Аддитивные технологии
 Скачать 4.01 Mb.
|
|
Аддитивные технологии (AF – Additive Manufacturing), или технологии послойного синтеза, сегодня одно из наиболее динамично развивающихся за рубежом направлений «цифрового» производства. Данные технологии объединяет одно обстоятельство: построение детали происходит путем добавления материала (от англ. аdd – "добавлять") в отличие от традиционных технологий, где создание детали происходит путем удаления "лишнего" материала. Селективное лазерное спекание – SLS-технология (Selective Laser Sintering), SelectiveLaserMelting) – одно из важнейших направление аддитивных технологий. Лазерное объемное формообразование металлических материалов является интенсивно развивающимся методом изготовления новых изделий особо сложной формы и является во многих случаях единственной альтернативой традиционным методам изготовления деталей литьем или на станках с ЧПУ. Аддитивные технологии Применение лазерной технологииПроцесс лазерного селективного спекания состоит в нагреве и последующем спекании тонкого слоя порошка лазерным излучением. Лазерные технологии создания 3-х мерных конструкционных материалов и изделий сложной формы относятся к области порошковой металлургии. Эти технологии, используя процессы объемного формообразования (спекания) металлических порошков под действием лазерного излучения, позволяют за один технологический цикл создать изделия практически любой формы и степени сложности. Процесс является преимущественно безотходным. Прямое цифровое производство (Direct Digital Manufacturing)Традиционное производство Чертёж 3D-модель Операции послойного синтеза (аддитивный процесс) Сборка Прямое цифровое производство Значительно сокращается длительность производственного процесса, а соответственно и уменьшается его стоимость. Техноло- гия Подготовка производства Модельная оснастка Технологич. оснастка Спец. инструмент Литейное производство Заготовит. производство Сборка Механическая обработка Изделие Изделие Ожидаемые результатыПрименение аддитивных технологий позволит : - изготовление заготовок и изделий РКТ любой формы и степени сложности; - применение металлических порошков из многокомпонентных отечественных сплавов на основе никеля и титана , что обеспечит повышение эксплуатационных характеристик деталей; - снижение время изготовления заготовок и деталей образцов ВВСТ в 1,2-1,5 раза; - снижение расхода металла в 1,5-2 раза, повышение коэффициента использования металла (КИМ) до 0,3-0,5. Развитие порошковой металлургии в мире, включая применение лазерных технологийРынок потребления порошковой продукции вырастет на 6,5 млн. евро к 2015 г. Развитие прогрессивных технологий на 1кг порошковой продукции к 2015г. Основные области применения промышленной технологии ЛССМашиностроение: - детали строительной, дорожной и морской техники; - газотурбинных установок и элементы буровых установок; - детали насосов и компрессоров Ракетно-космическая промышленность: - корпуса и сопла двигателей - ротора и лопатки турбин - крыльчатки Автомобильная промышленность: - поршни дизельных двигателей и двигателей внутреннего сгорания Нефтехимическая и газовая промышленность: - бурильные трубы, - шиберы задвижек, - плунжеры и торцевые уплотнения насосов, - лопатки турбин Медицинская промышленность: - медицинский инструмент - имплантаты, эндопротезы - фильтры тонкой очистки ВИДЫ ИЗДЕЛИЙ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Жаропрочные многокомпонентные материалы на основе никеля и титана, обеспечивающие повышенный ресурс и надежность изделий при высоких температурах эксплуатации. Объем рынка – 4-5 млрд. руб./год Селективное лазерное сплавление 8 Детали авиационных двигателей Лопатка турбины из никелевого сплава Детали системы топливоподачи, материал Ti – 6Al – 4V Пропеллеры и инжекторные форсунки, никелевый сплав Фирма EOS GmbH, Krailling занимает ведущее положение в разработке технологий лазерного селективного спекания деталей из полиамида, полистирола, высокотемпературного РЕЕК, а также металлических порошковых материалов и оборудования для этой технологии. Для неметаллических и металлических материалов разработаны разные технологии и оборудования с учетом особенностей материала. В настоящее время фирма поставляет оборудование серийно по всему миру, в ней работает около 500 человек и объем прибыли составляет приблизительно один млрд. евро. Фирма EOS GmbH Такое место фирма заняла за счет постоянно проводимых исследований как в области получения материалов, заготовок, так и разработки и усовершенствования технологий и оборудования. 10% от прибыли идет на внутренние научно-исследовательские работы. Они идут по пути повышения мощности лазера и применения для металлических порошков твердотельных лазеров, что позволит им расширить не только габариты установки (сейчас рабочая зона 250х250х325 мм), но и использовать более крупные порошки (сейчас 20-40 мкм) до 140 мкм, это в свою очередь даст возможность применять данные технологии для многокомпонетных сплавов. Метод лазерного селективного спекания (ЛСС) Установка ЛСС Готовое изделие Процесс формирования изделия Трехмерная модель Оцифровка сканером ModelMaker и результат сканирования в виде CAD-модели Для титановых сплавов и интерметаллидов на их основе лучше подходит электронное спекание с помощью установки Arcam AB, которая позволяет проводить процесс в вакууме с подогревом. После получения заготовок по данным технологиям для металлических материалов удаляются необходимые вспомогательные поддержки, проводится дробеструйная и пескоструйная обработка, а затем полировка по технологии Best in Glass, которая обеспечивает получение идеально гладкой поверхности. Установки Arcam AB Проверка капсул на герметич- ность Мехобработка и контроль качества ВИП Изготовление элементов капсул Сварка элементов капсул Отжиг ВДП УЦР УРиМС СЭС СНВ-6 газостат произв-во электродов Распыление гранул рассев и магн. сепарация эл.-статич. сепарация дегаз-я,засыпка капсулы ГИП Технологическая схема Посещение фирмы Avioprop S.r.L, Carneri, Italy показало высокую востребованность данных технологий и оборудования для двигателей космической и авиационной техники. В настоящее время в этой фирме 2 установки EOS и 5 установок Arcam, в сентябре 2013 года они открывают новую площадку, где будет 12 установок EOS и 14 установок Arcam. Важно отметить, что фирма делает полный цикл от порошка до готовой детали. Главой фирмы было отмечено, что порошки - гранулы, получаемые центробежным распылением электрода, отличаются высоким качеством и стабильностью. На рисунке представлены гранулы титанового сплава ВТ6 (Ti642), получения методом центробежного распыления в ОАО «Композит», которые имеют высокое качество поверхности и низкую внутреннюю пористость. Фирма Avioprop S.r.L На сегодняшний день разработаны технологии получения изделий из зарубежных сплавов на основе Ni, Co, Fe, Ti, Al. Составы сплавов ограничены и отличаются от применяемых в изделиях РКТ. Например, сплав Inconel 718 имеет более низкие эксплуатационные характеристики по сравнению с российским сплавом ЭП741НП, и также по другим материалам. АЖК НГК6 ЭП741НП АЖК НГК6 ЭП741НП Необходимо отметить, что фирмы, которые занимают лидирующее положение в области аддитивных технологий, постоянно занимаются исследованиями в первую очередь по получению материала – беспористого и с требуемым уровнем свойств, а затем лишь конфигурации детали. Причём каждый новый материал требует индивидуального подхода в разработке технологий его изготовления. Фирма Avioprop S.r.L, даже имея большой серийный заказ, планирует оставить по две машины EOS и Arcam для продолжения исследований по применению новых металлических материалов. Применение современного оборудования для аддитивных технологий требует разработки новых технологий получения беспористого материала на основе многокомпонентных отечественных сплавов для сложнопрофильных заготовок и деталей изделий РКТ, а так же разработки их конструкций с учетом указанных технологий. Результаты подбора режима лазерного спекания металлопорошкового сплава на основе никеля (ЭП741НП). Выбор оптимальных режимов заключался в подборе мощности лазерного излучения, скорости сканирования подложки, подачи металлопорошкового материала, а также в подборе расстояния между проходами лазерного излучения. Кольцевой образец, выращенный на подложке по технологии LENS |