Ученые напечатали на 3D-принтере уникальные детали из высокопрочной стали

Российские специалисты первыми в мире научились управлять механическими свойствами напечатанных на 3D-принтере изделий из высокопрочной стали. Они установили, как изменение параметров печати влияет на прочность слоев металла. Созданные по новой технологии элементы могут найти применение при строительстве магистральных трубопроводов, сборке сложных башенных кранов, в авиа- и судостроении. Работа выполнена сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ).

В России существует отечественный аналог технологии 3D-печати методом дуговой наплавки, разработанный в СПбПУ. Во время этого процесса используется металлическая проволока сплошного сечения. С помощью электрической дуги она плавится, и слой за слоем формирует необходимое изделие. Наплавочный механизм при этом размещается на промышленном роботе и перемещается по заданной программе. Технология существует менее десяти лет, но уже зарекомендовала себя в среде промышленников: стоимость готовых изделий сокращается по сравнению с традиционными методами изготовления нужных деталей, а скорость производства растет. Однако ранее специалисты изменяли технологические параметры печати, не объясняя связи между параметрами печати и характеристиками готового изделия.

Исследователи из лаборатории легких материалов и конструкций СПбПУ научились делать некоторые элементы изделия прочнее, а другие пластичнее прямо во время 3D-печати. Новизна метода заключается в четком описании влияния параметров печати на механические характеристики готового продукта.

"В научной статье мы описали, как изменение параметров печати влияет на прочность слоев металла при 3D-печати. Прочность слоев же зависит от микроструктуры, которая, в свою очередь, определяется скоростями охлаждения металла. Так, управляя скоростью печати, чередуя направления движения и осуществляя намеренные остановки, мы можем создавать участки металла в конструкции с различной прочностью и пластичностью. В общем виде закономерность можно охарактеризовать так: чем быстрее перемещаем робота, тем выше скорость охлаждения и выше прочность", - пояснил заведующий лабораторией легких материалов и конструкций Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ, кандидат технических наук Олег Панченко.

Работу с 3D-печатью из стали в нашей стране ведут три научные группы: в Перми специализируются на выращивании с помощью плазмы, в Москве занимаются алюминиевыми материалами. Специалисты петербургского Политеха работают с широким диапазоном материалов и электрической дугой.

По словам экспертов, технологии отечественных научных групп сравнимы по характеристикам с зарубежными, а в некоторых областях превосходят их. Так, ученые Политеха первыми разработали процесс печати алюминиевых изделий со сверхпластическими свойствами. Работой интересуются промышленные гиганты, в вузовских лабораториях печатают детали по заказу индустриальных партнеров.

Интерес к покупке самой технологии 3D-печати проявляют представители промышленности. Сейчас специалисты создают 3D-принтер по заказу крупной госкорпорации.

По словам авторов, механические характеристики стали позволят сократить толщину сложных деталей и облегчить этим всю конструкцию. Напечатанные таким образом элементы могут найти применение при строительстве, производстве деталей машиностроения, изготовлении железнодорожных вагонов, в авиа- и судостроительной промышленности.

Статья опубликована в одном из международных научных журналов.