Ученые НГТУ научились управлять свойствами металла в процессе 3D-наплавки для протезов и энергетики

Исследователи Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) разработали метод регулирования технологии послойного создания металлических деталей.

Представьте, что вы печатаете металлическую деталь, но не из одного материала, а из нескольких — с плавным переходом свойств. Внешний слой устойчив к коррозии, внутренний — ударопрочен, а в середине — высокая теплопроводность. Это не фантастика, а новая разработка новосибирских ученых.

Метод называется дуговое аддитивное производство (WAAM). В отличие от порошковых 3D-принтеров, здесь используется электрическая дуга как нагреватель, а материалом служит проволока. Но главное — НГТУ предложил использовать двойную (и более) подачу разных проволок одновременно.

«Мы наплавляем слои, но в процессе можем менять химический состав материала. Сначала идет одна сталь, потом плавный переход к другой. Свойства детали меняются по заданному закону», — поясняет руководитель молодежной лаборатории реверс-инжиниринга и прототипирования НГТУ Алексей Алимов.

Как это работает?
Ученые наплавили экспериментальный образец — валик, состоящий из слоев разнородных сталей. Между ними сформировался переходный слой, обеспечивающий плавное изменение свойств (а не резкую границу, где деталь может сломаться). Теперь предстоит серия экспериментов, чтобы подобрать оптимальные режимы: скорость подачи проволоки, силу тока, скорость наплавки. Критерий отбора — отсутствие дефектов (пор, трещин, неравномерности).

После выбора режимов будут проведены микроструктурные исследования (изучение переходного слоя под микроскопом). Ученые смогут прогнозировать состав материала в ходе наплавки и, регулируя параметры, предвидеть и ликвидировать возможные дефекты.

Где это пригодится?

• Медицина: протезы и имплантаты, которые должны быть прочными снаружи, но упругими внутри (имитируют кость).

• Энергетика: детали для турбин, где одна часть работает при высокой температуре, а другая — в агрессивной среде.

• Машиностроение: шестерни с твердой поверхностью, но вязкой сердцевиной.

Сейчас ученые используют две проволоки. В будущем метод позволит наплавлять детали из трех и даже четырех проволок — с плавным изменением состава не только по вертикали, но и по горизонтали. Это откроет возможности для создания деталей с «интеллектуальными» свойствами: например, самоупрочняющихся при нагрузке.