Ученые кафедры технической физики КНИТУ-КАИ разработали новый метод переработки металлических изделий аддитивного производства в мелкодисперсный порошок для его повторного применения в 3D-печати. Инновационная разработка позволяет перерабатывать вышедшие из употребления изделия, изготовленные методом селективного лазерного спекания, обратно в исходный металлический порошок для его повторного применения. Исследование было опубликовано в журнале Metal science and heat treatment. 

Аддитивное производство (3D-печать) – способ создания предметов путем добавления слой за слоем какого-либо материала. В этом отличие аддитивного производства от традиционных методов (фрезеровки, литья, штамповки), где материал заливается в форму либо обрабатывается. Поэтому этот метод называют «аддитивным» (от английского add - добавлять). Предмет создается в соответствии с цифровой 3D-моделью. Так можно быстро, гибко и экономично создать любой объект. Материал, который выкладывают слоями, делается на основе специального порошка.

Необходимость послойного синтеза изделий выдвигает к применяемым материалам (порошкам) особые требования. В целом, основные технологии получения металлических порошков для аддитивного производства ориентированы на создание материалов с высокой сферичностью частиц, стабильностью структуры и оптимальными физико-химическими свойствами.

Плазменно-электролитное получение металлических порошков - это метод использования плазменного разряда для получения порошков, пригодных в аддитивном производстве.

По мнению казанских ученых, полученный в процессе электролитно-плазменного распыления металлический порошок имеет наилучшие качественные характеристики.

«Тема электролитно-плазменного получения металлических порошков для аддитивного производства привлекла мое внимание из-за ее высокого потенциала, - поясняет доцент кафедры технической физики КНИТУ-КАИ Рушан Каюмов. – Эта технология позитивно повлияет на аддитивное производство, предлагая способ создания порошков и переработки изделий, полученных с помощью аддитивных технологий. Это открывает возможности для производства высококачественных объектов с улучшенными механическими характеристиками и расширяет спектр материалов, используемых в аддитивном производстве».

В основе этой технологии лежит применение низкотемпературной плазмы электрических разрядов, где один из электродов является жидкостью. Это может быть раствор солей в дистиллированной, технической или очищенной водопроводной воде. Изделие аддитивного производства выступает в качестве твердого электрода, который располагается над поверхностью электролита на некотором расстоянии, между которыми горит разряд.

«Работа нашего коллектива направлена на изучение и оптимизацию этой технологии для достижения максимальной эффективности и практического применения, - продолжает автор. - Исследование электролитно-плазменной обработки является моей основной областью деятельности на протяжении последних 10 лет. Несколько лет назад мы с коллегами начали заниматься также получением порошков для аддитивного производства».

Авторы называют тему «очень актуальной». Ученые провели ряд экспериментов, которые доказали возможность получения металлических порошков для 3D-печати. Улучшенное качество порошков упрощает процесс загрузки материала в принтер и в процессе печати обеспечивает равномерное распределение в слоях. Технология позволяет получать порошки сферической формы частиц. Она будет востребована производителями 3D-принтеров, для которых важно качество и совместимость порошков, в аэрокосмической и автомобильной промышленности, в медицине.

Нельзя не признать, что установка и эксплуатация электролитно-плазменных установок требуют значительных капиталовложений, сама технология сложна в освоении и требует высококвалифицированного персонала.

При этом существуют апробированные технологии получения металлических порошков, к которым относятся газовое распыление (атомайзинг), плазменно-роторное распыление, карбонильный метод для ультрадисперсных порошков и другие. Однако, по мнению казанских ученых, электролитно-плазменная технология с контролируемой микроструктурой порошков на выходе докажет свою конкурентоспособность на рынке.

По словам исследователей, инновационная разработка позволяет перерабатывать изделия (лом, излишки, вышедшие из эксплуатации), изготовленные методом селективного лазерного спекания обратно в исходный металлический порошок для его повторного применения, что делает полученные порошки более экономически выгодными по сравнению с традиционными методами.

Электролитно-плазменный метод может быть более экологически чистым по сравнению с традиционными методами получения металлических порошков, поскольку позволяет замкнуть производственный цикл, сокращая зависимость от первичного сырья, перерабатывать отходы аддитивного производства в новый продукт.