Моя жизнь неразрывно связана с ВИАМ и всегда будет им определяться.
Академик Е.Н. Каблов
Аддитивные технологии (или 3D—печать) — революционное решение, позволяющее создавать сложные конструкции из разных материалов. Пример — металлические детали для авиации, космонавтики, энергетики. «Выращивание» изделий из специальных порошков вместо привычных литья и сварки помогает получать более легкие, изящные и качественные изделия, многократно ускоряет производство и дарит возможность экономить ресурсы.
В настоящее время ключевую роль в развитии отечественных аддитивных технологий играет Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов НИЦ «Курчатовский институт». Основное внимание здесь уделяется печати металлических деталей и созданию материалов для их производства. В 2014 году в институте был реализован первый в России полный цикл аддитивного производства, охватывающий этапы от фундаментальных исследований до проведения комплексных испытаний опытных образцов. О значимых успехах НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ – в сфере аддитивных технологий рассказывает Евгений Николаевич Каблов, заместитель президента РАН и руководитель этого института в 1996–2022 гг.
Евгений Николаевич Каблов — является одним из создателей направления в современном материаловедении. Он занимает должность заместителя президента РАН и является президентом Ассоциации государственных научных центров «Наука». Также он руководил приоритетным технологическим направлением «Технологии материаловедения» в период с 2016 по 2022 год. Является академиком, доктором технических наук и профессором. Ему присвоены почетные звания доктора СГАУ им. ак. С.П. Королева, почетного профессора КНИТУ-КАИ и ПНИПУ. В его авторстве более 400 научных публикаций и свыше 500 патентов. Среди наград Е.Н. Каблова – орден Почета, орден «За заслуги перед Отечеством» II, III и IV степени, орден Александра Невского, премии Правительства РФ (2002, 2010, 2023), государственные премии РФ в области науки и технологий (1987, 1999, 2014).
— В ВИАМ применяются разнообразные технологии аддитивного производства, такие как селективное лазерное плавление, прямое лазерное выращивание и другие. Какие из этих методов наиболее востребованы и как работают их механизмы?
— Это весьма значимый и уместный вопрос. Слово «аддитивный» имеет латинское происхождение. additivus — «добавочный, получаемый путём сложения». Следовательно, аддитивность подразумевает создание изделий послойным способом. В отличие от Микеланджело, который утверждал, что освобождает скульптуры из камня, удаляя излишки, здесь используется иной принцип. Аддитивные технологии, наоборот, предполагают постепенное наращивание объекта из материала небольшими слоями, что позволяет «вырастить» требуемую конструкцию. Практическое применение этих технологий началось приблизительно в конце 1980-х годов.
В настоящее время это направление получает интенсивное развитие в зарубежных странах. В Российской Федерации над решением этой задачи активно трудится ВИАМ, который в настоящее время является частью Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».
Евгений Николаевич Каблов посвятил работе в ВИАМе 50 лет, в том числе 26 лет занимал пост генерального директора. Благодаря таланту и целеустремленности нового руководителя, удалось вывести институт из-за банкротства в 1990-е годы. В качестве лидера ученый поставил перед собой задачу организации на базе ВИАМа производства высокотехнологичных изделий, которое могло бы обеспечить финансирование научных исследований. Ему это удалось: к 2022 году ВИАМ получал примерно 1 миллиард рублей чистой прибыли ежегодно.
В 2011 году, после того как встала задача разработки новых военных и гражданских самолетов с улучшенными показателями и принципиально иными конструкциями двигательных установок, сотрудники института подготовили документ «Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки до 2030 г.». В нем подчеркивается, что приоритетной задачей в данной сфере является совершенствование аддитивных технологий. Следует отметить, что имеется в виду не просто о 3D—печати, а о комплексном, системном решении вопросов. Это предполагает целенаправленную разработку (а не использование уже существующих) материалов и технологий их получения. Институт создает материалы и производственные технологии нового поколения на базе неразрывности процесса «материал — технология — конструкция — оборудование».
Анализ показал необходимость разработки порошковых материалов с разнообразным размером частиц для аддитивных технологий (с учетом определенной пропорции компонентов разного размера. — Примечание редактора.) . Размер частиц в структуре может колебаться от 40 до 83 микрометров. Впоследствии потребовалось создать необходимое оборудование и проработать технологию последующей обработки, так как после изготовления неизбежно возникает задача повышения качества готового продукта.
Институт ставит перед собой ключевую задачу: создание не просто прототипов или моделей, а полноценных деталей, готовых к непосредственной установке на изделие после изготовления на специализированном оборудовании. Первичные испытания продемонстрировали, что внедрение нового подхода позволяет увеличить скорость работы в тридцать раз, что является значительным улучшением. Помимо этого, традиционные методы характеризовались коэффициентом использования материала, не превышающим 0,4. В случае аддитивных технологий этот показатель достигает 0,8–0,9, что свидетельствует о существенном сокращении отходов. Наконец, аддитивное производство предоставляет уникальные перспективы в области конструирования, особенно при использовании топологического дизайна. Благодаря цифровым технологиям, можно разработать необходимую деталь и затем успешно создать ее слой за слоем в полном объеме. При этом в аддитивном производстве могут быть задействованы различные технологии и материалы.
Вклад ВИАМ в развитие российской промышленности в XXI веке оказался существенным, что подтверждается пятью благодарностями президента Российской Федерации за успехи в ракетно-космической, авиационной и двигателестроительной отраслях, а также в области импортозамещения.
«Евгений Николаевич Каблов отметил, что это большая честь и заслуженное признание нашей работы.
В ранее мной упомянутом документе, датированном 2011 годом, была обозначена одна из важнейших задач XXI века — создание материалов нового поколения. Они должны разрабатываться не как самостоятельные изделия, а целенаправленно, под конкретную деталь или технику. К примеру, в авиационной отрасли подобные исследования традиционно начинались с постановки задачи получения материала с заданными характеристиками. Мы не только выполняли разработки в соответствии с этими требованиями, но и проектировали технологию изготовления материала, осуществляли его обработку и испытания. Ведь любой материал, предназначенный для применения в критически важных областях, проходит через множество этапов тщательного контроля.
Подобно коллегам на Западе, мы установили, что для аддитивного производства необходима целенаправленная разработка материалов. Работа в этой сфере начинается с математического моделирования и создания цифровой модели будущего изделия. Определяется требуемый материал, после чего приступают к конструированию. В аддитивных технологиях применяется широкий спектр методов производства, включая лазерное воздействие, электронно-лучевое наплавление, электродуговую наплавку проволокой и другие. Создаваемые порошки должны соответствовать определенным критериям, обеспечивающим получение качественных изделий выбранным способом. Так, для изготовления деталей с использованием лазера или электронного луча не годятся материалы, характеризующиеся низкой свариваемостью, что требует поиска альтернативных решений. Прежде чем конструктор сможет использовать новый порошок, он должен пройти тщательное тестирование. Необходимо удостовериться в его хорошей текучести, что гарантирует стабильный и устойчивый процесс создания изделия на платформе.
Решение обозначенных задач началось в НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ. Примечательно, что здесь сразу же начали разрабатывать детали третьего уровня, то есть комплектующие, готовые к применению в ремонтных работах. Это весьма эффективный метод: например, космонавты из других стран уже применяют в полете простые устройства для аддитивного производства, позволяющие оперативно изготавливать детали с ограниченным сроком эксплуатации. Подобная практика открывает уникальные перспективы.
В СССР существовала мощная школа конструкторов. У меня была возможность сотрудничать с Героем Социалистического Труда, академиком Архипом Михайловичем Люлькой, дважды Героем Социалистического Труда, академиком Николаем Дмитриевичем Кузнецовым, Героем Социалистического Труда и конструктором авиационных двигателей, членом-корреспондентом академии наук Павлом Александровичем Соловьевым, а также с Героем Труда России, академиком Александром Александровичем Иноземцевым.
А.А. Иноземцеву было поручено создание завихрителя для перспективного российского авиадвигателя ПД-14. Данный компонент предназначен для формирования вихревого потока керосина, насыщенного воздухом. В конструкции ПД-14 предусмотрено 48 завихрителей.
Конструкция этой детали отличается сложностью. Если говорить проще, то керосин и воздух поступают к ней с двух сторон и смешиваются внутри завихрителя. После этого смесь поджигается, и чем лучше будут перемешаны ее компоненты, тем более полным будет сгорание. Эффективность работы завихрителя напрямую зависит от этого параметра.
Эффективность сгорания топливной смеси керосина и воздуха напрямую влияет на количество вредных веществ, выбрасываемых двигателем – оксидов азота и углерода. Международные и европейские авиационные организации устанавливают ограничения на объемы этих выбросов, чтобы минимизировать их негативное воздействие на экологию.
Моему другу была предложена разработка новых завихрителей с использованием аддитивных технологий, и Александр Александрович согласился на наше предложение. В итоге, нам удалось изготовить эти детали из сложного сплава ЭП648. Использование традиционных методов литья было невозможным из-за высокого содержания хрома, которое приводило к образованию интерметаллидов и появлению трещин в изделии. Нашей команде удалось решить эту задачу благодаря применению лазерного сплавления из порошка.
Следует также отметить, что полученные завихрители подвергались дополнительной обработке. Как известно, внедрение любой новой технологии сопряжено как с преимуществами, так и с недостатками. В частности, аддитивное производство приводит к повышенной шероховатости поверхности, что требует корректирующих мер. Для устранения этого дефекта детали полируются с использованием плазменной технологии. Помимо этого, если материал обладает недостаточной свариваемостью, в изделии могут образовываться трещины. Для устранения этих дефектов применяется баротермическая обработка, заключающаяся во воздействии высокой температуры и давления, что позволяет добиться структуры с оптимальной плотностью.
Проведенные испытания подтвердили высокую эффективность созданных по нашей технологии завихрителей. Также применение аддитивного метода позволило значительно увеличить производительность. Ранее изготовление одной такой детали занимало почти три месяца, начиная с создания восковой модели и заканчивая отливкой. Теперь аддитивная технология позволяет создавать полный комплект из 48 завихрителей всего за семь дней. При этом все детали абсолютно идентичны. Кроме того, аддитивное производство дало возможность реализовать более сложную, «ажурную» конструкцию с тонкими стенками.
И, что особенно важно, когда конструктор оценил полученные результаты и признал наш потенциал, мы приобрели ценного партнера и союзника, благодаря поддержке которого мы смогли бы достичь значительных успехов. В рамках задач, поставленных А.А. Иноземцевым, нами было разработано 20 новых порошковых материалов для аддитивного производства, проведена их паспортизация и отработаны технологии их производства. На первом этапе НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ фактически гарантировал поставку завихрителей для серийного производства ПД-14. После того, как о достигнутых успехах стало известно, многие конструкторы проявили больший интерес к нашей работе: в частности, мы начали сотрудничество над новым вертолетным двигателем с Героем Советского Союза, конструктором Александром Ивановичем Ватагиным. И вновь объединение усилий материаловедов, конструкторов и технологов способствовало достижению успеха. Еще раз подчеркну: создание материала без учета возможных вариантов его применения является ошибочным подходом. Поэтому основа нашего успеха – как в разработке новых современных технологий, так и в преодолении отставания в ряде отраслей – заключается в грамотном сочетании опыта профессионалов, создающих материалы нового поколения: материаловедов, обладающих знаниями о существующих сплавах и способах их применения, и конструкторов, продумывающих конструкцию и ее параметры.
Оглядываясь на прошлые события, я хотел бы рассказать о своем участии в создании технологии производства лопаток для турбин высокого давления, предназначенных для двигателя АЛ-31Ф. Этот двигатель является одним из лучших отечественных силовых агрегатов, устанавливаемых на самолетах, разработанных конструкторским бюро Сухого. Лопатки АЛ-31Ф охлаждаемые (с полостью внутри. — Примеч. корр.), для достижения этой цели академик А.М. Люлька поставил задачу сведения к минимуму толщины их стенок. Первоначально толщина стенки такой лопатки колебалась в пределах от 0,64 см до 2 см, и эти различия приводили к термоусталостным разрушениям, препятствующим достижению требуемого ресурса непрерывной работы двигателя. В связи с этим сотрудники ВИАМ, включая меня как руководителя проекта, предложили разработать новую технологию производства лопатки с четко определенной структурой как внешней, так и внутренней поверхности. Лопатки, изготовленные по этой технологии, успешно прошли испытания и были направлены на авиационные предприятия для организации серийного выпуска самолетов.
За выполненную работу коллектив, которым я руководил, был удостоен государственной премии.
Лопатка, которую мы представляем, не отличается внешне, однако внутри она оснащена продуманной системой охлаждения, создающей значительную турбулентность и снижающей температуру. Это необходимо для того, чтобы обеспечить незначительную разницу в нагреве внешней и внутренней поверхностей стенки лопатки. В противном случае в структуре детали могут возникнуть сильные термические напряжения, что сократит срок ее службы. Задумка нашего подхода была основана на работах моего учителя, академика Сергея Тимофеевича Кишкина, который предложил использовать для изготовления лопаток литейные жаропрочные материалы вместо деформированных.
Сегодня Россия входит в число немногих стран, обладающих возможностью производства полноразмерных газотурбинных двигателей, охватывающей все этапы – от разработки проекта до изготовления всех необходимых деталей, включая вентилятор, компрессор, турбину, форсажную камеру, камеру сгорания и сопло. Это свидетельствует о значительном прогрессе в развитии отечественного машиностроения. Способность спроектировать и изготовить охлаждаемую лопатку указывает на высочайший уровень технологического развития государства.
Следует подчеркнуть, что во время визита президента России Владимира Владимировича Путина в ВИАМ в 2008 году он был проинформирован о существующем опыте института и выразил заинтересованность в том, почему организация не занималась разработкой новых силовых установок. На этой встрече присутствовали я и министр промышленности и торговли РФ Виктор Борисович Христенко. В ходе доклада, представленного генеральным конструктором А.А. Иноземцевым, были освещены результаты работ по проектированию газогенераторов для ПД-14. После изучения доклада В.В. Путин одобрил дальнейшее развитие проекта и, получив детальную информацию об исследованиях, принял решение о выделении бюджетных средств на создание газогенератора. Я навсегда запомнил, как мне позвонил В.Б. Христенко с сообщением о поддержке нашего предложения со стороны президента.
Это позволило А.А. Иноземцеву сформировать команду для выполнения работ. В.Б. Христенко инициировал создание Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК). В рамках этого проекта был разработан газогенератор, который мог послужить базой для широкого спектра двигателей с различной тягой. Впоследствии, как я уже отмечал, на основе этой разработки был создан двигатель ПД-14. Полученные данные также были применены при создании двигателя ПД-8 для авиационного лайнера SJ-100.
На основе накопленного опыта институт решил сформировать всю требуемую инфраструктуру для организации полного цикла аддитивного производства. В неё войдут процессы выплавки исходной шихты и высокочистых сплавов, распыления и подготовки металлопорошковых композиций, проведения селективного лазерного синтеза заготовок, последующей термической и газостатической обработки, а также определение комплекса механических и физических свойств полученного материала для подтверждения его пригодности к производству деталей, рассчитанных на длительный срок службы. Следует учитывать, что аддитивные технологии характеризуются междисциплинарным и межведомственным взаимодействием, поскольку желаемый результат достигается благодаря согласованности всех элементов: материала, конструкции, математических моделей, программного обеспечения, технологий и оборудования.
Основатели института с самого начала осознавали, что научные исследования невозможны без специализированного оборудования, такого как микроскопы и смесители, поскольку они позволяют лишь выполнить первоначальные этапы работы и провести фундаментальные исследования. Кроме того, ученым необходима собственная инфраструктура для возможности многократного воспроизводства новых разработок. Подлинный исследователь, создав оригинальное изобретение, должен изучить его свойства, задокументировать характеристики, изготовить опытный образец, затем — пробную партию, и, наконец, провести полный цикл испытаний, чтобы конструктор мог убедиться в качестве созданного продукта.
Аддитивное производство предполагает проведение более обширных испытаний готовых изделий. Рассмотрим, к примеру, изготовление дисков. При использовании традиционных методов они создаются из цельного слитка, из которого нарезаются заготовки для последующей штамповки, что позволяет получить готовую продукцию. В таких дисках отсутствует неоднородность в свойствах. Для конструкторов и специалистов по материаловедению крайне важно, чтобы характеристики всех изделий были единообразными во всех направлениях.
При этом каждая деталь, изготовленная с использованием аддитивных технологий, обладает собственной уникальностью. Однако, если рассматривать те же диски, подобные изделия, как указывал А.А. Иноземцев, должны были обладать характеристиками, сопоставимыми с аналогами, произведенными из литых прутковых заготовок. Поэтому для оценки таких деталей было предложено несколько способов проверки.
В итоге, для оценки свойств каждого нового материала проводится испытание приблизительно 2 тыс. образцов. Это обеспечивает уверенное подтверждение всех заявленных характеристик, таких как прочность, пластичность, сопротивление усталости, жаропрочность, коррозионная стойкость и минимальное отклонение параметров изделий.
В настоящий момент, когда НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ разрабатывает и предлагает к внедрению в производство новые материалы или технологии, предоставляется полный пакет сопутствующих и нормативных документов, содержащий все служебные характеристики и технологические регламенты. После этого конструкторы проводят их рассмотрение, самостоятельно изготавливают необходимые изделия, проводят оценку разработок на основе собственного опыта и принимают решение о соответствии изобретений их требованиям.
В НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ удалось приобрести или разработать самостоятельно практически всё оборудование, необходимое для создания замкнутой технологической цепочки, основанной на аддитивных технологиях. В связи с разработками нашего института в этой сфере, хотелось бы особо отметить установки, предназначенные для производства гранул из интерметаллида титана. Как правило, для подобных целей применяются традиционные методы атомизации, включающие центробежное вращение, подачу газа в вращающееся устройство и последующее формирование порошка. Однако интерметаллид титана характеризуется повышенной склонностью к окислению по сравнению с другими материалами, что делает невозможным получение гранул с использованием стандартных методов. Нам удалось найти решение этой проблемы, и в настоящее время в НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ функционирует соответствующая установка, разработанная опытным конструкторским бюро института.
Первый в России замкнутый цикл аддитивного производства реализован в НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ в 2014 г. В институте применяются аддитивные технологии для производства компонентов для авиационной, ракетно-космической и энергетической отраслей. Используются такие методы, как селективное лазерное и электронно-лучевое сплавление, прямое лазерное выращивание, электродуговая наплавка проволокой, а также лазерная стереолитография керамических материалов.
За десять лет производство значительно расширилось: теперь выпускается до 10 тыс. изделий в год, а объем производимых металлических порошков, включая жаропрочные сплавы и стали различных марок, составляет 190 тонн.
Для оценки качества этих разработок в Испытательный центр был создан совместными усилиями НИЦ «Курчатовский институт» и ВИАМ. На данный момент здесь выполняют свыше тысячи разнообразных исследований и тестов. В распоряжении специалистов находится более 700 единиц испытательного оборудования и 400 единиц научного.
С людьми, разделяющими веру в твое изобретение, установить контакт наиболее продуктивно. Так, мы с коллегами посещали космонавтов, чтобы продемонстрировать наши разработки. В большинстве случаев реакция на наши результаты была не столь бурной, однако генеральный конструктор Научно-производственного объединения «Энергомаш» им. ак. В.П. Глушко Петр Сергеевич Левочкин проявил интерес к ним. Он предложил нам создать с использованием аддитивных технологий модель детали, предназначенной для космической отрасли. Данная деталь обладала сложной структурой с отверстиями, необходимыми для эффективного охлаждения, и обычно изготавливалась путем сварки множества металлических листов. Мы же отказались от сварки и произвели ее «выращивание.
Проведенные испытания продемонстрировали, что использование аддитивного метода позволило значительно повысить эффективность конструкции, а также существенно снизить ее массу – с 87 кг до 17 кг. Достичь такого результата удалось благодаря применению одного из уникальных сплавов, разработанных в ВИАМ. Идею использования данного сплава предложил Святослав Васильевич Неруш, в то время руководитель сектора аддитивного производства в НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ, а ныне – начальник научно-исследовательского отделения. В настоящее время он готовится к защите диссертации.
В области аддитивного производства НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ поддерживает тесное взаимодействие с другими организациями. Ключевым партнером является академик А.А. Иноземцев, управляющий директор и генеральный конструктор компании «ОДК-Авиадвигатель», где разработано специализированное подразделение, занимающееся аддитивными технологиями. Также в сотрудничестве находится компания АО «ОДК-Климов». В частности, речь идет о производстве лопаток для вертолетных двигателей, осуществляемом совместно с А.И. Ватагиным. В рамках партнерства с одной из энергетических компаний, входящей в «Ростех», институт применял аддитивные технологии для замещения импортных американских ремкомплектов для авиадвигателей. НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ взаимодействовал и с госкорпорацией «Росатом» (руководитель – Алексей Евгеньевич Лихачев).
— Как вы уже сказали, институт ведет разработку собственных сплавов для аддитивного производства. Какие из них, на ваш взгляд, заслуживают особого внимания и почему?
— Мы одними из первых начали производство жаропрочных сплавов для аддитивного производства с повышенным содержанием хрома. Обычные материалы этого типа, например сплав ВХ4Л, обладают хорошей коррозионной стойкостью, в том числе к газовой коррозии, однако они подвержены образованию горячих трещин (которые формируются вследствие воздействия высоких температур. — Примеч. корр.) . Мы улучшили характеристики этих сплавов, добавив в их состав легирующие элементы и получив порошки. Нас удивило, что после совершенствования их пластичность увеличилась почти до 25%. Мы проинформировали об этом А.А. Иноземцева, и его коллеги, проведя собственные испытания, подтвердили этот результат. Так нам удалось адаптировать для аддитивного производства сплав ЭП648, о котором я говорил ранее.
Материалы, которые мы создаем или модифицируем для использования в аддитивных технологиях, получают соответствующее обозначение в названии после прохождения испытаний. Так, упомянутый сплав, к примеру, называется ЭП648-ПС. Индекс ПС указывает на то, что это «порошок для селективного лазерного сплавления». К аналогичным материалам относится и лопаточный сплав ЖС6У-ПС. В НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ было разработано приблизительно 30 специализированных металлопорошковых композиций.
В случае потребности институт может предоставить партнеру необходимый материал в заданном количестве, обеспечив отработку технологии его изготовления и предоставив всю необходимую документацию.
Выяснилось, что применявшиеся в XX веке традиционные методы контроля, такие как, например, ультразвуковое исследование, не обеспечивают полную возможность обнаружения дефектов, возникающих в структуре деталей, произведенных с использованием аддитивных технологий. Для этого требуется компьютерная томография (КТ). Это влечет за собой дополнительные расходы, поскольку оборудование для КТ является достаточно дорогостоящим. В НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ, для предварительной оценки качества изделий стараются применять традиционные методы ультразвука, рентгенографии и подобные. Однако только проверка посредством КТ дает возможность сделать окончательный вывод о прочности получаемых конструкций. Это особенно критично, если речь идет о сложных деталях, таких как охлаждаемая лопатка, завихритель, ранее упомянутый, или, к примеру, камера сгорания — ее мы производили при создании малогабаритного двигателя для беспилотников. Лишь оценка с помощью установок КТ позволяла нам утверждать, что наши изделия надежны и безопасны, и это впоследствии подтверждалось в ходе испытаний.
Многолетний опыт института в сфере аддитивных технологий был систематизирован и изложен в учебном пособии «Селективное лазерное сплавление: материалы и технологии для синтеза ресурсных деталей», опубликованном в 2024 году. Эта книга рассчитана на широкий круг читателей: от опытных профессионалов до студентов и аспирантов и завоевала значительную аудиторию.
Авторами уникального издания выступили Е.Н. Каблов и его соавторы: А.Г. Евгенов, Н.В. Петрушин, М.М. Бакрадзе, С.В. Неруш, С.В. Шуртаков и И.С. Мазалов.
— Институт также модифицировал существующие промышленные металлические сплавы для использования в аддитивных технологиях. Как осуществляется этот процесс?
— В основе данного процесса лежит трансформация химического состава. Известно, какие компоненты оказывают негативное воздействие на стабильность производства и качество требуемой микроструктуры. К ним, в частности, относятся хром, вольфрам и молибден, которые провоцируют нежелательное формирование интерметаллидов. Поэтому мы снижаем концентрацию этих легирующих элементов, чтобы обеспечить получение более устойчивых структур с минимальным количеством интерметаллидных фаз и нежелательных карбидов. Также необходимо учитывать вопросы, касающиеся плотности и качества поверхности изделий, изготовленных из порошков. Это сложная задача, особенно если учесть, что, например, сплавы для лопаток авиадвигателей, которые мы производим, содержат свыше 15 легирующих элементов.
ЭКСКУРС В ИСТОРИЮ
Современные успехи НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ, осуществляя разработку новых изделий и сплавов, предназначенных для аддитивных технологий, использует знания и опыт, приобретенные в советский период. За время своего существования институт разработал свыше 5 тысяч различных металлических и неметаллических материалов, а также технологии их изготовления.
Так, в НИЦ «Курчатовский институт» — В ВИАМе проводились обширные исследования, направленные на создание жаропрочных сплавов. Руководителем этих работ был академик С.Т. Кишкин, который объединил команду талантливых специалистов для решения непростой задачи. Среди них был Н.Ф. Лашко, совместно с коллегами установивший, что для увеличения жаропрочности сплава необходимо добавлять титан и алюминий в определенных пропорциях. В то время на Западе преобладало мнение, что такие добавки, из-за своей склонности к плавлению, могут негативно повлиять на свойства сплава. За выдающееся научное достижение учёному была присвоена степень доктора технических наук без необходимости защиты диссертации.
Уникальные жаропрочные сплавы, разработанные благодаря новому открытию, не уступали по своим характеристикам зарубежным образцам и послужили базой для изготовления лопаток советских авиадвигателей. Значительный вклад в создание этих деталей внесли и ученые НИЦ «Курчатовский институт» — В ВИАМ трудились выдающиеся ученые, такие как И.Г. Лиференко, который исследовал зарубежный опыт и разработал технологию точного литья, и М.В. Сладкова, создавшая метод гидролиза, который оказался необходим для изготовления форм, используемых при отливке деталей. Разработанный М.В. Сладковой подход был внедрен на всех советских моторных и машиностроительных предприятиях, а исследователя, ставшего разработчиком, стали с почтением и теплотой именовать «бабушкой гидролиза».
В завершение стоит подчеркнуть, что прогресс аддитивного производства в России обусловлен рядом условий. К ним относится наличие системы подготовки специалистов. Также необходимо создание специализированного центра, посвященного аддитивным технологиям, который, по имеющимся сведениям, планируется организовать на базе Курчатовского института. Кроме того, требуется налаженное производство материалов, в частности металлических порошков. При этом некоторые металлы сложно преобразовать в гранулы традиционными методами атомизации. Для преодоления этих трудностей мы применили механохимический подход. Значительный вклад в развитие этого направления внес академик Юрий Дмитриевич Цветков. Следовательно, для изготовления специализированных порошков, используемых в аддитивных технологиях, необходимо применять различные типы оборудования для получения разнообразных материалов, поскольку использование только одного атомизатора для всех видов порошков не представляется возможным. В НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ реализован именно такой подход.
В заключение следует учитывать и такие аспекты, как, например, повторное использование порошка, остающегося после производства изделий, и уменьшение концентрации газообразных примесей на поверхности частиц материала. В настоящее время это одни из важнейших задач в сфере аддитивных технологий, требующих наличия специализированного центра для анализа текущих проблем, предоставления рекомендаций профильным предприятиям и совместной реализации разработки и производства необходимых деталей и изделий.
Интервью стало возможным благодаря поддержке Российской академии наук