В ТУСУР впервые
в мире создано устройство вывода электронного пучка в атмосферу на основе
электронной пушки с плазменным эмиттером
В
рамках гранта федеральной целевой программы учёные ТУСУР в сотрудничестве с НЦ
«Сигма.Томск» (Томский Нанотехнологический центр РОСНАНО) создали первую в мире
установку для вывода электронного пучка в атмосферу на основе электронной пушки
с плазменным эмиттером
Полученные
результаты технологических экспериментов, проводимых в ТУСУР, дают возможность
создания нового типа оборудования для 3D печати, конкурентоспособного на рынке
аддитивных технологий. Также с помощью этого оборудования можно будет получать нанопорошки, осуществлять электронно-лучевую наплавку и
создавать трёхмерные изделия методами послойного спекания.
Электронная
пушка с плазменным эмиттером является уникальной разработкой учёных ТУСУР.
Никому в мире до сих пор не удалось создать аналогичное устройство для
получения пучка электронов с такими же высокими характеристиками. В отличие от
достаточно распространённых термокатодных электронных
источников, тусуровская разработка обладает как
принципиально новыми, так и более высокими эксплуатационными параметрами и
качествами. Так пушки с плазменным эмиттером имеют низкую чувствительность к
воздействию паров металлов из зоны сварки, ионизированных металлических и
газовых паров, они проще в обслуживании, настройке и эксплуатации, и имеют
больший ресурс из-за отсутствия накаленных электродов. Научный коллектив
кафедры физики ТУСУР достаточно долгое время работает по тематике
электронно-лучевых технологий, разработки коллектива применяются на
предприятиях РОСАТОМа, предприятиях металлургической
и электронной промышленности.
«Как
правило, работа электронной пушки возможна только в условиях вакуума, чтобы
пучок электронов не рассеивался при столкновении с молекулами газов, — поясняет
руководитель проекта, доктор технических наук, профессор Николай Ремпе. — Однако сегодня во всём мире ведётся активная
работа по выводу электронных пучков в атмосферу, поскольку это позволит кратно
удешевить оборудование, а значит, весь технологический процесс. Наше
исследование позволит совместить преимущества разработанной в ТУСУР пушки с
плазменным эмиттером с достоинствами вневакуумных
технологий».
Недостаток
вакуумных технологий заключается не только в необходимости создания специальных
дорогостоящих вакуумных камер. Необходимость создания вакуумной среды серьезно
увеличивает время производства конечного продукта, усложняет технологический
процесс и накладывает ограничения по размерам обрабатываемой или моделируемой
(если речь идёт о аддитивных технологиях) детали. Чем
больше размер обрабатываемой детали, тем большего размера вакуумная камера для
этого требуется, и тем больше затрат как финансовых, так и временных
потребуется на обеспечение вакуума.
На
сегодня учёные выполнили два важные исследовательские задачи: более чем в два
раза повысили ускоряющее напряжение, что позволило создать условия для вывода
электронного пучка в атмосферу на рабочее расстояние, и создали систему вывода
электронного пучка в атмосферу.
Следующий
этап — отработка технологий для разработанного в ТУСУР устройства. Эксперименты
пройдут на площадях индустриального партнёра ТУСУР, НЦ «Сигма.Томск» (Томский Нанотехнологический
центр РОСНАНО), в томской особой экономической зоне технико-внедренческого
типа.
Устройство,
разработанное в ТУСУР, закреплено на «руке» промышленного робота-манипулятора и
расположено в специальной рентгенозащитной камере. Здесь будут проводиться
основные работы по отработке технологий, управление роботом будет
осуществляться дистанционно, с пульта, или будет написана специальная
программа, управляющая движением робота. Предварительная настройка оборудования
осуществляется в вакуумной камере, в которой также будут проводиться работы по
отработке технологий сварки и наплавки для сравнения результатов, полученных в
вакууме и в атмосфере.
В
настоящее время практически завершены работы по настройке и отладке
оборудования. Приступить к экспериментам, направленным на отработку технологий,
учёные планируют в ближайшее время.
«Расширение
применения электронно-лучевых технологий вне вакуума открывает новые
технологические и производственные возможности, в том числе позволит расширить
рынок применения электронно-лучевых технологий в сфере резки и сварки, а также
3D-печати, — комментирует генеральный директор, ООО «СИГМА.Томск» (Томский нанотехнологический
центр РОСНАНО) Олег Лысак. — В настоящее время наблюдается повышенный интерес к
аддитивным технологиям при создании деталей из металлов и сплавов, в том числе
и основанным на применении электронно-лучевого сплавления. Эти технологии
актуальны для областей, где требуется производство изделий сложной геометрии с
особыми требованиями к материалам. Это в первую очередь авиационная
промышленность, космическая индустрия, энергетическое машиностроение и
медицина».
Разработка
вневакуумных электронно-лучевых технологий может
привести к существенному росту рынка 3D-печати металлических изделий.
Полученные результаты технологических экспериментов, проводимых в ТУСУР, дают
возможность создания нового типа оборудования для 3D-печати,
конкурентоспособного на рынке аддитивных технологий. Сегодня только две компании
в мире занимаются созданием коммерческого оборудования для электронно-лучевого
сплавления, и их решения основаны на вакуумных технологиях. Использование
электронно-лучевых технологий без ограничений, накладываемых вакуумной камерой,
позволит не только выращивать эндопротезы или строить
лопатки для реактивных двигателей, как происходит сейчас, но и использовать
электронно-лучевое сплавление для создания масштабных конструкций, таких как
мосты или фермы подъёмных кранов.
Ещё
одна сфера применения установки, созданной учёными ТУСУР, — технология наплавки
функциональных покрытий, которая применяется для получения поверхности с
необходимыми свойствами. Слой наплавленного материала придаёт поверхности
особые качества, например, жаростойкость, износостойкость, коррозионную
стойкость, что в несколько раз повышает срок эксплуатации деталей механизмов.
Сегодня достаточно дорогая технология электронно-лучевой вакуумной наплавки
используется только в ограниченной сфере (микроэлектроника, точная механика и
т.п.), а успешное завершение работ по проекту позволит существенно расширить
сферу применения технологии, сделав её более доступной.
ТУСУР- Один из ведущих вузов Томска. Подготовка специалистов и
инженеров ведется в вузе на семи дневных и вечерне-заочном факультете по 55
специальностям и направлениям в области радиотехники, информационной
безопасности, электронной и вычислительной техники, программирования,
автоматики и систем управления, информационных технологий, экономики и
социальной работы.
источник
- http://www.i-russia.ru/nuclear/news/30376/