В аддитивном производстве, или 3D-печати металлом, до половины объёма заготовки могут занимать поддерживающие конструкции, которые после печати срезают и выбрасывают. К этому добавляется брак. Перерабатывать такие отходы сложно, и ценный металл уходит в утиль. Учёты НИТУ МИСИС предложили способ замкнуть цикл. Метод ультразвуковой атомизации позволяет превращать металлические отходы обратно в порошок, пригодный для 3D-печати. Расплав под воздействием электрической дуги стекает на поверхность, которая вибрирует до 50 тысяч раз в секунду. Капли застывают в сферические частицы, по качеству не уступающие исходному материалу. Технология особенно актуальна для дорогих металлов, например платины, и может снизить себестоимость изделий для медицины и аэрокосмической отрасли.
В аддитивных технологиях несплавленный металлический порошок после просеивания обычно возвращают в рабочий цикл. Однако отходы — поддерживающие конструкции (иногда до 50 процентов объёма заготовки) и бракованные детали — перерабатывать сложно, и они не возвращаются в производство. Учёные НИТУ МИСИС решили эту проблему с помощью ультразвуковой атомизации.
Ведущий инженер научного проекта, аспирант лаборатории аддитивного производства Леонид Федоренко объяснил процесс: «Металлические отходы плавятся под воздействием электрической дуги, а жидкий металл стекает на поверхность, которая вибрирует с частотой до 50 тысяч раз в секунду. Из капель расплава, которые мгновенно застывают в защитной атмосфере аргона, получаются мельчайшие частицы сферического порошка».
Результат превзошёл ожидания. По словам ведущего инженера и аспиранта Ольги Башмаковой, коэффициент сферичности частиц вырос до 0,90 — близко к идеальной сфере (где 1 — эталон). Чем выше этот показатель, тем лучше реологические свойства порошка и плотность упаковки при нанесении слоя в установке селективного лазерного плавления.
Сейчас технологию отрабатывают на распространённых сплавах, чтобы продемонстрировать эффективность концепции. Но, как отметил заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин, особенно актуален новый подход будет для драгоценных металлов, например платины.
Директор передовой инженерной школы «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии» НИТУ МИСИС Александр Комиссаров добавил, что исследования в области аддитивных технологий — одно из ключевых направлений университета. В рамках пилотного проекта по совершенствованию высшего образования здесь запущена программа, где студенты с первого курса работают на реальном оборудовании, вовлекаются в исследовательскую работу и участвуют в проектах ведущих госкорпораций. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда. Результаты опубликованы в журнале Journal of Manufacturing and Materials Processing.
