За семью 3D-печатями

Предприятия атомной отрасли переходят к внедрению технологий трехмерной печати в производство. По решению госкорпорации эту работу будет координировать отраслевой интегратор — компания «Русатом Аддитивные технологии» («РусАТ»). Однако производители и разработчики могут реализовывать собственные коммерческие и научные инициативы.

Фильтры, импланты, модули

В 2019 году «ЦНИИТМАШ» начал применять свои разработки при изготовлении оборудования для АЭС. Пока речь идет о металлических фильтрах очистки воды (антидебризных фильтрах) для вспомогательных систем и неответственных потребителей машзала АЭС. Их используют в шариковой системе очистки воды, которую производит и поставляет «ЦНИИТМАШ».

Еще одна сфера применения технологий 3D-печати — медицина. На модульном участке с принтером MeltMaster3D‑250M и программным обеспечением от «ЦНИИТМАШа» можно за считаные дни изготовить импланты индивидуально для каждого пациента. Особенно востребованы такие изделия в челюстно-лицевой хирургии. Специалисты института совместно с коллегами из АО «Наука и инновации» уже напечатали несколько сегментов нижней челюсти из титана. Испытания показали, что такие импланты выдерживают заданные нагрузки.

На основе своей линейки MeltMaster «ЦНИИТМАШ» планирует производить модульные участки послойного синтеза и поставлять их под ключ. Такое техническое решение позволит увеличить производительность и создать поточное производство, прежде всего — за счет специального изымающего модуля, который помещает в рабочую камеру и затем извлекает детали без разгерметизации области печати. Технология селективного лазерного плавления (СЛП) предполагает, что лазерные лучи плавят порошок в среде защитных газов. При извлечении рабочая камера заполняется воздухом для выравнивания давления. Для печати следующей детали необходимо прокачивать рабочую камеру для уменьшения концентрации кислорода. Это требует времени. При использовании изымающего модуля закачка и откачка кислорода не требуются, что повышает производительность на 20–30 %.

«Один изымающий модуль может обслуживать от трех до пяти принтеров», — ​говорит Евгений Свистунов, ведущий инженер-технолог лаборатории аддитивных технологий «ЦНИИТМАШа».

Кроме изымающего механизма есть и другие модули: в институте разработали системы контроля качества напечатанных изделий. По словам Евгения Свистунова, модульные участки 3D-печати — хорошее решение для мастерских в отдаленных регионах: вместо того чтобы хранить запчасти или ждать их завоза, можно изготовить замену прямо на месте.

Оптимальные технологии

Перспективы послойного синтеза оценили в еще одной компании машиностроительного дивизиона — в ОКБМ им. Африкантова. В конструкторском бюро уже есть принтеры, печатающие изделия из пластика. Их используют для изготовления технологической оснастки: заглушек, приспособлений для сборки.

Преимущества печати металлом стали очевидны после того, как в «ЦНИИТМАШе» по заказу ОКБМ в 2018 году таким методом изготовили рабочее колесо насоса. Сейчас нижегородское предприятие рассматривает закупку нескольких 3D-принтеров по металлу.

По итогам сотрудничества с «ЦНИИТМАШем» в ОКБМ приняли решение внедрять послойный синтез в производственные процессы. Делать это планируют с помощью «ЦНИИТМАШа» и «РусАТа». ОКБМ нужны свои 3D-принтеры и технологии для трехмерной печати металлом.

В компании собираются закупать принтеры отечественного производства. Сейчас идет выбор оптимальной технологии послойного синтеза. На первом этапе участок 3D-печати в ОКБМ планируют использовать для производства деталей для насосов. Насосное оборудование менее нагруженное, поэтому напечатанные для него детали будет проще сертифицировать, пояснили в конструкторском бюро.

Кроме того, ОКБМ испытывает изготовленные послойным синтезом дистанционирующие решетки, которые используют в конструкции тепловыделяющих сборок. Эти изделия имеют очень сложную форму. Печать на 3D-принтере позволяет снизить их себестоимость на 50 %. Однако для применения послойного синтеза в серийном производстве элементов активной зоны необходимо подтвердить безопасность технологии с помощью реакторных испытаний и получить сертификат.

Аддитивное будущее

В «ЦНИИТМАШе» считают, что научно-технический задел для разработки и создания серийного производства 3D-принтеров на основе технологии селективного лазерного плавления уже создан. В 2014 году госкорпорация выиграла грант Минобрнауки и начала разрабатывать отечественный однолазерный 3D-принтер на базе Института технологии поверхности и наноматериалов «ЦНИИТМАШа». В 2016 году первая в «Росатоме» установка аддитивной печати MeltMaster‑3D550 была готова. Сегодня выполняется инвестпроект по разработке серийной версии отечественных 3D-принтеров, в том числе мультилазерных и мультипорошковых. Разработано собственное ПО для полного цикла аддитивного производства. Так что есть основания полагать, что применение послойного синтеза в промышленном производстве будет расширяться, наиболее перспективными для этого сферами станут атомная, автомобильная, аэрокосмическая промышленность, машиностроение и медицина.

Впереди еще много работы. По словам начальницы научно-технического отдела «РусАТа» Светланы Щуренковой, в ближайших планах интегратора — исследование влияния пучковой энергии на формирование свойств материалов, разработка комплекса программного обеспечения для моделирования физических процессов, методов контроля техпроцессов послойной печати, линейки лазеров и двухосевой оптической сканирующей системы для аддитивного оборудования. До конца этого года завершат разработку первой версии ПО «Виртуальный принтер», а к концу следующего по итогам комплексных НИОКР будут представлены серийные образцы ключевых узлов отечественных 3D-принтеров — линейка оптоволоконных лазеров, оптические сканаторы, системы контроля физических параметров процессов печати. Также ведутся работы по стандартизации оборудования, материалов и технологий аддитивного производства. И конечно, не останавливается совершенствование 3D-оборудования и технологий — в частности, для печати сложнопрофильных и крупногабаритных изделий атомной энергетики.