Вісник НАН України. 2018. № 7. С.33-39
https://doi.org/10.15407/visn2018.07.033
ШАПОВАЛОВ Віктор Олександрович —
член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор, завідувач відділу плазмово-шлакової металургії Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
НАУКОВІ ОСНОВИ ДУГОВИХ АДИТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ У СПЕЦЕЛЕКТРОМЕТАЛУРГІЇ ТА ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННІ
Стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 30 травня 2018 року
У доповіді проаналізовано сучасний стан розвитку дугових адитивних технологій у світі, показано роль української науки у впровадженні у вітчизняну промисловість розробок і досягнень з цього напряму. Відзначено важливість та актуальність проведених в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України робіт у галузі спеціальної металургії, зварювання та матеріалознавства, за результатами яких створено і експериментально підтверджено новітню наукову концепцію управління структурою металів та сплавів при їх кристалізації, а також розроблено технологічні основи виробництва металевих матеріалів з монокристалічною та керованою полікристалічною структурою.
Шановні члени Президії!
Шановні колеги!
Зараз в усьому світі прискореними темпами розвиваються адитивні технології (additive manufacturing). По суті, це пошарове нарощування і синтез об’єкта за допомогою комп'ютерних 3D-технологій.
Для роботи з металами широко використовуються кілька різновидів таких технологій, які можна класифікувати за типом нагріву та за типом вихідного матеріалу. Джерелами нагріву можуть бути: лазерний промінь, електронний промінь та електрична дуга. Як витратний матеріал зазвичай використовують або порошок, або дріт. Кожна з цих технологій має свої переваги і недоліки. Найпоширенішою є порошково-лазерна технологія. Її суть полягає в тому, що промінь, переміщуючись поверхнею плити, визначає зону сплавлення порошку, і в такий спосіб формуються задані вироби (рис. 1).
Ще в 1995 р. у китайському Північно-західному політехнічному університеті (NPU) було започатковано програму досліджень «Лазерне адитивне виробництво» (LAM). Розробки, отримані в результаті виконання цієї програми, сьогодні широко використовуються у промисловості. Так, вражаючим прикладом застосування адитивних технологій є той факт, що для створення перспективного пасажирського літака Comac С-919, що розробляється у КНР, у 2013 р. в лабораторії NPU було надруковано 5-метровий центральний лонжерон крила. Деталь має масу всього 136 кг (для порівняння: заготовка аналогічної деталі під ковку важить 1607 кг). При цьому економія матеріалу становила 91,5% (тобто витрати матеріалу знижуються майже в 10 разів), а проведені випробування показали, що технічні характеристики 3D-друкованих деталей, як мінімум, не гірші, ніж у деталей, отриманих традиційними способами.
Іншим показовим прикладом актуальності розвитку адитивних технологій є те, що фахівці Бейханського університету (Пекін, КНР) під керівництвом професора Ванга Хуамінга за допомогою 3D-принтингу надрукували шасі і величезну несучу деталь для того самого літака Comac С-919. Вони розробили нове обладнання для адитивного виробництва і відповідне програмне забезпечення, завдяки чому було вирішено багато проблем, які зазвичай супроводжують процес 3D-друку. За словами професора Ванга Хуамінга, тепер Китаю потрібно всього лише 55 днів і менш ніж 200 тис. доларів США, щоб надрукувати раму кабіни пілотів літака С-919. Раніше їм доводилося замовляти такі деталі у європейських виробників, і весь процес тривав близько двох років, а остаточна вартість рами, виготовленої традиційними промисловими методами, становила близько 2 млн доларів США.
Отже, зважаючи на вражаючі приклади успішного застосування адитивних технологій у різних галузях промисловості, майже всі країни світу більшою чи меншою мірою приділяють увагу розвитку цього напряму. Найбільшу кількість обладнання для 3D-технологій зосереджено у Сполучених Штатах Америки (38,3%), Японії (10,2%), Німеччині (9,3%), Китаї (8,6%) (рис. 2). На жаль, Україна в цьому рейтингу входить до категорії «Інші».