За последние годы технологии 3D-печати, также известные как аддитивное производство, стремительно преобразили промышленный ландшафт. Возможность создавать изделия из металла и других материалов послойно открывает перед инженерами новые горизонты — от прототипирования до выпуска готовой продукции. Однако не только сам процесс печати стремительно развивается: сегодня особое внимание уделяется экономии ресурсов, повторному применению материалов и повышению экологичности производства.
В чем суть аддитивных технологий?
Аддитивное производство кардинально отличается от традиционных методов: если раньше для получения изделия зачастую требовалось снимать лишний материал (фрезеровка, штамповка, литье), то в 3D-печати происходит последовательное «наращивание» объекта по цифровой 3D-модели. Каждый новый слой аккуратно выкладывается из специализированного порошка с точно рассчитанными физико-химическими свойствами.
Такая концепция обеспечивает значительную гибкость на всех этапах создания изделий — от единичного заказа до мелкосерийного производства, а разнообразие применяемых порошков позволяет расширять область применения 3D-принтеров практически до бесконечности. Вместе с тем предъявляются огромные требования к качеству самих порошков: их частицы должны отличаться высокой сферичностью и однородной структурой, что заметно влияет на качество итоговых изделий.
Инновация КНИТУ-КАИ: взгляд в будущее порошковой металлургии
Одной из самых перспективных разработок в этой области занимается коллектив ученых КНИТУ-КАИ, под руководством доцента кафедры технической физики Рушана Каюмова. По признанию самого исследователя, их интерес к электролитно-плазменному способу получения металлических порошков обусловлен уникальным потенциалом этой методики. Она не только способна совершенствовать аддитивное производство, но и решает одну из ключевых задач — рентабельную переработку старых или непригодных деталей обратно в исходный порошок.
В основе этого способа лежит применение низкотемпературной плазмы электрических разрядов. Один из электродов — жидкость, как правило, это раствор соли в воде различной степени очистки. Над жидкой поверхностью размещается металлическое изделие (или заготовка), которое выполняет роль другого электрода. При подаче тока между ними возникает плазменный разряд, придающий новой жизни обработанному металлу.
Научный взгляд: эксперименты и практический результат
В ходе экспериментов казанские ученые доказали: металл, обработанный по электролитно-плазменной технологии, превращается в однородный порошок с идеально сферичными частицами. Это не только облегчает загрузку материала в 3D-принтеры, но и способствует более равномерному формированию слоев. Значение таких параметров невозможно переоценить: чем равномернее частицы, тем выше точность и качество изделий на выходе.
Кроме того, новый метод позволяет перерабатывать старые детали и отходы аддитивного производства, возвращая их обратно в производственный цикл. Такой замкнутый оборот сокращает потребность в первичном сырье и уменьшает объем производственных отходов, являясь не только экономически выгодным, но и экологическим решением.
По словам Рушана Каюмова, электролитно-плазменное получение порошков уже несколько лет является приоритетным направлением исследований кафедры. «Мы убеждены, что наша технология сможет существенно расширить спектр материалов, пригодных для 3D-печати, и повысить качество выпускаемых изделий», — отмечает ученый.
Преимущества и вызовы новой технологии
Широкие возможности новой методики находят отклик в различных отраслях: от авиакосмической и автомобильной промышленности до медицины. У производителей агрегатов для 3D-печати есть веские причины обратить внимание на достижения КНИТУ-КАИ, ведь стабильность и повторяемость характеристик порошков критически важны для успешной работы современного оборудования.
Тем не менее, совершенство не приходит без затрат. Оснащение предприятий электролитно-плазменными установками требует значительных капиталовложений, а управление процессом — опыта и высокой квалификации персонала. Тем не менее, уверены ученые, нарастающая потребность в инновационных и экологичных решениях будет способствовать дальнейшей популяризации данной технологии на рынке.
Сравнение с другими способами получения порошков
Традиционно в мировой практике применяются различные методы преобразования металлов в порошок: газовое распыление (атомайзинг), плазменно-роторное распыление, карбонильный метод для получения ультрадисперсных частиц и другие. Каждый метод обладает своими плюсами и минусами, однако команда Рушана Каюмова уверена, что их электролитно-плазменная технология, обеспечивающая точный контроль микроструктуры выходного материала, может не уступать, а порой и превосходить традиционные способы по ряду ключевых показателей.
Главное преимущество — возможность эффективно возвращать в производственный цикл изделия, произведенные методом селективного лазерного спекания. Это позволяет экономить ресурсы и минимизировать отходы, что важно не только с производственной, но и с экологической точки зрения.
Экологические и экономические перспективы
В современной индустрии переход к ресурсосберегающим решениям становится не просто желательным, а необходимым условием работы. Электролитно-плазменная переработка материалов для 3D-печати способствует «замыканию» производственного цикла: из отходов и неиспользованных деталей вновь получают качественный металлический порошок, пригодный для повторной печати.
Таким образом, предприятиям уже сегодня открываются двери к оптимизации производственных процессов, экономии на сырье и минимизации экологического следа. Более того, российская разработка демонстрирует мировой конкурентоспособный уровень, предлагая эффективные решения для новых и сложных задач цифрового производства.
Инициатива КНИТУ-КАИ и её ведущего исследователя Рушана Каюмова — это символ движения отечественной науки к инновациям с заботой о будущем. Благодаря таким проектам у российской промышленности появляются прочные позиции на международном рынке передовых технологий, а 3D-производство становится еще более доступным, экономичным и экологичным.
