Исследования
Исследование №2 на базе статьи
Авторы статьи, название издания и прочие выходные данные..
Разработана техническая концепция и технологическая схема системы многоматериальной технологии прямого производства с помощью лазера (ALAM), включающая в себя спецификации её компонентов (оптической, механической и электрической части), алгоритмы функционирования установки для работы с двумя различными порошковыми материалами, характеристики интерфейсов между механическими и электрическими компонентами системы.
Создан лабораторный прототип установки ALAM, изготовлены опытные образцы.
Для изготовления экспериментальных образцов использовались предварительно легированные порошки, полученные распылением расплава в газовой среде: нержавеющая сталь SS316L и SS904L, сплав CuNi10, инструментальная сталь H13 и никелевый сплав Inconel 625. Для получения стабильного единичного валика переплавленного порошка был проведен параметрический анализ по оптимизации «технологических окон» в «координатах» мощности лазера, скорости сканирования луча, толщине слоя порошка, диаметра лазерного луча и т.д. Стабильные слои переплавленного порошка были получены оптимизацией расстояния между последовательными проходами лазерного луча, т.е. между валиками. Трехмерные объекты сложной формы с низкой пористостью и высокими механическими свойствами были получены так называемой «двух-зонной» стратегией сканирования луча, а также перекрёстным сканированием со специальной отработкой контура изделия в каждом сечении.
Создан лабораторный прототип установки ALAM, изготовлены опытные образцы.
Для изготовления экспериментальных образцов использовались предварительно легированные порошки, полученные распылением расплава в газовой среде: нержавеющая сталь SS316L и SS904L, сплав CuNi10, инструментальная сталь H13 и никелевый сплав Inconel 625. Для получения стабильного единичного валика переплавленного порошка был проведен параметрический анализ по оптимизации «технологических окон» в «координатах» мощности лазера, скорости сканирования луча, толщине слоя порошка, диаметра лазерного луча и т.д. Стабильные слои переплавленного порошка были получены оптимизацией расстояния между последовательными проходами лазерного луча, т.е. между валиками. Трехмерные объекты сложной формы с низкой пористостью и высокими механическими свойствами были получены так называемой «двух-зонной» стратегией сканирования луча, а также перекрёстным сканированием со специальной отработкой контура изделия в каждом сечении.
Разработана и изготовлена система оптического мониторинга процесса и измерения температуры в зоне лазерного воздействия двухволновым пирометром и ПЗС-камерой:
В пирометрическую систему входят: оптический узел, который связан с электронным блоком с помощью оптоволокна; внутренний микропроцессор, который предназначен для управления операционными режимами: калибровкой, измерениями (выбор скорости и общей продолжительности измерений, выбор минимальных и максимальных значений температуры и т.д.) и запись данных (с использованием внутренней памяти). Показано, что при измерении пирометром и ПЗС-камерой сигнал из области лазерного воздействия является достаточно чувствительным для отслеживания изменений основных технологических параметров (толщина слоя порошка, расстояние между валиками для последовательных проходов лазера, скорость сканирования и т.д.) и может быть использован для контроля качества изготовления в режиме реального времени.Проведены расчёты тепловых полей, формы ванны расплава и остаточных напряжений применительно к процессам селективного лазерного плавления.
Изготовлены многоматериальные изделия на базе мартенситно-стареющей стали + кобальт-хромового сплава, аустенитной стали + медного сплава. Показана перспективность применения полученных изделий в аэрокосмической промышленности, в областях биотехнологий и машиностроения. Сверх плана проведены эксперименты по прямому нанесению жаропрочных, коррозионностойких и износостойких материалов на основе никеля (Ni-осн. 20Cr 10W 9Mo 4Cu 1C 1B 1Fe; Ni осн. 15Cr 17W 4Si 3Fe 4B 1C) и алюминия (Al-осн. 15Cu 16Fe 16Cr) на стальных (Сталь 45) и титановых (Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo) подложках, а также композиционных материалов на алюминиевой основе с упрочнением кристаллами кремния (AlSi30).
В пирометрическую систему входят: оптический узел, который связан с электронным блоком с помощью оптоволокна; внутренний микропроцессор, который предназначен для управления операционными режимами: калибровкой, измерениями (выбор скорости и общей продолжительности измерений, выбор минимальных и максимальных значений температуры и т.д.) и запись данных (с использованием внутренней памяти). Показано, что при измерении пирометром и ПЗС-камерой сигнал из области лазерного воздействия является достаточно чувствительным для отслеживания изменений основных технологических параметров (толщина слоя порошка, расстояние между валиками для последовательных проходов лазера, скорость сканирования и т.д.) и может быть использован для контроля качества изготовления в режиме реального времени.Проведены расчёты тепловых полей, формы ванны расплава и остаточных напряжений применительно к процессам селективного лазерного плавления.
Изготовлены многоматериальные изделия на базе мартенситно-стареющей стали + кобальт-хромового сплава, аустенитной стали + медного сплава. Показана перспективность применения полученных изделий в аэрокосмической промышленности, в областях биотехнологий и машиностроения. Сверх плана проведены эксперименты по прямому нанесению жаропрочных, коррозионностойких и износостойких материалов на основе никеля (Ni-осн. 20Cr 10W 9Mo 4Cu 1C 1B 1Fe; Ni осн. 15Cr 17W 4Si 3Fe 4B 1C) и алюминия (Al-осн. 15Cu 16Fe 16Cr) на стальных (Сталь 45) и титановых (Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo) подложках, а также композиционных материалов на алюминиевой основе с упрочнением кристаллами кремния (AlSi30).
В части инженерии поверхностей методом многоматериального холодного напыления (MMCS ) были выполнены следующие задачи:
Составлена детальная схема компоновки системы MMCS с описанием всех комплектующих узлов, реализовано техническое решение многоматериальной подачи порошка включающее в себя контроль дозирования порошка и выбор зоны его инжекции. Были успешно изготовлены покрытия и изделия типа титан-алюминий, никелевый суперсплав–медь-карбид вольфрама, нержавеющая сталь-медь-карбид кремния и других систем материалов.
В целях оптимизации технологии были разработаны и успешно опробованы математические модели, позволяющие проводить численное моделирование физических процессов протекающих во время движения газопорошковой струи в сверхзвуковом сопле и при ударе частиц о преграду. Полученные результаты имеют как общефизический, так и прикладной интерес. В частности, описание процесса высокоскоростного удара твердой композитной частицы позволило выявить некоторые физические аспекты взаимодействия частиц с подложкой и, в то же время, оптимизировать технологические параметры системы с целью увеличения ее производительности и качества получаемых изделий (низкая пористость, высокая адгезия и т.д.).
Составлена детальная схема компоновки системы MMCS с описанием всех комплектующих узлов, реализовано техническое решение многоматериальной подачи порошка включающее в себя контроль дозирования порошка и выбор зоны его инжекции. Были успешно изготовлены покрытия и изделия типа титан-алюминий, никелевый суперсплав–медь-карбид вольфрама, нержавеющая сталь-медь-карбид кремния и других систем материалов.
В целях оптимизации технологии были разработаны и успешно опробованы математические модели, позволяющие проводить численное моделирование физических процессов протекающих во время движения газопорошковой струи в сверхзвуковом сопле и при ударе частиц о преграду. Полученные результаты имеют как общефизический, так и прикладной интерес. В частности, описание процесса высокоскоростного удара твердой композитной частицы позволило выявить некоторые физические аспекты взаимодействия частиц с подложкой и, в то же время, оптимизировать технологические параметры системы с целью увеличения ее производительности и качества получаемых изделий (низкая пористость, высокая адгезия и т.д.).
Проведено экспериментальное изучение различных физических, химических и эксплуатационных свойств полученных многоматериальных покрытий и изделий (электропроводность, теплопроводность, эрозионная и коррозионная стойкость), позволяющее выполнить оптимизацию технологии и оценить перспективные области промышленного внедрения технологии, а также выявить некоторые физические особенности процесса формирования покрытий. Успешно реализована оптическая диагностика процесса MMCS. В частности, проведены визуализация многофазного сверхзвукового потока, измерения скоростей и размеров частиц в полёте, и экспериментальное измерение температурных полей на обрабатываемой поверхности.
Сверх плана проведена разработка и экспериментальное тестирование прецизионного многоматериального холодного напыления.
Сверх плана проведена разработка и экспериментальное тестирование прецизионного многоматериального холодного напыления.
Другие новости лаборатории аддитивных технологий:
© Лаборатория инновационных аддитивных технологий МГТУ "СТАНКИН"
liat@stankin.ru
liat@stankin.ru
