«Центротех» запустил в промышленную эксплуатацию установку «Капля». На ней производят металлические порошки методом газового распыления расплава. Получается сырье для 3D-принтеров — порошки из алюминиевых и медных сплавов, нержавеющей и высоколегированной стали. «Центротех» планирует поставлять их предприятиям отрасли и сторонним компаниям, занимающимся порошковой металлургией и аддитивными технологиями.
Название установки «Капля» отражает принцип ее работы, но не размер. Высотой она с двухэтажный дом. За производственный цикл, то есть одну плавку, она выдает 30 кг товарного металлического порошка. Обслуживают эту махину всего два человека: оператор и сменный мастер, оба — специалисты по металлургическому литью. Создавал установку по изготовлению металлических порошков для 3D-печати большой коллектив ученых и инженеров. Ее придумали в Уральском федеральном университете, а научно-производственное объединение «Центротех» адаптировало идеи ученых к потребностям своего производства.
Выпуск порошковых материалов для 3D-печати — одно из перспективных направлений развития неядерных бизнесов «Росатома». Отраслевой интегратор по аддитивным технологиям «РусАТ» разработал две модели 3D-принтеров по технологии селективного лазерного плавления металлических порошков, RusMelt 300 Multi Laser и RusMelt 600 Multi Laser. Для них необходимо качественное сырье. Сейчас в рамках нескольких государственных программ по импортозамещению создается отечественная линейка порошковой продукции.
Установка «Капля» состоит из компонентов российского производства. Согласно результатам первых испытаний, по химическим и физическим характеристикам получаемые на ней порошки не уступают зарубежным и отечественным аналогам. На создание «Капли» ушло полтора года. Еще полгода потребовали пусконаладочные работы: на установке отрабатывали технологию производства порошков из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, в итоге получили первые партии образцов товарного качества. То, что продукция пригодна для использования в 3D-печати и имеет нужный гранулометрический и химический состав, текучесть, плотность и форму частиц, подтверждено исследованиями специализированной лаборатории. В ноябре 2020 года порошки отправили на тестовую печать. Испытывать их качество будут в том числе на первом отечественном мультилазерном 3D-принтере, который работает на промплощадке «Центротеха» с 2019 года.
«Эта установка — совокупность множества элементов: индукционная печь для плавления шихты, тигель-металлоприемник, форсунка, камера распыления, металлопровод, сборник порошка, а также вспомогательные системы — охлаждения, электроснабжения и подачи газа, вентиляции и обеспечения безопасности работ, — поясняет гендиректор «Центротеха» Илья Кавелашвили. — Принцип действия «Капли» состоит в распылении расплава жидкого металла струей газа: в печи металл плавится, а далее в специальной камере он дробится на капли, которые кристаллизуются в гранулы-шарики».
Оборудование позволяет получать широкий спектр металлических порошков: из алюминиевых и медных сплавов, нержавеющих и высоколегированных сталей. Это материалы для металлических 3D-принтеров и порошковой металлургии в целом.
«Центротех» производит сырье для 3D-принтера, а заказчик сам решает, что конкретно он будет «выращивать», — продолжает Илья Кавелашвили. — Сейчас идет наработка товарной партии порошка 12Х18Н10Т, это заказ «РусАТ». Состав можно поменять, если будет потребность».
На установке изготавливают сферические гранулы порошка, их размер варьируется от 5 до 400 мкм, содержание кислорода не более 0,1 %. Низкое содержание кислорода позволяет при «выращивании» детали на 3D-принтере получать изделие с минимальным количеством дефектов. Локальные образования оксидных пленок в структуре сплава маловероятны. Кроме того, порошок обладает высокой текучестью, а это значит, что его можно использовать не только для селективного лазерного сплавления, но и для других технологий аддитивного производства, например DED (Direct Energy Deposition, плавка лазером) и DMD (Direct Metal Deposition, прямое осаждение металлов), предполагающих прямую подачу металла в область построения детали.
«Помимо удовлетворения внутренних потребностей «Росатома» основная цель предприятия — выход вместе с интегратором на внешний рынок, — делится планами Илья Кавелашвили. — Рынок порошков в России очень емкий. Потенциал по увеличению производительности установки есть, и при необходимости мы можем нарастить объемы производства. А если и этого будет мало, построим еще одну «Каплю».
За один производственный цикл установка выдает 30 кг товарного металлического порошка
«Центротех» постоянно работает над расширением порошковой линейки. Сейчас специалисты предприятия монтируют лабораторную установку центробежного плазменного распыления «Шайба» для получения титановых порошков. Из-за санкций покупать эту продукцию у иностранных поставщиков стало сложно, поэтому госкорпорация запускает проекты с использованием титановых порошков собственного производства.
«Титановые порошки стоят на верхней строчке по востребованности на рынке, с их помощью изготавливают изделия сложной формы и с высокими требованиями по прочности, износостойкости, надежности. Например, лопатки турбин, форсунки, протезы — все то, что без использования аддитивных технологий производить нерентабельно или вовсе невозможно, — отмечает Илья Кавелашвили. — Принцип работы «Шайбы» следующий: цилиндрическая заготовка титана раскручивается до скорости 40 тыс. оборотов в минуту, а с торца обдувается источником тепла температурой до 5 тыс. °C. На торце заготовки образуется тонкий слой жидкого металла. За счет центробежной силы он перетекает к краю заготовки и срывается с нее в виде пленки и капель. Пленка в полете дробится на капли, они кристаллизуются в шарики и падают вниз. Весь процесс происходит в среде инертной атмосферы аргона и гелия».
Преимущество технологии — возможность получать порошки металлов с гранулами идеальной сферической формы и с низкой долей примесей. Шарики одного размера в порошке подогнаны очень плотно друг к другу, свободного пространства между ними почти нет, благодаря этому при плавлении на принтере не появятся пустоты и поры. А отсутствие дефектов в виде посторонних примесей — основное требование для прочности и долговечности изделия.
На установке «Шайба» будут получать порошки титановых сплавов ВТ6 и ВТ1-0. Они пригодятся в медицине для изготовления протезов, еще одна сфера их применения — ремонт водного транспорта.