«Лазеры и аппаратура» — российский разработчик и производитель промышленных лазерных и электроэрозионных комплексов. За 27 лет работы компания внедрила множество решений с широким спектром технологий, в том числе с 2016 года занимается тематикой аддитивных технологий. На первом этапе это было в основном знакомство со спецификой активно развивающейся технологии, первые НИОКР, тогда как с 2021 года направление стало одним из основных.

Анна Цыганцова,

генеральный директор компании «Лазеры и аппаратура»

На сегодняшний день аддитивным направлением в компании «Лазеры и аппаратура» занимается отдельное подразделение с выделенными группами разработчиков — конструкторской, технологической, систем управления и программного обеспечения. В рамках работ по развитию направления оснащены: собственный технологический центр, где работают комплексы нашего производства, отрабатываются режимы сплавления различных материалов и тестируются решения, а также собственная лаборатория металлографии. В цехах выделен отдельный участок сборки и тестирования аддитивного оборудования, при этом зоны сборки и испытаний разделены.

Все это нужно, поскольку аддитивные технологии стоят совершенно особняком, хотя и используют решения, перекликающиеся с другими областями (в качестве инструмента используют лазерный источник, в качестве системы перемещения — гальванометрические сканаторы, применяются ассистирующие газы и так далее).

Отдельный вопрос для компании «Лазеры и аппаратура» — организация производственного процесса. Задачи внедрения любых технологий, и в первую очередь аддитивных, в такие отрасли, как двигателестроение, атомная энергетика, авиа- и вертолетостроение и другие, диктуют строгие требования к результату печати, это означает, что начинать нужно не только с заложенных решений, но и с соответствующей организации и подходов к производству.

Актуальные на сегодняшний день задачи

Чтобы ответить на вопрос, что сейчас актуально и чем нужно заниматься производителям аддитивных комплексов, нужно посмотреть чуть шире на задачи, которые решает промышленное производство в мире и в России. Это:

— Повсеместное внедрение новых материалов, их форм.

Эта тенденция заметна везде, в том числе в классических, сформировавшихся технологиях. Внедрение керамических материалов, полимерных композиционных материалов, новых сплавов металлов заставляет менять технологии и подходы к обработке. В случае с аддитивными технологиями тенденция усиливается тем, что химический состав означает многое, но не меньшее значение оказывает форма, фракция порошков и множество других свой­ств и параметров.

— Увеличивающаяся специализация не только между отраслями, но и между разными производствами внутри отрасли.

Еще 10–15 лет тому назад оборудование, которое используется, было гораздо более универсальным, и производитель оборудования мог не сильно погружаться в специфику области внедрения, но чем дальше, тем он более тесно связан с заказчиком.

— Сокращение времени на разработки и внедрение.

Это касается как новых изделий, так и внедрения новых материалов и разработки оборудования. Все процессы, функционал, подходы должны быть выстроены таким образом, чтобы обеспечивать «пятилетку в три года», и это особенность ситуации не только в России — это мировая тенденция.

Большие затраты на фонд оплаты труда и ограниченность числа квалифицированных специалистов.

При внедрении новых изделий и материалов, эксплуатации оборудования остро стоит вопрос, как максимально эффективно использовать время квалифицированного специалиста, с одной стороны, и как снизить затраты на оплату труда — с другой.

Если мы говорим про актуальные задачи для производителей оборудования в области аддитивных технологий, мы для себя их формулируем так:

1. Обеспечение максимальной повторяемости и воспроизводимости.

Проще говоря, высокий результат должен быть не чудом и стечением обстоятельств, а прогнозируемым следствием планомерной работы. И при производстве одного комплекса в уникальной комплектации, и при производстве десятка.

2. Обеспечение максимально возможного качества деталей.

Чем выше требования к механическим свой­ствам получаемых деталей, тем больше времени уходит на подбор оптимального режима и тем выше требования к самой системе и ее узлам. И здесь дело не только в затратах на изготовление узла как такового — много ресурсов уходит на поиск и анализ лучшего решения. Соответственно, чем выше уровень решения, чем выше его характеристики, тем больше времени потрачено на его разработку, испытания и отладку. Работающих сложных решений с первого раза не бывает, мы все это понимаем и поэтому хотим получать именно отработанные, проверенные и надежно выдающие результат.

Мы все знаем, что в мире эта технология внедрена более широко, чем в России, номенклатура оборудования и степень его отработанности — выше, однако это не означает, что можно просто взять и скопировать чужое решение (воспользоваться чужим опытом) и рассчитывать на стопроцентный результат.

Если в системе есть ­какой-то узел, мы должны хорошо знать ответ на вопрос, как именно он влияет на результат и каким он должен быть, чтобы этот результат обеспечить. Сейчас в серии МЛ6 мы выходим на очень хорошие значения — например, пористость на уровне 0,01% на сплаве ВНЛ‑14, при этом мы понимаем, как именно мы ее обеспечиваем и видим, куда нужно дальше двигаться с точки зрения конструкции и функционала.

3. Внедрение решений, обеспечивающих результат печати и автономность работы.

Затраты на персонал могут составлять до 50% всех затрат на эксплуатацию. Задача — максимально сократить их, и один из путей — повышение уровня автономности работы системы и внедрение автоматизации со сложными алгоритмами принятия решений в зависимости от значений и различных событий, регистрируемых в процессе работы. Этот вопрос актуален для совершенно разных типов промышленного оборудования, но в аддитивных технологиях, учитывая стоимость материалов, время, которое уходит на печать, и саму сложность технологии — он один из самых острых.

Линейка оборудования

На сегодняшний день линейка оборудования компании «Лазеры и аппаратура» для аддитивных технологий включает в себя комплексы, работающие по двум технологиям: коаксиальной порошковой наплавки (LMD) и послойной печати (SLM).

Комплексы послойного лазерного сплавления — серия МЛ6

Рис. 1. МЛ63 с областью построения 400*400*400 мм и четырьмя лазерными каналами

Рис. 2. Платформа с образцами на геометрическую точность. Цилиндрический образец построен одновременно четырьмя источниками

Ключевые особенности комплексов МЛ6 (рис. 1, 2, таблица 1):

• Оптическая система обеспечивает наилучшее качество сфокусированного пучка.

• Минимальное значение содержания кислорода на уровне 0,1% в рабочей зоне и в системе фильтрации на протяжении всего цикла выращивания.

• Система удаления порошка из камеры в бункер благодаря внутреннему пылесосу, работающему в замкнутой среде с доступом для оператора через перчаточный порт.

• Отстыковка корзины построения после завершения печати позволяет извлекать изделия большой высоты.

• Многоканальная оптическая система на основе иттербиевых волоконных лазеров с зоной перекрытия областей печати 80%, что позволяет выращивать габаритные изделия одновременно несколькими лазерами и дает существенное увеличение производительности.

• Система фильтрации и циркуляции газовой среды двухступенчатой системой фильтрации фильтром-­циклоном и двумя фильтрами тонкой очистки с возможностью работы попеременно без остановки процесса печати.

• Работа лазерно-­оптической системы и устройства подачи и разравнивания порошка синхронизирована во времени с минимальными задержками, но с возможностью регулировки, чем обеспечивается не только максимальная производительность, но и эффективность системы.

• Картриджная система замены дозирующего устройства позволяет переходить с одного на другой материал порошка с минимальным временем простоя оборудования.

• Блок контроля качества технологического процесса на основе цикловых ТВ-камер высокого разрешения и инфракрасной камеры для построения температурной карты поля с послойным контролем за процессом.

• Управляющий программно-­аппаратный комплекс и специальное программное обеспечение собственной разработки обеспечивают весь цикл подготовки УП и работы оборудования.

Комплексы коаксиальной порошковой наплавки — серия МЛ7

Рис. 3. Комплекс коаксиальной порошковой наплавки серии МЛ7

Рис. 4. Порошковая наплавка. Материал детали: 

ХН58КВТЮМБЛ-ВИ (ЧС70-ВИ, СН25-ВИ). 

Наплавляемый материал: ПР-КХ28В20Н5Ф. 

Работы проводились ПАО «ОДК-Сатурн»

Основная сфера применений комплексов МЛ7 — ремонт изделий сложной формы и нанесение упрочняющих покрытий (рис. 3, 4, таблица 2). Первая машина этой серии была разработана компанией «Лазеры и аппаратура» и внедрена на ПАО «ОДК-Сатурн» в Рыбинске еще в 2021 году. Сейчас серия МЛ7 включает в себя две модели, которые обеспечивают обработку изделий сложной формы с большой точностью в диапазоне габаритов до 800 мм высотой.

Ключевые особенности комплексов серии МЛ7:

• Функция восстановления 3D-геометрии.

• Кинематическая система на линейных двигателях обеспечивает точные и динамичные перемещения.

• Автоматизация расчета стратегии наплавки с возможностью корректировки процесса оператором.

• 4-канальный распределитель порошка.

• Питатель порошка и рабочая головка разработки и производства «Лазеры и аппаратура».

Программный комплекс

Отдельно стоит упомянуть программный комплекс, который осуществляет и подготовку проектов на печать SLM, и управление работой всего оборудования (рис. 5–7). Комплекс является разработкой компании «Лазеры и аппаратура» без заимствования ­каких-либо сторонних модулей, в его основе — ядро собственной разработки, которое развивалось и испытывалось в течение нескольких лет. Одно из требований, которое предъявляется к его работе, — стабильность в многодневном режиме без пауз и технологических перерывов, ведь именно в таком режиме печатаются все изделия. Во время такой долговременной печати возникает множество самых разных эффектов, в том числе накопительных, и, несмотря на все это, система должна продолжать работать, и пользователь в идеале про них даже не будет знать. Чтобы не знал пользователь — должен знать производитель оборудования, чтобы понимать, как с этим работать. Система управления и программное обеспечение здесь занимает особенное место. Мы неоднократно производили печать продолжительностью в несколько недель и с уверенностью можем сказать, что система работает стабильно.

Рис. 5. Использование программного обеспечения LABuilder позволяет инженеру-технологу формировать техническое задание для лазерного

технологического оборудования. Реализована возможность создавать поддержки различных типов

Рис. 6. Комплекс программ обеспечивает поддержку изготовления полиметаллических изделий

Программный комплекс, включая программы LASlicer+Builder и ML69, обеспечивает следующий функционал:

• Подготовка к процессу изготовления одновременно нескольких  деталей.

• Работа с уже готовыми поддерживающими структурами или создание новых при помощи генератора с широким набором параметров.

• Размещение множества деталей на платформе построения, которые возможно поворачивать, перемещать, масштабировать.

• Создание карты слоев для обеспечения указанной толщины слоя (нарезки).

• Создание сложного набора дублирующих контуров.

Особенности программного модуля ML69:

• Управление и контроль лазерно-­оптической, кинематической, газовой системами, системой контроля среды и другими системами оборудования с визуализацией статусов и текущих параметров;

• Управление системой подачи порошка.

• Контроль рабочих параметров комплекса, отображение результатов.

• Выполнение программы изготовления деталей в автоматическом режиме, а также управления комплексом в ручном режиме.

• Визуализация процесса изготовления изделия, ПО контролирует и отображает заданные режимы сплавления изделий в реальном времени.

• Управление системой удаления порошка в многопорошковых исполнениях установки.

• Видеоконтроль за подачей и разравниванием порошкового слоя с возможностью автоматической повторной подачи и (или) автоматическим разравниванием слоя.

Рис. 7. Процесс печати МЛ63 с построением карты температурного поля, непрерывная печать в течение 19 дней

Исследование характеристик и свой­ств

Особняком стоит вопрос о режимах обработки и получаемых в результате свой­ствах изделий. Сложность в том, что недостаточно получить хорошие результаты «на кубиках», ведь когда мы начнем растить изделие, влияние окажут и другие параметры: тип поддержек и их количество (влияют на качество поверхности теплоотовод, наличие или отсутствие геометрических отклонений и т. п.), стратегия заполнения (тип штриховки, контур и отступы), конфигурация детали в каждом слое и так далее. Поэтому когда некоторые производители говорят про «библиотеку режимов», воспринимать это нужно очень аккуратно. Правильно было бы говорить про рекомендации, от которых пользователь может отталкиваться. 

Но и для того, чтобы найти эти основы, необходимо провести большой объем и практической, и теоретической работы, для чего мы оснастили на своей площадке технологическую лабораторию, где на нашем оборудовании ведутся работы по отработке базовых режимов. Также в компании «Лазеры и аппаратура» есть собственная лаборатория металлографии, где мы можем оперативно оценить внутреннюю структуру выращенных образцов (рис. 8).

Рис. 8. Исследование в лаборатории металлографии: изготовление шлифов для определения пористости материала

Исследование равномерности получения характеристик на разных участках платформы (Пористость, %) представлено в таблице 3. 

Исследование однородности характеристик при выращивании на многоканальной системе (4 лазерных источника) представлено в таблице 4.

Таким образом, компания «Лазеры и аппаратура» активно инвестирует в исследования и разработки, внедряет инновационные методы проектирования и производства аддитивного оборудования на базе отечественной комплектации, в том числе собственного производства, развивает цифровизацию и автоматизацию процессов.

Совместная работа с ведущими отечественными промышленными предприятиями-заказчиками играет ключевую роль в развитии инновационных разработок в области аддитивных технологий и совместном выводе их на новый уровень эффективности и качества. Такое сотрудничество является необходимым условием успешного развития науки и техники.

ООО «НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ»

Москва, Зеленоград, проезд 4922, д. 4

+7 499 390 9086,

laser-app.ru, sale@laser-app.ru

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 2-2025