Повысить надежность деталей для авиации и космонавтики, изготовленных с помощью печати металлическими порошками, позволит технология, созданная в Самарском университете им. Королева. С ее помощью возможна тонкая настройка параметров "выращивания" металлических конструкций сложных форм. Результаты представлены в Metals.

Несмотря на значительный прогресс в области послойного создания объектов (аддитивной печати) с помощью 3D-принтеров, их применение для изделий аэрокосмической отрасли ограничено, подчеркнули в Самарском университете им. Королева. Это связано с изменчивостью процесса сплавления металлических порошков, из которых получают детали и комплектующие спутников.

Причина этого кроется как в неоднородности частиц по размеру и химическому составу, так и в условиях 3D-печати, связанных с неравномерностью тепловых потоков в пространстве и во времени при "выращивании" деталей, объяснил главный научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории "Искусственный интеллект в производственных системах" Александр Хаймович.

Из-за этого в "выращиваемых" деталях возникают микропоры, несплавления и микротрещины, которые ощутимо влияют на применимость и срок службы изделий, добавил ученый.

Специалисты Самарского университета разработали метод создания более "однородных" по составу и свойству металлических конструкций с помощью 3D-печати. Сначала характеристики изделия ранжируются по приоритетам в соответствии с требованиями потребителя, далее при минимальном количестве экспериментов на небольших образцах запускается оптимизационный процесс, позволяющий получить приемлемый для заказчика результат.

"Это так называемый робастный подход - метод проектирования и оптимизации процессов. Он позволяет достигать стабильных результатов даже при наличии неопределенностей, изменений условий или несовершенства исходных данных. Созданная технология успешно прошла апробацию применительно к 3D-печати изделий из металлических порошков", - пояснил Хаймович.

Потребительские требования к таким изделиям могут быть разными, и часто они противоречат друг другу: одни изделия требуют высокой точности формы и качественной поверхности, другие - повышенных механических свойств. Формы таких деталей могут быть настолько сложными и включать замкнутые внутренние полости, что их изготовление другими методами зачастую затруднено или невозможно, подчеркнул ученый.

"При этом и многие технологические факторы, влияющие на характеристики качества, оказывают противоположное воздействие. Например, увеличение мощности источника энергии может снизить количество пор и несплавлений, однако может привести также к росту трещин и искажений формы. Наш способ позволяет достичь наиболее удачного компромисса", - рассказал Хаймович.

В настоящее время в Самарском университете ведется разработка программного обеспечения - рабочего места технолога аддитивного производства, включающего созданную технологию.