До 2017 года монополистом в области 3D-принтеров по технологии электронно-лучевого наплавления металлической проволоки (ЭЛПП, ЭЛАТ) была фирма Sciaky (США).
По ряду причин подобные принтеры в Россию никогда не поставлялись, а братья-китайцы в данной области помочь ничем не могли – до 2017 года они сами не выпускали таких принтеров, да и сейчас явно отстают от нас в данной технологии.
Так что тут стояла задача не просто импортозамещения, а фактически разработки с нуля с целью «догнать и перегнать Sciaky».
Надо сказать, что и электронные пушки, и установки электронно-лучевой сварки у нас выпускаются и выпускались серийно. А ЭЛПП 3D-принтер от установки электронно-лучевой сварки отличается только режимами работы (сварки и наплавка металла требуют несколько разных режимов работы) и конструкцией платформы для перемещения/выращивания. Ну и системой управления.
То, что на серийных установках электронно-лучевой сварки можно выращивать, как на 3D-принтерах, заготовки небольшого размера и простой формы на деле было продемонстрировано в Пермском политехе (ПНИПУ) на установке ЭЛУ-М.
В нашей стране есть два центра, занимающихся разработкой аддитивного оборудования по технологии электронно-лучевой наплавки проволоки – в Перми и Томске.
В Перми это Пермский Научно-исследовательский Политехнический Университет (ПНИПУ), который работает совместно с Ростехом («РТ-Капитал») в лице НИТИ «Прогресс».
В Томске это Национальный исследовательский Томский Политехнический Университет (НИТПУ), Томский государственный университет систем управления (ТУСУР), Институт физики и прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РФН) и НПК «ТЭТА».
Поскольку именно в Томске НПК «ТЕТА» сумело первой выпустить «серийный» образец 3D-принетра по технологии ЭЛПП, начнем с них.
В 2016 году совместный проект ТУСУР и НПК «ТЭТА» стал победителем открытого конкурса по постановлению правительства, и было выделено финансирование.
В 2016 году была готова и вступила в строй первая опытная установка:
Аббревиатуры ЭЛАП, ЭЛАТ, ЭЛПП еще не получили распространения, и создатели назвали её УЭЛВ – Установка Электронно-Лучевого Выращивания (металлических изделий).
Установка имела вакуумную камеру размером 0,5х0,5х0,5м и могла выращивать детали размером до 0,1х0,1х0,1 м.
Выглядит неказисто, но на ней были получены первые результаты 3D-печати деталей:
Диаметр основания 50мм, высота 60мм.
Схема установки и внутреннее устройство:
Примечание: расположения подаваемой проволоки вне вакуумной камеры – традиционно для России и взято из серийных установок электронно-лучевой сварки.
В 2017 году была выпущено первая «серийная» модель, сейчас – младшая в линейке:
При том же размере камеры область построения увеличена до 0,25х0,25х0,25м. Мощность электронной пушки 6кВт, ускоряющее напряжение 60 кВ.
В настоящее время ТЭТА предлагает широкий спектр аддитивных установок с областью построения вплоть до 4х2,5х3м, мощностью пушки до 30 кВт:
К сожалению неизвестно, сколько установок из линейки реально изготовлено, но достоверно известно, что младшая модель пользуется спросом и изготавливается.
Это фото с сайта, а здесь – немного фотографий установки в работе:
В Томском политехе так же есть одна экспериментальная установка для исследований, которая активно используется в работе, и к которой имеют доступ студенты магистратуры:
В 2020 году томские ученые из ИФПМ СО РАН совместно с ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель» создали 3D-принтер для печати крупногабаритных изделий по технологии мультипучкового электронно-лучевого аддитивного производства (МЭЛАП). Характеристики принтера не разглашаются.
Есть несколько фотографий от пресс-службы ИФМП СО РАН:
В 2021 году он запущен в производство и печатал заготовки для шар-баллонов для ракетных двигателей по заказу Роскосмоса.
В 2022 году ИФПМ СО РАН осуществил пробную печать короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей мощностью до 32МВт для нефтяной и газовой промышленности, которые должны сейчас проходить опытную эксплуатацию.
Достоверных фотографий нет, предположительно фотографии изготовленных на этом принтере деталей (фотографии ИФПМ СО РАН):
На фотографии:
а – вкладыш камеры сгорания ракетного двигателя (заготовка)
б – шар-баллон (слева – напечатанная заготовка, справа – готовое изделие)
в – заготовка рыльной части фурмы доменной печи
г – заготовка щеткодержателя электрической машины
В ИФПМ СО РАН есть собственная установка ЭЛАП для проведения опытов, на ней, в частности проводятся опыты по двух материальной печати и исследования режимов наплавки:
В Перми в ПНИПУ так же начали работы примерно в 2016 году.
Опыты в основном проводились на серийной установке электронно-лучевой сварки ЭЛУ-М:
Я специально так подробно остановился на «стандартной» установке, чтобы вы поняли всю сложность создания подобных принтеров. В ЭЛПП 3D-принтерах будут присутствовать все эти элементы + многоосевая платформа построения + сложная система управления с памятью для загрузки управляющей программы упралвения перемещением платформы построения, подачи проволоки и режимами наплавки металла.
На этой установке были проведены первые опыты и выращены первые детали:
Деталь в виде вертикальной стенки не должна смущать – она служит для отработки режимов наплавки, из неё потом вырезаются образцы для испытания на прочность и образцы для исследования микроструктуры.
В 2017 году ПНПУ приобрел 3D-принтер ТЕТА 6Е250.
В 2019 году закончены опыты по управлению процессом наплавки при помощи тормозного рентгеновского излучения с использованием двулучевого наплавление с осевой подачей прутка.
Эта технология обеспечивает более высокую точность печати и лучшее свойство сварного шва. Аналогов за рубежом нет. К сожалению, данных о разработке принтеров по этой технологии нет.
В 2022 году ПНИПУ совместно с компанией «РТ-Капитал» (подразделение Ростеха) в лице НИТИ «Прогресс» создали поистине монструозный 3D-принтер по технологии электронно-лучевой наплавки проволоки:
Многоосевой манипулятор для перемещения электронной пушки позволяет создать крупногабаритные изделия сложной формы.
К сожалению характеристики этого принтера не разглашаются, как и то, для чего его планируют использовать. Тут следует помнить, что основной заказчик печати на таких принтерах – аэрокосмическая отрасль с присущей ей секретностью.
Подводя итоги можно сказать, что за короткий период с 2016 года отечественные ученые, исследователи, инженеры и промышленность не только успешно догнали фирму Sciaky, разработав линейку электронно-лучевых принтеров, но и фактически перегнали, разработав мультипучковую ЭЛАП, схему двухлучевых принтеров с осевой подачей прутка.
Такие успехи стали возможны благодаря заделу – наличию большого опыта в области «обычной» электронно-лучевой сварки, наличию собственного производства электронно-лучевых пушек и установок электронно-лучевой сварки.
Продолжение статьи про разработки НИТИ "Прогресс", НИУ "МЭИ" и "РусАТ":
Об использовании этих принтеров в производстве шар-баллонов для космической технике - здесь:
Предыдущая статья по теме:
Следующая статья по теме:
Путеводитель по каналу:
Вводная статья про группу технологий «прямой подвод материала и энергии»:
