Association of Representatives
for the Industry of
the Additive Technologies
Ассоциация представителей отрасли
аддитивных технологий

Томский политех на передовой аддитивных технологий

В мае 2015 года состоялось открытие Научно-образовательного центра «Современные производственные технологии» при Институте физики высоких технологий (ИФВТ) Томского политехнического университета (ТПУ). Ключевым направлением деятельности центра является развитие современных технологий аддитивного производства.

Для проведения экспериментов используются наработки других отделов университета, а для подготовки специалистов разрабатывается совместная образовательная программа с Санкт-Петербургским политехническим университетом и Массачусетским технологическим институтом.

Основной целью деятельности проекта считается создание закрытого цикла аддитивного производства с использованием отечественного оборудования и расходных материалов.

«Мы выделили и реализуем в нашем центре наиболее перспективные аддитивные технологии», – поясняет директор центра Василий Федоров. «Это электронно-лучевое спекание, селективное лазерное сплавление и 3D-печать армированными композиционными материалами. Занимаемся мы и неразрушающим контролем полученных образцов на уникальном оборудовании с трехмерной визуализацией и автоматической обработкой результатов в реальном времени, разработанными в ТПУ. Совместно с Санкт-Петербургским политехом и Массачусетским технологическим институтом готовится распределенная магистерская программа в области аддитивных технологий. Сейчас в центре проводятся опытные работы по заказу РКК «Энергия». Говорить о результатах пока рано, заказчик предъявляет жесткие требования, в соответствии с которыми готовятся опытные образцы».

3.jpg

Основное число специалистов – а их в центре задействовано 18 человек – составляют молодые ученые. Их усилиями ведутся работы по исследованию сразу нескольких методов 3D-печати.

В частности, испытывается установка на основе технологии электронно-лучевой плавки с излучателем мощностью в 4кВт. Практически все компоненты принтера были изготовлены на месте, если не считать вакуумный насос. Подобные установки уже находят применение в мире и ценятся за способность производить высокоточные готовые изделия, почти не уступающие по прочностным характеристикам литым аналогам. При этом геометрическая сложность готовых изделий практически не ограничивается, что является неоспоримым преимуществом над традиционными субтрактивными методами производства, а толщина слоя наносимого материала в нашем примере исчисляется всего 100 микронами. В качестве материалов для подобных принтеров могут использоваться порошки всевозможных металлов и сплавов, включая сталь, никелевые сплавы и титан. В результате электронно-лучевые принтеры находят применение в таких областях, как авиастроение и медицинское протезирование.

Есть и другие интересные направления. Молодые исследователи следуют по стопам американской компании Made in Space, недавно завершившей первый этап испытаний компактного 3D-принтера на борту Международной космической станции. В центре готовится аналогичный проект, но с использованием более продвинутых расходных материалов.

2_Юрий Донцов.jpg

«Нами создана система экструдирования пластика, при этом в него добавляется армирующая нить. Сейчас у нас идет кевларовая. Она входит в композицию, и получается пластмассовая пластина, армированная кевларом. Тем самым прочность увеличивается во много раз. Можно сказать, мы получаем бронированный пластик. Делаем и более дешевый, но тоже очень прочный вариант со стеклонитью. Можно добавить и другие варианты под другие задачи, у каждого будут новые уникальные свойства», – рассказывает инженер Юрий Донцов.

В случае успешных испытаний на Земле и на орбите аппарат произведет ряд образцов для сравнительного анализа, что поможет исследовать влияние невесомости на характеристики готового печатного продукта и оценить перспективы орбитального аддитивного производства.

Но мало иметь одни лишь принтеры, ведь для них требуются и специализированные материалы. Устройства на основе технологии электронно-лучевой плавки требуют использования мелкодисперсных металлических порошков, практически не производящихся в России. Это, в свою очередь, ставит исследователей и промышленников в зависимость от иностранных компаний. Институт физики высоких технологий занимается и этой проблемой, отрабатывая собственные методы производства порошков, пригодных в том числе и для промышленной 3D-печати.

«Это другая сторона деятельности нашей лаборатории – использование процесса электрического взрыва проводников, разрядной эрозии металлических материалов для получения нанодисперсных частиц размерами около 100 нм», – поясняет научный сотрудник Владимир Ан. «Идея создания установки родилась почти случайно. Если взять сам процесс, электрический взрыв проводников, то его история насчитывает несколько веков. Еще на стыке XVIII–XIX вв. Майкл Фарадей впервые обнаружил, что при приложении к проводнику напряжения происходит его взрывное разрушение. Электрический взрыв – фактически мгновенное введение в проводник очень большой энергии высокой плотности. В результате получаются частицы, которые сохраняют в себе эту высокую энергию в метастабильном состоянии и при этом имеют высокую химическую активность. Процессы в них по отношению к обычным материалам ускорены в несколько раз. Наша установка позволяет получать такие материалы быстро и в больших количествах».

В настоящее время производительность опытной установки «УДП-150» достигает 50гр в час для алюминиевой, 80гр для вольфрамовой и 100гр для медной проволоки. Получаемые порошки находят широкое применение: с их помощью уменьшается трение и, соответственно, износ механизмов, а также используется эффект металлоплакирования – залечивания деформаций и трещин, возникающих при трении, пластичным материалом. Указывается, что в некоторых случаях удается добиться снижения износа техники на 98%.

На основе полученных нанопорошков был разработан препарат «Гарант-М», испытанный на автомобильной технике производства ВАЗ, КамАЗ, ЛиАЗ, БелАЗ (включая карьерные самосвалы до 180 тонн) и других производителей. В ходе испытаний были выявлены такие положительные моменты, как увеличение ресурса двигателя в полтора-два раза, уменьшение шумности работы и облегчение запуска двигателей.

4_Сергей Журавлев.jpg

«Применений у наших нанопорошков может быть множество», – поясняет старший научный сотрудник Сергей Журавлев. «Нами уже найдено порядка десяти-пятнадцати. Порошки могут выступать как носители новых свойств, с одной стороны, или в качестве катализаторов процессов – с другой. Уже опробовано применение оксидно-гидроксидных фаз алюминия в качестве сорбентов для очистки воды от ионов тяжелых металлов, от микробиологических загрязнений – бактерий и вирусов».

В научно-педагогический состав ИФВТ входят 230 научных сотрудников, включая 60 докторов и 130 кандидатов наук. В течение последних пяти лет научно-исследовательские центры института получили современное лабораторное и технологическое оборудование на сумму порядка 1млрд рублей. Многие из приборов и исследовательских установок, включая перспективные устройства для аддитивного производства, изготовляются в стенах самого института.

Читайте также

Уфимские хирурги применили 3D-печать в подготовке к сложной онкологической операции

Врачи клиники Башкирского государственного медицинского университета провели операцию по удалению рака почек с предоперационным планированием по изготовленному на 3D-принтере анатомическому макету.

Читать далее
ВИАМ и ОДК подписали соглашение о сотрудничестве в области аддитивных технологий

21 августа 2018 года, в день открытия Международного военно-технического форума «Армия-2018», состоялось подписание соглашения о сотрудничестве между Всероссийским научно-исследовательским институтом авиационных материалов и АО «Объединенная двигателестроительная корпорация».

Читать далее
ВИАМ демонстрирует наработки в области аддитивных технологий на форуме «Армия-2018»

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) демонстрирует материалы для промышленных 3D-принтеров и образцы 3D-печатных авиационных изделий на Международном военно-техническом форуме «Армия-2018».

Читать далее
Росатом надеется на государственную поддержку производства промышленных 3D-принтеров

Росатом готов наладить производство промышленных 3D-принтеров для печати металлопорошковыми композициями, но для начала нужны деньги, желательно из государственного бюджета.

Читать далее