Молодой учёный, преподаватель кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ЮУрГУ Ильсия Сулейманова вместе с коллегами и студентами работает над созданием необычного 3D-принтера. Опытный образец уже действует в лаборатории.
Существующие сегодня 3D-принтеры способны изготовить деталь любой сложной формы из специального порошка. Слой за слоем накладываются и «спекаются» друг с другом. Ту же идею можно реализовать и с помощью сварочной проволоки, наплавляя один за другим металлические слои. Сварочная проволока обойдётся дешевле, да и появляется возможность изготавливать изделия из различных марок стали, сплавов или их сочетаний, например, алюминий с титаном, из высокоэнтропийных сплавов.
Технология называется «Послойное электродуговое выращивание», или WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). Широко в промышленности она пока не применяется, но в научно-исследовательских институтах Петербурга, Перми, Франции действуют опытные образцы.
Особенность конструкции принтера ЮУрГУ в его небольших габаритах. Корпус размером 50 на 50 сантиметров с прозрачными стенками, через которые видно, как движутся столик и горелка – устройство с «колокольным» абажуром, где подаётся сварочная проволока и защитный газ. Процессом выращивания управляет программа на основе пакета Cura – обычный софт для 3D-принтеров.
Раньше, если требовалось создать опытный образец детали, нужно было сначала обратиться к литейщикам, те создавали форму, заливали её горячим металлом, причём металла расходовали больше из-за усадки; потом приходил черёд штамповки или иной обработки давлением, а также механической обработки. Теперь ту же деталь может изготовить один специалист за гораздо меньший срок и сократить материальные потери.
Однако учёные видят и возможные подводные камни. Как поведут себя слои композитного материала, какие механические свойства придадут они детали? Это зависит от того, в каком порядке или с какой скоростью наплавлять слои, как расположатся их волокна. Учёные стараются исключить анизотропию свойств, чтобы зерна слоёв были ориентированы хаотично. И этот вариант предстоит изучить – и с помощью математического моделирования, и с помощью механических испытаний, напечатанных на новом принтере образцов. Нужно гарантировать потребителю надёжность «отпечатанных» деталей, прежде чем выпускать принтер в свет.
Работа Ильсии Сулеймановой выполняется при поддержке гранта по программе «Шаг в будущее».
Между тем, к технологии 3D-печати сварочной проволокой уже проявляют интерес местные предприятия. Когда известный государственный деятель Виктор Христенко встречался с молодыми учёными ЮУрГУ, Ильсия Сулейманова рассказала об этом необычном принтере. Идеей заинтересовался депутат Государственной Думы Валерий Гартунг.
Такое устройство может пригодиться и в кузнечно-прессовом производстве, и вообще в машиностроении – например, для решения проблем с галерейным охлаждением поршней двигателя.
Ильсия Сулейманова продолжает работать над кандидатской диссертацией, которая посвящена сварке труб из высокопрочных сталей класса прочности К80. Такие трубы применяются в нефтегазовой промышленности и нередко используются в суровых условиях Крайнего Севера. Ильсия исследует структуру и механические свойства сварного соединения в зависимости от термического цикла сварки и в условиях низких температур. Она также принимает участие в других исследованиях, связанных со свариваемостью материалов, один из примеров – изучение возможности появления холодных трещин в сварных соединениях высокопрочных сталей в судостроении.