Современная промышленность переживает настоящую революцию благодаря развитию аддитивных технологий. Если еще пару десятилетий назад изготовление сложных металлических деталей требовало литья, ковки или механической обработки, то сегодня инженеры активно осваивают 3D-печать металлом.
Одним из перспективных направлений в этой области является технология Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) – послойное выращивание металлических изделий с помощью сварочной проволоки. Уникальность данной методики заключается в сочетании традиционных принципов сварки с возможностями трехмерного моделирования, что позволяет создавать крупногабаритные и сложные по геометрии детали без значительных отходов материала.
В числе ведущих исследовательских групп, работающих над внедрением WAAM, – команда Южно-Уральского государственного университета (ЮУРГУ) во главе с инженером-исследователем Ильсией Сулеймановой. Ученые уже разработали прототип 3D-принтера, который способен печатать изделия из различных металлов, используя доступную и экономичную сварочную проволоку.
Принцип работы 3D-принтера ЮУРГУ и особенности конструкции
Новый принтер, созданный в лаборатории ЮУРГУ, представляет собой компактную установку размером 50×50 см, заключенную в прозрачный корпус. Это позволяет визуально контролировать процесс печати в режиме реального времени.
Принцип работы устройства основан на классической дуговой сварке, где вместо традиционного соединения отдельных металлических заготовок формируется послойное наплавление материала. Принтер управляется программой Cura, которая позволяет точно рассчитывать траекторию движения печатающей головки и контролировать параметры сварки.
Ключевые особенности технологии WAAM:
Экономичность – снижение затрат на материалы за счет использования доступной сварочной проволоки вместо дорогих металлических порошков.
Гибкость в выборе материалов – возможность печати из углеродистых, нержавеющих, жаропрочных сталей, алюминиевых и титано-никелевых сплавов.
Высокая скорость изготовления – за один цикл можно получить крупные изделия без необходимости долгой механической обработки.
Экологичность – уменьшение отходов металла и более рациональное использование ресурсов.
Однако, как и любая новая технология, WAAM сталкивается с рядом проблем. Главная из них – анизотропия свойств: металл, наплавляемый слоями, может обладать разной прочностью и твердостью в разных направлениях. Для решения этой задачи команда ЮУРГУ ведет исследования, направленные на улучшение качества соединений и равномерность структуры изделий.
Перспективы применения WAAM в промышленности
Несмотря на высокую эффективность, технология WAAM пока не получила массового распространения в промышленности. Однако в последние годы к ней проявляют все больший интерес ведущие предприятия авиационной, судостроительной и машиностроительной отраслей.
В авиационной промышленности WAAM позволяет печатать сложные несущие конструкции, снижая вес и увеличивая прочность деталей.
В судостроении технология пригодна для быстрого производства крупных металлических элементов корпуса кораблей.
В энергетике и нефтегазовой сфере WAAM можно применять для ремонта и изготовления трубопроводов, деталей турбин и резервуаров.
В автомобилестроении – для создания прототипов и мелкосерийного производства сложных металлических компонентов.
Пилотные проекты уже реализуются в Санкт-Петербурге, Перми и Франции, где инженеры тестируют возможность интеграции WAAM в производственные процессы. Прорывная разработка ЮУРГУ привлекла внимание местных предприятий, а также получила поддержку в рамках программы «Шаг в будущее».
Известные государственные и научные деятели, такие как Виктор Христенко и Валерий Гартунг, выразили заинтересованность в развитии данной технологии, что свидетельствует о ее стратегическом значении для российской промышленности.
Научные исследования и дальнейшие разработки
Ильсия Сулейманова продолжает свои научные исследования в области сварки и аддитивного производства. В рамках кандидатской диссертации она занимается изучением процессов сварки труб из высокопрочных сталей, анализируя их структурные и механические свойства в условиях низких температур.
Эти исследования имеют прикладное значение, так как позволяют разрабатывать новые методы соединения металлов, обеспечивающие долговечность и надежность конструкций. Кроме того, ученые ЮУРГУ ведут работы по:
Оптимизации параметров наплавления металла при WAAM.
Разработке алгоритмов автоматического контроля качества сварных соединений.
Улучшению программного обеспечения для прогнозирования механических свойств изделий.
Успех в этих направлениях позволит существенно повысить конкурентоспособность отечественной металлургии и машиностроения.
Заключение
Исследования ЮУРГУ в области 3D-печати металлом с использованием сварочной проволоки открывают новые горизонты для промышленного производства. Эта технология способна значительно сократить расходы, повысить гибкость производства и сделать изготовление сложных металлических деталей быстрее и эффективнее.
Хотя WAAM пока остается в стадии активных исследований, ее перспективы огромны. При успешном решении текущих технических сложностей Россия сможет занять лидирующие позиции в области аддитивного производства, обеспечив себе конкурентные преимущества на глобальном рынке высокотехнологичных материалов.
Инновационная разработка ЮУРГУ – еще один шаг к цифровой трансформации промышленности, где 3D-печать станет неотъемлемой частью производства в самых различных отраслях.
