Внедрение аддитивных технологий в промышленное производство может изменить ситуацию: оно позволит увеличить скорость изготовления деталей сложной формы и уменьшить себестоимость сложных конструктивных элементов за счет повышения эффективности использования исходного сырья, автоматизации технологического процесса и снижения числа технологических операций; при этом даст возможность снизить энергоёмкость и материалоёмкость производства, а также получать изделия с заранее заданными эксплуатационными характеристиками.

Аддитивное производство металлических изделий по типу процесса (методу синтеза) можно разделить на две группы: послойное селективное выращивание предварительно нанесённого материала и прямое выращивание, последнее подходит для изготовления крупногабаритных деталей, в том числе судового машиностроения. При прямом выращивании наплавочный материал, который может быть в виде металлического порошка или проволоки подаётся в зону действия мощного источника тепла, нагревается, расплавляется, охлаждается и после кристаллизации образует валик, геометрические характеристики которого соответствуют определённому слою 3D модели. Источниками нагрева могут быть лазерный или электронный луч, а также электрическая дуга.

По сравнению с литьем и сваркой технология прямого лазерного выращивания элементов судовых движителей сложной геометрической формы в перспективе даёт следующие преимущества:
- возможность управления не только внешней геометрией элементов, но и внутренней структурой, что позволит создавать облегченные конструкции с локальными силовыми элементами, позволяя более рационально использовать материалы, а также облегчить конструкции силовых движителей в целом;
- возможность формирования элементов из разнородных материалов;
- более высокое качество элементов, к которым предъявляются требования по герметичности, за счет получения структуры с минимальной пористостью (или без нее);
- высокий коэффициент использования материалов за счет минимизации объема окончательной механической обработки благодаря уменьшению технологических припусков на последующую механическую обработку;
- отсутствие необходимости создания дополнительной технологической оснастки (литейной, сварочной), что позволит сократить затраты, особенно в условиях единичного и мелкосерийного производства;
- сокращение сроков создания элементов опытных образцов судовых движителей.

Кроме того, при прямом лазерном выращивании операции механической, термической и дробеструйной обработки производятся на уже полностью выращенном изделии, значит, при серийном изготовлении данные операции можно производить параллельно. При этом мощность производства может быть увеличена в 1,78 раза.

Группа ученых Санкт-Петербургского государственного морского технического университета под руководством заместителя директора по научной и проектной деятельности ИЛИСТ СПбГМТУ, канд.техн.н. Е. В. Землякова в составе ответственного исполнителя младшего научного сотрудника Р. С. Корсмика, старшего научного сотрудника, канд.техн.н. О. Г. Климовой- Корсмик, инженеров А.Д. Ахметова, Г.Г. Задыкяна, Р. Мендагалиева, А. А. Воропаева, А. Ю. Геллер, С. С. Сильчонок-Задыкян в рамках мероприятия НОЦ «Российская Арктика», связанного с аддитивными технологиями для судостроения и судоремонта, исследовали технологические процессы прямого лазерного выращивания деталей судового машиностроения, а именно гребного винта.

Используемые при реализации технологии выращивания технические решения направлены, в первую очередь, на снижение деформаций и повышение точности геометрических размеров, повышение плотности выращенного изделия, эксплуатационных характеристик, а также на улучшение внешнего вида изделия.

Как и в любом производстве, качество конечного изделия зависит от используемого сырья, в данном случае - присадочного порошка. Ученые ИЛИСТ СПбГМТУ исследовали порошки различного фракционного состава и исходного состояния. Они заключили, что порошок для лазерного выращивания не должен содержать посторонних включений, должен храниться при определённых температурно-влажностных условиях, иметь сферическую форму, а структура его частиц должна быть однородной и мелкодисперсной.

Следующим этапом исследования было установление влияния входных параметров процесса лазерной обработки на формирование макроструктуры и геометрических характеристик наплавляемых слоёв. В эксперименте варьировались: качество используемого порошка; массовый расход порошка; тип используемого сопла для подачи порошка; расстояние от среза сопла до поверхности наплавляемого слоя; мощность лазерного излучения; диаметр луча на поверхности наплавки. В качестве критериев качества наплавки оценивались коэффициенты: использования порошка, формы валиков и перемешивания с предыдущим слоем, а также наличие или отсутствие дефетков.

Коллективом исследователей установлены закономерности, позволяющие наносить слои, заданной геометрии: управлять количеством расплавленного в единицу времени подаваемого металла, глубиной проплавления и долями участия, предыдущего и наносимого слоёв, а также их шириной и высотой. Установлено, что увеличение содержания вторичного порошка в присадочном, приводит к пропорциональному увеличению размеров газовых пор и возникновению несплавлений. Проведённые механические испытания показали, что уровень механических свойств не всегда достигает значений, характерных для металлопроката. Этот факт может быть объяснён тем, что образцы, изготовленные методом прямого лазерного выращивания, в отличие от металлопроката не проходили термическую и пластическую обработку. Также выдвинуто предположение, что все сплавы, используемые в машиностроении, разрабатывались под конкретный метод обработки: литьё, пластическая обработка, порошковая металлургия. Однако сплавов, разработанных под аддитивное производство, на данный момент в мире не существует.

Также исследователи рассмотрели влияние технологических параметров на формирование экспериментальных образцов, определили стратегии и траектории выращивания гребного винта, вывели алгоритм создания управляющей программы изготовления методом прямого лазерного выращивания.

Таким образом, ученые СПбГМТУ в рамках мероприятия научно-образовательного центра «Российская Арктика: новые материалы, технологии и методы исследования» проанализировали влияние научно-технических принципов разработки технологии изготовления гребных винтов, работающих при экстремально низких температурах, с использованием прямого лазерного выращивания из порошковых металлических материалов.