xBeam 3D Metal Printing: как украинская разработка 3D-печати металлом используется в аэрокосмической отрасли Европы
В 2019 году британский институт электросварки TWI заказал у украинской компании «Красная волна» технологию хBeam 3D Metal Printing, использующую 3D-печать для изготовления изделий из металла.
В чем уникальность отечественной разработки и как ее используют в аэрокосмической отрасли? Рассказываем в материале.
История «Красной волны»
Предприятие «Красная волна» было основано в 1997 году в Киеве. Компания занималась торговлей титановой продукцией: слитками, ломом и сырьем для изготовления металлического титана (так называемой титановой губкой).
В то же время, технически образованная молодежь начала двигаться дальше. В 00-х был создан участок переработки лома, чтобы подготовить его к переплавке на слитки.
Вместе с Киевским УПК «Титан» ДУЗ имени Е.О. Патона и Институтом электросварки имени Патона была разработана технология электронно-лучевого плавления титановых слитков из лома.
В результате на титановом рынке появились дешевые и качественные слитки и слябы, с удовольствием покупающие гиганты титановой промышленности США, Европы и Китая.
Таким образом, в начале 2000-х годов в титановом мире начался бум электронно-лучевых плавильных установок.
Фото — https://cordis.europa.eu
Компания заметила, что создала спрос на такое оборудование, но не готова к открытию этого рынка.
В 2005 году «Красная волна» решила создать лучшее электронно-лучевое плавильное оборудование в мире. Через 3 года была построена электронно-лучевая печь для плавки 10-тонных титановых слитков. В ней используются газоразрядные электролучевые пушки производства «Красной волны», которые предприятие поставляет в США и европейские страны и сегодня.
Фото — https://cordis.europa.eu
В общем, все эти достояния стали предпосылкой для создания будущего 3D-принтера для печати титаном, который сочетает электро-лучевые плавильные технологии с аддитивным производством.
Британский институт электросварки TWI (The Welding Institute) является аналогом Института электросварки имени Евгения Патона в Украине, только имеет большие финансирования и научно-исследовательские центры. Именно TWI в 2019 году заказал в «Красной волне» систему xBeam 3D Metal Printing. Британцы используют технологию в аэрокосмической отрасли.
Фото — Greencubator
Как работает 3D-принтер по металлу?
Легко объяснить технологию 3D печати металлом, но мы попробуем. Основными компонентами классического 3D-принтера являются экструдер (плавящий пластик) и шаговый и линейный двигатели (передвигающие экструдер по заданным координатам в 3-мерном пространстве, то есть по осям X, Y, Z). Готовая пластиковая фигура напоминает многослойный пирог, и каждый пласт наплавляется экструдером шаг за шагом.
В качестве экструдера xBeam 3D Metal Printing использует электролучевые пушки, работающие в вакуумных камерах. Они плавят вместо пластиковой нити металлическую проволоку. В настоящее время большинство технологий 3D печати металлом использует порошковый металл. Именно поэтому разработка «Красной волны» уникальна в мире. Использование металлической проволоки упрощает производство и делает его более дешевым. Особенно это важно, если тебе нужно изделие из титана.
Сейчас серьезной проблемой является то, что печать xBeam 3D Metal Printing не полностью автоматизирована. То есть нельзя взять флешку, скачать файл, ввести параметры и пойти пить чай. Все этапы печати должны контролироваться специалистами. В то же время, «Красная волна» сотрудничает с международной компанией AMS International , которая создает и адаптирует софт для их технологии.
Кроме того, в 2019 году «Красная волна» получила грант в рамках программы «Климатические инновационные ваучеры», а средства использует для разработки программного обеспечения CAD/CAM (софт, позволяющий разделять 3D файл на части и задавать координаты для печати) и представление полного цикла системы трехмерной печати.
Директор «Красной волны» Дмитрий Ковальчук отмечает, что у компании нет зависимости от иностранных компонентов.
«Можно покупать немецкие компоненты высочайшего качества, а можно так называемые лицензионные, которые будут гораздо дешевле. В наших руках полностью находится производство основных компонентов: пушки, системы подачи проволоки, блоков управления, источника питания. Это все украинское. Также украинскими являются шкафы управления. Это немало. Эксклюзивные вещи – все украинские. Все остальное – конкурентное и заменимое. Важно, что технология позволяет использовать доступный исходный материал – проволоку. Это и безопасность, и доступность и цена», – отмечает Дмитрий Ковальчук изданию Liga .
Преимущества 3D-печати титаном
Вообще изготовление деталей из цилиндрических или прямоугольных болванок – достаточно затратное производство, прежде всего, когда речь идет об изделиях из титана. До 90% металла становятся отходами. 3D-печать металлом решает эту проблему, особенно если используешь металлическую проволоку. К примеру, если раньше для килограммового титанового изделия нужно было использовать 10-20 кг титана, то теперь 3-5 кг. Это значительная экономия, учитывая, что титан, как сырье, стоит дорого. Для того чтобы из оксида титана выделить чистый титан, требуются значительные расходы электроэнергии и большая команда специалистов. В Китае оксид титана стоит до 100 долларов за тонну, но титановая деталь, учитывая добычу чистого титана и потери на производстве, может стоить до нескольких сотен за килограмм.
То есть, это не просто экономический, а еще и экологический тренд. Чем меньше будет отходов, тем рациональнее будет использоваться сырье и тем меньше будет загрязнение окружающей среды. При производстве 1 кг титана образуется 35 кг выбросов СО2 и большая часть этого титана отправятся в мусорное ведро при производстве.
Титановые детали – прочные и легкие, а потому их используют в аэрокосмической отрасли. В 2017 году первая титановая деталь, напечатанная на 3D-принтере из проволоки, была установлена на гражданский самолет Boeing-787. Поняв, что технология эффективна, компании NASA, Airbus и Boeing начали финансировать ее разработку. «Красная волна» нашла для себя направление, в котором нужно двигаться.
Сейчас на 3D-принтере «Красной волны» при трехсменной работе установки в сутки можно напечатать 35-40 кг титановых деталей, а в денежном эквиваленте потенциальная рыночная стоимость печати будет составлять не более $250-300/кг изделий.
В настоящее время «Красная волна» улучшает собственную разработку и пытается сделать ее более доступной для покупки. Директор компании Дмитрий Ковальчук отметил в интервью Liga , что желает выйти на то чтобы цена 3D-принтера не превышала 300 000 евро. Порошковые 3D-принтеры по металлу стоят от 500 000 евро.
