Евгений Бронщиков,

генеральный директор АО «Гидроабразив»

3D-печать металлом часто воспринимают как технологию, которая сразу выдаёт готовую деталь. На экране — сложная модель, в установке — лазер, порошок, послойное построение изделия, которое невозможно было бы изготовить традиционными способами. Однако многие ошибочно думают, что процесс заканчивается при выходе детали из принтера. На самом деле печать — всего лишь первый этап.

При всех преимуществах аддитивной печати у этой технологии есть серьёзный недостаток — поверхность изделий получается существенно шероховатой: 

Ra12-Ra20; чтобы снизить её до нужных значений 

Ra3,2 и ниже при сохранении геометрических размеров, необходимо затратить усилий в разы больше, чем сама печать.

После аддитивного производства деталь почти всегда требует постобработки, особенно если речь идёт не о демонстрационном образце, а о рабочем изделии: детали газотурбинного двигателя, элементе авиационной техники, медицинском компоненте, инструментальной оснастке, теплообменнике, форсунке или детали со сложными внутренними каналами.

Постобработка аддитивных деталей системно решает задачи получения качественного изделия: финишная обработка поверхности, очистка внутренних полостей, снижение шероховатости, удаление остатков порошка, обработка труднодоступных каналов и доводка изделий сложной формы до нужной шероховатости.

И если наружную поверхность изделия можно обработать механическим инструментом, то с внутренней поверхностью возникают большие сложности.

Структура внутренней поверхности аддитивного изделия:

•  пересекающиеся каналы;

•  сквозные отверстия сложной формы;

•  охлаждающие полости;

•  лабиринтные каналы;

•  тонкие внутренние проходы;

•  полости с остатками металлического порошка;

•  участки с повышенной шероховатостью;

•  микрозаусенцы и дефекты поверхности;

•  зоны концентрации напряжений.

Обычный инструмент не сможет проникнуть и обработать внутренние полости. Нельзя взять шлифовальный круг и обработать внутренний канал сложной формы. Нельзя качественно отполировать скрытую полость. Нельзя гарантированно удалить остатки порошка из канала сложной геометрии продувкой либо промывкой.

Поэтому для таких задач применяются специальные технологии постобработки: абразивно-­экструзионное хонингование, гидроабразивная прокачка, гидроабразивная обработка, электрохимия, ультразвук и другие методы финишной доводки.

Одна из ключевых технологий постобработки аддитивных изделий — абразивно-­экструзионная обработка, или Abrasive Flow Machining (AFM).

Процесс абразивно-­экструзионной обработки заключается в экструзии через обрабатываемую поверхность вязкоупругой пасты, наполненной абразивными зёрнами. Поток упругой абразивной среды под давлением принимает форму прокачиваемого канала либо плотно облегает обтекаемое изделие, обеспечивая плотный контакт между обрабатываемой поверхностью и абразивными частицами, возникает процесс шлифования, хонингования.

Абразивно-­экструзионное хонингование (АЭХ) аддитивных изделий решает сразу несколько задач:

1. Удаление остатков порошка и различных загрязнений, что особенно важно для внутренних каналов, где частицы порошка могут остаться и повлиять на работу изделия.

2. Снижение шероховатости. Поверхность после аддитивного производства часто имеет выраженный грубый микрорельеф. Для внешних поверхностей это вопрос внешнего вида и подготовки под покрытие, а для внутренних каналов — вопрос гидравлического сопротивления, ресурса и стабильности работы детали.

3. Ликвидация заусенцев, рисок, удаление дефектного поверхностного слоя. В местах повышенной нагрузки такие дефекты могут становиться центрами будущего растрескивания.

4. Формирование фасок нужного радиуса, плавных переходов переходных диаметров, скругление кромок отверстий.

Требования к снижению шероховатости аддитивных изделий по большей части укладываются в диапазон от Ra 12 до Ra 3,2, для проточной части турбин — Ra 0,32, форсунок — Ra 0,1.

Отсутствие теоретических основ процесса, разнообразие обрабатываемых изделий из различных материалов и конфигураций не даёт возможности вывести математическую модель и произвести расчёты получаемых результатов. Однако благодаря целенаправленной работе, на основании многочисленных исследований в АО «Гидроабразив» разработана методология обработки с большей степенью вероятности получения необходимого результата (рис. 1–3). Определены зависимости необходимой вязкости абразивной среды от площади обрабатываемого канала, величины съёма основного материала, шероховатости материала, фракции, формы, концентрации абразива, давления гидравлики, количества циклов. Добиться существенного снижения шероховатости, вплоть до Ra 0,02, возможно за несколько этапов обработки, меняя пасту, регулируя давление и количество циклов.

Рис. 1. Установка абразивно-­экструзионного хонингования АЭХ/4

Инструментом в установках АЭХ является абразивная паста (рис. 2), она имеет различную вязкость и упругость, наполнена абразивами из разных материалов и разной фракции в зависимости от требуемой задачи. Основа пасты состоит из вязкоупругого полимера, при этом вязкоупругий полимер выступает в качестве несущей среды, а абразивные частицы — в качестве режущего инструмента, который удаляет материал с заготовки.

Рис. 2. Экструзионная обработка сегмента авиадвигателя

Паста обладает необычными свой­ствами: упругость, абразивная способность, отсутствие адгезии к обрабатываемой поверхности, что позволяет её легко удалять из изделия. Вязкость пасты подбирается в зависимости от проходного сечения канала. Стойкость пасты составляет 100–200 час. рабочего времени, один цикл обработки — 5–10 мин. Установки АЭХ имеют замкнутый цикл кругооборота пасты (рис. 3). Одновременно могут обрабатываться несколько деталей, суммарная площадь каналов которых меньше либо равна площади выходного коллектора пасты. При непрерывной работе абразивная паста нагревается из-за процесса трения и может снижаться вязкость и соответственно производительность процесса, поэтому установки оснащены системами охлаждения пасты.

Рис. 3. Процесс подачи пасты через изделие

Особо важную роль для достижения заданного качества поверхности играет оснастка, назначение которой — направить пасту в нужный канал, обеспечить необходимую скорость потока.

Аддитивные технологии дают инженерам свободу формы. Но сама по себе 3D-печать металлом не даёт готовую промышленную деталь — 3D-принтер создаёт геометрию, а постобработка делает деталь рабочей. Без этого этапа деталь не соответствует эксплуатационным требованиям.

Рис. 4. Качество поверхности детали — ­волновода СВЧ после АЭХ

Данная технология реализована в оборудовании абразивно-­экструзионного хонингования АО «Гидроабразив» с однонаправленным и реверсивным движением абразивной пасты (рис. 5–7). Она помогает решать одну из самых сложных задач современной промышленной 3D-печати — финишную доводку поверхностей и внутренних каналов изделий сложной формы до желаемого результата, качества поверхности, точности и функциональности металлических изделий, изготовленных аддитивным способом. 

Рис. 5. Фрезерованная алюминиевая деталь, шероховатость каналов Ra 10 до и Ra 0,6 после обработки АЭХ

Рис. 6. 3D-печать, шероховатость импеллера Ra 1,6  после обработки АЭХ

Рис. 7. Сегмент авиадвигателя.  3D-печать, Ra 0,8 после обработки АЭХ

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 3-2026