«Без потерь в качестве»: российский учёный — о производстве 3D-деталей в автомобильной промышленности

— Недавно стало известно, что российские предприниматели намерены запустить линейку отечественных 3D-принтеров, которые в перспективе смогут печатать импортные компоненты и кузовные детали для автомобильной промышленности. Реалистичен ли этот проект и сколько времени понадобится на его воплощение?

— Я думаю, что проект абсолютно реалистичен. В России уже существуют отечественные 3D-принтеры, на которых можно печатать комплектующие для автомобильной промышленности. Для реализации таких проектов не требуется много времени, так как технология 3D-печати металлами и сплавами хорошо известна и положительно себя зарекомендовала. 

— В каких ещё областях можно заменить иностранные комплектующие на те, что печатаются на российских 3D-принтерах?

— Существует очень много областей, где могут использоваться аддитивные технологии (послойное выращивание и синтез объекта с помощью лазерных 3D-технологий.— RT), — от автомобильной до станкостроительной и аэрокосмической промышленности. Многие иностранные автомобилестроительные компании уже ушли с отечественного рынка, поэтому сейчас наша главная задача состоит в том, чтобы заменить детали импортных автомобилей, в том числе напечатанные на 3D-принтере. Автомобильной промышленности нужно сформировать каталоги из требуемых комплектующих и передать в отечественные университеты и хайтек-компании, которые используют технологии 3D-печати.

• Gettyimages.ru
• © Nikolay Gluhov / EyeEm

— Каковы предельные возможности у таких 3D–технологий? Есть ли, например, металлические комплектующие, которые нельзя напечатать на 3D-принтере?

— Да, такие детали есть: это детали простой формы и многомиллионной номенклатуры производства. И тут дело не в возможностях 3D-печати. Если, например, металлических деталей много и они простой формы (трубы, диски), то их лучше и быстрее создавать традиционными методами: литьём, прокаткой, штамповкой и т. д. При мелкосерийном производстве деталей (до 1000 условных штук) сложной формы оперативнее будет применять 3D-печать. В ином случае невыгодно изготавливать с помощью аддитивных технологий простые детали, так как их цена будет выше.

Что касается печати пластика, то это доступное сырьё, из него на 3D-принтере можно напечатать что угодно, включая крупногабаритные изделия (камера печати — до трёх кубометров).

Также по теме

От медицины до изменения производственных цепочек: российский учёный — о перспективах 3D-печати

Использование материалов с других планет для 3D-печати — это важный шаг в развитии космического производства. Об этом в интервью RT...

— Как проходит процесс 3D-печати комплектующих? Есть ли в такой печати свои особенности?

— Процесс 3D-печати выглядит следующим образом: в принтер засыпается порошок определённого фракционного состава (металлический сплав или композит), который плавится с помощью лазера, в результате формируется объёмное 3D-изделие. Это так называемый метод селективного лазерного плавления (СЛП), который используем и мы в своей лаборатории катализа НИТУ «МИСиС».

Для печати 3D-деталей также применяется металлическая проволока. Она помещается в принтер, и после расплавления лазером из неё послойно формируется деталь. Обычно в этот момент проволока находится на вращающемся столике, где из неё формируется заданное изделие.

— Можно ли в процессе печати скорректировать характеристики детали, например хрупкость или гибкость?

— В процессе печати это сделать трудно, хотя такие разработки по регулировке свойств деталей in situ (то есть в процессе печати) появляются. Нужно заранее определить, какие требуемые характеристики должны быть у готового изделия, и подобрать соответствующее сырьё, из которого будет производиться печать. Другими словами, мы заранее понимаем, какой порошок нужно подобрать для изготовления 3D-детали.

• Gettyimages.ru
• © Jill King / EyeEm

— Соответствует ли надёжность, прочность и другие параметры 3D-деталей их аналогам, сделанным заводским способом? И как это можно проверить?

— При 3D-печати мы стремимся получить те же самые характеристики, которые есть у литьевых деталей. У таких изделий, изготовленных методом плавки металла, нет пор, трещин и т. д. Однако у деталей, созданных с помощью аддитивных технологий, есть такая проблема, как пористость. Пористость предполагает более низкую твёрдость и прочность по сравнению с литьевым аналогом. Чтобы такая проблема исчезла, мы подбираем разные режимы СЛП.

Бывает также, что некоторые сплавы или металлы невозможно получить с помощью литья. В этом случае на замену традиционным методам приходят аддитивные технологии, которые позволяют получать детали сложной формы из так называемых нелитьевых материалов.

— Позволяет ли современный уровень российских технологий изготавливать действительно надёжные аналоги заводских деталей? Могут ли возникнуть проблемы с созданием таких аналогов и есть ли подводные камни, например, с инженерной точки зрения?

— Российские технологии позволяют создавать детали, аналогичные импортным, без потерь в качестве. В таких технологиях, как правило, ключевую роль играет лазер. Лазерные технологии применяются не только в 3D-печати, но и в военной промышленности. Уже существуют хорошие отечественные лазеры, и наладить их более массовое производство в современных условиях не составит труда.

• Gettyimages.ru
• © Westend61

— Сейчас российские производители как оборудования для 3D-печати, так и для расходников используют зарубежную сырьевую элементную базу. У кого Россия закупает расходные полимерные и металлические материалы для печати?

—Полимерные материалы традиционно закупались в Германии, Японии и США. В России такие материалы тоже производятся, однако объёмы импортных материалов на отечественном рынке гораздо больше. В этой ситуации, возможно, будет проходить импортозамещение.

Если же говорить о металлических порошках, то их сейчас на рынке более чем достаточно. Есть множество отечественных производителей, которые создают такие материалы для 3D-печати. Что касается металлической проволоки, то это не экзотическое сырьё, с её производством проблем нет.

— У каких стран, по вашему мнению, будет закупаться оборудование для изготовления самих 3D-принтеров? Разрабатывается ли в России такое оборудование?

— Так как сейчас основные зарубежные поставщики отказались с нами сотрудничать напрямую, то оборудование, в том числе немецкое и американское, будет закупаться в основном через Китай, Турцию и Индию. Возможно, какие-то детали будет поставлять ОАЭ.

Качество такого оборудования иногда ниже, но чем-то приходится жертвовать. Когда мы покупаем китайский принтер, он, конечно, не сравнится с тем же немецким, но зато гораздо дешевле. Главное, что на таком оборудовании тоже можно работать.

Более того, в России есть ряд компаний, которые сами разрабатывают 3D-принтеры и оборудование к ним. Производство всех комплектующих для 3D-принтеров налажено. В частности, у компании AddSol, с которой тесно сотрудничает НИТУ «МИСиС». В 2021 году мы вместе приступили к выпуску линейки новейших принтеров для печати 3D-изделий из разных металлов: от самого лёгкого, алюминия, до самого тяжёлого, вольфрама, в том числе с подогревом платформы. Мы печатаем детали для медицинской и авиакосмической промышленности из различных металлов, сплавов. Напечатанные изделия из вольфрама, например, будут использоваться в Большом адронном коллайдере.