Аддитивное производство металлических деталей становится все более востребовано, и неудивительно: по сравнению с традиционными промышленными технологиями, такими как литье, порошковая металлургия и механическая обработка, «аддитивка» позволяет создавать детали сложной формы, снижать вес детали за счет оптимизации конструкции, увеличивать прочность, а также быстро «выращивать» мелкосерийные детали сложной формы.

Одно из самых востребованных направлений аддитивных технологий – 3D-печать композитов для аэрокосмоса. В основном для производства деталей летательных аппаратов используется титан. Он прочный, коррозионностойкий, устойчивый к нагрузкам… НО: титан очень плотный, следовательно, тяжелый, поэтому как бы хорош он ни был, требуется искать альтернативу. Ученые НИТУ «МИСиС» нашли ее – и это алюминий. Но как же, он ведь гораздо менее прочный? О том, почему это больше не проблема, и при чем тут 3D-технологии – в нашей статье.

Ученые НИТУ «МИСиС» под руководством профессора, д.т.н., Александра Громова разработали метод 3D-печати алюмоматричных (на основе алюминия) композитных материалов с упрочняющими керамическими наполнителями (оксид и нитрид алюминия). Используя метод селективного лазерного плавления (SLM), исследователи получили композиты, на 20% более прочные по сравнению с образцами из чистого алюминия.

SLM – это технология 3D-печати, при которой металлический порошок плавится лазерным лучом. Для начала создается 3D-модель изделия. Затем она делится на 2D-слои, которые печатаются последовательно один на другой. На особую платформу наносится тонкий слой порошка, затем лазер сплавляет 2D-модель по контурам, платформа опускается, поступает новый слой порошка, и цикл продолжается.

Исходное сырьё, использованное учеными

«Для 3D-печати алюминиевых деталей в качестве исходного сырья преимущественно используются так называемые силумины (сплавы алюминия с кремнием, в частности, соединение Al-Si-10Mg), – рассказывает руководитель проекта Александр Громов. – Однако запросы авиакосмической промышленности растут, и во всем мире сейчас активно ведутся поиски новых составов алюмоматричных композитов (в том числе модифицированных, легированных) для получения деталей с улучшенными эксплуатационными характеристиками (прочностью, твердостью, стойкостью к образованию трещин) и низкой стоимостью по сравнению с содержащими редкоземельные элементы сплавами».

Ученым НИТУ «МИСиС» удалось повысить прочность алюминиевых порошков благодаря упрочнению керамическими добавками непосредственно в процессе 3D-печати (так называемое модифицирование in situ). Ранее считалось, что получение таких композитов на принтерах типа SLM невозможно, для этого нужны специальные, уникальные 3D-принтеры. Однако группе удалось создать опытные партии нового порошкового материала на обычном принтере SLM-280 HL.

Фото принтера SLM-280 HL

Предложенные методы получения 3D-изделий из алюминиевых композитов с улучшенными свойствами повышают гибкость их проектирования, сокращают сроки изготовления функциональных прототипов, снижают массу получаемых деталей на 10–20 %.

В настоящее время научный коллектив завершает серию лабораторных испытаний полученной партии материала. В ближайшем времени исследователи приступят к следующему этапу проекта – получению первых образцов деталей из полученного алюминиево-керамического порошка.

Исследование ведется в рамках гранта Российского научного фонда, результаты первого этапа опубликованы в журнале Materials.

Автор: Мария Перемитина