Евгений Колубаев: «Электронно-лучевая аддитивная технология позволяет в 3-5 раз сократить срок изготовления детали»

Участниками проекта по созданию 3D-принтера стали сразу несколько предприятий: РКК «Энергия», компания «ТЭТА», Институт физики прочности и материаловедения СО РАН и Томский политехнический университет.

Чтобы узнать подробности о работе инновационного оборудования, наша редакция связалась с заведующим лабораторией контроля качества материалов и конструкций Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН), руководителем Межведомственного проектного офиса ФАНО России - ГК Роскосмос, д. т. н. Евгением Александровичем Колубаевым.

3Dpulse.ru: Добрый день, Евгений Александрович. Что представляет собой технология 3D-печати ЭЛАТ (EBAM, если использовать англоязычную аббревиатуру)?

Евгений Колубаев: Добрый день. Электронно-лучевая аддитивная технология – это процесс получения деталей и изделий с заранее заданными формой и свойствами путем послойного локального наплавления тонкой металлической проволоки с помощью электронного луча. Технология основана на уникальной способности электронного луча концентрировать энергию. Электронный луч высокой мощности (несколько киловатт) фокусируется в рабочей зоне в небольшое пятно диаметром 2-3 миллиметра. Затем этот сгусток энергии направляется на проволоку, расположенную вблизи подложки. Подложка – это основа, на которой формируется будущее изделие или его часть. Под действием электронного луча металлическая проволока начинает плавиться в области поглощения энергии луча. При этом само изделие остается «холодным», имеет невысокую температуру и, если луч убрать, металл мгновенно кристаллизуется. Электронный луч создает на поверхности формируемого изделия ванну расплавленного метала. В ванну с определенной скоростью подается проволока. Скорость подачи проволоки оказывает влияние на свойства формируемого изделия.

Формируемое изделие перемещается внутри вакуумной камеры относительно неподвижной электронной пушки и устройства подачи проволоки с помощью стола манипулятора, который имеет не менее шести степеней свободы (перемещение вдоль осей x и y, вращение относительно оси z, перемещение вдоль оси z, вращение относительно осей x и y). Электронная пушка с механизмом подачи проволоки двигается и имеет возможность наклона. Диаметр проволоки может изменяться от десятых долей миллиметра до 1-2 мм.

3Dpulse.ru: Расскажите о Вашем принтере. Каковы его технические характеристики?

Евгений Колубаев: ЭЛАТ позволяет формировать изделия с высокой скоростью, до 9 – 10 кг/час. Эта технология эффективна в мелкосерийном и единичном производстве изделий сложной формы из дорогостоящих металлов и жаропрочных и высокопрочных сплавов. Наличие высокого вакуума позволяет работать с активными металлическими материалами. Весь процесс полностью автоматизирован. В ряде случаев требуется небольшая пост-механическая обработка.

В настоящее время размер формируемого изделия может быть более 3 кубических метров при массе до 500 кг. Изделие выходит плотным, без пор, имеет однородную мелкозернистую структуру. Применение мультипроволочного питателя обеспечивает получение изделий с различной композитной структурой

3Dpulse.ru: Это первый принтер в России, использующий данный метод 3D-печати?

Евгений Колубаев: Да, первый.

3Dpulse.ru: На каком этапе находится разработка принтера? Когда планируется наладить серийное производство и будет ли оно?

Евгений Колубаев: Изготовлен экспериментальный образец. Производство планируется под задачи заказчика.

3Dpulse.ru: Какие преимущества перед традиционными методами производства и другим аддитивными технологиями имеет новый 3D-принтер?

Евгений Колубаев: При создании металлических конструкций и изделий для космической отрасли наиболее перспективным направлением является применение электронно-лучевых технологий аддитивного производства деталей и элементов из проволоки или прутка. Такой способ отличается высокой производительностью процесса, позволяющей в 3-5 раз сократить срок изготовления детали. Подобная производительность не может быть достигнута ни одним из известных на сегодняшний день альтернативных методов аддитивного производства. Такие компании как Lockheed Martin, Boeing и Airbus уже сделали ставку на изготовление деталей для своих перспективных изделий с помощью данной технологии.

3Dpulse.ru: Какое сырье 3D-принтер будет использовать в качестве расходных материалов, какие металлы?

Евгений Колубаев: Важным преимуществом данной технологии является ориентация на применение отечественных расходных материалов, что позволяет создавать производства, независимые от поставок импортного сырья и комплектующих. Металлы и сплавы могут быть различные.

3Dpulse.ru: В комментариях компании «ТЭТА», было сказано, что принтер сможет комбинировать материалы при печати. Что под этим подразумевается?

Евгений Колубаев: Применение мультипроволочного питателя обеспечивает получение изделий с различной композитной структурой.

3Dpulse.ru: Известно, что в России началась работа по производству металлических порошков для 3D-печати. В частности, этим будут заниматься в Туле, Подмосковье и на Урале. Производят ли в нашей стране металлические прутки для технологии ЭЛАТ?

Евгений Колубаев: Для ЭЛАТ подходит стандартная проволока различного состава, которая выпускается в России.

3Dpulse.ru: Новый 3D-принтер полностью состоит из отечественных комплектующих или какие-либо детали и элементы имеют зарубежное происхождение?

Евгений Колубаев: Зарубежные комплектующие используются, так как в России отсутствует производство необходимой элементной базы.

3Dpulse.ru: Нам известны две мировые компании, производящие EBAM-принтеры — китайская Xi'an ZhiRong и американская Sciaky. Имело ли место какое-либо международное сотрудничество или обмен опытом в процессе работы над оборудованием?

Евгений Колубаев: Разработка российская. Указанные компании в разработке участия не принимали.

3Dpulse.ru: Основной заказчик принтера — «Роскосмос». Можете рассказать, как его планируют использовать корпорация?

Евгений Колубаев: Вопрос находится в процессе обсуждения.

3Dpulse.ru: Евгений Александрович, спасибо за продуктивный диалог. Желаем, чтобы новый 3D-принтер поспособствовал технологическому рывку в российской авикосмической промышленности.