Чтение онлайн

Мы в ВИАМе сейчас заняты разработкой технологий изготовления порошков и металлопорошковых композиций, которые позволят нам в том числе избавиться от этой зависимости. И мы уже наладили производство определенных их видов. Я все время говорю о металлопорошковых композициях, потому что в аддитивных технологиях применяются смеси порошков различного размера. Когда мы делаем математическую модель детали, мы рассчитываем, какое соотношение должно быть в композиции фракций разного размера, чтобы обеспечить максимальную плотность упаковки.

— То есть у вас есть установки для этого?

— Так сложилось, что в рамках тех задач, которые были поставлены перед нами указанием президента о создании малотоннажных производств материалов, необходимых для обеспечения выпуска определенных изделий, в ВИАМ нужно было организовать производство припоев. А припои для высокотемпературной вакуумной пайки в основном производятся в виде порошков. Из порошков мы также делаем конструкционную керамику. Требования к этим порошкам очень напоминают требования, предъявляемые к металлопорошковым композициям, используемым при аддитивных технологиях, в том числе по сочетанию фракций разного размера.

Так вот, под нашу технологию получения разных порошков мы спроектировали и изготовили за рубежом, в Англии, на фирме PSI, соответствующую установку — атомайзер. Эта установка позволяет в очень узком интервале размеров получать нужные нам порошки.

Установка для изготовления металлопорошковых композиций (атомайзера) в ВИАМе

Сейчас признано, что эти машины двойного назначения. Из-за этого возникли проблемы дальнейшего сотрудничества с фирмой. Поэтому мы начали прорабатывать возможность их самостоятельно проектировать и изготавливать. Машина состоит из двух частей: плавильной и распылительной. Плавильная часть для нас не представляет проблем, так же как большая часть распылительной. Главная проблема — форсунка распылительного устройства, но нам придется сейчас разработать высокотемпературный материал и технологию изготовления этих форсунок, потому что есть потребность в таких установках и порошках.

Наш опыт, полученный на припоях и керамике, позволил нам сразу приступить к разработке технологии изготовления порошков для аддитивных технологий, причем на тех же установках. Но вначале нужно было создать сами сплавы, из которых получают порошки. На этом этапе, в частности, мы добиваемся, чтобы сплав, используемый для изготовления порошков, не «трещал» при литье и последующем лазерном спекании. Потом из этого сплава нужно сделать металлопорошковую композицию, то есть получить порошки разных размеров и смешать фракции в необходимом соотношении. Мы начали выпускать порошки и уже внедряем их в промышленность в Перми на ОАО «Авиадвигатель» для аддитивного процесса восстановления гребешков бандажных полок лопаток по методу direct deposition. При ремонте подложкой для наносимого материала является поврежденное место детали, контуры которого заранее неизвестны, поэтому вначале восстанавливаемое место лопатки оцифровывается сканером, входящим в состав установки, затем создается его модель, а потом уже на ней дорисовываются части, которые нужно восстановить.

Недавно я подписал спецификацию, разрешающую использовать детали, восстановленные этим методом, в эксплуатации.

— На порошке ведь проблемы не заканчиваются?

— Когда получена металлопорошковая композиция, возникает проблема отработки режимов ее использования и окончательного уточнения ее состава. Например, с одной стороны, чем меньше величина d50, фракций, входящих в композицию, тем более рельефно могут быть проработаны мелкие элементы детали и тем более гладкую поверхность можно получить у построенной детали. С другой стороны, в этом случае процесс плавления может идти очень бурно, происходит разбрызгивание расплава, что может привести к обратному результату — повышенной шероховатости детали, микропористости. Таким образом, задача технолога состоит в определении оптимальной взаимосвязи таких параметров, как мощность лазера, фракционный и химический состав порошка, шаг сканирования, скорость сканирования лазерным лучом, температура плавления материала. Чем выше скорость сканирования, тем выше производительность машины и тем меньше шероховатость поверхности. Однако и тем выше вероятность образования пористости. Особое значение имеет согласование шага сканирования, свойств материала и других параметров для минимизации пористости и оксидных включений во внутренней структуре строящейся детали. Таким образом, скорость, мощность и шаг — главные параметры технологического процесса.

— Но ведь технологии и порошки, как вы сами говорите, зависят от применяемых АМ-машин. Как у нас с ними обстоят дела?

— Создать машину для аддитивных технологий — это, я считаю, вершина инженерной научной мысли, в этой машине необходимо соединить программиста, металлурга, электронщика. Между собой машины, в частности, могут отличаться источниками энергии, но пока лазерный луч — основной источник энергии, хотя используются и электронный луч, и плазма. Но разработка и изготовление оборудования для аддитивных технологий, основанных на применении металлических порошков, в России находится только в начальной стадии. У нас этим, в частности, занимаются в ОАО «Станкопром». И первую такую установку вместе с университетом «Станкин» они уже сделали.

Сейчас мы начинаем работать с Санкт-Петербургским политехническим университетом, который возглавляет член-корреспондент. РАН Андрей Иванович Рудской. Там при нашем участии тоже разрабатывают оборудование для аддитивных технологий, а также программное обеспечение по управлению АМ-машин. И это только начало.

Но чтобы двигаться дальше, необходимо в том числе разработать систему сертификации и стандартизации аддитивных изделий, технологических процессов, порошков и композиций, чтобы все понимали всё однозначно и можно было требовать от разработчиков соблюдения стандартных требований.

— Конек ВИАМа — лопатки с монокристаллической структурой. Можно ли перейти при их изготовлении на аддитивные технологии ?

— Любую деталь можно сделать, но надо понимать, какова должна быть степень отработки технологии и документации, прежде чем такую лопатку можно будет передать в производство. Ведь разработка любого изделия должна завершаться предоставлением полного комплекта нормативных документов, которые показывают, какая конструкция у изделия, из какого материала оно должно быть сделано, как его сделать и на каком оборудовании.

И конечно, важнейшая проблема — подготовка и переподготовка кадров. Например, компания 3D Systems создала свой собственный университет, для того чтобы готовить специалистов в области материалов, математики и технологии аддитивного производства. И мы тоже начали этот путь. Пока мы создали при ВИАМе магистратуру по материаловедению. Ребята учатся и осваивают профессию непосредственно на рабочем месте.

— Если коротко подвести итоги нашей беседы, как бы вы сформулировали свои основные предложения по организации работ по развитию аддитивных технологий?

— Во-первых, это концентрация и координация усилий в этом направлении. Не случайно американцы, как я говорил, уже создали именно с этими целями National Additive Manufacturing Innovation Institute. Во-вторых, комплексный подход к этой проблеме. Понимание того, что результат рождается в единстве всех составляющих аддитивных технологий: материал, конструкция, математические модели, технологии, оборудование. В-третьих, это развитие и поддержка инжиниринговых центров в области аддитивных технологий. И не так, как у нас бывает, — всем сестрам по серьгам. А тех, которые реально имеют кадры, имеют инфраструктуру, способны обеспечить создание системы национальных стандартов для аддитивного производства, классификацию материалов, стандартизацию конструкций, технологий и оборудования, а также масштабное применение технологий с соответствующим конкретным результатом. В-четвертых, это подготовка и переподготовка кадров. Наконец, в-пятых, это разработка нормативной документации, чтобы каждый знал, что понимается под аддитивными технологиями, какие требования предъявляются к материалу, к металлопорошковой композиции, в каких условиях получается порошок, каким методом, какие требования к моделям, технологиям, оборудованию и самим деталям.