Однако при этом 3D-печать – метод не из дешевых, главным образом из-за стоимости исходного сырья. 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. Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ снизить стоимость производства порошков для 3D-печати – вместо метода распыления они использовали планетарную мельницу.
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 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.
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).
В настоящее время научная группа завершила оптимизацию составов порошков-прекурсоров и приступила к созданию первых прототипов из полученных порошков.
