Аспирант МАИ разрабатывает новую методику 3D-печати металлических изделий

Аспирант Московского авиационного института Александр Орехов работает над созданием новой методики 3D-печати металлических конструкций. В 2019 году он получил грант Российского фонда фундаментальных исследований на реализацию проекта «Исследование зависимости механических характеристик изделий различной геометрии от параметров технологического процесса аддитивного производства».

Результат работы маёвца поможет изготавливать изделия с требуемыми характеристиками при меньших финансовых и ресурсных затратах. Также созданная им численная модель поможет прогнозировать возможный производственный брак.

Откуда у вас интерес к научной деятельности? Как и когда вы его в себе открыли?

Я поступил в МАИ в 2011 году. Окончил бакалавриат и магистратуру кафедры 910Б «Механика наноструктурных материалов и систем», а затем устроился сюда же в аспирантуру. Сожалею, что поздно пришёл в науку. В моё время бакалавриат расценивался студентами больше как первая ступень высшего образования, и о науке почти никто не думал. Сейчас, будучи аспирантом, я вижу, что МАИ начинает вовлекать студентов в научную деятельность через различные статьи и тематические мероприятия ещё в начале их профессионального пути. Это здорово, потому что ребят погружают в мир науки, направляя и задавая соответствующий вектор развития.

Сегодня я работаю в научно-исследовательском отделе института № 9 (НИО-9) и параллельно провожу учебную работу со студентами. Наша кафедра работает на базе ФГБУН «Институт прикладной механики» Российской академии наук (ИПРИМ РАН). В этой же организации я начал свою трудовую деятельность, поступив в магистратуру. И с наукой я впервые познакомился именно там. Сначала меня пригласили в лабораторию по исследованию влияния преград на волны цунами, а потом перевели по профильному направлению — на механические испытания образцов из резины с добавлением различных наномодификаторов. Там я проработал два года.

Как МАИ помогает развиваться в области ваших профессиональных и научных интересов? Как родилась идея проекта и как она развивалась?

Придя в аспирантуру, я сменил направление деятельности и стал заниматься аддитивными технологиями. В этой области ещё очень много неизученных аспектов, так что есть, куда развиваться.

Первый год аспирантуры больше концентрируешься на обучении, а вот ко второму году появляется достаточно свободного времени, которое можно посвятить науке. К реализации проекта я пришёл благодаря своему научному руководителю — директору института № 9 «Общеинженерной подготовки», доктору физико-математических наук, профессору МАИ Льву Наумовичу Рабинскому. Он предложил мне развить эту тематику, так как у меня был собран большой пул наработок в этой области: и публикаций, и авторских свидетельств на программы для ЭВМ, и участий в различных конференциях.

В чём уникальность и инновационность вашего проекта?

В рамках работы с аддитивным оборудованием, представленным в МАИ, мы хотим разработать новую методику по печати изделий различной геометрии для авиационной промышленности и других областей, где используются соответствующие технологии. Конечно, рынок высококонкурентный. Однако методики, которые сейчас используются, построены на ГОСТах и стандартах. Мы же хотим от них немного отступить.

Основная проблема состоит в том, что сегодня процесс аддитивной печати — очень дорогостоящее занятие. Наша задача — понять, в каких допустимых значениях возможно отклониться от заданных требований, чтобы получить изделие с требуемыми характеристиками, снизив при этом финансовые и ресурсные затраты.

Процессы, происходящие в камере плавления порошка в момент печати, ещё не до конца изучены. Поэтому ещё одна наша задача — построить численную модель процесса аддитивного производства и верифицировать её путём проведения натурных экспериментов — реальной печати опытных образцов. Это необходимо для того, чтобы в будущем можно было предугадывать и понимать, при каких режимах, температурах и размерах изделия могут произойти «поводки». Такой производственный брак может образоваться под конец печати — в момент, когда накапливается напряжение и вся нагрузка с изделия снимается. Деталь может повести, и тогда она станет непригодной к использованию.

Похожие работы, конечно же, проводились и до нас. Но мы хотим рассмотреть этот вопрос более широко, чем это делалось раньше.

Вы уже понимаете, где будете искать потенциальных заказчиков?

Мы работаем над методикой печати металлических конструкций. Поэтому наша целевая аудитория — не только авиационная, но и любая другая отрасль, использующая аддитивные технологии для создания металлических деталей. Ограничения могут быть только производственные. Когда нам удастся добиться запланированного результата и грамотно выстроить процесс, я думаю, мы сможем переложить полученный опыт и на промышленные принтеры. Просто сейчас наш принтер имеет меньший масштаб. Корпус двигателя на нём напечатать мы не сможем, но какие-то элементы — вполне.

На какой стадии находятся работы по проекту? Каковы ваши следующие шаги?

За первый год на стороннем оборудовании по ГОСТу мы построили образцы и провели испытания для извлечения необходимых для дальнейшей работы данных. Также у нас созданы прототипы образцов, которые мы планируем печатать в ближайшее время на нашем оборудовании, подвергая их тем же механическим испытаниям. Используя различные параметры печати, мы хотим понять, каких максимальных результатов можно добиться на нашем оборудовании, работая в рамках ГОСТа.

Поскольку наша работа заключается в исследовании механических характеристик полученных изделий при различных параметрах печати, мы намерены далее двигаться именно в этом направлении.

Какими личными достижениями вы гордитесь и какие планы строите на будущее?

Работа в Московском авиационном институте даёт возможность не зацикливаться на каком-то одном направлении исследований. Развивайся там, где тебе это интересно. Сейчас, пока аддитивные технологии в тренде, я вижу себя тут.

В плане достижений, наверное, стоит отметить количество публикаций в «Scopus» — у меня их около десяти, среди которых имеются публикации в изданиях, имеющих первый квартиль (Q1), согласно SCIMago Journal Rank (SJR). Также я являюсь соавтором в четырёх свидетельствах о регистрации прав на программы для ЭВМ. В 2019 году я стал победителем конкурса Совета по грантам Президента Российской Федерации на право получения стипендии Президента Российской Федерации молодым учёным и аспирантам. Плюс участие в других грантах и перспективных проектах. Я горжусь тем, что стал частью научной команды МАИ и могу развиваться с поддержкой сильных наставников.