Эта технология пригодится в аэрокосмической промышленности и медицине
Физики Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева (КНИТУ-КАИ) представили новаторский способ утилизации и повторного использования металлических изделий, созданных с помощью аддитивных технологий (3D-печати). Разработанная методика позволяет преобразовать отслужившие свой срок металлические детали, произведенные методом селективного лазерного спекания, обратно в пригодный для 3D-печати мелкодисперсный порошок. Подробности исследования были опубликованы в научном издании «Metal science and heat treatment».
Аддитивное производство, более известное как 3D-печать, представляет собой технологию послойного создания объектов. Ее ключевое отличие от традиционных методов, таких как фрезеровка или литье, заключается именно в последовательном добавлении материала, а не его удалении или заполнении формы. Отсюда и название «аддитивное» (от англ. add — добавлять). Процесс основан на цифровой 3D-модели и позволяет быстро, гибко и с меньшими отходами производить детали. В случае работы с металлами в качестве «чернил» используется специальный металлический порошок.
Требования к металлическим порошкам для 3D-печати очень специфичны из-за природы послойного формирования изделий. Существующие промышленные методы получения таких порошков стремятся обеспечить высокую степень сферичности частиц, однородность структуры и оптимальные свойства для процесса спекания или плавления.
Одним из перспективных методов получения металлических порошков, пригодных для 3D-печати, является плазменно-электролитная технология, использующая эффекты электрического плазменного разряда.
Исследователи из КНИТУ-КАИ считают, что метод электролитно-плазменного распыления позволяет получать металлические порошки с превосходными качественными показателями по сравнению с другими технологиями.
Доцент кафедры технической физики КНИТУ-КАИ Рушан Каюмов отметил высокий потенциал электролитно-плазменной технологии для аддитивного производства. По его словам, метод не только предлагает новый подход к созданию высококачественных порошков, но и решает задачу переработки уже существующих 3D-печатных изделий, что открывает перспективы для производства деталей с улучшенными свойствами и расширяет выбор доступных материалов.
Принцип работы метода основан на использовании низкотемпературной плазмы, генерируемой электрическим разрядом между двумя электродами. Особенностью является то, что одним из электродов выступает жидкий электролит (например, водный раствор солей), а другим – металлическое изделие, подлежащее переработке. Разряд возникает в пространстве между металлическим электродом и поверхностью электролита.
Ученые КНИТУ-КАИ сосредоточены на глубоком исследовании и усовершенствовании этой технологии, чтобы раскрыть ее максимальную эффективность и внедрить в практику. Рушан Каюмов подчеркнул, что тема электролитно-плазменной обработки является центральной в его работе последнее десятилетие, а несколько лет назад команда начала применять эти знания для получения порошков для 3D-печати.
Актуальность направления подтверждена экспериментами, показавшими успешное получение металлических порошков, пригодных для 3D-печати. Высокое качество получаемых порошков, в частности их сферическая форма частиц, облегчает работу с 3D-принтерами, обеспечивая лучшую подачу и равномерное распределение материала в слоях. Эта технология может найти широкое применение у производителей оборудования для 3D-печати, а также в таких отраслях, как авиация, автомобилестроение и медицина, где требования к качеству материалов особенно высоки.
Следует отметить, что внедрение и использование электролитно-плазменных комплексов связано со значительными первоначальными инвестициями. Кроме того, сама технология является технологически сложной и требует привлечения высококвалифицированных специалистов для ее освоения и эксплуатации.
На рынке уже представлены зарекомендовавшие себя методы производства металлических порошков, включая газовое и плазменно-роторное распыление, а также карбонильный метод для получения сверхмелких частиц. Тем не менее, исследователи из КНИТУ-КАИ убеждены, что их электролитно-плазменная технология, позволяющая точно контролировать микроструктуру получаемого порошка, сможет успешно конкурировать с существующими подходами.
Важным преимуществом разработанного метода является возможность эффективной переработки отходов 3D-печати (бракованных деталей, излишков материала, устаревших изделий), полученных методом селективного лазерного спекания. Превращение таких отходов обратно в высококачественный металлический порошок для повторного использования значительно снижает стоимость конечного материала по сравнению с получением порошка из первичного сырья.
Помимо экономической выгоды, электролитно-плазменная технология обладает значительным экологическим потенциалом. Она способствует созданию замкнутого производственного цикла в 3D-печати металлами, снижая потребность в новом сырье и превращая отходы в ценный ресурс. Это делает метод более устойчивым и экологичным в сравнении с традиционными подходами.
