Технологии послойного лазерного сплавления порошков

Научная библиотека Комментариев к записи Технологии послойного лазерного сплавления порошков нет

А.В. Федотов // Материалы в машиностроении, 1 (76) 2012, с: 53-56

Новые технологические процессы относятся к классу Direct Manufacturing и представляют собой непосредственное изготовление трехмерных деталей без использования промежуточных операций по обработке заготовок. Иногда специалисты используют термин Additive Manufacturing (аддитивное производство), который более точно описывает суть процесса – послойное спекание порошков металла.
В качестве «рабочего инструмента» применяется лазер (для процессов, происходящих в среде инертного газа) или сфокусированный пучок электронов (для процессов, происходящих в вакууме).
В 90-х годах в Европе и США были изобретены технологии послойного лазерного сплавления порошков, открывшие новые горизонты в порошковой металлургии.
Исследовательская лаборатория ВВС США (Materials & Manufacturing Directorate AFRL/ML) провела масштабный исследовательский проект по внедрению этих технологий для создания новых материалов, применяемых в аэрокосмической отрасли. Первоначальной целью была отработка метода послойного лазерного сплавления порошков (LAM – laser additive manufacturing), предложенного американской компанией AeroMet. Суть этого метода заключается в использовании сканирующего лазерного луча для расплавления порошковых материалов и послойного выплавления детали заданной формы. Для этого применяются два метода подачи порошка в зону плавления: вместе с
инертным газом (рис. 1) и механически из специальной камеры (рис. 2).
В первом случае головка волоконнооптического лазера перемещается системой управления, во втором луч лазера сканирует в зоне специальной платформы для перемещения готового изделия.
Параллельно с американскими разработками исследования проводились в Германии. Компании Rapid Product Innovations (RPI) и EOS GmbH дали свое название процессу: DLMS – Direct Metal Laser Sintering (непрерывное лазерное сплавление металла).
Исследовательский центр Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) является одним из европейских лидеров в данном направлении.
Еще одно название SLM (Selective Laser Melting – селективное лазерное плавление) используется британскими специалистами.
На разработку технологии потребовалось порядка пяти лет и в настоящее время оборудование для послойного лазерного сплавления выпускается серийно в странах Европы и США (рис. 3).
Чем же так хорош данный метод по сравнению с традиционными методами порошковой металлургии?
Основные преимущества метода послойного лазерного сплавления:
послойное сплавление позволяет в автоматизированном режиме фактически строить трехмерные изделия по компьютерной модели;
сокращается время и затраты на получение изделия, т.к. исключаются промежуточные стадии изготовления оснастки и пресс-форм;
отсутствуют дефекты литья, и снижается трудоемкость финишной механической обработки.
Фактически, мы имеем дело с технологией 5-го промышленного уклада.
Традиционная производственная цепочка изготовления детали выглядит так: получение сплава – изготовление проката – предварительная механическая обработка для изготовления заготовки – изготовление конечной детали. В порошковой металлургии сначала получают металл в виде порошка, потом в специальной форме спрессовывают заготовку, затем ее при высоких температурах отжигают, после чего окончательную деталь механически обрабатывают. В Direct Manufacturing вместо традиционных многоэтапных технологических цепочек используется более короткая: порошок – спеченная деталь заданной формы.
При этом конструктор еще до начала производства может рассчитать прочностные характеристики получаемого изделия, смоделировать его поведение при нагрузках, провести корректировку конструкции.
Экономические преимущества новой технологии можно продемонстрировать на примере изготовления деталей компрессора газотурбинного двигателя (ГТД). Современные ГТД используют центробежные или осевые ступенчатые компрессоры, в которых лопатки вместе с диском вытачиваются из одной заготовки. При изготовлении такого диска с лопатками используются пятикоординатные обрабатывающие центры, на которых осуществляют как предварительные операции по съему металла, так и финишную доводку заданной геометрии пера. В таком производстве соотношение массы использованного металла к массе готовой продукции составляет примерно 5:1. Порошковые технологии позволяют достичь значительной экономии: исследовательский центр ILT продемонстрировал возможность сокращения времени изготовления
компрессорного диска на 30% и обеспечил коэффициент использования материалов до 2:1. На рис. 4 показан пример таких деталей, полученных с помощью метода LAM.
Метод LAM позволяет получить однородное соединение двух деталей без трещин, пор и раковин (рис. 5).

Полное содержание статьи: http://www.valve-industry.ru/pdf_site/76/76_Fedotov.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top