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

Научная библиотека Комментарии к записи Прямое лазерное выращивание изделий из порошковых материалов: принцип, оборудование и материалы отключены

В. В. Сомонов, Г. А. Туричин, Е. В. Земляков [и др.]. // Технические науки в России и за рубежом : материалы VI Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2016 г.). — Москва : Буки-Веди, 2016. — С. 34-38.

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: Рабочий инструмент, то с помощью чего создается само изделие; Набор датчиков для отслеживания параметров окружающей среды до начала процесса и контроля протекания технологического процесса; 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. 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; 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.

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.

Полное содержание стать на: https://moluch.ru/conf/tech/archive/228/10881/

Рекомендуем для Вас


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

Back to Top