеспечить рабочую температуру оптической системы. В результате было достигнуто снижение стоимости килограмма изделия и увеличение скорости выращивания изделий. Перспективами развития данного направления являются выращивание из дуплексной стали, расширение диапазона используемых материалов, работа с мощными лазерными источниками.

Опытом исследования структуры и механических свой­ств сплава ВТ6, полученного лазерно-­проволочной наплавкой, поделился Игорь Хомутинин, аспирант 3 курса Пермского национального исследовательского политехнического университета кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» (СПМТМ). Особенностями процесса являются вертикальная и боковая подача проволоки при различных смещениях фокуса.

Диплом III степени! Екатерина Белякова, студентка второго курса Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет), объяснила способы применения аддитивных технологий в разработке фантомов для ультразвуковой диагностики.

Фантомы — антропоморфные модели органов, имитирующие по акустическим и механическим свой­ствам ткани человека. Благодаря им врачи могут обрабатывать навыки ультразвуковой диагностики и проведение биопсии. Разработка фантомов для ультразвуковой диагностики позволяет производить сегментацию КТ и МРТ-снимков, создавать 3D-модели органов для заливки формы, выполнять печать форм на 3D-принтерах, изготавливать ультразвуковые материалы.

Георгий Кржевицкий, студент Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева, дал оценку влияния расположения заготовки на платформе построения на геометрическую точность при изготовлении изделий методом селективного лазерного сплавления (СЛП).

В круг задач работы входило: создание экспериментальных образцов с использованием СЛС; оценка точности изготовленных образцов с фиксированием результатов проведенных измерений; анализ результатов измерений и формулировка заключения. План эксперимента охватывал пять параметров процесса: толщина; радиус кривизны по вертикали; радиус кривизны по горизонтали; угол поворота на платформе; расположение на платформе. Кроме того, учитывались внешние условия процесса и специфика геометрии образцов СЛС. Для понимания степени влияния варьируемых параметров производился корреляционный анализ, который выявил сильные связи между углом поворота и толщиной образца.

Ангелина Гаврилова, студентка четвертого курса Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана), выделила особенности изготовления колеса турбореактивного двигателя методом селективного лазерного плавления (СЛП, SLM). Небольшие турбореактивные двигатели могут использоваться для беспилотных летательных аппаратов, а также крылатых ракет в малой пилотируемой авиации.

Колесо турбины турбореактивного двигателя может быть изготовлено различными методами:

• Селективное лазерное плавление имеет набор преимуществ: быстрый цикл изготовления; возможность получения почти готового изделия; высокую точность 

(до 100 мкм); возможность получения сложных конфигураций с высокой точностью. Вместе с тем производительность у СЛП низкая при изготовлении изделий среднесерийного, крупносерийного или массового производства.

• Коаксиальное лазерное плавление (КЛП) имеет несколько преимуществ: быстрый цикл изготовления; более экономичное использование порошка, чем при СЛП; возможность получения почти готового изделия. Наряду с этим в процессе производства возникает большая шероховатость и волнистость заготовки, имеются сложности получения ряда участков изделия. Производительность остается на низком уровне.

• Литье по выплавляемым моделям имеет свои положительные специфики: отработанность технологии; возможность получения отливок самой сложной конфигурации практических из любых сплавов. К сожалению, цикл изготовления детали долог, отсутствует возможность быстрого внесения изменения по результатам экспериментов. Механическая обработка дает высокую точность размеров и возможность автоматизации, но при этом ей сопутствует большой расход материала, трудоемкость изготовления тонких лопастей, значительные затраты времени.

Олег Ширунов, студент магистратуры Санкт-­Петербургского государственного морского технического университета (СПбГМТУ), раскрыл суть экспериментального исследования газопорошковой струи с помощью высокоточных весов.

Целью исследования являлась разработка методики экспериментального определения плотности потока порошка в газопорошковой струе. Объемное распределение плотности потока в струе, сформированной технологическим соплом, оказывает существенное влияние на результат обработки и, в частности, определяет геометрии получаемых валиков, коэффициент захвата порошка, наличие дефекта в готовом изделии. Использовались высокоточные весы специального класса точности с дискретностью в 0,1 мг.

Экспериментально было доказано, что поток порошка является стационарным. По мере удаления от среза инжектора эффективный радиус распределений меняется линейно. Коэффициенты линейной функции изменения эффективного радиуса струи были определены с помощью метода наименьших квадратов.

Эмиль Аскеров, представитель Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова (Сеченовский университет), Институт бионических технологий и инжиниринга, посвятил свой доклад теме изготовления гидрогелевых деталей методом фотополимерной печати.

Гидрогель является полимерно-­органическим гидрофильным веществом, имеющим в своем составе сшивающие агенты. Субстанция, которая использовалась в работе, состоит из четырех основных веществ и из воды. В состав входят акриламит, нитилен-­бисакриламит, персульфат аммония и репефлорин. Акриламид — это основное вещество, используемое для данного микро-

элемента, сшивающий агент. Сульфат аммония — соль. Арифлавин —витамин В2. Вывод работы состоит в том, что была предложена технология 3D-печати гидрогеля собственного производства из практически подручных материалов, которые можно спокойно купить и самостоятельно приготовить.

Диплом I степени! Илья Бородкин, студент Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева, в деталях рассказал о разработке программного комплекса для инженера-­технолога по электродуговому выращиванию.

Объективно существует проблема, связанная с трудоемкостью написания управляющих программ для роботизированных комплексов (РТК) электродугового выращивания (ЭДВ). Стояла цель автоматизировать процесс создания управляющих программ. Задачами работы являлось: проанализировать имеющиеся наработки других компаний; выделить наиболее простой в исполнении и доступный способ; адаптировать выбранный способ под имеющееся оборудование; апробировать полученное решение на изделиях сложной геометрической формы и деталях вращения.

Перспективами дальнейшего развития темы исследований является: внедрение в обработку сварочных параметров постпроцессора; реализация возможности устанавливать межслойные паузы, в том числе динамические; интеграция автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера технолога в ЭВД.

Диплом II степени! Светлана Евсеева, студентка второго курса Уральского федерального университета им. первого президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ), кафедры «Технологии машиностроения, станки и инструменты» (ТМСИ) в составе Института новых материалов и технологий (ИНМТ), поделилась своими соображениями о разработке, изготовлении и испытании линейки сборных резцов для обработки канавок с применением аддитивной SLM-технологии.

В рамках практической реализации предстояло решить ряд технических задач:

• Разработать инструмент, имеющий более высокую производительность, чем имеющиеся аналоги.

• Добиться увеличения скорости резания, например, при обработке титановых и жаропрочных сплавов, за счет подачи смазочно-­охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания под высоким давлением по специальным каналам.

• Снизить затраты на изготовление режущих инструментов.

• Уменьшить объем корпусов.

• Сократить размер синтезирующей части.

Выводами работы стало доказательство конкурентоспособности аддитивных SLM технологий при производстве малогабаритных корпусов режущих инструментов, имеющих сложную форму. Время от разработки 3D-модели до изготовления готовой детали сократилось настолько, что не может сравниваться с традиционными технологиями механообработки. Появилась возможность производства заготовок, требующих минимального 

объема постобработки.

Захар Дементьев и Анастасия Комарова, студенты пятого курса Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Баумана), выступили с совместным докладом об особенностях изготовления крупногабаритных заготовок методом прямого лазерного выращивания (ПЛВ).

Достоинствами прямого лазерного выращивания являются:

• Высокая производительность.

• Возможность получать изделия с градиентными свой­ствами за счет динамической регулировки расхода порошков из различных питателей.

• Габариты выращиваемой детали ограничены только возможностями системы перемещения.

• Отсутствуют поддерживающие структуры.

Вместе с тем у технологии имеются свои недостатки:

• Низкая точность выращиваемых изделий.

• Зависимость свой­ств материала от параметров процесса обработки и геометрических особенностей каждой выращиваемой детали.

• Высокая сложность и стоимость оборудования.

Основными типами заготовок, получаемых методом ПЛВ, являются:

• Крупногабаритные полые тонкостенные корпусные детали цилиндрической и конической формы.

• Крупногабаритные силовые детали сложной формы.

• Корпусные детали с фасонными поверхностями газовых и жидкостных трактов.

• Корпусные детали коробчатого типа.

Мощность лазерного излучения является основным изменяемым параметром, влияющим на тепловложение в материал. Одной из важнейших задач инженера-­технолога является нахождение стабильного режима выращивания. После завершения процесса наплавки заготовка требует механической обработки. Необходимо учитывать требуемый контур детали, точность наплавки, шероховатость, технологические деформации.

Вадим Хапутдинов, студент Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева, проинформировал об исследованиях влияния режимов сканирования контуров на качество поверхности изделий, полученных методом селективного лазерного спекания (СЛС).

Одной из наиболее актуальных проблем технологии СЛС является высокая шероховатость изделий, получаемая поверхность является очень грубой для деталей воздушного тракта или каналов, обеспечивающих ­какие-то расходные характеристики. Снижение шероховатости изделий, полученных методом СЛС, позволяет снизить влияние на эксплуатационные свой­ства изделий, уменьшить стоимость за счет сокращения затрат на постобработку, а для внутренних каналов — сохранить расходные характеристики.

Иван Максимов, студент Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана, сделал сообщение об оптимизации двигателя внутреннего сгорания. В ходе работы была предложена гипотеза о том, что производство блока цилиндра изделия методами аддитивных технологий повысит эксплуатационные характеристики. Сокращение массы приведет к повышению эффективности двигателя. Снижение температуры повысит производительность и долговечность. Оптимизация ребер может значительно сказаться на теплопроводности. Возможность получения сетчатых структур является одним из преимуществ аддитивного производства, однако выбор типа решетки в соответствии с процессом выращивания достаточно трудоемкий. Материалы, используемые для построения летательных аппаратов, должны иметь наименьшую плотность. Детали двигателей внутреннего сгорания должны хорошо отводить тепло. Доступность исходного сырья на рынке является критически важным параметром. Наилучшим сырьем станут порошки литейных алюминиевых сплавов, легированные кремнием. Силумины обладают малой усадкой при кристаллизации расплава, что благоприятно влияет на выращивание методом СЛП.

Молодые специалисты продемонстрировали высокий уровень компетенций, практически в каждом выступлении присутствовали инновационные предложения. 

Проведение студенческого форума показало ответственный подход ведущих вузов страны к подготовке нового кадрового корпуса для новейших передовых технологий. Завершилась конференция награждением авторов самых интересных докладов.

Планируется, что подобные мероприятия станут регулярными, а исследования молодых специалистов будут приносить все больше и больше пользы отечественной промышленности и экономике.

Автор: Владимир Сорокин

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 3-2025