Спецпроєкти

xBeam 3D Metal Printing: як українська розробка 3D-друку металом використовується в аерокосмічній галузі Європи


У 2019 році британський інститут електрозварювання TWI замовив в української компанії «Червона хвиля» технологію хBeam 3D Metal Printing, яка використовує 3D-друк для виготовлення виробів із металу. 

У чому унікальність української розробки та як її використовують в аерокосмічній галузі? Розповідаємо в матеріалі.

Історія «Червоної хвилі»

Підприємство «Червона хвиля» заснували у 1997 році в Києві. Компанія торгувала титановою продукцією: злитками, брухтом та сировиною для виготовлення металічного титану (так званою титановою губкою).

Водночас технічно освічена молодь почала рухатися далі. У 00-их була створена ділянка перероблення брухту, щоб підготувати його до переплавлення на злитки.

Разом із Київським НВК «Титан» ДНЗ імені Є. О. Патона та Інститутом електрозварювання імені Патона була розроблена технологія електронно-променевого плавлення титанових злитків із брухту.

У результаті на титановому ринку з’явилися дешеві та якісні злитки й сляби, які із задоволенням купують гіганти титанової промисловості США, Європи та Китаю.

У такий спосіб на початку 2000-х років у титановому світі почався бум електронно-променевих плавильних установок.

Фото – https://cordis.europa.eu

Компанія помітила, що створила попит на таке обладнання, але не була готова до відкриття цього ринку.

У 2005 році «Червона хвиля» вирішила створити найкраще електронно-променеве плавильне обладнання у світі. Через 3 роки була побудована електронно-променева піч для плавки 10-тонних титанових злитків. У ній використовуються газорозрядні електропроменеві гармати виробництва «Червоної хвилі», які підприємство постачає у США та європейські країни й сьогодні.

Фото – https://cordis.europa.eu

Загалом усі ці надбання стали передумовою для створення майбутнього 3D-принтера для друку титаном, який поєднує електропроменеві плавильні технології з адитивним виробництвом.

Британський інститут електрозварювання TWI (The Welding Institute) є аналогом Інституту електрозварювання імені Євгена Патона в Україні, тільки має більші фінансування і науково-дослідні центри. Саме TWI у 2019 році замовив у «Червоної хвилі» систему xBeam 3D Metal Printing. Британці використають технологію в аерокосмічній галузі.

Фото – Greencubator

Як працює 3D-принтер по металу?

Нелегко пояснити технологію 3D-друку металом, але ми спробуємо. Основними компонентами класичного 3D-принтера є екструдер (який плавить пластик) та кроковий і лінійний двигуни (які пересувають екструдер за заданими координатами у 3-вимірному просторі, тобто по осях X, Y, Z). Готова пластикова фігура нагадує багатошаровий пиріг, і кожен шар наплавляється екструдером крок за кроком.

Як екструдер xBeam 3D Metal Printing використовує електропроменеві гармати, які працюють у вакуумних камерах. Вони плавлять замість пластикової нитки металевий дріт. Наразі більшість технологій 3D-друку металом використовує порошковий метал. Саме тому розробка «Червоної хвилі» є унікальною у світі. Використання металевого дроту спрощує виробництво та робить його дешевшим. Особливо це важливо, якщо тобі потрібен виріб із титану.

Наразі серйозною проблемою є те, що друк xBeam 3D Metal Printing не є повністю автоматизованим. Тобто не можна взяти флешку, завантажити файл, ввести параметри й піти пити чай. Усі етапи друку мають контролювати спеціалісти. Водночас «Червона хвиля» співпрацює з міжнародною компанією AMS International, яка створює та адаптує софт для їхньої технології.

Окрім того, у 2019 році «Червона хвиля» отримала грант у межах програми «Кліматичні інноваційні ваучери», а кошти використовує для розроблення програмного забезпечення CAD/CAM (софт, який дозволяє розділяти 3D файл на частини й задавати координати для друку) та представлення повного циклу системи тривимірного друку.

Директор «Червоної хвилі» Дмитро Ковальчук зазначає, що в компанії немає залежності від іноземних компонентів.

«Можна купувати німецькі компоненти найвищої якості, а можна так звані ліцензійні, які будуть значно дешевшими. У наших руках повністю перебуває виготовлення основних компонентів: гармати, системи подачі дроту, блоків управління, джерела живлення. Це все українське. Також українськими є шафи управління. Це немало. Ексклюзивні речі – всі українські. Усе інше – конкурентне та замінне. Важливо, що технологія дозволяє використовувати доступний вихідний матеріал – дріт. Це і безпека, і доступність, і ціна», – зазначає Дмитро Ковальчук виданню Liga.

Переваги 3D-друку титаном

Узагалі виготовлення деталей із циліндричних чи прямокутних болванок – досить витратне виробництво, насамперед коли йдеться про вироби з титану. До 90% металу стають відходами. 3D-друк металом розв’язує цю проблему, особливо якщо використовуєш металевий дріт. Наприклад, якщо раніше для кілограмового титанового виробу потрібно було використати 10-20 кг титану, то тепер – 3-5 кг. Це значна економія, враховуючи, що титан як сировина коштує дорого. Для того, щоб з оксиду титану виділити чистий титан, потрібні значні витрати електроенергії та велика команда фахівців. У Китаї оксид титану коштує до 100 доларів за тонну, але титанова деталь, враховуючи видобуток чистого титану та втрати на виробництві, може коштувати до декілька сотень за кілограм.

Тобто це не просто економічний, а ще й екологічний тренд. Чим менше буде відходів, тим раціональніше використовуватиметься сировина й тим меншим буде забруднення навколишнього середовища. Під час виробництва 1 кг титану утворюється 35 кг викидів СО2, і більша частина цього титану відправляться у смітник під час виробництва.

Титанові деталі міцні та легкі, а тому їх використовують в аерокосмічній галузі. У 2017 році перша титанова деталь, надрукована на 3D-принтері з дроту, була встановлена ​​на цивільний літак Boeing-787. Зрозумівши, що технологія є ефективною, компанії NASA, Airbus та Boeing почали фінансувати її розроблення. «Червона хвиля» знайшла для себе напрямок, у якому потрібно рухатися.

Зараз на 3D-принтері «Червоної хвилі» при тризмінній роботі установки за добу можна надрукувати 35-40 кг титанових деталей, а в грошовому еквіваленті потенційна ринкова вартість друку становитиме не більш ніж $250-300/кг виробів.

Наразі «Червона хвиля» покращує власну розробку й намагається зробити її доступнішою для придбання. Директор компанії Дмитро Ковальчук зазначив в інтерв’ю Liga, що бажає вийти на те, щоб ціна 3D-принтера не перевищувала 300 тис. євро. Наразі порошкові 3D-принтери по металу коштують від 500 тис. євро.

#bit.ua
Читайте нас у
Telegram
Ми в Телеграмі
підписуйтесь