В Перми создана инновационная технология для производства металлических 3D-изделий, полностью свободных от дефектов.

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение». Исследование было проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Процесс проволочно-дуговой наплавки представляет собой технологию, при которой вертикально установленный лазерный источник подает одну или несколько проволок сбоку. Эти проволоки плавятся и поэтапно «выращивают» металлические изделия. Данная технология активно развивается по всему миру благодаря практически безотходному использованию материала и высокой скорости производства. Важно правильно настроить режимы наплавки на 3D-принтере для различных сплавов, иначе материал может потерять свои механические свойства, стать менее прочным, а форма и размеры конечных деталей могут оказаться нарушенными. Также существует высокий риск образования микропор на поверхности, что может привести к возникновению и распространению трещин.

Учёные Пермского Политеха разработали новую методику и исследовали, как мощность лазерного излучения и скорость перемещения печатающей головки 3D-принтера влияют на качество и форму получаемого металлического слоя. На основании полученных данных эксперты определили предварительные режимы наплавки для никель-хромовых жаропрочных сплавов (например, Inconel 718). Эти сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью и, благодаря сложному химическому составу, считаются труднообрабатываемыми. Они находят применение в оборудовании, работающем при высоких температурах или в химически агрессивных средах.

«Мы разработали уникальный метод лазерной проволочной наплавки, который позволяет создавать заготовки с минимальным припуском на последующую мехобработку. Новая технология аддитивного производства использует комбинированный лазерный источник тепла с контролем его распределения в области наплавки и переносом расплавленного металла в изделие. С помощью этого оборудования мы произвели наплавку девяти единичных образцов из никелевого сплава Inconel 718 и проанализировали влияние различных факторов на их ширину и высоту.

При увеличении скорости перемещения и снижении мощности лазерного излучения стабильность процесса ухудшается, что приводит к образованию дефектов. Мы также определили оптимальные параметры предварительного режима наплавки для аддитивного лазерно-проволочного производства заготовок из никелевых сплавов. Это поможет улучшить прочностные характеристики деталей», – комментирует Дмитрий Трушников, профессор кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» ПНИПУ, доктор технических наук.

Метод лазерной проволочной наплавки в 3D-печати, разработанный учеными Пермского Политеха, позволит производить качественные металлические изделия для двигателестроительной отрасли, сохраняя механические свойства материала, заданные размеры и геометрию деталей.