Одним из ключевых технологических вызовов современности является необходимость кратного снижения временных затрат на всех циклах создания и изготовления продукции. Изготовление крупногабаритных металлических конструкций традиционными методами требует много времени. В то же время гибридные аддитивные технологии — металлическая производительная 3D-печать в сочетании с последующей механообработкой — способны удовлетворить запрос промышленности на скорость получения готовых изделий, однако они зачастую уступают традиционным технологиям в прочности и пластичности получаемых изделий. Ученые Пермского Политеха нашли решение этой проблемы. Исследование выполняется совместно с Институтом механики сплошных сред УрО РАН при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках одного из направлений Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030» Пермского Политеха. Его результаты вносят вклад в обеспечение технологического суверенитета Российской Федерации.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Вычислительная механика сплошных сред» (№2, 2022).
Металлическая 3D-печать все шире используется в таких отраслях промышленности, как авиа- и машиностроение, энергетика, медицина и даже ювелирное дело. С ее помощью можно создавать легкие и прочные металлические конструкции сложной формы при значительной экономии материала. В процессе «печати» добавляемый слой материала соединяется с уже сформированным слоем. При этом атомы металла зачастую формируют кристаллы, напоминающие по форме деревья — дендриты, тогда как предпочтительной формой является зерно — многогранная или округлая форма кристалла.
— Прочность и пластичность металлических сплавов, произведенных способом металлической 3D-печати, во многом ограничена дендритной структурой кристаллов. Образование подобной структуры удается подавить, используя гибридные технологии аддитивного производства. В своем исследовании мы чередовали наплавку алюминиево-магниевого сплава с послойными пластическими деформациями (проковкой) посредством ударного воздействия пневмомолотка и обнаружили, что таким образом можно получить равноосную зернистую структуру, — рассказывает руководитель проекта, профессор кафедры сварочного производства, доктор физико-математических наук Дмитрий Трушников.
Важнейшим результатом проведенного исследования является разработанная математическая модель процесса. Она показала, что гибридная технология, сочетающая наплавку и проковку материала, позволяет схлопывать поры, образующиеся при обработке алюминиево-магниевых сплавов. Кроме того, математическая модель позволила существенным образом оптимизировать параметры проковки и заметно повысить характеристики прочности и пластичности материала.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.