Эксперт Эксперт - Эксперт № 49 (2014)

Кстати, совсем недавно я и делегация специалистов из ВИАМа побывали в Поднебесной, где мы провели весьма успешные переговоры о развитии сотрудничества с китайской Академией авиационной фундаментальной техники (Avic Tech) в области аддитивных технологий. В частности, речь шла о создании совместной лаборатории, металлопорошковой композиции, а также о применении неразрушающих методов контроля определения пористости деталей.

В 22 странах созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA — Global Alliance of Rapid Prototyping Associations. Этот альянс создал специальный международный комитет, который утверждает все нормативные документы. В рамках альянса работает продвинутая кооперация: я делаю 3D-модель, а вы имеете возможность произвести эту деталь нужного размера. Я вам отправляю по почте цифровую 3D-модель. Вы мне говорите: «Все, окей» — и изготавливаете. А поскольку создание 3D-моделей может вызвать трудности у среднего пользователя, в последние годы получили распространение еще и фирмы, которые по заказу разрабатывают 3D-модели.

— А мы участвуем в этом объединении?

— Мы не участвуем. Чтобы участвовать, мы у себя должны создать свое производство и только тогда можно войти в эту международную ассоциацию. Хочу отметить, что, например, при торговле между странами альянса цены на те же порошки значительно ниже, чем те, по которым они продают их нам.

Вклад России в рынок аддитивных технологий пока составляет около одного процента. И в основном это результат тех работ в области лазерной стереолитографии, которые были выполнены еще в Советском Союзе под руководством академика РАН Владислава Яковлевича Панченко в Институте проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) РАH. Стереолитография — это процесс изготовления трехмерных изделий из фотополимерных материалов по специальной программе под воздействием света. У нас на заводах используют этот метод при создании и отработке новых сложноконтурных деталей или конструкций, изготавливая их модели в реальных размерах, что помогает оценить функциональность и исключить возможность различных ошибок перед серийным производством изделия. В том же ИПЛИТе предложили создавать модели оперируемых органов на основе томографии больного органа и изготавливать их методом стереолитографии. Изготовленную модель отправляют хирургу, который на ней разрабатывает технологию операции. После чего уже непосредственно приступает к операции на больном. С ИПЛИТом сотрудничают 58 клиник. Сейчас перед нами стоит задача, чтобы аналогичным методом изготавливать уже реальные детали из металлического порошка.

Существует несколько видов аддитивных технологий, использующих металлические порошки. Мы в ВИАМе работаем в двух направлениях.

Первый метод состоит в том, что на рабочую платформу переносят сначала дозу порошкового материала со вспомогательной платформы и разравнивают его с помощью ролика или «ножа», создавая таким образом ровный слой материала определенной толщины. Затем выборочно в соответствии с текущим сечением математической модели детали порошок обрабатывают лазером, сплавляя частички порошка. Затем вспомогательная платформа поднимается на толщину слоя и процесс повторяется. Эта технология называется «селективный синтез» или «селективное лазерное сплавление». На английском: SLS — Selective Laser Sintering.

Второй вид аддитивных технологий — direct deposition, что можно перевести как «прямое осаждение» материала. Газопорошковая смесь подается коаксиально вдоль оси лазерного луча, непосредственно в точку, куда подводится энергия и где происходит в данный момент построение фрагмента детали. Подобно тому, как сварщик вводит материал электрода в то место, где за счет электрической дуги формируется зона расплава.

В этой технологии главное, что она позволяет практически не ограничиваться в размерах деталей. Современные АМ-машины имеют пятикоординатное управление построением. Три координаты — вращение роботизированной рабочей головки, а в двух координатах перемещается стол.

В обоих случаях процесс изготовления детали начинается с построения компьютерной модели изделия. Затем модель программно рассекается на тонкие слои, чтобы получить информацию о контуре каждого слоя, который воспроизводится уже при изготовлении детали.

Для реализации обеих видов этих технологий необходимо иметь исходные материалы, которые используются в виде порошков, или, точнее, металлопорошковых композиций, AM-машины, математические модели технологических процессов, которые основываются на знании физико-химических процессов, протекающих в ходе изготовления деталей.

— И какова ситуация со всем этим в России?

— Производство порошков — ключевая проблема для аддитивных технологий. Поскольку от качества порошка в первую очередь зависит качество получаемых деталей.

Обычно каждая компания — производитель AM-машин предлагает покупателю и определенный набор порошков, и подробную инструкцию для настройки параметров машины под каждый из материалов, которая является результатом большой исследовательской работы компании. В этих инструкциях не сообщается состав металлопорошковых композиций и все режимы сплавления, потому что все это все является коммерческой тайной. Вы покупаете установку и с ней определенные порошки, и они сообщают о режиме сплавления именно этих материалов. Любые санкции — и все, производство остановилось. Некоторые наши фирмы, купившие за рубежом АМ-машины, а их уже около двадцати, остались без порошков.

Мы в ВИАМе сейчас заняты разработкой технологий изготовления порошков и металлопорошковых композиций, которые позволят нам в том числе избавиться от этой зависимости. И мы уже наладили производство определенных их видов. Я все время говорю о металлопорошковых композициях, потому что в аддитивных технологиях применяются смеси порошков различного размера. Когда мы делаем математическую модель детали, мы рассчитываем, какое соотношение должно быть в композиции фракций разного размера, чтобы обеспечить максимальную плотность упаковки.

— То есть у вас есть установки для этого?

— Так сложилось, что в рамках тех задач, которые были поставлены перед нами указанием президента о создании малотоннажных производств материалов, необходимых для обеспечения выпуска определенных изделий, в ВИАМ нужно было организовать производство припоев. А припои для высокотемпературной вакуумной пайки в основном производятся в виде порошков. Из порошков мы также делаем конструкционную керамику. Требования к этим порошкам очень напоминают требования, предъявляемые к металлопорошковым композициям, используемым при аддитивных технологиях, в том числе по сочетанию фракций разного размера.