南乌拉尔国立大学焊接生产设备与技术系的一位年轻科学家、教师伊尔西亚·苏莱曼诺娃正在与她的同事和学生一起制造一台不同寻常的3D打印机。实验室中已经运行了一台原型机。
现有的3D打印机能够用特殊粉末生产出任何复杂形状的零件。它们一层一层地叠加在一起并相互“烧结”。同样的想法可以用焊丝来实现,将金属层一层一层地熔合在一起。焊丝将更便宜,并且可以用各种等级的钢、合金或它们的组合(例如铝和钛)制造高熵合金的产品。
该技术称为“逐层电弧增材制造”或 WAAM(线弧增材制造)。目前它尚未在工业中广泛使用,但圣彼得堡、彼尔姆和法国的研究机构都有原型。
南乌拉尔国立大学打印机的设计特点是体积小。机身尺寸为 50 x 50 厘米,壁是透明的,透过透明壁可以看到工作台和燃烧器如何移动——燃烧器是一个带有“钟形”灯罩的装置,焊丝和保护气体从那里供应。生长过程由基于 Cura 包的程序控制——Cura是3D打印机的常用软件。
以前,如果需要创建零件的原型,必须先联系铸造工人,他们制作模具,用热金属填充模具,由于收缩而消耗更多金属;然后是冲压或其他压力处理,以及机械加工。现在,同一个零件可以由一名专家在更短的时间内制造出来,并减少材料损失。
然而,科学家们也看到了可能的缺陷。复合材料层将如何表现,它们将赋予零件什么样的机械性能?这取决于层的沉积顺序或速度,以及纤维的排列方式。科学家们正试图消除性能的各向异性,从而使层的晶粒取向混乱。而这一选择需要研究——既要借助数学建模,也要借助新打印机上打印的样品的机械测试。在发布打印机之前,必须向消费者保证“打印”部件的可靠性。
伊尔西亚·苏莱曼诺娃的工作得到了“迈向未来”计划的资助。
与此同时,当地企业已经对焊丝3D打印技术表现出兴趣。当著名政治家维克托·赫里斯坚科会见南乌拉尔国立大学的年轻科学家时,伊尔西亚·苏莱曼诺娃谈到了这台不同寻常的打印机。这个想法引起了国家杜马代表瓦列里·加尔通的兴趣。
这种装置可用于锻造和压制生产,一般用于机械工程——例如,解决发动机活塞的通道冷却问题。
伊尔西亚·苏莱曼诺娃继续攻读博士论文,该论文致力于K80级高强度钢管道的焊接。这种管道用于石油和天然气工业,经常在极北地区的恶劣条件下使用。伊尔西亚研究焊接接头在焊接热循环和低温条件下的结构和机械性能。她还参与了其他与材料可焊性相关的研究,其中一个例子是研究造船业中高强度钢焊接接头出现冷裂纹的可能性。