В НИТУ МИСИС представили инновационный способ обработки металлических компонентов, полученных методом 3D-печати. В будущем эта технология позволит возвращать сырье в производственный процесс и удешевить выпуск изделий для медицинской и аэрокосмической отраслей, информирует пресс-служба университета.
Фото: Материал для переработки. Источник: misis.ru
Екатерина Григорьева
Проблема: неиспользуемые отходы аддитивного производства
При аддитивном производстве неплавленый металлический порошок после просеивания вновь направляется в рабочий цикл, что дает возможность многократно применять исходный материал. Но после печати на 3D-принтере образуются излишки, которые не используются: опорные элементы (в ряде случаев их доля достигает половины объема заготовки) и дефектные детали. Все это не поступает обратно в производство из-за сложностей переработки. Чтобы сделать цикл замкнутым, исследователи НИТУ МИСИС применили технику ультразвуковой атомизации.
Решение: ультразвуковая атомизация
Фото: Леонид Федоренко. Источник: misis.ru
«Металлические остатки расплавляются под действием электрической дуги, и жидкий металл поступает на поверхность, вибрирующую с частотой до 50 тысяч колебаний в секунду. Из капель расплава, мгновенно затвердевающих в защитной среде аргона, формируются крошечные частицы сферической формы», пояснил ведущий инженер проекта, аспирант лаборатории аддитивного производства НИТУ МИСИС Леонид Федоренко.
Детали опубликованы в журнале Journal of Manufacturing and Materials Processing (Q1).
Результаты: высокое качество вторичного порошка
Суть метода заключается в расплавлении металлических остатков под действием электрической дуги с последующим воздействием на жидкий металл высокочастотных вибраций. Это приводит к образованию мельчайших сферических частиц, которые, будучи сферичными, обладают превосходной текучестью и плотностью укладки.
«Вторичный порошок оказался гораздо более округлым: коэффициент сферичности достиг 0,90 при идеальном значении 1. Чем выше этот параметр у сыпучего материала, тем лучше его текучесть и плотность укладки при нанесении слоя в установке для селективного лазерного плавления», сообщила ведущий инженер проекта, аспирант той же лаборатории Ольга Башмакова.
Фото: Ольга Башмакова. Источник: misis.ru
Как отметил заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин, в настоящее время технологию тестируют на широко используемых сплавах, чтобы доказать работоспособность предложенной схемы. Однако новый метод окажется особенно востребованным при печати изделий из драгоценных металлов, например платины.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант 25-79-10304).
Руководитель передовой инженерной школы «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» НИТУ МИСИС Александр Комиссаров добавил: «Работы в сфере аддитивных технологий одно из главных направлений нашего университета. В рамках пилотного проекта по модернизации высшего образования в вузе запущена программа „Аддитивные технологии“. Студенты с первого курса работают на реальном оборудовании, занимаются исследованиями, участвуют в проектах крупных госкорпораций, после чего успешно трудоустраиваются».
Значение разработки
Эта новаторская разработка открывает новую эру в переработке металлических отходов, образующихся при 3D-печати. До сих пор значительная часть сырья, включая опорные элементы и бракованные детали, оказывалась невостребованной из-за трудностей с ее повторной переработкой. Однако, благодаря применению ультразвуковой атомизации, исследователям НИТУ МИСИС удалось создать замкнутый цикл производства.
Особую ценность технология представляет для отраслей, использующих дорогостоящие материалы. Печать изделий из драгоценных металлов, таких как платина, которая раньше могла быть экономически нецелесообразной из-за потерь сырья, теперь становится гораздо более доступной. Это расширяет возможности применения аддитивных технологий в ювелирном деле, а также в наукоемких областях, где чистота и минимальные примеси имеют первостепенное значение.
Кроме того, успешная разработка подчеркивает важность инвестиций в научные исследования и образование. Финансовая поддержка Российского научного фонда и реализация программы «Аддитивные технологии» в рамках пилотного проекта по модернизации высшего образования в НИТУ МИСИС играют ключевую роль в развитии передовых технологий. Такая интеграция науки, образования и промышленности позволяет готовить высококвалифицированных специалистов, способных решать актуальные задачи.
Перспективы дальнейшего внедрения этой технологии связаны с ее тестированием на различных широко используемых сплавах. Успешное доказательство работоспособности схемы для разнообразных материалов откроет путь к ее широкому применению в медицинской и аэрокосмической отраслях, где высокое качество металлических компонентов и экономическая эффективность являются критически важными факторами.
Ранее журнал «Химагрегат» писал о методе утилизации отходов металлургических печей, разработанном специалистами Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ).