Ученые ТПУ разрабатывают установку производства экономичных металлических порошков для 3D-печати
Как рассказывают ученые, сегодня в мире активное развитие аддитивных технологий и применение их в промышленности сдерживается рядом факторов. К примеру, дороговизна материалов не проблема в производстве мелких деталей, но при выходе изделия на более крупные масштабы высокая цена — непреодолимое препятствие. Только развитые в промышленном отношении страны на сегодняшний день производят наноматериалы в коммерческом объеме.
«В России существует острая потребность в металлических порошках отечественных сплавов, но серийного производства таких материалов сегодня в стране нет. Предприятиям приходится закупать и использовать порошки, поставляемые фирмами-производителями установок из-за рубежа, — отмечает руководитель проекта, старший преподаватель отделения промышленных технологий Юргинского технологического института ТПУ Максим Кузнецов. —
Потребность парка установок для аддитивного производства порошковых материалов составляет примерно 20 тонн в год. Поэтому предприятия страны нуждаются в низкой себестоимости получаемых порошков — она позволит значительно повысить эффективность 3D-печати промышленных изделий».
Принцип работы установки, разрабатываемой учеными Томского политеха, основан на исследовании воздействия на материал вихревых плазменных потоков гетерогенной плазмы и синхронизированного высокочастотного воздействия на электрод. Устройство будет оборудовано высокочастотным магнетроном для создания условий формирования потока частиц.
«Наше устройство будет обладать рядом принципиальных преимуществ по сравнению с другими методами синтеза наноразмерных порошков. К примеру, оно будет способно генерировать нержавеющие, инструментальные, жароупорные, титановые и алюминиевые сплавы, медицинские кобальт-хром и титан, а также оксид титана», — объясняют участники проекта.
По их словам, установка сможет производить частицы сферической формы с очень высоким содержанием дислокаций (дефектов кристаллической или металлической решетки), а также с запасенной внутренней энергией. Это существенно повысит химический потенциал и создаст условия для высокой физико-химической активности частиц.
«Установка предполагает тонкое и гибкое управление параметрами технологического процесса и, соответственно, свойствами получаемых нанопорошков. Она позволит получать широкую гамму нанопорошков различных металлов и сплавов, которые могут быть изготовлены в виде проволоки или фольги. В некоторых случаях возможно использование метода со струями расплавленного металла», — подчеркивают специалисты.
Кроме того, по технологии политехников энергия вводится в металл импульсно и объемно, ее расход на нагрев окружающей среды небольшой. Благодаря этой особенности энергозатраты метода значительно ниже по сравнению с альтернативными способами.
Под руководством Максима Кузнецова над реализацией проекта работают сотрудники Юргинского технологического института ТПУ — кандидаты технических наук Сергей Солодский, Егор Ибрагимов, ассистент Максим Крампит, специалист по учебно-методической работе Елена Майорова. Политехники также сотрудничают с представителями Сибирского государственного индустриального университета (Новокузнецк). На данный момент ученые работают над математическим моделированием процессов устройства. Проект будет реализовываться в течение трех лет — в 2018-2020 годах.