Специалисты НИТУ МИСИС получили патент на новую технологию 3D-печати вольфрамовых нагревателей. Разработка позволяет не только упростить производство таких элементов, но и значительно повысить качество изделий со сложной многослойной структурой.
Вольфрамовые нагреватели — это «сердце» оборудования, работающего в экстремальных условиях. Они выдерживают температуры от 1500 до 3000°C и используются там, где другие металлы просто испаряются. Без них не обойтись в вакуумных печах для спекания и термообработки, при выращивании искусственных кристаллов, пайке и плавке тугоплавких металлов. Их применяют в высокотемпературной металлургии, порошковых технологиях и при создании сверхтвердых материалов — карбидов и нитридов. А еще такие нагреватели ставят в лабораторное оборудование, где испытывают новые сплавы, керамику и композиты, имитируя условия космоса или глубинных слоев Земли.
Традиционные методы производства вольфрамовых нагревателей отличаются высокой трудоемкостью — металл сложен в обработке, что сдерживает масштабирование и снижает эффективность их использования. Ученые НИТУ МИСИС нашли решение, применив аддитивные технологии. Как сообщили в пресс-службе университета, они освоили метод селективного лазерного сплавления (SLM) металлопорошковых композиций, который позволяет создавать нагреватели быстрее и качественнее.
Как пояснил профессор кафедры физической химии НИТУ МИСИС Сергей Жевненко, традиционные способы изготовления вольфрамовых нагревателей (включая выплавку, точение и ручную сборку) отличаются высокой сложностью и стоимостью. Особенно остро эта проблема стоит при создании компактных изделий со сложной многокомпонентной структурой. Разработанная учеными университета технология аддитивного производства, на которую уже получен патент, позволяет кардинально упростить устоявшиеся процессы.
Ученым НИТУ МИСИС удалось подобрать оптимальные режимы сплавления, что позволило создать цельный вольфрамовый нагреватель, не требующий дополнительной сборки или оснастки.
Как пояснил заведующий лабораторией аддитивного производства Станислав Чернышихин, для печати использовался порошок чистого вольфрама с частицами размером в десятки микрометров. Высокая температура плавления металла (около 3422°C) потребовала мощного лазерного излучения и ювелирной настройки параметров. В установке селективного лазерного сплавления процесс проходил в атмосфере аргона: порошок расплавлялся послойно, формируя готовое изделие.
Как отметил инженер научного проекта кафедры физической химии НИТУ МИСИС Айнур Хайруллин, новая технология позволяет значительно упростить и удешевить производство компактных вольфрамовых нагревателей, предназначенных для научных и учебных целей. Это даст возможность повысить скорость и эффективность исследований, использующих высокотемпературные лабораторные методы, без дополнительных затрат.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.