На ЧМЗ начали делать титановую проволоку для 3D-печати

На Чепецком механическом заводе запустили опытную линию теплого волочения. Технология позволяет производить проволоку высокой прочности из титановых сплавов для 3D-печати. Спрос на нее растет вместе с повышением интереса к аддитивным технологиям. Пока же большинство российских производителей покупают проволоку для 3D-печати за рубежом.

Волочение — ​это технология изготовления проволоки, которую применяли еще в Древнем Египте. Ее суть проста: металлический прут протягивают через постепенно уменьшающиеся круглые (или другой заданной формы) отверстия столько раз, сколько нужно, чтобы под давлением получить проволоку требуемого диаметра. С тех пор технологию постоянно совершенствуют. Для материалов, из которых сложно получить проволоку простым давлением, используют теплое волочение. Его особенность в том, что в процессе обработки заготовку нагревают. Материал размягчается, его пластичность увеличивается, и более тонкую проволоку можно получить за один проход, экономя время и не рискуя оборвать заготовку.

По-новому ток подавать

Установку теплого волочения для новой производственной линии ЧМЗ разработали специалисты предприятия и дочернего общества «Прибор-­Сервис». В волочильной кассете заготовку нагревают, пропуская через нее электрический ток. Ноу-хау специалистов ЧМЗ — ​конструкция устройств, подающих ток на проволоку. Установка позволяет контролировать нагрев заготовки и менять технологические режимы в зависимости от вида сплава.

В производственной линии последовательно расположены три волочильных стана MTS. Они оснащены источниками тока для нагрева проволоки, тензометрической системой, которая контролирует и поддерживает натяжение при волочении и отжиге, и барабанами отжига для охлаждения проволоки после разогрева между токоподающими устройствами. При отжиге охлаждение происходит медленно, поэтому улучшаются свой­ства металла после деформации: повышается однородность, улучшается микроструктура.

Выпускают проволоку двух видов: диаметром 3 мм и 1,6 мм. Кроме геометрии специалисты отдела технического контроля проверяют механические свой­ства, химический состав, отклонение от прямолинейности и чистоту поверхности изделия.

Разработанную на ЧМЗ установку можно использовать для изготовления проволоки не только из титановых сплавов, но и из других труднодеформируемых материалов. Пока самым сложным был сплав ВТ20 — ​его основу составляет титан, содержание которого может колебаться в диапазоне от 85,15 % до 91 %, также в состав входит алюминий, цирконий, ванадий и молибден. На ЧМЗ заверяют, что запаса мощности электроустановок и усилия волочильных барабанов хватит и на более трудные в обработке сплавы.

Титановый бум

Титановую проволоку используют для 3D-печати по технологиям EBF3, LWC, WAAM (см. «Технологии 3D-печати»). По оценкам экспертов предприятия, потребности российской аддитивной промышленности в расходных материалах растут. Например, в титановом сегменте авиационной промышленности сейчас происходит качественная трансформация — ​авиапроизводители активно внедряют 3D-печать в производство трехмерных крупногабаритных заготовок и конечных изделий для своих нужд. То же самое происходит и в атомной промышленности. Титановая продукция — ​одно из ключевых направлений развития металлургического бизнеса ТВЭЛ.

Пока потребности в титановой проволоке для аддитивных технологий российских производителей покрывают импортные поставки. ЧМЗ стал первым отечественным поставщиком проволоки из сплава ВТ6 — ​одной из самых распространенных российских марок легированного титана.

«Мы готовы обеспечить растущую потребность промышленности в материалах для развития аддитивных технологий», — ​уверен гендиректор ЧМЗ Сергей Чинейкин.

В «Росатоме» аддитивные технологии развивает интегратор «РусАТ» (входит в ТВЭЛ). Компания ведет проект по разработке технологий и созданию аддитивного оборудования для прямого выращивания заготовок и трехмерных изделий с применением проволочных материалов. «РусАТ» намерен в будущем удовлетворять спрос потребителей не только на титановую проволоку, но и на другие расходные материалы для 3D-принтеров из различных металлов. С учетом этих планов ЧМЗ, отлаживая выпуск титановой проволоки, ориентируется в первую очередь на обеспечение потребностей интегратора.

В «Росатоме» аддитивные технологии развивает интегратор «РусАТ» (входит в ТВЭЛ). Компания ведет проект по разработке технологий и созданию аддитивного оборудования для прямого выращивания заготовок и трехмерных изделий с применением проволочных материалов. «РусАТ» намерен в будущем удовлетворять спрос потребителей не только на титановую проволоку, но и на другие расходные материалы для 3D-принтеров из различных металлов. С учетом этих планов ЧМЗ, отлаживая выпуск титановой проволоки, ориентируется в первую очередь на обеспечение потребностей интегратора.

ТЕХНОЛОГИИ 3D-ПЕЧАТИ

EBF3 (electron-beam freeform fabrication) — ​электронно-­лучевое изготовление произвольной формы. Метод аддитивного производства с использованием сфокусированного луча в вакуумной среде. Разработан специалистами НАСА для высокоточного создания изделий, почти не нуждающихся в последующей обработке.

LWC (laser wire cladding) — ​лазерное плакирование. Поток порошка или проволока подается в ванну расплава, которую создает лазерный луч во время нанесения материала по выборочным, вплоть до точечных, целям. Лазерное плакирование также можно отнести к методам сварки.

WAAM (wire arc additive manufac­turing) — ​выращивание изделий методом сплавления проволоки электродуговой сваркой. Проволока послойно укладывается роботизированным манипулятором в соответствии с 3D-моделью, затем обрабатывается механически.