В Топливном подразделении «Росатома» внедрена технология селективного лазерного плавления (SLM) для работы с медью и её сплавами на оборудовании отечественного производства RusMelt.
Инженеры направления «Аддитивные технологии» Топливного дивизиона «Росатома» завершили цикл опытных работ по созданию изделий из меди и её сплавов с использованием промышленных 3D-принтеров серии RusMelt.
Ирина Петрова
В Топливном подразделении «Росатома» внедрена технология селективного лазерного плавления (SLM) для работы с медью и её сплавами на оборудовании отечественного производства RusMelt. Источник фото: Пресс-служба МГ ARMTORG по материалам rosatom.ru
Освоена технология, изготовлены тестовые образцы
Ранее серийные установки, разработанные в «Росатоме» и работающие по принципу селективного лазерного плавления, применялись преимущественно для обработки металлопорошковых смесей на основе нержавеющей стали, жаропрочных составов и титана. Использование меди в аддитивных машинах долгое время сдерживалось её физико-химическими характеристиками.
Тем не менее, специалистам московского Центра аддитивных технологий удалось подобрать и оптимизировать параметры послойного лазерного сплавления медного порошка, что позволило добиться требуемого качества продукции, минимальной пористости и высокой теплопроводности.
Из медного порошка марки М2 были изготовлены тестовые образцы, фрагменты теплообменных аппаратов и гироидные конструкции, пригодные для использования в качестве радиаторных сеток. Все полученные детали прошли металлографический анализ в лабораторных условиях. Параллельно ведутся работы по настройке режимов постобработки термическим методом для улучшения итоговых свойств продукции.
Освоение технологии селективного лазерного сплавления медных порошков на отечественных установках RusMelt — это не просто инженерное достижение, а важный шаг к технологической независимости. До недавнего времени предприятия, нуждающиеся в сложных медных компонентах, были вынуждены либо заказывать их за рубежом, либо использовать традиционные методы литья и механической обработки, которые накладывают серьёзные ограничения на геометрию изделий.
Теперь же российские производители получили инструмент, позволяющий создавать детали, которые ранее были физически невозможно изготовить единым целым. Это особенно актуально в условиях импортозамещения, когда критически важно обеспечить ключевые отрасли промышленности собственными высокотехнологичными решениями, не зависящими от внешней конъюнктуры.
Перспективы освоения 3D-печати медных компонентов в промышленности
Освоение 3D-печати медных компонентов создаёт новые перспективы для отечественных производителей, которые получают возможность полноценно использовать аддитивные технологии в своей работе. Теперь с применением российских SLM-установок можно производить малосерийные высокотехнологичные медные детали со сложной внутренней конфигурацией.
Это способствует уменьшению размеров изделий, повышению эффективности охлаждения и сокращению производственного цикла. Благодаря высокой электро- и теплопроводности медь востребована в электронике, авиакосмической отрасли, автомобилестроении, а также при выпуске инженерных узлов и медицинского оборудования.
Особое значение открывшиеся возможности приобретают для разработчиков радиоэлектронной аппаратуры и силовой электроники.
Современные полупроводниковые устройства генерируют огромное количество тепла, и эффективный отвод этого тепла напрямую определяет надёжность и срок службы оборудования. Традиционные медные теплоотводы, изготовленные фрезерованием, имеют простую форму и ограниченную площадь поверхности.
Аддитивная технология позволяет создавать теплообменники с топологически оптимизированными внутренними каналами и развитыми рёбрами охлаждения, которые невозможно получить механической обработкой.
Благодаря этому инженеры могут радикально повысить эффективность охлаждения мощных чипов и силовых модулей, а также существенно уменьшить габариты конечных устройств — от серверов до тяговых преобразователей для электромобилей.
В авиакосмической отрасли, где каждый килограмм массы имеет значение, применение SLM-печати медью также открывает широкие перспективы. Камеры сгорания, форсунки и охлаждающие тракты двигателей — это изделия со сложнейшей внутренней структурой, требующие высокой точности и безупречного качества.
Использование меди, обладающей выдающейся теплопроводностью, в сочетании с возможностью формировать тонкостенные конструкции с внутренними полостями позволяет создавать более лёгкие и эффективные узлы.
При этом сокращение количества сварных швов и соединений, неизбежных при традиционной сборке, повышает общую надёжность и герметичность конструкций. Это особенно важно для систем, работающих в условиях экстремальных температур и давлений.
С экономической стороны
С экономической точки зрения наиболее выгодно применять данную технологию для сложных и дорогостоящих элементов. К числу таких медных изделий, которые в будущем рационально изготавливать на 3D-принтерах, эксперты относят: теплообменники для силовой электроники, полупроводниковых систем и телекоммуникационного оборудования, узлы двигателей и генераторов, компоненты для аэрокосмической сферы (в том числе камеры сгорания и охлаждающие контуры), пресс-формы и технологическую оснастку с конформными каналами для охлаждения, а также индукционные катушки, токоведущие элементы, электроды и другие детали.
Хотя сами SLM-установки и металлопорошки для печати медью стоят немалых денег, для штучных и мелкосерийных дорогостоящих изделий экономическая эффективность очевидна.
При традиционном производстве сложной детали, например, индукционной катушки для плазменных установок или пресс-формы с конформным охлаждением, коэффициент использования материала часто не превышает 10–20%, остальное уходит в стружку.
При 3D-печати отходы практически отсутствуют. Кроме того, сокращаются сроки поставки: если на изготовление сложной оснастки традиционным способом могут уходить месяцы, то аддитивное производство занимает дни или недели, что критически важно при запуске новых изделий в серийное производство.
Наконец, успешное освоение меди на отечественных принтерах RusMelt подтверждает универсальность этой платформы и компетентность российской инженерной школы в области аддитивных технологий. Специалисты Центра аддитивных технологий продолжают совершенствовать режимы печати и постобработки, стремясь расширить диапазон применяемых материалов.
Вслед за медью и её сплавами, вероятно, последует освоение 3D-печати других сложных в обработке металлов с высокой отражательной способностью, таких как алюминий, бронза или даже драгоценные металлы. Это, в свою очередь, обеспечит российским предприятиям стратегических отраслей промышленности доступ к полному спектру современных производственных решений и укрепит позиции «Росатома» как одного из мировых лидеров в области промышленной 3D-печати.
«Традиционный способ производства медных деталей для авиакосмической отрасли или радиоэлектроники включает несколько этапов и требует значительного времени, при этом часть материала теряется в виде стружки. Аддитивные технологии дают возможность сразу формировать на 3D-принтере изделия с непростой геометрией и внутренними полостями, что минимизирует отходы, ускоряет выпуск продукции и в итоге снижает её себестоимость», – прокомментировал директор бизнес-направления «Аддитивные технологии» Топливного дивизиона «Росатома» Илья Кавелашвили.
Справочная информация:
Бизнес-направление «Аддитивные технологии» Топливного дивизиона «Росатома» было организовано для объединения усилий и знаний внутри атомной отрасли с целью развития трёхмерной печати как на уровне отрасли, так и в масштабах всей страны. В настоящее время в «Росатоме» организован полный цикл: от проектирования 3D-принтеров и комплектующих до выпуска специальных порошков, программного обеспечения, материалов для печати и обучающих программ. Компания снабжает российские предприятия стратегических секторов промышленности передовым и надёжным оборудованием, материалами и профессиональным сервисом для внедрения технологий аддитивного производства.