Импортзамещение: крупнейшие компании успешно внедряют аддитивные технологии, о чем мы рассказывали в Telegram-канале ПРОметалл.
За 3D-печатью будущее, так говорят во всём мире. По данным Research and Markets, объём мирового рынка аддитивных технологий (АТ), то есть 3D-печати, к 2030-му может увеличиться в несколько раз до $83,6 млрд. Ежегодный прирост рынка — 21,2%.
В России также не отстают. С учётом тотального импортозамещения этот инструмент становится альтернативой производству оригинальных деталей. Компании занялись реверс-инжинирингом — исследованием и сканированием деталей и компонентов в целях создания аналогов. Вот только скопировать не всегда получается из-за того, что материалы пока не позволяют добиться нужной прочности. В целом надёжность напечатанных изделий, за редким исключением, заметно уступает изделиям из тех же или близких материалов, но полученных традиционными методами.
Металлурги как никто заинтересован в том, чтобы их металлы использовались в 3D-печати, а изделия, вышедшие со станка, не уступали оригинальным. Произвести нестандартную деталь для испытаний всегда удобнее по технологии 3D-печати. Далее можно оптимизировать её или изменить геометрию в соответствии с требованиями конкретного заказчика.
Есть ещё один фактор, сдерживающий это направление: не хватает металлических порошков отечественных сплавов. Только в прошлом году действующему российскому парку установок аддитивного производства требовалось около 20 тонн порошков. Импортное же сырьё дорогое, а иногда и недоступное из-за санкций.
Поэтому новость о том, что «Русал» разработал новый алюминиевый сплав для 3D-печати, вызвала такой позитив. Это инновационный порошковый сплав, который предназначен для изготовления изделий с использованием технологий лазерного сплавления. Новый материал может быть использован в изготовлении двигателей, оборудования для нефтехимической отрасли, где детали подвергаются длительному нагреву, а также в силовых энергетических установках.
Испытания показали, что сплав сохраняет высокие показатели прочности до температуры 350 °С и выше, что ранее было недоступно для традиционно используемых при печати сплавов.
Работа по созданию нового алюминиевого сплава была проведена специалистами Института лёгких материалов и технологий (ИЛМиТ). За счёт использования современных подходов моделирования фазового состава, разработчикам ИЛМиТ удалось подобрать оптимальные соотношения легирующих элементов, которые имели ограниченное использование в традиционных металлургических технологиях. С учётом низкой плотности характерной для алюминия данный материал может составить конкуренцию другим конструкционным материалам.
В других компаниях тоже есть чем похвастаться. В «Норникеле» с помощью аддитивных технологий заместили в производстве ряд деталей импортного производства — например, крейцкопф (или ползун — деталь кривошипно-ползунного механизма, совершающая возвратно-поступательное движение по неподвижным направляющим) немецкого насоса, участвующего в перекачке никелево-медного концентрата из обогатительной фабрики на металлургический завод.
Кроме того, АТ помогают повысить технологическую безопасность предприятий. С помощью 3D-печати можно самостоятельно и оперативно производить детали для ключевого оборудования, что снижает риск простоя производства.
На НЛМК начали использовать АТ в 2018 году. За несколько лет компания освоила производство литейных форм более чем для 100 видов разных изделий, а общее количество изготовленных с помощью АТ деталей приближается к тысяче. Среди мелких отливок можно выделить шнеки — детали с винтовой поверхностью и сложной геометрией, которые необходимы в оборудовании для изготовления металлургических брикетов. Их масса — от 9 до 120 кг. Крупные изделия в среднем весят от полутора до двух тонн, но есть экспонаты и тяжелее, до 10 тонн.
В «Северстали» освоили изготовление форсунок, плунжеров, сопел и др. На 3D-принтере производят детали из металлического порошка по технологии по SLM.
«Некоторые детали, которые мы производим на нашем принтере, стали в 10 раз дешевле, чем покупка у иностранного поставщика. Кроме этого, технология 3D-печати позволяет воспроизвести идентичные технические характеристики, а в некоторых случаях что-то добавить и улучшить. Благодаря этой технологи, мы избавились от зависимости большой цепи поставок и сроки доставки деталей сократились в разы. На данный момент мы планируем заменить иностранные детали на линиях охлаждения металла ЧерМК на детали собственного производства. Также мы ведём активную работу с компаниями «Севергрупп» в рамках импортозамещения, замены деталей с составе оборудования и научно-исследовательских работ», — отмечает директор по ремонтам дивизиона «Северсталь Российская сталь» и ресурсных активов Сергей Добродей.
С помощью нового принтера череповецкие металлурги регулируют свойства будущего изделия. Выбирают технологии печати, материал или сплав, а также конструкцию детали. Ее задают в специализированном программном обеспечении. Также, благодаря 3D-принтеру проектировать можно не только внешние очертания предмета, но и внутреннее наполнение для изменения его веса.
С 2022 года российские компании работают в сложных условиях: логистические цепочки нарушены, многие западные игроки перестали поставлять компоненты в РФ. Поэтому новая экономическая реальность делает 3D-печать одной из ключевых технологий для процесса импортозамещения.
Что касается подготовки специалистов, то в последние годы в нашей стране появилось много сильных 3D-кафедр в вузах: МГТУ им. Баумана, МАИ, Питерский и Московский политехнические университеты, УГАТУ (Уфа), Национальный исследовательский технологический университет МИСиС, Пермский национальный исследовательский Политехнический университет, Дальневосточный федеральный университет и многие другие.
Эксперты считают, что массовое внедрение АТ кратно ускорит производственный процесс и кардинально изменит методологию управления машиностроением: уйдёт оборот чертежей и любых бумажных носителей, производство будет занимать значительно меньше времени, а коэффициент использования материалов возрастёт.
Ко всему прочему, технологии не стоят на месте. На прошлой неделе в авторитетном журнале Nature Communications вышла статья о разработке европейских и сингапурских учёных, которые придумали новый тип систем трёхмерной печати. Она позволяет не только производить сложные металлические конструкции из разных металлов, но и управлять их внутренней структурой. Это позволит значительно сократить расходы энергии на изготовление металлических изделий.
«Мы выяснили, что лазер можно применять в качестве микроскопического кузнечного молота для обработки металла давлением при работе 3D-принтеров. Этот же лазер можно использовать для повторного плавления металла и релаксации его структуры — это готовит его к структурным изменениям, которые происходят, когда изделие помещают в печь. Мы ожидаем, что этот подход снизит расходы энергии при изготовлении деталей», — цитирует ТАСС ведущего автора работы, доцента Кембриджского университета Маттео Сейта.
Как отмечают Сейта и его коллеги, помимо экономии на процессах производства, система позволит создавать конструкции, состоящие из слоев металла с разными свойствами, идеально подобранными для решения конкретных задач.
Технологию, по словам учёных, можно реализовать на любой системе 3D-печати металлами, оснащённой лазером или возможностью его подключения к устройству. Это говорит о возможности использования систем лазерной 3D-печати для относительно дешёвого и эффективного производства высококачественных металлических изделий.
Больше лёгкого чтива для тяжёлых будней ищите на нашем сайте и в Telegram-канале.
