В рамках международной выставки «Фотоника-2025» состоялась ежегодная научно-практическая конференция «Лазерная макрообработка промышленных материалов». Участники мероприятия поделились достижениями за последний год, презентовали инновационные проекты и обозначили приоритетные задачи, над которыми работают их коллективы.

 

Первым с внепрограммным обращением выступил Александр Григорьянц, один из основоположников промышленных лазерных технологий в России, заведующий кафедрой «Лазерные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Он поздравил коллег с профессиональным праздником и представил новое шеститомное издание по лазерным технологиям, подготовленное специалистами университета. Александр Григорьянц подчеркнул динамичное развитие своей кафедры: получены значительные площади, оснащенные современным лазерным оборудованием, создан технологический комплекс. Кафедра готовит инженеров по лазерным и аддитивным технологиям, ведет научно-исследовательские работы по всем видам лазерной обработки с особым фокусом на аддитивные методы. В текущем году планируется постановка на промышленное производство комплексов для селективного лазерного плавления (SLM 250), ожидается выпуск первых 5–10 машин. Дополнительные направления исследований включают микропроцессы и лазерное напыление, в котором достигнуты интересные результаты в части преобразования тепловой и световой энергии в электрическую.

 

Глеб Туричин, ректор СПбГМТУ, выступил с отчетом о деятельности института за минувший год. Институт, который является одной из крупнейших в стране площадок, занимающихся лазерной обработкой материалов, продолжает развиваться. Ректором были отмечены основные направления работы института, которые включают: технологии гибридной лазерно-дуговой сварки, прямого лазерного выращивания (DED), лазерной восстановительной наплавки и другие. Институт расширяет спектр задач, разрабатывая комбинированные технологии, где лазер играет ключевую роль, такие как комбинированная лазерно-индукционная закалка и лазерная подготовка поверхности под наплавку трением с перемешиванием. 

 

Основное внимание в докладе было уделено развитию технологии прямого лазерного выращивания. Институт наращивает возможности своих установок по трем ключевым аспектам: увеличение габаритов изделий 
(от максимальных 2 метров к 3,5 метра), проектирование машины для изделий весом до 9 тонн, повышение производительности (достигнутая ранее скорость 2 кг/час для тяжелых изделий признана недостаточной, ведутся работы по преодолению ограничений построения детали одним технологическим инструментом) и расширение спектра материалов. Глеб Туричин отметил, что есть результаты работы с ранее проблемными материалами: жаростойкими бронзами, для которых найдены решения с использованием не только коротковолнового излучения, но и «черного света», с алюминиевыми сплавами, где возможность прямого выращивания достигнута путем модификации порошковых питателей.

 

Были обозначены ключевые технологические проблемы DED, такие как термическая деформация (усадка), особенно критичная для крупных изделий. Решение проблемы включает предварительный расчет усадки и увеличение жесткости конструкции на этапе выращивания. Институт также развивает возможность создания изделий из разных материалов в одном процессе. Использование питателей с двумя и потенциально более колбами позволяет создавать слоистые металлокомпозиты, например, чередование твердого и пластичного титана для лопаток вентиляторов, повышающее стойкость к ударам. Ведутся исследования по одновременной подаче и смешиванию материалов в расплавленной ванне (как в «микрореакторе»), открывая путь для микрометаллургии и кастомизации материалов под конкретные задачи.
Практическое применение DED демонстрировалось на значимых проектах в различных отраслях. Из последних примеров для двигателестроения — это выращивание корпуса турбины высокого давления для перспективного двигателя ПД-35 (сложное и точное изделие, проходящее испытания), а также компоненты жаровых труб двигателей. В энергетике изготовлены газосборники для 65 МВт газовых турбин (ОАО «Силовые машины»). Эти крупногабаритные изделия выращиваются по частям с последующей сваркой на той же установке, превращающей машину DED в многофункциональный лазерный обрабатывающий центр. В ядерной энергетике ведутся работы по изготовлению газосборников (расширительных биметаллических бачков атомных реакторов нержавеющих внутри, из конструкционной стали снаружи), соответствие выращенной нержавеющей стали требованиям подтверждено «Росатомом» после полутора лет испытаний. Еще одно новое направление — проработка возможности выращивания компонентов дизельных моторов (рис. 1). 

 

Рис. 1. Напечатанные компоненты дизельных моторов. Фото: СПбГМТУ

 

Для преодоления ограничений по производительности DED-технологии при производстве массивных изделий институт разрабатывает новые головки для формирования толстых стенок изделий, позволяющие увеличить мощность лазера и расход порошка без потери устойчивости процесса. Рассматривается перспективное использование щелевых сопел для создания широких валиков с плоской поверхностью, что потенциально позволит вернуться к производительности свыше 10–20 кг/час для крупногабаритных заготовок. 
Одной из инновационных разработок также стала мобильная установка лазерной наплавки для ремонтных задач. Актуальный пример использования — восстановление большого судового двигателя без снятия его с корабля.
Отдельное внимание в своем докладе Глеб Туричин уделил принципиально новой технологии «холодного намазывания» («наплавка трением с перемешиванием») для создания биметаллических изделий «сталь — алюминий». Ее реализация возможна для несовместимых при термическом соединении компонентов в том случае, если один из них пластичен. При реализации процесса алюминий механически втирается в стальную поверхность, предварительно обработанную сканирующим лазерным лучом для увеличения площади контакта. Данный метод исключает нагрев и решает проблему низкой адгезии: испытания подтвердили сопротивление отрыву, существенно превышающее критический для стоящих задач порог в 100 МПа.

 

После обсуждения технических аспектов прямого лазерного выращивания, включая вопросы стратегии сканирования и оптимизации профиля луча, слово перешло к Константину Бабкину, руководителю отделения аддитивных технологий ИЛИСТ СПбГМТУ. 
Докладчик углубился в экономику высокопроизводительного прямого лазерного выращивания. Анализ рыночных тенденций выявил два ключевых фактора: значительное снижение стоимости металлических порошков (включая нержавеющие стали и никелевые сплавы) и удешевление волоконных лазеров (почти в 10 раз за 10 лет). Это создало предпосылки для масштабирования технологии на крупногабаритные детали с толстыми стенками.
Бабкин подчеркнул фундаментальное ограничение традиционного подхода: производительность около 1 кг/час при лазерной мощности 3 кВт делает машинное время основным фактором стоимости изделия. Альтернативные пути повышения производительности, такие как сверхвысокоскоростная наплавка, требуют сложной и дорогой кинематики, не применимой для крупных деталей на промышленных роботах. Решением стало увеличение ширины наплавляемого валика. Для этого СПбГМТУ разработал моторизованный коллиматор, позволяющий динамически менять размер лазерного пятна и ширину валика прямо в процессе выращивания, подстраиваясь под геометрию детали.
Экономические расчеты показали, что увеличение производительности до 3–4 кг/час смещает структуру себестоимости: основную долю начинает занимать материал, а не машинное время. Это снижает стоимость килограмма изделия вдвое. Ярким примером стал кейс с компанией «Синара»: переход на высокопроизводительное выращивание впускных патрубков для тепловозных дизелей (45 кг) позволил сократить стоимость с 500 до 250 тыс. рублей за штуку, обеспечить точность ±1 мм и конкурировать с литьем в мелкосерийном производстве. 
Важным анонсом стала возможность модернизации существующих машин «ИЛИСТ» до конца 2025 года, что повысит их производительность в 2–3 раза при разумных затратах. 

 

Алексей Ким, директор департамента аддитивных технологий АО «Лазерные системы», представил линейку российских SLM-установок компании, сертифицированных в Минпромторге РФ, и поделился опытом компании в создании режимов для селективного лазерного сплавления порошков чистой меди. Основной вызов при работе с чистой медью — крайне низкое поглощение ИК-излучения (1.06-1.07 мкм) на уровне 4–6%, приводящее к высокой остаточной пористости (1–4% в мировых исследованиях) и дефектам в тонкостенных структурах.
Ким подробно описал методику компании: много-
итерационную отработку режимов на установке M150 с синтезом примитивов, металлографическим анализом и исследованием пористости в лабораториях партнеров (рис. 2). Ключевым достижением стали образцы чистой меди, полученные на стандартном ИК-лазере мощностью 500 Вт с остаточной пористостью всего 0.001–0.3%, что существенно превосходит мировой уровень. Результаты подтверждены микрошлифами. Параллельно ведутся эксперименты с зеленым лазером (вторая гармоника), где поглощение меди выше, но стоимость оборудования и сложность фокусировки создают новые вызовы. Хотя зеленый луч перспективен для микроструктур, его экономическая целесообразность требует дальнейшего изучения.

 

Рис. 2. Образцы чистой меди, напечатанные методом SLM. Фото: АО «Лазерные системы»

 

Докладчик отметил масштабирование центра аддитивных технологий компании до 10 машин. 
В обсуждении доклада Алексея Кима о прорыве в SLM-печати чистой меди был озвучен широкий спектр промышленных приложений — от радиоэлектроники и СВЧ-техники до теплообменников и силовых элементов электродвигателей. 

 

 

Анатолий Сухов, генеральный директор ЗАО «РЦЛТ», поделился многолетним опытом внедрения лазерных технологий в промышленность, позиционируя Региональный центр лазерных технологий (РЦЛТ) как ключевой интегратор на Урале. В числе реализованных проектов — изготовление 6-метровых транспортно-пусковых контейнеров с гарантированной 7-летней герметичностью, переход с нержавеющей стали на титан при производстве компонентов для фрегатов (типа «Адмирал Горшков»), а также создание ответственных узлов для автомобиля «Аурус», включая аутриггеры. 
Отдельно Сухов выделил производство крупногабаритных стел («Орден Победы», «Орден Славы») с применением лазерной резки (рис. 3), подчеркнув экономическую эффективность лазерных методов при работе с титаном, где традиционные подходы часто приводят к перерасходу материала. 

 

Рис. 3. Изготовление крупногабаритных стел. Фото: РЦЛТ

 

В качестве актуальной задачи докладчик озвучил потребность промышленности в лазерном локальном подогреве зон гибки для крупногабаритных титановых панелей (до 5.5 м), что предотвратило бы разрушение материала при формовке, а также пригласил к сотрудничеству в разработке учебных модулей для колледжей, наглядно демонстрирующих преимущество аддитивных и лазерных технологий.

 

Николай Грезев, главный технолог отделения лазерного станкостроения VPG LaserONE (бывшее название НТО «ИРЭ-Полюс»), подробно остановился на ключевых направлениях развития компании: увеличении мощности лазерных систем (серия мультикиловаттных установок, включая рекордный 60 кВт лазер, представленный на выставке), увеличении толщин листовых материалов, обрабатываемых с помощью лазерной резки (освоение толщин 100 мм для титана (рис. 4) и 60–80 мм для алюминия за счет увеличения мощности до 40–60 кВт и улучшения качества луча), а также увеличении экономической эффективности от внедрения лазерных технологий (как пример — гибридная сварка локомотивных тележек, рис. 5). При этом он отметил активную работу над гибридным ИК/зеленым лазером для DED и успешную аттестацию технологии сварки обсадных труб в полевых условиях. 

Рис. 4. Образцы лазерной резки больших толщин. Фото: VPG LaserONE

Рис. 5. Фото: Сравнение экономической эффективности дуговой и гибридной сварки. Фото: VPG LaserONE

 

В числе инноваций докладчик, кроме того, выделил ручные лазерные аппараты до 2 кВт как альтернативу TIG-сварке, новую систему лазерной очистки с мощностью лазера 5 кВт и со скоростью очистки 2–3 м²/ч, системы для текстурирования и нанесения QR-кодов на горячий прокат, а также перспективный проект по термообработке бандажей железнодорожных колес (упрочнение до 60–65 HRC). 

 

Доклад заместителя директора «ИЛИСТ» СПбГМТУ Евгения Землякова был посвящен подтверждению стабильности свойств изделий, полученных методом прямого лазерного выращивания. По сообщению докладчика, за десятилетие работы с технологией было протестировано свыше 50 материалов, включая стали, никелевые и титановые сплавы, бронзы и алюминий, при этом свойства изделий соответствовали уровню проката. Однако, как отметил докладчик, даже при подтверждении тоннами испытаний в независимых лабораториях промышленности требуется комплексный подход к сертификации. Прорывом стала совместная работа с «Росатомом»: после успешных испытаний газосборника из нержавеющей стали, разрушившегося при рекордных 1087 атмосферах, были изготовлены 13 равнопрочных сосудов с вариативной толщиной стенок. Двенадцать из них, включая три с искусственными дефектами (пористостью 1–2%), прошли двухэтапные гидроиспытания без замечаний, подтвердив стабильность характеристик. Эти результаты легли в основу технических условий, согласованных с ЦНИИ КМ «Прометей», что вносит вклад в создание нормативной базы для внедрения DED в атомной отрасли.

 

Александр Маликов, заведующий лабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН, представил инновации в области лазерного выращивания функциональных металлических и металлокерамических покрытий. Ключевым инструментом стал запатентованный модуль наплавки с подогревом от 40 до 700°C, позволяющий управлять структурой материала за счет регулирования градиентов температур. 
Особое внимание в работе было уделено композициям на основе титана, нержавеющей стали и никелевых сплавов с добавлением легкой керамики. Для анализа фазового состава таких покрытий применялось синхротронное излучение, выявившее формирование интерметаллидных фаз, повышающих износостойкость.
Другая задача — создание металлических покрытий  — была, например, реализована на резцах горных дробилок и буров, где материалы испытывают нагрузки как на удар, так и на износостойкость. Использование модуля подогрева при создании покрытия позволило получить хорошую равномерную структуру, которая при проведении испытаний давлением в 300 атмосфер не была разрушена.
Также была отработана технология восстановления сопловых лопаток ГТУ энергетического назначения и показана возможность наплавления титанового сплава на тонкостенные лопатки. 

 

Ольга Крючина, начальник отдела сертификации VPG LaserONE, выступила с анализом мер безопасности при применении лазерных технологий, подчеркнув, что помимо прямого излучения опасность представляют вторичные источники: параплазменный факел, раскаленный материал и металлические брызги. Критический акцент в докладе сделан на ультрафиолетовом излучении (особенно в диапазоне 
УФ-С), которое генерируется при обработке алюминия, нержавеющей стали и титана. Результаты измерений на специализированном стенде (7 приборов, включая LD-07 и Argus) показали шокирующие превышения предельных значений: до 50 раз для УФ-B и свыше 4000 раз для УФ-С (наиболее опасного для кожи и глаз персонала).  
Парадоксальным открытием стала регистрация максимальной облученности лазерным излучением не при высоких мощностях, а при ручной сварке алюминия и маркировке нержавеющей стали (всего 100 Вт). Как отметила Ольга Крючина: «Облученность зависит не от мощности лазера, а от плотности энергии в пятне. Увеличение диаметра пятна в 10 раз снижает риск на порядок».  
Для защиты операторов компанией была предложена идея создания комбинированной сварочной маски, т.е. включения в состав традиционной маски светофильтра от лазерного излучения. Идея была поддержана ведущими производителями, в т.ч. компанией Optrel (Швейцария), которая выпустила на европейский рынок линейку таких масок. Их ключевое преимущество перед аналогами (например, китайской Laser P) — сохранение видимости пилотного луча для ручной работы. Рекомендации по выбору СИЗ ориентируются на два параметра: соответствие длине волны оборудования и оптической плотности (например, OD 7+).  
Важнейшим итогом стало упоминание национального стандарта (введен в 2024 г.), разработанного VPG LaserONE. Документ унифицирует требования к средствам коллективной защиты, категорированию оборудования и организации рабочих мест.  
«Результаты новейших разработок в области лазерной безопасности позволяют для каждого конкретного случая подобрать наиболее оптимальные средства защиты», — отметила Ольга. 

 

Вячеслав Осипов, начальник отделения промышленных лазерных и электрофизических технологий ИЛИСТ СПбГМТУ, детально представил результаты масштабной двухлетней работы по интеграции гибридной лазерно-дуговой сварки в судостроительную отрасль (рис. 6). Ключевым достижением стало завершение научно-исследовательской работы по заказу Морского регистра судоходства при участии Балтийского завода. 

 

Рис. 6. С января 2025 г. российская лазерно-дуговая сварочная машина работает на судостроительном заводе АО «ОССЗ». Фото: СПбГМТУ

 

С 1 января 2025 года разработанные нормативы официально введены в отраслевую документацию, что впервые легализовало применение технологии для критически важных соединений — стыковых и тавровых швов в корпусных конструкциях. Особое внимание было уделено практическим аспектам: подтверждена стабильность сварки при технологических зазорах до 1 мм для судостроительных сталей А-36 и Д-40, решена проблема дефектообразования путем замены проволоки Supercored на Power Bridge, а также успешно введен в эксплуатацию первый промышленный комплекс на Онежском судостроительном заводе. Параллельно с этим ведутся работы с АО «Балтийский завод» и предприятием «Красное Сормово» по адаптации технологии для модернизации линий сборки секций, где гибридная сварка позволит радикально сократить циклы укрупнения полотнищ и сварки ребер жесткости.

 

Анна Толкачева, инженер отдела стандартизации, аттестации и сертификации VPG LaserONE, представила глубокий анализ управления качеством при лазерной сварке обсадных труб в полевых условиях. Основой исследования стали статистические методы оценки стабильности технологического процесса на основе записей из сварочных журналов буровых площадок. Анализ выявил два ключевых фактора риска: депланацию торцов труб при сборке (8% вероятности дефектов) и смещение фокусировки луча относительно стыка из-за деформации и помутнения защитных линз. После реализации корректирующих мер, включавших модернизацию системы очистки оптических стекол и ужесточение регламентов контроля сборки труб перед сваркой, вероятность дефектов удалось снизить до 4%. 
Одним из методов оценки качества сварочных работ является показатель уровня брака. В результате эмпирической оценки (с учетом коэффициента ремонтопригодности для лазерной сварки, в два раза большего по сравнению с дуговой сваркой, — 12 против 6) полученный финальный показатель брака составил 0.46%. Он не только соответствует строгому отраслевому нормативу 0.5%, но и подтверждает эффективность предложенного подхода, интегрированного в стандарты предприятия.

 

Александр Ахметов, инженер II категории технологического отдела ФГБОУ ВО СПбГМТУ, завершил рабочую сессию презентацией нестандартного решения для энергомашиностроения – комбинированной лазерно-индукционной закалки лопаток паровых турбин по заказу АО «Силовые машины» (рис. 7). Разработка стала ответом на технологические санкции, заблокировавшие доступ к решениям Siemens. Эксперименты на плоских образцах из жаропрочных сталей 15Х11МФ, 20Х13 и ЭИ-961 выявили принципиальную проблему: при толщине сечения свыше 10 мм мощности лазера недостаточно для прогрева входной кромки без поверхностного оплавления. Запатентованное решение предполагает синхронизированное воздействие индукционного источника нагрева и лазера с поперечной разверткой луча, где критически важным стало точное управление температурой в зоне обработки. Разработанный алгоритм предотвращает локальный перегрев, обеспечивая твердость 400 HV при глубине закалки 3 мм на кромке и 1.5 мм на спинке лопатки согласно установленным требованиям заказчика. Анонсированный комплекс, способный обрабатывать полноразмерные изделия, проходит финальные испытания на ресурс, а его поставка на производство запланирована на конец 2025 года.
 

 

Рис. 7. Стенд для лазерно-индукционного упрочнения. Фото: СПбГМТУ

 

 

Конференция «Лазерная макрообработка–2025» продемонстрировала качественный переход отечественной промышленности к системному внедрению лазерных технологий. Параллельно отработаны экономические модели, подтверждающие двукратное снижение себестоимости крупногабаритных изделий при высокопроизводительном выращивании и сокращение (до десятикратного) временных затрат в сварных процессах. Успехи импортозамещения проявились в комплексных решениях — от SLM-печати чистой меди с рекордно низкой пористостью до комбинированной закалки турбинных лопаток, полностью замещающей недоступные западные аналоги. 

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 4-2025