Группа учёных НИТУ «МИСиС» разработала высокоэффективный и экономичный способ получения сырья для аддитивной печати – композитных порошков титана/алюминия округлой формы. Новый метод позволит снизить себестоимость материала, что сделает его более доступным для производителя, и расширит возможности создания компактных изделий сложной формы для аэрокосмической промышленности.

Результаты исследования опубликованы в журнале Metallurgical and Materials Transactions B (2019).

Использование 3D-печати в аэрокосмической отрасли – уже сложившийся тренд. Мировые промышленные гиганты, такие как Airbus, Boeing, General Electric, перешли от печати единичных прототипов и изделий к полноценному серийному аддитивному производству. Новый самолет Airbus A350 XWB содержит более 1000 различных деталей, изготовленных методом 3D-печати.

Все чаще для изготовления узлов самолетов и космических аппаратов используют интерметаллиды (соединение двух металлов) «титан-алюминий» и «титан-никель». 3D-изделия из них обладают низкой плотностью, повышенными прочностными характеристиками, высокой жаростойкостью и могут иметь сложную геометрическую форму. Композиционные порошки, полученные относительно простым и дешевым способом, – ключевая деталь экономичности «металлического» 3D-производства.

«Для серийного 3D-производства деталей ракет и самолётов необходимы качественные исходные порошки – прекурсоры, а также простой метод их получения с высокой производительностью и одновременно низкой стоимостью. Полноценное внедрение металлических аддитивных установок в отечественную промышленность сдерживается главным образом высокой стоимостью сырья, из-за нее производство пока нерентабельно. И разработка экономичного способа получения качественных металлических порошков является нашей основной задачей» – рассказывает один из соавторов разработки, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС», к.т.н Андрей Непапушев.

Упростить производство порошков для 3D-печати получилось за счет использования уникального сочетания режимов планетарной мельницы, где в процессе интенсивной механической обработки получились композиционные порошки, состоящие из округлых частиц, включающих в себя и титан, и алюминий. Этот «полуфабрикат» можно напрямую загрузить в лазерный 3D-принтер, где прямо в процессе печати при температуре около 650 градусов металлы вступают в реакцию, образуя тугоплавкий интерметаллид.

Как отмечают ученые, ранее никто не использовал планетарную мельницу с этой целью и лабораторный опыт можно перенести в производство – у отечественных производителей есть промышленные аналоги планетарных мельниц.

В случае использования для печати деталей готового интерметаллида, приходится сначала его отлить, а это особая технология и серьезные энергозатраты. Затем горячий расплав необходимо «распылить» струей газа, воды или плазмой для получения порошка, что значительно усложняет и увеличивает стоимость производства.

«В качестве исходного материала в наших опытах использовались порошки титана, алюминия и никеля, которые подвергались интенсивной механической обработке в планетарной мельнице. Предложенный метод значительно упростил и снизил стоимость получения прекурсоров, а также сократил потребление энергии в ходе 3D-печати на 20%. Соответственно в ходе печати не нужно использовать большие мощности лазера для плавления», – добавляет Андрей Непапушев.

В настоящее время научная группа завершила оптимизацию составов порошков-прекурсоров и приступила к созданию первых прототипов из полученных порошков.

Пресс-служба НИТУ «МИСиС»