3Д-печать металлической детали
© РИА Новости / Сгенерировано искусственным интеллектом
Учёные Сибирского федерального университета совместно с исследователями Ангаро-Енисейского кластера глубокой переработки цветных и редких металлов создали проволоку и новые алюминиевые сплавы, предназначенные для 3D‑печати деталей сложной формы, используемых в авиастроении и ракетно‑космической технике. В пресс‑службе СФУ сообщили, что за счёт подбора химического состава проволока позволит «создавать более надежные узлы спутников и самолетов с меньшими тратами материала».
Авторы работы подчеркнули, что в современной отрасли одними из основных материалов остаются алюминиевые сплавы, и для придания им свойств, таких как повышенное сопротивление трению, пластичность или тугоплавкость, в сплав вводят легирующие добавки более дорогостоящих элементов. По их оценке, это может привести к увеличению стоимости изделия в десятки раз.
«Для придания алюминиевым сплавам прочности часто используется добавление скандия (Sc) — редкоземельного металла (РЗМ). Однако высокая стоимость добавки даже в небольшом количестве существенно повышает цену проволоки и деталей из такого сплава. Поэтому заменить скандий могут альтернативные «упрочнители», например церий (Ce) и эрбий (Er)», — пояснил один из авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Никита Степаненко.
Разработка ориентирована на уменьшение содержания скандия в сплавах при сохранении или улучшении характеристик, важных для послойного производства. Как отмечают исследователи, «Зарекомендовавший себя в «обычном» производстве (литейном, ковочном) сплав не обязательно подходит для аддитивного, когда металл плавится и затвердевает в каждом новом слое и некоторые участки многократно нагреваются повторно. Поэтому состав может потребовать существенной доработки, которая требует и оценки экономической эффективности производства деталей».
Профессор кафедры электротехники СФУ Михаил Первухин указал, что функция любых редкоземельных металлов в таких сплавах — делать алюминиевые детали прочнее, устойчивее к нагреву и, в некоторых случаях, менее склонными к образованию трещин при послойном «выращивании», что принципиально для 3D‑печати. По его словам, такие свойства можно получить не только за счёт скандия, но и при введении церия или комбинации эрбия и циркония со скандием.
Никита Степаненко также объяснил преимущества аддитивных технологий: «Главный принцип аддитивных технологий — формирование объекта добавлением материала там, где это необходимо, подобно тому, как природа выращивает живые организмы, за счет послойного нанесения металла только там, где это необходимо. Поэтому производить детали сложной формы с помощью печати — это значит экономить ценные легкие материалы, снижать количество бракованных изделий, сокращать время от модели до готового изделия в 2–4 раза и получать равномерную структуру деталей благодаря ускоренному охлаждению».
Авторы подчёркивают, что новые сплавы специально разработаны для аддитивного производства и рассчитаны на изготовление узлов для воздушных судов и спутников. В текущем году СФУ также реализует научно‑популярный проект «Сибирское редкоземье. Металлы для жизни» при поддержке Минобрнауки России в Десятилетие науки и технологии.