3D сады


Прямое лазерное выращивание


Прямое лазерное выращивание – прорыв в изготовлении крупногабаритных изделий

В последнее десятилетие происходит интенсивное внедрение аддитивных технологий практически во все отрасли промышленности. Основной тенденцией развития является увеличение производительности при сохранении требуемого качества изготавливаемого изделия. Одной из перспективных в данном направлении является технология прямого лазерного выращивания. В процессе прямого лазерного выращивания изделие формируется из металлического порошка, подаваемого сжатой струей газа непосредственно в зону воздействия лазерного излучения [1, 2]. При этом рабочий инструмент перемещается по траектории, повторяющей контуры слоя изделия в поперечном сечении (рис. 1). Эта технология позволяет создавать детали сложной формы по заранее заданной 3D модели. При этом, используя порошки различных составов, становится возможным получение деталей с градиентными свойствами. Габариты изделий практически не ограничены [3].

Рис. 1. Процесс прямого лазерного выращивания крупногабаритных изделий

По мере инноватизации производства возникает ряд проблем, устранение которых невозможно с точки зрения традиционных подходов. Усложнение геометрических форм и увеличение требований к деталям и узлам конструкций приводит к увеличению стоимости оборудования, инструментов и оснастки, увеличению цикла изготовления, что, в свою очередь, значительно повышает себестоимость производимой продукции. Технология прямого лазерного выращивания позволяет решить все перечисленные задачи за счет повышения производительности (примерно в 10 раз) и снижения материалоемкости изготовления деталей сложной формы путем точного повторения заданной конструктором траектории изделия. При этом расширяются границы технологических и конструкторских возможностей, так как происходит полная автоматизация и «цифровизация» производства. Такой подход раскрывает широкие возможности в судостроении, машиностроении, ракетно-космической отрасли, медицине. Бионический дизайн в авиастроении позволяет снизить вес деталей в 1,5–5 раз без потери прочности и ресурса, а за счет неограниченных возможностей получаемых форм геометрия изготавливаемых изделий ограничена только фантазией конструктора (рис. 2) [4, 5].

Рис. 2. Изделия, полученные методом прямого лазерного выращиваниия на оборудовании, разработанном в ИЛиСТ

В Институте лазерных и сварочных технологий (ИЛиСТ) разработаны и изготовлены технологические установки и технологический инструментарий прямого лазерного выращивания. На их базе проведены технологические исследования процесса выращивания образцов из порошковых сплавов на основе Ni, Fe, Ti, Co [4–7]. На данный момент разработан и изготовлен ряд машин для лазерного выращивания, построенных на следующих принципах: • в качестве манипуляторов используются промышленный робот Fanuc и двухосный позиционер для лазерной головки и заготовки соответственно. В общей сложности обеспечивается восемь осей свободы для получения сложной геометрии; • в качестве источника нагрева и плавления металлического порошка используется волоконный лазер IPG мощностью от 500 до 5000 Вт; • для предотвращения негативного влияния газов окружающей среды на заготовку предусмотрена герметично закрытая камера с контролируемой атмосферой чистого аргона. Внутренний объем оптимизирован для снижения потребления аргона; • Модульная лазерная головка, которая оснащена сменными наборами сопел для различных применений, включая не только выращивание, но и процесс сварки.

Существующие модели (рис. 3) обеспечивают максимальный размер изготавливаемой детали:

«S» с камерой 1,4 м3 — Ø300 мм, H = 300 мм, 30 кг; «L» с камерой 6 м3 — Ø1000 мм, H = 600 мм, 250 кг;

«XL» с камерой 25 м3 — Ø1600 мм, H = 600 мм, 250 кг.

а) 

б) 

  в)

Рис. 3. Установка для прямого лазерного выращивания а) размер S, б) размер L, в) размер XL

Использование промышленных роботов открывает новые возможности. Простота и широкий диапазон моделей позволяют адаптировать машину к размерам заготовки. В ходе исследований было показано, что детали диаметром 1600 мм и весом 150 кг не являются пределом для этой технологии. При использовании волоконно-оптического лазера 3 кВт нормальная скорость выращивания стенки толщиной 2,5 мм составляет около 1,5 кг/ч. Таким образом, производство изделия массой 150 кг занимает около 110–120 часов (с учетом простоя переходов). Когда речь идет о реальной производственной задаче, промышленные роботы позволяют адаптировать машину для выращивания по требованию заказчика. Например, если типичный размер заготовки мал, — уменьшение размера камеры и охвата робота приводит к снижению издержек производства: потреблению аргона, времени обслуживания и времени переключения, площади основания и цены машины. Восемь степеней свободы значительно увеличивают сложность геометрии по сравнению с пятиосевыми машинами. Можно создавать потолочные плиты в труднодоступных местах. Также возможно использовать 6‑осевой робот в качестве манипулятора заготовки со стационарной или движущейся головкой осаждения. В случае использования захвата в качестве робота EOAT может быть реализован полностью автоматический рабочий поток, когда робот меняет подложки без помощи оператора.

При изготовлении изделий методом прямого лазерного выращивания исходным материалом служит порошок со сферической или близкой к сферической формой (фракционный состав может варьироваться от 40 до 200 мкм). Наличие на поверхности порошка дефектов виде саттелитов является допустимым (рис. 4 а). Недопустимо присутствие оксидных плён или каких-либо других загрязнений, такие дефекты приведут к образованию неметаллических включений в структуре конечных изделий.

Рис. 4. Поверхность частиц порошка а) 316L [7], б) ЭИ 698, в) ВТ20, г) ЖС6у  

а)    б)    в) г)

Использование метода прямого лазерного выращивания за счет варьирования параметров процесса позволяет получать структуру изделия в зависимости от требований («управляемую» структуру [1]). Это может быть ячеисто-дендритная структура или литая структура с различными размерами структурных составляющих. При этом частицы порошка служат центрами кристаллизации и кристаллизация идет не от поверхности, а из объема — залог получения мелкозернистой структуры металла (рис. 5 а, б). К примеру, на рис. 5 в, г представлена структура никелевого сплава, полученного методом литья и методом прямого лазерного выращивания.

Рис. 5. Структура образца из стали 316 l полученного методом ПЛВ а) мощность 700 Вт [7]; б) мощность 1200 Вт [7]; в) микроструктура сплава ЖС6У (литье) [6]; г) микроструктура сплава ЖС6У (прямое лазерное выращивание) [6]

                а)                                     б)                             

   

в)                                       г)

Проведенные исследования структуры и свойств показали, что все выращиваемые изделия обладают высокими механическими характеристиками и сопоставимы с характеристиками изделий, получаемых другими методами. Разработанные комплексы являются универсальными, за счет модульности значительно сокращаются сроки изготовления оборудования по техническим требования заказчика. Благодаря сравнительно простой модернизации становится возможным повышение эффективности внедряемых в производство новых технологий.

Таблица 1. Механические свойства изделий из различных сплавов Материал, вид обработки Прямое лазерное выращивание
  σ0,2, МПа σв, МПа δ, %
Сплавы на основе титана
ВТ20, ПЛВ 882 968 6,6
ВТ20, литье+ТО 876 951 6,4
ВТ6, ПЛВ 860,5 910 7,0
ВТ6, листы после отжига 885–1080 - 8,0
Сплавы на основе никеля
ЭИ 698, ПЛВ 840 1030 18
ЭИ 698, литье+ТО 705 1150 16
Inconel 625, ПЛВ 488 865 27,7
Inconel 625, прокатка 415 827 28
ЖС6У, ПЛВ 1046 1350 11,5
ЖС6У, ПЛВ+литье 1075 1100 2,9
Сплавы на основе железа
Нерж. сталь 316, ПЛВ 275 570 50
Нерж. сталь 316L, литье+ТО 262 552 55
Нерж. сталь 316L, холодный прокат 255–310 525–623 30

Проведенные исследования показали, что технология обеспечивает механические свойства изделий, не уступающие традиционным технологиям производства. Технология позволяет увеличить производительность, снизить расход материала, сократить цикл производства, что, в свою очередь, приводит к снижению цены изделия.

Литература 1. Turichin G. A., Klimova O. G., Zemlyakov E. V., Babkin K. D., Kolodyazhnyy D.Yu., Shamray F. A., Travyanov A.Ya., Petrovskiy P.V. Technological aspects of high speed direct laser deposition based on heterophase powder metallurgy Physics Procedia 78 (2015), Рр. 397–406. 2. Turichin G. A., Somonov V. V., Babkin K. D., Zemlyakov E. V., Klimova O. G. High-Speed Direct Laser Deposition: Technology, Equipment and Materials//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 125. Iss. 1. 2016 3. Туричин Г. А., Земляков Е. В., Климова О. Г., Бабкин К. Д., Шамрай Ф. А., Колодяжный Д. Ю. Прямое лазерное выращивание — перспективная аддитивная технология для авиадвигателестроения//Сварка и диагностика, № 3. 2015. С. 54–57. 4. Glukhov V., Turichin G., Klimova-Korsmik O., Zemlyakov, Babkin, K. Quality management of metal products prepared by high-speed direct laser deposition technology//Key Engineering Materials. Vol. 684. 2016. Pp. 461–467. 5. Туричин Г. А., Климова-Корсмик О. Г., Земляков Е. В., Бабкин К. Д., Шамрай Ф. А., Петровский П. В., Травянов А. Я., Колодяжный Д. Ю. Аддитивная технология гетерофазной порошковой лазерной металлургии // Технологи лёгких сплавов. № 1, 2016. 6. Klimova-Korsmik O., Turichin G., Zemlyakov E., Babkin K., Petrovsky P., Travyanov A. Structure formation in Ni superalloys during high-speed direct laser deposition//Materials Science Forum. Vol. 879. 2017. Pp. 978–983. 7. Sklyar M. O., Turichin G. A., Klimova O. G., Zotov O. G., Topalov I. K. Microstructure of 316L stainless steel components produced by direct laser deposition//Steel in Translation. Vol. 46, Iss. 12. 2016. Pp. 883–887.

Г.А. Туричин, М.О. Скляр, К.Д. Бабкин, О.Г. Климова-Корсмик, Е.В. Земляков Санкт-Петербургский государственный морской технический университет  

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы

Сомонов В. В., Туричин Г. А., Земляков Е. В., Бабкин К. Д., Климова-Корсмик О. Г. Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы VI Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2016 г.). — М.: Буки-Веди, 2016. — С. 34-38. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/228/10881/ (дата обращения: 26.05.2019).



Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы

Сомонов Владислав Валерьевич, ведущий инженер

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

В статье изложен принцип процесса прямого лазерного выращивания, приводятся виды комплексов для прямого лазерного выращивания и материалов, с помощью которых он реализуется, перечислены основные составляющие комплекса для реализации данного процесса и сферы применения данного процесса.

Ключевые слова: прямое лазерное выращивание, порошковые материалы, комплекс прямого лазерного выращивания

В настоящий момент основой современного машиностроительного производства являются технологии обработки заготовки, основанные на удалении лишнего материала и формировании требуемой геометрии изделия — такие как: фрезерование, точение, шлифовка, сверление и другие. Наиболее востребованы металлические изделия. Одним из перспективных направлений развития современной промышленности являются аддитивные («добавляющие») технологии, в том числе, процесс прямого лазерного выращивания, в основу которого положен принцип управляемого формирования изделия за счет локального ввода материала в нужное место. Эта технология позволяет расширить границы возможностей современного производства, создавать принципиально новые детали сложной геометрии, одновременно снижая как временные, так и материальные затраты на их производство [1]. Металлическое изделие при данном способе изготовления чаще всего формируется из металлического порошка различного гранулометрического состава — от 50 до 150 мкм, получаемого физико-химическими и механическими методами.

В качестве материала в основном используются порошки из сплавов на основе никеля, в том числе жаропрочных (типа Inconel 625), кобальта, в том числе высокопрочных (типа Stellite 6), хрома, железа, меди, титана. Порошки должны иметь сферическую форму частиц. Это связано с тем, что такие частицы более компактно укладываются в определенный объем, а также необходимо обеспечить «текучесть» порошковой композиции в системах подачи материала с минимальным сопротивлением.

В ходе процесса “строительный” материал локально сплавляется в нужных областях. Во время перемещения рабочего инструмента по траектории, соответствующей сгенерированной 3D модели детали, управляемым образом создается геометрия изготавливаемой детали. Локальное сплавление обеспечивается воздействием концентрированного источника энергии — лазерного луча. Лазерный луч фокусируется на подложке в пятно с размерами 0,5–3 мм, поглощается, разогревает и образует на ней зону расплавленного металла. В сформированную зону расплава через специальное сопло подается металлический порошок, который частично или полностью расплавляется и при движении инструмента формирует наплавленный валик. При многократном проходе инструмента и последовательном наложении валиков друг на друга формируется выращенное изделие. Геометрия изделия определяется траекторией движения инструмента относительно заготовки. Толщина и ширина наплавленного валика судя по исследованиям авторов из работы [2] определяются не только параметрами процесса, но и геометрией изделия, используемым металлическим порошком и другими трудно контролируемыми факторами. Следовательно, для контроля формирования выращенного изделия необходима система адаптивного управления процессом, которая могла бы управлять формированием в режиме реального времени [3].

Согласно информационным источникам и полученным результатам при исследовании данного процесса технологический комплекса для создания изделий методом прямого лазерного выращивания должен содержать следующие элементы:

  1. Рабочий инструмент, то с помощью чего создается само изделие;
  2. Набор датчиков для отслеживания параметров окружающей среды до начала процесса и контроля протекания технологического процесса;
  3. Управляющий контроллер технологического процесса, собирающий информацию с датчиков, входные задаваемые данные с параметрами процесса, будущего изделия, поддержек и исходя из этого посылающий управляющий сигнал рабочему инструменту. Обычно это промышленная микроконтроллерная система на базе программируемого логического контроллера.
  4. Стойка управления технологическим процессом. В нее входит система пользовательского интерфейса для задания параметров процесса, создания поддержек, подготовки траектории обработки из полученной извне CAD модели будущего изделия;
  5. Система мониторинга технологического процесса, регистрирующая в режиме реального времени протекание процесса, получающая сигналы от датчиков и имеющая систему видеонаблюдения за ванной расплава.

В состав рабочего инструмента входят:

− рабочая камера, где происходит создание покрытия или изделия. Она может быть вакуумной или заполняться инертным газом (аргон, гелий или их смесь);

− технологическая лазерная голова, с присоединяемым модулем для подачи присадочного материала (порошок, проволока, жидкие полимеры и т. д.), из которого и изготавливается изделие;

− система позиционирования, состоящая из линейных направляющих с приводами, перемещающими технологическую голову по осям x, y, z или антропоморфного руки робота, к которому она крепится и подвижной платформы, способной помещаться в общем случае по осям x, y, z или вращаться с заданной скоростью, поворачиваясь на определенный угол в ходе процесса;

− оборудование для подготовки и подачи присадочного материала. В зависимости от типа материала в нее могут входить: подающий механизм для проволоки, или порошковый (дисковый или винтовой) питатель. Размеры дозирующей щели в диске и скорость вращения диска определяют подаваемый объем порошка в единицу времени. С помощью насыпной массы порошка определяется подаваемый вес в минуту или его расход;

− модуль газоподготовки;

− система подготовки и подведения воздуха для защиты оптики при процессах, использующих лазерное или электроннолучевое излучение;

− источник, лазерного, электронного лучевого или другого нагрева присадочного материала;

− система охлаждения источника нагрева, технологической головы и сопла для подачи присадочного материала.

На рисунке 1 представлен пример компоновки технологического комплекса для реализации данного процесса, созданного в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого [1]. В разработке которого принимал участие также и автор статьи.

Рис. 1. Схематическое изображение частей комплекса для прямого лазерного выращивания

Где 1 — рабочая камера; 2 — технологическая голова с присоединяемым соплом для подачи присадочного материала; 3 — система позиционирования технологической головы и платформы для крепления подложки; 4 — порошковый питатель; 5 — блок газоподготовки; 6 — источник лазерного излучения; 7- модуль охлаждения лазерного источника, технологической головы и сопла для подачи присадочного материала; 8 — стойка управления; 9 — модуль подготовки сжатого воздуха для защиты оптики.

Для реализации процесса прямого лазерного выращивания изделий из порошковых материалов применяются следующие виды комплексов: использующие линейные направляющие (рисунок 2а) или робот (рисунок 2б) для перемещения технологического инструмента и вращатель, установленный в рабочей камере для управления движением подложки; или оборудование, выполненное на базе ЧПУ комплексов для механообработки, с заменой рабочего инструмента на технологический и обеспечением заполнения рабочей камеры защитным газом (рисунок 2в) [4].

Рис. 2. Изображения ряда применяемых технологических машин для реализации процесса высокоскоростного прямого лазерного выращивания изделий

Аддитивные технологии, в том числе и прямое лазерное выращивание используются во многих отраслях промышленности, чтобы ускорить или даже внести революционные изменения в их производственные процессы. Производство облегченной и более функционально сложной продукции может помочь сократить потребление ресурсов в ходе процесса и на само изделие, оптимизировать производственные процессы, сделать продукцию более устойчивой, упростить транспортные цепочки. В конце 20 и начале 21 века аддитивные технологии использовались преимущественно в традиционно технологически продвинутых отраслях — автомобильной, авиационной и аэрокосмической промышленностях, а также в приборостроении и медицине. В настоящее время к ними добавились электронная, инструментальная, оборонная, текстильная, ювелирная, мебельная, пищевая промышленности, а также отрасль по производству спортинвентаря и игрушек [5]. Изделия, полученные таким методом, не нуждаются в последующем изостатическом прессовании или термической обработке, в сравнении с технологиями селективного лазерного спекания (сплавления) или технологиями литья с последующей термической и механической обработкой. При этом данный процесс возможно комбинировать с другими технологиями, еще больше снижая затраты на производство, уменьшая время на изготовление, создавая изделия, которые невозможно получить, применяя только этот метод. Использование данной технологии позволяет изготовлять детали с внутренними криволинейными отверстиями, недоступными для изготовления другими методами обработки и из-за отсутствие множества переходов и переустановок детали на станке, как при традиционных методах изготовления, позволяет получить микронную точность изделия.

Мировыми лидерами в области аддитивных технологий на сегодняшний момент являются Соединенные Штаты Америки, Япония, Германия, Китай [6]. Во многих странах уже созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс. Крупные международные корпорация благодаря технологии прямого лазерного выращивания изготавливают сотни тысяч изделий для своих отраслей. В России число промышленных компаний и исследовательских центров, занимающихся использованием и внедрением технологий аддитивного производства крайне мало. В нашей стране недавно появилось производство металлических и неметаллических порошковых композиций для аддитивных технологий. Так, например, во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов организовано производство сверхчистых сферических металлических порошковых сплавов на никелевой и титановой основах. Малое число квалифицированных специалистов, а также отсутствие национальных стандартов сдерживает темпы развития аддитивных технологий в нашей стране, но в последнее время наметилась тенденция ускоренного развития этой технология в нашей стране, в том числе и благодаря вниманию со стороны государства, выделяющего финансирование на проведение исследований и разработку отечественных технологий и комплексов для реализации процесса прямого лазерного выращивания, в том числе из жаростойких и титановых сплавов.

Материалы подготовлены в рамках выполнения работ, финансируемых из средств стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики, на 2016–2018 годы.

Литература:

  1. Г. А. Туричин, Е. В. Земляков, О. Г. Климова, К. Д. Бабкин, Ф. А. Шамрай, Д. Ю. Колодяжный, прямое лазерное выращивание — перспективная аддитивная технология для авиадвигателестроения // Сварка и Диагностика. 2015. № 3. c. 54–57.
  2. Туричин Г. А., Валдайцева Е. А., Поздеева Е. Ю., Земляков Е. В., Гуменюк А. В. Моделирование динамического поведения сварочной ванны при лазерной и гибридной сварке c глубоким проплавлением. Автоматическая сварка. 2008. № 7. c. 15.
  3. M. Cotteleer, J. Joyce «3D Opportunity Additive manufacturing paths to performance, innovation, and growth», Deloitte review issue 14, 2014, p. 9.
  4. К. Д. Бабкин Е. В. Земляков В. В. Сомонов «Высокоскоростное прямое лазерное выращивание: технология, оборудование и материалы», 2015, Сборник трудов научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Обработка материалов: современные проблемы и пути решения» 26–28 ноября 2015, Юрга, с. 56–61.
  5. J. Gausemeier, M. Wall, S. Peter. «Thinking ahead the Future of Additive Manufacturing — Exploring the Research Landscape», Heinz Nixdorf Institute, University of Paderborn — Paderborn 2013, [электронныйресурс] http://www.3d-printing-additive-manufacturing.com/media/downloads/75-d2–16–20-chrisitan-lindeman-unversity-of-paderborn.pdf [датаобращения] 05.07.2016.
  6. Сколковский Институт Науки и Технологий «Публичный аналитический доклад по развитию новых производственных технологий», 2014, с. 114–142 [электронный ресурс], http://isicad.ru/ru/pdf/ReportSkolkovo2014.pdf, [дата обращения] 5.07.2016.

Основные термины (генерируются автоматически): прямое лазерное выращивание, присадочный материал, рабочий инструмент, технологическая голова, процесс, рабочая камера, технологический процесс, реализация процесса, изделие, ходя процесса.

Статья посвящена сравнению процессов прямого лазерного выращивания титановых изделий из порошков и присадочной проволоки. Проанализировано влияние технологических параметров на формирование слоя и его микроструктуру для двух процессов.

Технологический процесс изделия.

Основные термины (генерируются автоматически): прямое лазерное выращивание, присадочный материал, рабочий инструмент, технологическая голова, процесс, рабочая...

Исследование надежности технологических процессов... Также большое влияние на весь процесс обработки оказывает материал, которым облицована внутренняя поверхность рабочей камеры.

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип...

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы.

металлорежущий инструмент, лазерная обработка, лазерное излучение, фазовый переход, обрабатываемый материал, лазерное легирование, лазерная установка...

Технология лазерного напыления (Laser Deposition Technology — LDT) — это процесс, в котором материал в виде металлического.

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы.

Технологический процесс массового изготовления швейных изделий состоит из последовательно осуществляемых стадий обработки: подготовки тканей к раскрою, раскроя, обработки отдельных деталей и сборочных единиц, их соединения и отделки.

Подачу присадочного порошка в процессе наплавки осуществляют вслед движущейся наплавляемой поверхности.

Моделирование. — 2008. — № 4. Вейко В. П. Технологические лазеры и лазерное излучение. — СПб: СПБ ГУ ИТМО, 2007.

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых...

− технологическая лазерная голова, с присоединяемым модулем для подачи присадочного материала (порошок, проволока, жидкие полимеры и т. д.), из которого и...

Исследуемые процессы протекают в пространственной области размером в несколько сотен микрон.

Выборка строчки 2320 пикселей длится 3 мкс, при этом камера предоставляет возможность задавать требуемое

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых...

Прямое лазерное выращивание из титановых сплавов: сравнение методов получения изделий из порошка и проволоки

Сомонов В. В. Прямое лазерное выращивание из титановых сплавов: сравнение методов получения изделий из порошка и проволоки [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы VI Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2018 г.). — СПб.: Свое издательство, 2018. — С. 44-50. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/288/14400/ (дата обращения: 26.05.2019).



Статья посвящена сравнению процессов прямого лазерного выращивания титановых изделий из порошков и присадочной проволоки. Проанализировано влияние технологических параметров на формирование слоя и его микроструктуру для двух процессов.

Ключевые слова: титановые сплавы, прямое лазерное выращивание, выращенный слой, ванна расплава

Введение

Титановые сплавы обладают высокой прочностью, трещиностойкостью, низким удельным весом, высокой коррозионной стойкостью и поэтому широко используются в различных отраслях промышленности [1]. Разработка методов получения высококачественных компонентов из титановых сплавов экономически эффективным способом является одной из важнейших задач для промышленности в настоящее время. Аддитивное производство обладает высоким потенциалом для снижения себестоимости мелкосерийного производства сложных крупногабаритных деталей [2,3]. Преимуществами аддитивного производства являются снижение материальных потерь и времени производства изделия [4]. Изготовление тонкостенных конструкций является одним из основных применений аддитивных технологий [5]. Тонкостенные конструкции из титановых сплавов широко распространены в изделиях аэрокосмической промышленности [6–8]. Аддитивные методы построения изделий из титановых сплавов классифицируются по типу используемого источника и по виду присадочного материала. Присадочный материал может находится в виде проволоки или порошка, причем методы с порошком дополнительно подразделяют по способу его доставки в зону взаимодействия с источником нагрева. Это может быт как “послойное” выращивание, так и метод “прямого” выращивания [9]. В то время как проволока из титанового сплава при аддитивном производстве изделий подается непосредственно (прямо) в зону выращивания. Для аддитивных технологий производства изделий из титановых сплавов используется тепловой источник: лазерный луч, электронный луч, электрическая или плазменная дуга [9,10]. В последние годы активно развиваются лазерные технологии, в том числе и в аддитивном производстве. Наибольшую популярность при производстве титановых изделий с использованием лазера имеет метод прямого лазерного выращивания из порошка или проволоки. Сторонние исследователи мало занимались вопросом выявления преимуществ и недостатков обоих методов. В данной статье сравниваются особенности процессов, выделяются различия в них и их влияние на характеристики получаемого изделия.

Сущность процессов иэффективность использования материала

Процесс прямого лазерного выращивания из проволоки имеет более высокий коэффициент эффективного использования материала (вплоть до 100 %) по сравнению с выращиванием из порошка (до 80 %), который в случае титановых сплавов после первого использования может окисляться, что не позволяет его повторно использовать [11–13]. Таким образом, процесс выращивания из проволоки является более экологически безопасным процессом и обладает более высокими скоростями выращивания [9,12,13]. Стоимость проволоки ниже, чем соответствующего металлического порошка, она более доступна для производства [12]. Это делает технологию производства титановых толстостенных изделий из проволоки в случае с невысокими требованиями по точности изготовления более конкурентоспособной по сравнению с изготовлением из порошков.

Проводились исследования направленные и на совместное применение порошка и проволоки. В работе [14] показаны результаты исследования гибридного (порошок плюс проволока) метода выращивания изделия из титанового сплава. Авторами было получено равномерное распределение частиц TiC в новых смесях Ti-6Al-4V/TiC при соотношении TiC и Ti-6Al-4V 50 на 50 %. Также дана экспериментальная оценка прочности полученных образцов с использованием испытаний на растяжение и изгиб. Установлено, что режим перехода от одного материала к другому оказывает существенное влияние на прочность конструкций на растяжение.

Комплексы для прямого лазерного выращивания из проволоки состоят из лазера, автоматической системы подачи проволоки, рабочего стола с числовым программным управлением или роботизированной системы, рабочей кабины и нескольких дополнительных механизмов (например, системы подачи защитного газа, системы подогрева или охлаждения) [15,16]. В то время как в комплексах для выращивания изделий из порошка используются порошковый питатель и специальное сопло для доставки порошка в зону взаимодействия с лазерным излучением. Изделие в обоих случаях создается при наложении слоя на слой во время перемещения технологического инструмента относительно подложки или наоборот. В ходе процесса контролируются качество поверхности, форма и размеры в поперечном сечении выращенного слоя, его микроструктурные характеристики (размер зерна, текстура и т. д.) и возникающее механические свойства (прочность, твердость, остаточное напряжение) [17]. Результат зависит от химического состава и диаметра проволоки или порошка, параметров режима обработки (направление и угол подачи проволоки/порошка, скорость подачи проволоки/расход порошка, мощность лазерного излучения, скорость выращивания). Диаметр используемой присадочной проволоки обычно варьируется в диапазоне от 0,3 до 1,2 мм [12,13,18], в то время как дисперсность используемого сферического порошка находится в диапазоне 50–120 мкм [19–21]. К нему предъявляются жесткие требования по форме и качеству поверхности частиц. Прямое выращивание титановых изделий из порошков, как и из проволоки происходит в защитной среде (аргоне). Элементы создаваемого изделия опираются на подложку, при этом не используются поддержки в отличии от послойного выращивания изделий из порошков [22]. Метод выращивания из порошка отличается методом доставки порошка в зону обработки. Она реализуется благодаря соплу подачи с помощью транспортного инертного газа (аргон или гелий) перемещающего определенную порцию порошка, захваченную из порошкового питателя, согласно выставленному расходу. В случае использования проволоки за ее доставку в зону обработки отвечает сварочный механизм подачи, который благодаря вращению роликов с заданной скоростью подачи перемещает ее с катушки по кабель-каналу в более простое по конструкции сопло подачи. Подача присадочного материала при прямом выращивании осуществляется коаксиально или сбоку относительно лазерного луча. В результате их взаимодействия возникает выращенный слой.

Влияние мощности лазерного излучения, направления иугла подачи присадочного материала

В [15] отмечается влияние мощности лазерного излучения на размеры выращенного из проволоки слоя. С увеличением мощности лазерного излучения, уменьшается высота слоя и увеличивается его ширина. Авторами работы [23] обнаружено, что при росте мощности лазерного излучения коэффициент эффективного использования порошкового материала увеличивается, вызывая увеличение ширины выращенного слоя и степени перемешивания с подложкой. Это становиться возможным благодаря увеличению количества вводимого в подложку тепла. Ученые отмечают, что по мере роста мощности лазерного излучения при прямом лазерном выращивании из порошка, высота слоя растет до тех пор, пока мощность лазерного излучения не достигнет 1,6 кВт. После этого уровень высоты выращиваемого слоя начинает падать. Оптимальная полученная исследователями мощность лазерного излучения в 1,5 кВт позволяет добиться максимальной высоты выращиваемого слоя 0,35 мм при минимальной степени перемешивания с подложкой и максимальном коэффициенте эффективного использования порошка 80 %, при скорости сканирования лазерного луча 0,005 м/с, расходе порошка 1,44 г/мин и расходе транспортного газа 4 л/мин. Мощность лазерного излучения при выращивании из проволоки по данным различных авторов варьируется от 1,2 до 3,5 кВт [24–26]. Малый размер частиц используемого порошка по сравнению с диаметром проволоки приводит к снижению уровня мощности лазерного излучения по сравнению с вариантом использования проволоки.

Мощность лазерного излучения, скорость перемещения лазерного луча, расход порошка и стратегия нанесения слоя — это основные параметры процесса, влияющие на термический цикл, микроструктуру и уровень остаточных напряжений внутри выращенного изделия [1]. Прямое лазерное выращивание из порошков отличается более высокой стабильностью толщины стенки выращиваемого изделия [22].

Влияние ориентации проволоки на капельный перенос и на качество выращенного слоя рассмотрено в [16, 27, 28, 29]. Есть три основных типа переноса металла при выращивании из проволоки: режим погруженной проволоки (проволока плавится в сварочной ванне), за счет поверхностного натяжения (постоянное расплавление металлической проволоки и постоянный струйный перенос за счет сил поверхностного натяжения) и крупнокапельный перенос. В первом случае, когда проволока погружена в ванну расплава, она расплавляется за счет тепла от сварочной ванны, а не от воздействия лазерного излучения, что позволяет стабилизировать процесс выращивания. В случае струйного переноса капель за счет сил поверхностного натяжения процесс имеет узкий диапазон по изменению параметров режима и в результате чаще образуется гладкий наплавочный валик. Режим крупнокапельного переноса металла возникает, когда лазерный луч расположен слишком далеко от проволоки. Для обеспечения благоприятного режима выращивания лазерный луч должен покрывать проволоку по всей ширине. Это условие может быть выполнено путем расфокусировки луча или быстрого его колебания на необходимую ширину [30]. Расплавление проволоки спереди иногда может приводить к отражению части лазерного излучения, что в свою очередь влияет на качество процесса выращивания. Доля отраженного излучения зависит от таких факторов, как скорость подачи проволоки и мощность лазерного излучения. Оптимальная скорость подачи проволоки для случаев подачи сзади и подачи сбоку меньше, чем для подачи спереди. Качество поверхности выращенного слоя при подаче проволоки спереди выше, чем для двух других вариантов. Именно поэтом чаще всего используется этот вариант подачи проволоки при выращивании изделий. Угол подачи присадочной проволоки при данном методе выращивания может варьироваться от 30 до 60° [12, 15]. Наивысший коэффициент захвата порошка для случая боковой подачи наблюдается во время подачи его сзади в ванну расплава по сравнению с схемами этой подачи, аналогично выращиванию из проволоки. Слои, выращенные из порошка, обычно имеют лучшую форму и стабильность размеров по длине, чем из проволоки [11].

По сравнению с выращиванием из проволоки, где чаще всего используется боковая подача присадочной проволоки, в данном методе способ подачи выбирается в зависимости от требований к процессу. Боковая подача нужна для облегчения регулирования процесса и повышения его стабильности, но при этом невозможно резко изменять направление движения технологического инструмента. Коаксиальная подача необходима для повышения производительности, многоструйная осесимметричная подача необходима для расширения интервала возможного угла наклона в пространстве выращиваемой стенки. При многоструйной осесимметричной подаче перетяжка порошковой струи остается на оси излучения даже при значительном наклоне технологической головы, а при коаксиальной подаче газопорошковый поток отклоняется от оси, что нарушает стабильность процесса формирования слоев. Это происходит из-за недостаточной скорости вылетающих из сопла частиц порошка [22].

Влияние параметров процесса ипоследующей обработки, микроструктура исвойства выращенных изделий

Оптимальная скорость подачи проволоки зависит от уровня мощности лазерного излучения. При слишком большой скорости подачи проволока не может быть полностью расплавлена и в твердом состоянии погружается в ванну расплава и плавится в ней за счет высокой температуры расплавленного металла подложки [24–26]. Высокая мощность лазерного излучения необходима для увеличения размера пятна лазерного луча при сохранении достаточной для расплавления проволоки, подающейся со скоростью от 1 до 2 м/мин плотности мощности при скоростях выращивания от 0,05 до 0,6 м/мин [24,25], в то время как расход подаваемого порошка обычно варьируется от 1,3 до 9,4 г/мин [20,31]. Площадь наплавленного слоя определяется скоростью подачи проволоки, например, соотношением скорости подачи проволоки к скорости наплавки. С увеличением соотношения скорости подачи проволоки к скорости наплавки, увеличивается площадь наплавленного слоя и его высота, но на его ширину это не оказывает существенного влияния [9].

При помощи предварительного нагрева проволоки за счет пропускания через нее электрического тока может быть повышена эффективность процесса лазерного выращивания [32]. Это снижает необходимую для расплавления проволоки мощность лазерного излучения, снижает глубину проплавления подложки. При увеличении напряжения и тока увеличивается скорость расплавления проволоки. При слишком высоком напряжении происходит колебаний тока и разбрызгивание, возникает неконтролируемое образование дугового разряда, который увеличивает линейную энергию, вызывающую чрезмерное расплавление проволоки. Подогрев проволоки способствует более однородному сварочному процессу, но также добавляет сложности, касающиеся контроля дополнительных параметров процесса. Подогрев проволоки также может быть обеспечен, например, за счет контактного нагрева. Преимущество этого метода подогрева состоит в использовании стандартного сварочного оборудования, где в подающем устройстве функция подогрева проволоки уже реализована вместе с ее подачей.

Получаемые механические свойства выращенных из проволоки изделий находятся в интервале между свойствами литого и катанного металла. Последующая термообработка выращенных изделий при температуре 600°С в течение 4 часов [4, 33] не приводит к изменению морфологии и микроструктуры, что сильно увеличивает твердость изделий из Ti-6Al-4V с 327 до 342HV [33]. Для контроля процесса выращивания используются пирометры, измеряющие температуру в хвосте ванны расплава и на предыдущем выращенном слое. По результатам измерений при необходимости в реальном времени изменяется мощность лазерного излучения [9,16]. В последние годы увеличивается количество литературных данных о результатах исследований взаимосвязи размера зерен и морфологии структуры выращенных слоев из порошков титанового сплава и последующей термической обработкой выращенного изделия, ее влияния на механические свойства изделий [34–38]. В основном используются методы горячего изостатического прессования при температуре 900°С и термической обработки при температурах до 730°С в течение 2 часов [34], что меньше по времени, чем для случая выращивания из проволоки. Микроструктура выращенных изделий состоит из направленных плоскости подложки оси столбчатых до β зерен и прослойки α фазы между выращенными слоями, претерпевающей мартенситное превращение с образованием игольчатой ά фазы [1,21]. Причем для случая выращивания из порошков возможно наличия в структуре не расплавленных частиц между слоями [4]. Горячее изостатическое прессование позволяет сохранить пластинчатую структуру, состоящую из α + β и ά фаз. Это говорит о более медленном по скорости охлаждении изделия при данной обработке. Сравнение микроструктуры образцов, полученных двумя методами, выявило ее схожесть, при небольшой пористости в образцах из порошков [15,39]. Исследователи отмечают, что правильный выбор стратегии выращивания из порошков и температуры подложки в процессе, позволяют получить изделие со свойствами, не хуже, чем при традиционных методах обработки [1,25,33,39], а при некоторых стратегиях даже выше [40,41]. Прочность образцов, выращенных поперек направления приложения нагрузки, ниже, чем образцов, выращенных вдоль направления приложенной нагрузки [1,9]. Более того, в работе [23] показано, что расход порошка при высоких значения лазерной мощности должен быть небольшим, так как при больших расходах порошка образуется столбчатая микроструктура, но при увеличении скорости сканирования лазерным лучом размер пластин из α и β фаз уменьшается, увеличивается уровень пористости.

Заключение

В работе были рассмотрены два существующих вида процесса прямого лазерного выращивания изделий из титановых сплавов из порошков и проволоки. Проведено сравнение процессов, в результате которого выявлено:

‒ Более стабильное формирование стенки изделия наблюдается при выращивании из порошка;

‒ Выше эффективность использования присадочного материала и экологичность процесса при выращивании из проволоки;

‒ Существует зависимость качества получаемого изделия от угла и направления подачи присадочного материала в обоих вариантах;

‒ Схожесть и независимость микроструктуры получаемых изделий от вида присадочного материала, но возможно присутствие в ней нерасплавленных твердых частиц в случае порошкового выращивания;

‒ Последующая термическая обработка и газостатическое прессование влияет на увеличение механических свойств в обоих случаях.

Литература:

  1. Saboori A, Gallo D, Biamino S, Fino P and Lombardi M. An overview of additive manufacturing of titanium components by directed energy deposition: microstructure and mechanical properties. 2017 Appl. Sci., 7, 883; 23p, doi:10.3390/app7090883;
  2. Baufeld B, Biest O, Gault R, and Ridgway K. Manufacturing Ti-6Al-4V components by Shaped Metal Deposition: Microstructure and mechanical properties. 2011, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 26, 9p, 012001 doi:10.1088/1757–899X/26/1/012001;
  3. Gockel J, Beuth J. Understanding Ti-6Al-4V Microstructure Control in Additive Manufacturing via Process Maps. 2013, Solid Freeform Fabrication Proceedings, Austin, TX, 9p;
  4. Razavi S M J, Bordonaro G, Ferro P, Torgersen J and Berto F. Fatigue Behavior of Porous Ti-6Al-4V Made by Laser-Engineered Net Shaping. 2018, Materials, 11, 284; 8p, doi:10.3390/ma11020284;
  5. Luzin V, Hoye N. Stress in Thin Wall Structures Made by Layer Additive Manufacturing. 2016, Materials Research Proceedings 2, pp. 497–502;
  6. Neikter M, Akerfeldt P, Pederson R and Antti M-L. Microstructure characterisation of Ti-6Al-4V from different additive manufacturing processes. 2017, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 258, 012007, 8p.. doi:10.1088/1757–899X/258;
  7. Hinderdael M, Strantza M, De Baere D, Devesse W, De Graeve I, Terryn H and Guillaume P. Fatigue Performance of Ti-6Al-4V Additively Manufactured Specimens with Integrated Capillaries of an Embedded Structural Health Monitoring System. 2017, Materials, 10, 993, 19p; doi:10.3390/ma10090993;
  8. Williams S W, Martina F, Addison A C, Ding J, Pardal G, Colegrove P. Wire + Arc Additive Manufacturing, 2016, Materials Science and Technology, 32:7, pp. 641–647;
  9. Ding D, Pan Z, Cuiuri D, Li H. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests. 2015, Int J Adv Manuf Technol 81: pp. 465–481; DOI 10.1007/s00170–015–7077–3;
  10. Hoye N. Characterisation of Ti-6Al-4V deposits produced by arc-wire based additive manufacture 2015. A thesis for the award of the degree doctor of philosophy, University of Wollonggong 279pp;
  11. Syed W U H, Pinkerton A J, Li L. A comparative study of wire feeding and powder feeding in direct diode laser deposition for rapid prototyping. Applied Surface Science, 2005, 247(1–4): pp. 268–276;
  12. Demir A G. Micro laser metal wire deposition for additive manufacturing of thin-walled structures. 2018, Optics and Lasers in Engineering 100, pp. 9–17;
  13. Miranda R M, Lopes G, Quintino L, Rodrigues J P, Williams S. Rapid prototyping with high power fiber lasers. 2008, Materials and Design 29, pp. 2072–2075;
  14. Wang F et al. Laser fabrication of Ti6Al4V/TiC composites using simultaneous powder and wire feed. 2007, Mater Sci Eng A 445: pp.461–466;
  15. Caiazzo F. Additive manufacturing by means of laser-aided directed metal deposition of titanium wire, 2018, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology;
  16. Heralic A. Monitoring and control of robotized laser metal wire deposition, 2012, doctoral thesis, Chalmers University of Technology;
  17. Brandl E, Leyens C, Palma F. Mechanical Properties of Additive Manufactured Ti-6Al-4V Using Wire and Powder Based Processes. 2011, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 26, 11p. 012004 doi:10.1088/1757–899X/26/1/012004;
  18. Brandl E, Baufeld B, Leyens C, Gault R. Additive manufactured Ti-6Al-4V using welding wire: comparison of laser and arc beam deposition and evaluation with respect to aerospace material specifications. 2010, Physics Procedia 5, pp. 595–606;
  19. Shishkovsky I, Missemer F, Smurov I. Direct metal deposition of functional graded structures in Ti-Al system. 2012,Physics Procedia 39, pp. 382–391;
  20. Graf B, Gumenyuk A, Rethmeier M. Laser metal deposition as repair technology for stainless steel and titanium alloys. Physics Procedia 39, 2012, pp. 376–381;
  21. Dinda G, Song L, Mazumder J. Fabrication of Ti-6Al-4V Scaffolds by Direct Metal Deposition. 2008, Metallurgical and Materials Transactions A, Volume 39, Issue 12, pp. 2914–2922;
  22. Ставертий А. Разработка и исследование технологии выращивания объектов методом коаксиального лазерного плавления порошковых материалов. 2017, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МГТУ им. Баумана. Москва, 153 с;
  23. Mahamood R M, Akinlabi E T, Shukla M, Pityana S. Material Efficiency of Laser Metal Deposited Ti6Al4V: Effect of Laser Power. 2009, Engineering Letters, 21:1, EL_21_1_03 (Advance online publication), 5pp;
  24. Baufeld B, Brandl E, Biest O. Wire based additive layer manufacturing: Comparison of microstructure and mechanical properties of Ti–6Al–4V components fabricated by laser-beam deposition and shaped metal deposition. 2011, Journal of Materials Processing Technology (211), pp. 1146–1158;
  25. Mok S H, Bi G, Folkes J, Pashby I, Segal J. Deposition of Ti–6Al–4V using a high power diode laser and wire, Part II: Investigation on the mechanical properties. 2008, Surface & Coatings Technology (202), pp. 4613–4619;
  26. Lopes G, Williams S, Miranda R M, Quintino L, Rodrigues J P. Additive manufacturing of Ti-6Al-4V based components with high power fiber lasers. 2008, Virtual and Rapid Manufacturing: Advanced Research in Virtual and Rapid manufacturing Bartolo et al.(eds), pp. 369–374;
  27. Kim JD et al. Plunging method for Nd: YAG laser cladding with wire feeding. 2000, Opt Lasers Eng 33: pp. 299–309;
  28. Syed WUH et al. Effects of wire feeding direction and location in multiple layer diode laser direct metal deposition. 2005, Appl Surf Sci 248: pp. 518–524;
  29. Mok SH et al. Deposition of Ti–6Al–4V using a high power diode laser and wire, Part I: investigation on the process characteristics. 2008, Surf Coat Technol 202: pp. 3933–3939;
  30. Torkamany M J, Kaplan A F H, Ghaini F M, Vänskä M, Salminen A, Fahlström K, Hedegård J. Wire deposition by a laser induced boiling front. 2015, Opt. Laser Technol., Volume 69, pp. 104–112;
  31. Brice A, Schwendner K l, Mahaffey W, Mooret H. Fraser L. Process variable effects on laser deposited Ti-6Al-4V. Proceedings of the Tenth Solid Freeform Fabrication (SFF) Symposium, The University of Texas, pp 369–374;
  32. Wei, H., Zhang, Y., Tan, L., Zhong, Z. Energy efficiency evaluation of hot-wire laser welding based on process characteristic and power consumption. 2015, J. Clean. Prod., Volume 87, pp. 255–262;
  33. Brandl E et al. Morphology, microstructure, and hardness of titanium (Ti-6Al-4V) blocks deposited by wire-feed additive layer manufacturing (ALM). 2012, Mater Sci Eng A 532: pp. 295–307;
  34. Kobryn, P A, Semiatin S L. Mechanical properties of laser-deposited Ti-6Al-4V. 2001, Proceedings of the Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, TX, USA;
  35. Tian X J, Zhang S Q, Li A, Wang H M. Effect of annealing temperature on the notch impact toughness of a laser melting deposited titanium alloy Ti–4Al–1.5Mn. 2010, Mater. Sci. Eng. A, 527, pp. 1821–1827;
  36. Qu H P, Wang H M. Microstructure and mechanical properties of laser melting deposited γ-TiAl intermetallic alloys. 2007, Mater. Sci. Eng. A, 466, pp.187–194;
  37. Liu D, Zhang S Q, Li A, Wang H M. Microstructure and tensile properties of laser melting deposited TiC/TA15 titanium matrix composites. 2009, J. Alloys Compd. 485, pp. 156–162;
  38. Bontha S, Klingbeil N W, Kobryn, P A, Fraser H L. Effects of process variables and size-scale on solidification microstructure in beam-based fabrication of bulky 3D structures. 2009, Mater. Sci. Eng. A, 513, pp. 311–318;
  39. Brandl E et al. Deposition of Ti–6Al–4V using laser and wire, part II: hardness and dimensions of single beads. 2011, Surf Coat Technol 206: pp. 1130–1141;
  40. Zhai Y, Galarraga H, Lados D A. Microstructure Evolution, Tensile Properties, and Fatigue Damage Mechanisms in Ti-6Al-4V Alloys Fabricated by Two Additive Manufacturing Techniques. 2015, Procedia Engineering 114, pp. 658–666;
  41. Sterling A, Shamsaei N, Torries B, Thompson S M. Fatigue Behaviour of Additively Manufactured Ti-6Al-4V. 2015, Procedia Engineering 133, pp. 576–589.

Основные термины (генерируются автоматически): лазерное излучение, проволока, порошок, прямое лазерное выращивание, присадочный материал, выращенный слой, расход порошка, лазерный луч, изделие, аддитивное производство.

Ключевые слова: прямое лазерное выращивание, порошковые материалы, комплекс прямого лазерного выращивания. В настоящий момент основой современного машиностроительного производства являются технологии обработки заготовки...

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых...

металлорежущий инструмент, лазерная обработка, лазерное излучение, фазовый переход, обрабатываемый материал, лазерное легирование, лазерная установка, лазерная наплавка, активная среда, легирующий...

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы. Упрочнение деталей автомобилей типа «вал» и «ось».

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых...

PIV, PTV, металлический порошок, экспериментальная установка, лазерное сплавление, MATLAB, мощное лазерное излучение, ряд случаев, скорость сканирования, FFT.

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых...

металлорежущий инструмент, лазерная обработка, лазерное излучение, фазовый переход, обрабатываемый материал, лазерное легирование, лазерная установка, лазерная наплавка, активная среда, легирующий...

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы.

металлорежущий инструмент, лазерная обработка, лазерное излучение, фазовый переход, обрабатываемый материал, лазерное легирование, лазерная...

лазерное излучение, длина волны, вынужденное излучение, Нобелевская премия, лазерное воздействие, лазерный луч, ткань, рана, биологический факультет, бронхиальная астма.

Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых... Локальное сплавление обеспечивается воздействием концентрированного источника энергии — лазерного луча.

Лазерная обработка представляет собой воздействие лазерного луча испускаемого лазером на металлическую поверхность и является эффективным и перспективным

В данной статье приведены материалы по способу упрочнения обработки поверхностного слоя деталей машин.

Прямое лазерное выращивание

Прямое лазерное выращивание изделий из металлических порошков позволяет создавать изделия сложной формы по заранее заданной 3D-модели.

Данная технология обладает конструктивной особенностью, позволяющей достигать частичное расплавление порошка при сохранении высоких скоростей изготовления изделия. При использовании данного метода изделие формируется из порошка, подаваемого сжатой газопорошковой струей в зону выращивания, причем газопорошковая струя может быть, как коаксиальной, так и не коаксиальной сфокусированному лазерному лучу, обеспечивающему нагрев и частичное плавление порошка и подогрев подложки.

Также возможно введение смеси порошков, что позволяет изменять состав подаваемых порошков в ходе процесса выращивания, обеспечивая высокоскоростное формирование изделий с градиентными свойствами. При этом, в рамках одного технологического процесса становится возможным формирование изделия, характеристики различных участков которого отличаются и определяются локальными условиями эксплуатации.

Переход к технологии прямого лазерного выращивания позволит устранить из технологического цикла промежуточные операции, например, фрезеровку, токарную обработку и сверление, для получения качественных поверхностей сопрягаемых деталей. Снижение числа технологических операций при изготовлении деталей и конструкций сложной формы существенно увеличит производительность изготовления при меньших материальных, энергетических и трудозатратах.

карта сайта

лазерный прямой угол прямое лазерное излучение лазерный уровень прямым углом лазерный уровень прямой угол построитель прямых углов лазерный лазерные построители прямого угла прямое лазерное выращивание лазерный угольник построитель прямого угла прямой угол лазерным нивелиром прямое лазерное спекание лазерный угольник построитель прямого угла купить лазерное лечение свища прямой кишки лазерная прямая линия прямая печать на текстолите лазерным принтером лазерный принтер с прямой подачей бумаги лазерные принтеры с прямым трактом послойное лазерное плавление прямым лазерное иссечение трещины прямой кишки прямое лазерное спекание металлов прямое лазерное выращивание туричин

comments powered by HyperComments


Смотрите также

НАС УЖЕ 77 321

Подпишись на обновления сайта! Получай статьи на почту: