Наука 3D-печать из титана: в Политехе изобрели новый способ быстрого производства космических деталей

3D-печать из титана: в Политехе изобрели новый способ быстрого производства космических деталей

Репортаж из молодежной лаборатории Пермского НОЦ

Максим Карташёв говорит: «Утром пишу научные статьи, вечером работаю руками в лаборатории»

В голубых искрах пламени слой за слоем рождается новая деталь из титана. За процессом пристально следит Максим Карташёв. Он работает в молодежной лаборатории Политехнического университета младшим научным сотрудником и вскоре будет защищать кандидатскую диссертацию про создание изделий из титана методом наплавки.

На станке, который политеховцы разработали совместно с предприятиями-партнерами, слой за слоем «печатают» детали из титановой проволоки
На станке, который политеховцы разработали совместно с предприятиями-партнерами, слой за слоем «печатают» детали из титановой проволоки
На станке, который политеховцы разработали совместно с предприятиями-партнерами, слой за слоем «печатают» детали из титановой проволоки
1 из 3
На станке, который политеховцы разработали совместно с предприятиями-партнерами, слой за слоем «печатают» детали из титановой проволоки

— Титан — довольно сложный металл для производства. Чтобы сохранить прочность, нужно исключить попадание примесей, — объясняет Максим. — Традиционно изделия из этого металла производят с помощью литья или ковки, но это не всегда эффективно. Здесь, в лаборатории, мы печатаем на 3D-принтере детали из титановой проволоки. Получается гораздо быстрее и экономичнее, металл благодаря нашему ноу-хау не теряет свои качества.

Как происходит печать изделий на 3D-принтере? Титановая проволока нагревается и наваривается сверху по заданной форме, затем происходит ковка. Такая технология называется аддитивным производством. Ноу-хау Пермского Политеха в том, что проковка происходит послойно, это позволяет сохранить плотность металла. Что при прочих традиционных технологиях: литье или ковка целого изделия были недостижимы. Еще одним ноу-хау молодежной лаборатории является программное обеспечение, которое помогает предотвратить перегревание детали и сохраняет ее геометрическую форму.

Аддитивные технологии позволяют выращивать детали сложных форм
Аддитивные технологии позволяют выращивать детали сложных форм
Аддитивные технологии позволяют выращивать детали сложных форм
1 из 3
Аддитивные технологии позволяют выращивать детали сложных форм

Максим работает в новой молодежной лаборатории Политеха «Материал — Технология — Конструкция». Она появилась благодаря Пермскому НОЦ в 2021 году для подключения молодых ученых к решению актуальных задач промышленников.

Всего в России в 2021 году было создано 100 таких лабораторий. Они создавались в вузах и научных организациях — участниках НОЦ. Благодаря наличию в регионе Пермского научно-образовательного центра в крае появились 6 лабораторий. Помимо Политеха, 1 появилась в Пермском классическом университете, 3 — в Пермском федеральном исследовательском центре УрО РАН.

Директор НОЦ «Рациональное недропользование» Павел Илюшин убежден: молодежные лаборатории станут эффективным инструментом в решении задач пермских предприятий

— Лаборатории особенно востребованы сейчас, они помогают в вопросах импортозамещения и позволяют привлечь молодых исследователей к решению самых насущных и актуальных вызовов, которые стоят перед промышленностью региона и России в целом, — комментирует директор НОЦ «Рациональное недропользование» Павел Илюшин.

Молодой ученый Степан Варушкин демонстрирует уникальный плазмотрон с двумя электронно-лучевыми пушками, которые позволяют равномерно нагревать металл
Молодой ученый Степан Варушкин демонстрирует уникальный плазмотрон с двумя электронно-лучевыми пушками, которые позволяют равномерно нагревать металл
1 из 2
Молодой ученый Степан Варушкин демонстрирует уникальный плазмотрон с двумя электронно-лучевыми пушками, которые позволяют равномерно нагревать металл

По условиям, две трети сотрудников таких лабораторий должны составлять молодые ученые — не старше 39 лет, при этом треть — бакалавры, специалисты, магистры, то есть еще не получившие научных степеней. Возраст руководителя не должен превышать 35 лет.

— У нас 16 человек в команде младше 39 лет. 3 человека — ученые с опытом и в возрасте постарше. Самому младшему научному сотруднику нет и 23 лет. Пока заканчивает обучение на бакалавриате, уже начинает научную карьеру, — делится руководитель молодежной лаборатории создания и проектирования систем «Материал — Технология — Конструкция» Сергей Неулыбин.

Руководит лабораторией также молодой ученый кандидат технических наук Сергей Неулыбин
Руководит лабораторией также молодой ученый кандидат технических наук Сергей Неулыбин
1 из 2
Руководит лабораторией также молодой ученый кандидат технических наук Сергей Неулыбин

На функционирование каждой молодежной лаборатории федеральное Министерство высшего образования и науки выделяет 15 миллионов рублей ежегодно. Программа рассчитана на 3 года. За это время пермские лаборатории получат поддержку на сумму 270 миллионов рублей. Сюда включены и расходы на оплату труда ученых. В соответствии с указом президента, заработок ученого должен быть соизмерим с двукратным среднемесячным заработком по региону.

В одной лаборатории политехнического университета строят многоуровневые математические модели и прогнозируют изменения в металлах и сплавах во время термической и механической обработки. В другой — разрабатывают гибридные аддитивные технологии, материалы и способы производства, изготавливают специальное оборудование. Первую партию изделий вскоре передадут для эксплуатации.

— Изготовлено 8 макетов для аэрокосмической отрасли, несколько макетов для горно-нефтяной. Для производства используются уникальные технологические приемы, — рассказывает директор департамента науки и инноваций ПНИПУ Дмитрий Трушников.

Все решения разрабатываются совместно с производственными предприятиями. Уже сейчас разработки де-факто ведутся в тесном взаимодействии с «Протон-ПМ», которые так же, как и ученые, заинтересованы в появлении новых технологий производства деталей.

— В 2021 году макет изделия, входящего в ракетный двигатель, был выращен за неделю. Хотя по традиционной технологии цикл изготовления такой детали составляет порядка 270 дней, — замечает главный сварщик «Протон-ПМ» Виктор Кацай.

За год функционирования двух новых лабораторий в университете появились три единицы уникального оборудования:

  • станок для аддитивного взращивания металла, в том числе титана, собирали самостоятельно из комплектующих австрийского, китайского, российского производства. Используется плазмотрон собственной разработки. Вакуумную комнату заменили столбом аргона, что позволяет производить наплавку титана на открытом воздухе и делает аппарат более компактным;

  • изготовили плазмотрон с двумя электронно-лучевыми пушками, которые действуют согласованно и контролируют образование структур материалов. Технология уникальна;

  • промышленный робот KUKA с диаметром действия 4 с половиной метра и грузоподъемностью более тонны, который позволяет создавать и обрабатывать крупногабаритные детали.

Сейчас в лаборатории создают новую робототехническую ячейку. Она позволит проводить механическую обработку деталей весом в сотни килограммов
Сейчас в лаборатории создают новую робототехническую ячейку. Она позволит проводить механическую обработку деталей весом в сотни килограммов
1 из 2
Сейчас в лаборатории создают новую робототехническую ячейку. Она позволит проводить механическую обработку деталей весом в сотни килограммов

Собирают сейчас и оборудование для металлообработки. Его планируют экспонировать в этом году в Москве на специальной выставке.

Чтобы перенять инновационный опыт, буквально через неделю в Политех на стажировку приедут ученые из Мексики. Несмотря на то, что именно они являются родоначальниками гибридного аддитивного производства.

Новости компаний.

ПО ТЕМЕ
Увидели опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter
ТОП 5
Рекомендуем