Усадка в 3D-печати термопластами

От

-

18.10.2024

В статье мы доступно объясним: что такое усадка, по каким причинам возникает, какие дефекты при 3D-печати вызывает и как с ними бороться. Так как тема достаточно обширна и связана с техническими и физическими особенностями процесса 3D-печати, предлагаем определиться с терминами, которые будут использоваться в статье.

Словарь терминов:

Температура стеклования — это температура, выше которой полимеры находятся в пластичном состоянии. При этом материал не успевает выстроиться в устойчивую кристаллическую решетку, — стеклообразное состояние. В 3D-печати температура выше температуры стеклования используется как температура печати.

Усадка — это процесс уменьшения размеров изделия в ходе его охлаждения вследствие влияния температурного расширения материала.

Пассивная термокамера — закрытый корпус 3D-принтера, который защищает от влияния перепадов температуры окружающей среды, а также от горячих и холодных неконтролируемых потоков воздуха (сквозняков и прочих) область печати, где изготавливается модель. В качестве источника пассивного нагрева воздуха внутри термокамеры выступает печатающая головка экструдера и нагревательный стол. В качестве минусов выступает отсутствие контроля за температурой термокамеры и неравномерность ее прогрева.

Активная термокамера — закрытый корпус 3D-принтера или иначе, отделенная от холодной зоны термокамера с принудительным нагревом горячей зоны и контролем температуры внутри нее. Защищает от влияния перепадов температуры окружающей среды и позволяет создавать определенную температуру в пределах всего объема печатной области.

Теперь, когда мы говорим на одном языке, познакомимся с физикой процесса усадки.

Для 3D-печати усадка имеет одно из ключевых значений. В ее процессе задействовано влияние двух процессов. Во-первых, на усадку влияют внутренние напряжения. Они образуются в процессе кристаллизации полимера по мере охлаждения.

Кристаллизация полимера происходит ниже температуры стеклования. Охлаждение распространяется от поверхности заготовки к центру. В определенный момент производимая заготовка уже имеет твердое охлажденное состояние снаружи, но остается еще мягкой и горячей внутри детали. Подобное явление приводит к образованию внутренних напряжений.

Во-вторых, большое влияние на усадку оказывает коэффициент температурного расширения.

Из-за большой разницы температур между расплавом полимера (для технологии 3D-печати) и температурой в помещении, усадка может достигать 0.5 – 5%.

Усадка модели напрямую зависит от материала изделия. Например, PLA из-за маленькой температуры стеклования имеет самую маленькую усадку. Для инженерных филаментов с высокой температурой печати, — например PEEK, PA-66 и другие, — усадка может достигать нескольких процентов. Здесь прямая зависимость — чем выше температура печати, тем больше усадка.

Переходим к следующему разделу и рассмотрим виды дефектов в 3D-печати от усадки.

Первой выделим деформацию краев модели.

В 3D-принтерах с открытым корпусом или пассивной термокамерой появляется проблема «загибания» краев модели. Это происходит из-за неравномерности охлаждения. На рисунке показан пример такого случая. Причина возникновения данного дефекта — неравномерная температура на разных участках печатного изделия. Слои, которые напечатаны раньше, остывают, а только проложенный слой имеет температуру расплава.

Решением проблемы деформации краев является равномерное охлаждение всей модели целиком.

Создание закрытого корпуса вокруг 3D-принтера помогает избавиться от влияния сквозняков, которые могут неравномерно охлаждать модель. Также это позволяет создать пассивную термокамеру. Однако это решение применимо не в 100% случаев. Для высокотемпературных материалов требуется значительно бо́льший нагрев камеры, поэтому при работе с такими филаментами необходимо использовать только активную термокамеру.

Второй распространенный дефект — потеря размеров печатного изделия.

Решить данную проблему можно благодаря компенсации усадки модели. Методика компенсации усадки универсальная для всех материалов и применяется на практике в Volgobot. Даже самое высокоточное аддитивное оборудование не может сразу изготовить деталь в точности с размерами 3D-модели. Небольшие люфты, пере- и недо- экструзия и другие параметры складываются в так называемый «припуск на обработку». Проще — это отличие реального результата от желаемого. Припуск индивидуален для каждого 3D-принтера и его необходимо компенсировать. Для этого нужно задать значение горизонтального расширения.

Для определения горизонтального расширения мы предлагаем использовать приведенный ниже алгоритм.

Напечатать кубик 10х10х10 мм из необходимого пластика. Выбор маленькой модели обусловлен исключением фактора усадки.
Измерить грани кубика при помощи измерительного инструмента. При печати полученный результат всегда будет отличаться от идеального. Допустим, размер грани распечатанного кубика 10,3 мм.
Внести изменение в параметр горизонтального расширения в слайсере (мы пользуемся Cura). Чтобы улучшить допуск печати, необходимо программно компенсировать разницу 0,3 мм. Для этого в слайсере задаётся значение горизонтального расширения 0,15 мм. Если размер кубика получился бы 9,8 мм, то значение горизонтального расширения выставили бы 0.1 мм и т.д.
Повторить пункты 1-3 до достижения необходимого результата. Тест повторяется до идеального или близкого к идеальному результату.

Когда мы закончили с горизонтальным расширением можем приступать к определению усадки и коэффициента масштабирования крупной модели. Важно отметить, что в 3D-печати горизонтальная и вертикальная усадка отличаются по своим значениям и их необходимо считать отдельно.

Для определения коэффициентов масштабирования по горизонтали и вертикали мы также предлагаем использовать алгоритм.

Распечатать модель с большим размером по длине. Моделью для тестовой печати может являться простейшая геометрическая фигура, например прямоугольник 150х10х10 мм. Запускается тестовая печать при тех же настройках, что и при планируемой детали.
Измерить длину бо́льшего размера. При печати полученный результат всегда будет отличаться от 3D-модели. К примеру, полученный размер получился 148 мм, а желаемый 150.
Составить пропорцию: полученный размер так относится к 100%, как желаемый размер относится к Х%.
При решении полученной пропорции мы узнаем значение оптимального коэффициента масштабирования для компенсации усадки. На примере: полученный размер — 148 мм, желаемый — 150. При решении пропорции коэффициент масштабирования получается 101,3%.
Внести изменения в параметр коэффициента масштабирования горизонтальной усадки. В окошке данного параметра задаётся значение, полученное из пропорции. В нашем случае: 101,3%.
Проверить результат и в случае необходимости повторить предыдущие пункты. Тест повторяется до результатов, удовлетворяющих необходимый допуск.

Хочется отметить, что на 3D-Принтерах Volgobot A4 PRO и A3 PRO мы изготавливаем крупные детали в допуск вплоть до 10 квалитета точности. На рынке 3D-печати далеко не каждое оборудование способно соответствовать подобным показателям.

На этом мы завершаем статью по усадке в 3D-печати.

Надеемся, по итогам этого лонгрида вы лучше поняли что такое усадка, узнали процессы ее возникновения и получили дельные практические советы по тому, как бороться с дефектами печати, возникающими из-за нее. Материал для этой статьи подготовили ведущие специалисты Volgobot с большим опытом работы с разными филаментами, поэтому советы можно смело применять на практике.

VI Лидер-форум «Аддитивные технологии — реальность технологического лидерства»

От

-

18.10.2024

0

12-13 ноября 2024 года в павильоне «Атом» на ВДНХ пройдет ключевое мероприятие в области 3D-печати – VI Лидер-форум «Аддитивные технологии — реальность технологического лидерства». Организаторы события – Ассоциация развития аддитивных технологий и госкорпорация «Росатом» при поддержке Правительства Москвы.

Событие станет самым масштабным за шестилетнюю историю его проведения: свыше 2000 слушателей, 120 компаний, 50 спикеров, в числе которых представители Минпромторга России, а также госкорпораций «Росатом» и «Ростех».

Деловая программа форума рассчитана на два дня. 12 ноября основной темой станет диалог бизнеса и власти, продвижение аддитивных технологий и достижение технологического суверенитета. Второй день полностью посвящен научным разработкам и молодежным проектам; он будет интересен студентам и молодым специалистам, а также всем посетителям, которые интересуются новыми технологиями. Кроме того, будет организована онлайн-трансляция.

В программе конференции – выставка достижений ведущих предприятий аддитивной отрасли, карьерный трек, тематические сессии и «Ночь технологий». В этом году особое внимание будет уделено молодежи и поддержке начинающих специалистов: для учащихся 10 ведущих вузов России предусмотрен отдельный трек и карьерный марафон. Школьники, студенты и молодые специалисты получат возможность встретиться на полях форума с ведущими экспертами отрасли. В частности, во время карьерного марафона студенты и выпускники вузов смогут пройти экспресс-интервью в компаниях-партнерах форума, узнать об актуальных программах стажировок, наладить полезные контакты и получить ценные советы от ведущих работодателей в области аддитивных технологий.

Ожидается, что одним из самых захватывающих событий станет хакатон «Ночь технологий» для студентов ведущих вузов России. У 10 команд будет всего 12 часов, чтобы пройти путь от идеи до разработки проектов с применением аддитивных технологий, а затем защитить их перед жюри признанных экспертов из ведущих компаний России.

В рамках выставочной программы мероприятия ведущие компании отрасли трехмерной печати представят на площади 500 квадратных метров лучшие разработки, в том числе 3D-принтеры, инновационные материалы для строительной печати и изготовления медицинских изделий. Гости вживую увидят научно-исследовательскую платформу по созданию персонализированных костных и хрящевых тканей.

«Российский рынок аддитивных технологий растет быстрее, чем предполагалось. Базовый прогноз Минпромторга РФ на 2030 года был достигнут уже в прошлом году. Отрасль развивается ближе к «инновационному» сценарию, по нему в ближайшие пять лет рынок достигнет 58 млрд. рублей. Ушедших производителей из США, Европы, Японии в России активно замещают компании из дружественных стран, в первую очередь, это Китай. Но в целом мы видим тренд на снижение импорта и рост доли отечественного оборудования. Главные потребители сконцентрированы в авиационной и космической отраслях, ТЭК, машиностроении и медицине. Развитие прорывных технологий повышает конкурентоспособность как атомной отрасли, так и отечественной экономики в целом. «Росатом» и его предприятия принимают активное участие в этой работе. “Лидер-форум”, который организован при поддержке “Росатома”, сегодня является главной платформой для взаимодействия с ведущими игроками рынка аддитивного производства, разработчиками, потребителями технологий, а также представителями научных кругов и органов власти на федеральном и региональном уровнях. Мы ожидаем большой отклик по итогам его работы», – отметила исполнительный директор Ассоциации развития аддитивных технологий, доктор технических наук Ольга Оспенникова.

«Чтобы нашей стране совершить технологический рывок, выйти на опережающие темпы развития промышленности и прийти к технологическому суверенитету, критически важно сейчас повсеместно внедрять промышленную 3D-печать. «Росатом» как флагман инноваций в России активно решает эту задачу. Сократить сроки научно-исследовательских и конструкторских работ, в минимальный срок изготовить сложные детали, избежать экономических издержек из-за простоя технологического оборудования – все это возможно благодаря 3D-печати. Мы также понимаем, что специалисты по аддитивным технологиям – инженеры, конструкторы, технологи и материаловеды, – в перспективе ближайших 3-5 лет будут нужны на каждом промышленном предприятии. Поэтому особое внимание уделяется молодежи и подготовке востребованных кадров как для атомной отрасли, так и для промышленности в целом», – сказал директор бизнес-направления «Аддитивные технологии» Топливного дивизиона «Росатома» Илья Кавелашвили.

Принять участие в VI Лидер-форуме можно очно или онлайн. Для этого нужно зарегистрироваться на официальном сайте мероприятия: https://aatd.ru/leader-forum/.

По материалам АО "ТВЭЛ".

Шероховатость как союзник

От

Светлана Бакарджиева

-

18.10.2024

0

Инженеры, задавшись целью повысить эффективность газотурбинных двигателей, постоянно стремились найти способ использовать всё более высокие температуры на входе в турбину. И в итоге пришли к разработке сложных технологий охлаждения лопаток турбины, критически важного компонента, работающего в чрезвычайно жестких условиях эксплуатации. Аддитивное производство металлов (AП) предлагает принципиально новый подход к проектированию и изготовлению лопаток турбины, особенно для сложных внутренних каналов охлаждения. Технология селективного лазерного плавления (L-PBF/СЛП) позволяет создавать сложные геометрии, недостижимые с помощью традиционных методов производства.

Одним из вызовов, стоящих перед аддитивщиками, является «борьба» или принятие как должное шероховатости поверхности внутри компонентов, получаемых с помощью АП. Этот недостаток, являющийся следствием совокупности факторов (размер частиц металлопорошковых композиций (МПК) + толщина слоя печати + диаметр лазерного пятна и т.п.), можно стратегически регулировать и использовать для улучшения теплопередачи в каналах охлаждения. В результате повышается эффективность охлаждения и достигается возможность применения еще более высоких рабочих температур.

В этой статье мы рассмотрим взаимосвязь между толщиной получаемого в результате техпроцесса слоя, шероховатостью поверхности и теплопередачей. А также предложим практические рекомендации по оптимизации конструкции и производительности охлаждающих каналов в лопатках турбин.

Зачем нужны охлаждающие каналы

Лопатки турбин работают в экстремальных условиях, выдерживая высокие температуры, давление и центробежные силы. Поскольку горячие газообразные продукты сгорания протекают мимо лопаток, извлекая энергию для привода турбины, сами лопатки подвергаются интенсивным термическим нагрузкам. Для предотвращения деградации материала и выхода детали из строя необходимы эффективные механизмы охлаждения.

Рис. Газовая турбина Siemens STG 800 для производства электроэнергии (Siemens Energy AB)

Внутренние охлаждающие каналы в лопатке турбины играют важную роль в рассеивании тепла и поддержании приемлемых рабочих температур. Эти каналы, часто имеющие сложную геометрию для максимизации площади поверхности теплопередачи, обеспечивают поток охлаждающей жидкости из ступеней компрессора.

Сложная геометрия – не препятствие для АП

Традиционные методы изготовления турбинных лопаток, такие как прецизионное литье, накладывают ограничения на достижимую сложность внутренних каналов охлаждения. Процессы AП для металлов, в частности СЛП, в корне изменили ситуацию, предоставляя беспрецедентную свободу проектирования для создания сложных геометрий каналов охлаждения с оптимизированными характеристиками для улучшенной теплопередачи.

Рис. Методы охлаждения лопаток

Способность AП создавать детали слой за слоем, непосредственно на основе цифровой модели, позволяет внедрять ряд полезнейших функций:

– змеевидные каналы: эти извилистые каналы увеличивают длину пути потока охлаждающей жидкости, увеличивая время теплообмена с материалом лопатки.

– игольчатые массивы: решетки из штифтовых ребер внутри канала создают турбулентность и разрушают тепловой пограничный слой, усиливая конвективный теплообмен.

– особенности импульсивного охлаждения: АП позволяет изготавливать точно расположенные форсунки или сопла внутри каналов охлаждения для направления потока охлаждающей жидкости в критические высокотемпературные зоны, максимально увеличивая локальное рассеивание тепла.

Неизбежная шероховатость

Послойная природа процессов AП предоставляет свободу проектирования, однако цена этой свободы – более высокая степень шероховатости поверхности по сравнению с традиционными методами – литьем или механической обработкой. Эта шероховатость под микроскопом выглядит как совокупность микронеровностей, образующих рельеф поверхности детали, или в природном представлении – гористый ландшафт со сложной топографией пиков, впадин и выступов, влияющих на поток жидкости и теплопередачу в каналах охлаждения.

Основные параметры шероховатости поверхности:

– Ra (средняя): среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины. Будучи в целом полезной отправной точкой, она дает ограниченное представление о сложности шероховатости поверхностей.

– Rz (по 10 точкам): высота неровностей профиля по десяти точкам. Этот параметр дает представление об экстремумах профиля поверхности, что может быть особенно актуально при нарушении потока и возникновении турбулентности.

– Rq (среднеквадратичная): среднее квадратическое отклонение профиля. Более высокие значения Rq обычно указывают на большее изменение высоты поверхности и более выраженную шероховатость.

– Rsk (асимметрия): количественно определяет симметрию распределения высоты поверхности. Положительный Rsk предполагает поверхность с большим количеством пиков, чем впадин, тогда как отрицательный Rsk указывает на поверхность, на которой преобладают впадины.

Rku (эксцесс): описывает резкость распределения высоты поверхности. Высокие значения Rku указывают на поверхность с преимущественно высокими, острыми пиками и низкими впадинами, что часто связано с повышенной турбулентностью и теплопередачей.

Что улучшает теплопередачу

Наличие элементов шероховатости на внутренних поверхностях охлаждающих каналов изменяет поле потока, что и обеспечивает улучшение теплопередачи посредством нескольких механизмов:

– увеличенная площадь поверхности: чем больше шероховатость, тем больше эффективная площадь поверхности по сравнению с гладкими поверхностями, что обеспечивает большую площадь контакта для теплообмена между материалом лопатки и охлаждающей жидкостью.

– повышенная турбулентность: элементы шероховатости нарушают ламинарный поток охлаждающей жидкости, способствуя разделению потока и образованию вихрей и завихрений, что приводит к повышенной турбулентности. Эта турбулентность усиливает перемешивание охлаждающей жидкости и нарушает тепловой пограничный слой, улучшая конвективный теплообмен.

– соударение и рециркуляция: определенные особенности шероховатости могут создавать локализованные области соударения, где охлаждающая жидкость напрямую воздействует на поверхность, или зоны рециркуляции, где поток охлаждающей жидкости образует замкнутые контуры. Оба механизма способствуют высокоэффективной передаче тепла в целевых областях.

Конкретная связь между параметрами шероховатости и теплопередачей сложна и зависит от ряда факторов:

– число Рейнольдса (Re): режим течения в канале охлаждения (ламинарный, переходный или турбулентный) существенно влияет на воздействие шероховатости. В целом, эффекты шероховатости более выражены в турбулентных потоках, где поток уже склонен к перемешиванию.

– число Прандтля (Pr): это свойство представляет собой отношение коэффициента диффузии импульса к коэффициенту температуропроводности в охлаждающей жидкости. Жидкости с более высоким Pr, например, вода, более чувствительны к шероховатости поверхности по сравнению с жидкостями с более низким Pr, такими как воздух.

– размер, форма и распределение элементов шероховатости: конкретные характеристики элементов шероховатости, включая их высоту, расстояние и ориентацию относительно направления потока, играют определенную роль при оценке их влияния на теплопередачу.

Конструктивные соображения по оптимизации каналов охлаждения

Чтобы успешно использовать преимущества контролируемой шероховатости для улучшения теплопередачи в охлаждающих каналах, изготовленных посредством АП, нужно принять во внимание следующее:

– выбор материала: различные материалы AП по-разному реагируют на параметры лазера, что влияет на достижимую шероховатость поверхности. Исследуйте и выбирайте материалы, которые обеспечивают благоприятный баланс между механическими свойствами и контролируемыми характеристиками шероховатости поверхности в соответствии с конкретными требованиями к охлаждению.

– оптимизация параметров процесса: технологические параметры СЛП, включая мощность лазера, скорость сканирования, интервал между дорожками и толщина слоя напрямую влияют на динамику ванны расплава и характер кристаллизации, которые, в свою очередь, определяют итоговую шероховатость поверхности. Проводите систематические эксперименты или симуляции для составления карт параметров процесса, которые позволяют достичь желаемых характеристик шероховатости.

– вычислительная гидродинамика (CFD): используйте CFD-моделирование для моделирования и анализа потока охлаждающей жидкости и теплопередачи в каналах охлаждения. С их помощью можно предсказать влияние различных профилей шероховатости поверхности на перепад давления, коэффициенты теплопередачи и распределение температуры внутри лопатки.

– экспериментальная проверка: подтвердите результаты CFD и доработайте конструкцию с помощью экспериментального тестирования. Такие методы, как инфракрасная термография (изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей), могут предоставить ценную информацию о распределении температуры поверхности для оценки эффективности охлаждения и определения горячих мест.

Подведем итоги

Аддитивное производство металлов революционизирует проектирование и изготовление лопаток газовых турбин, позволяя инженерам создавать сложные внутренние каналы охлаждения с оптимизированными характеристиками для улучшенной теплопередачи. Понимая и стратегически контролируя шероховатость поверхности в процессах AП, можно еще больше повысить эффективность охлаждения, обеспечивая более высокие температуры на входе в турбину и в конечном итоге повышая производительности и КПД двигателя.

Источник.

3D-печать обеспечивает выпуск 400 000 автомобилей в год

От

Кирилл Казмирчук

-

16.10.2024

0

На недавнем форуме в Великобритании – AMUK, Люк Фокс рассказал о том, как 3D-печать используется для совершенствования производства автомобилей класса люкс в Великобритании. Технический специалист по аддитивному производству британской автомобильной компании Jaguar Land Rover (далее JLR), Фокс рассказал о критической роли АП в рабочем процессе компании. Примечательно, что 3D-печать не используется для крупносерийного производства деталей конечного потребления. Вместо этого ее ценность заключается в удовлетворении растущего спроса на массовую кастомизацию, а также в ускорении производства функциональных прототипов для тестовых автомобилей. Последнее представляет собой “подавляющее большинство компонентов”, которые JLR производит внутри компании в своем Центре аддитивного производства (AMC). Фокс подчеркнул важность этих аддитивных возможностей, заявив, что без 3D-печати “мы не смогли бы проводить испытания так быстро”. Технический специалист также рассказал о том, как аддитивное производство решает одну из наиболее актуальных проблем, стоящих перед автомобильной промышленностью. Многие сроки экологической безопасности автомобилей быстро приближаются, и автопроизводители стараются минимизировать свой углеродный след и сделать свои автомобили соответствующими экологическому законодательству. По словам Фокса, 3D-печать сыграет важную роль в реализации обязательств JLR по достижению нулевого уровня выбросов в цепочке поставок к 2039 году.

Люк Фокс выступает на Форуме членов AMUK. Фото 3D Printing Industry.

Additive Manufacturing UK (AMUK) – это торговая ассоциация компаний, работающих в британской экосистеме 3D-печати. Последний Форум членов ассоциации прошел в Глобальном технологическом центре производителя аэрокосмической техники GKN Aerospace, расположенном в Бритсоле. На мероприятии были представлены презентации, посвященные текущему состоянию аддитивного производства в Великобритании и его будущему направлению. У участников также была возможность пообщаться и насладиться эксклюзивной экскурсией по научно-исследовательскому и опытно-конструкторскому комплексу GKN.

В ходе своего выступления Фокс рассказал о глобальном охвате JLR, которая располагает тремя заводами по производству автомобилей в Великобритании и дополнительными заводами в Словакии, Бразилии, Китае и Индии. Компания, являющаяся стопроцентным дочерним предприятием Tata Motors, производит и продает автомобили марок Range Rover, Defender, Discovery и Jaguar. В 2018 году JLR обязалась производить миллион автомобилей в год. Однако Фокс пояснил, что с тех пор компания изменила свою стратегию, поставив во главу угла качество, а не количество, и в 2023 году будет выпускать около 400 000 автомобилей. Аддитивное производство играет ключевую роль в достижении этого качества.

В подразделении Additive Manufacturing Center (далее AMC) компании JLR, расположенном в центре Gaydon Advanced Product Creation Centre, установлено 20 промышленных 3D-принтеров, использующих шесть технологий аддитивного производства, общая площадь центра составляет подяка 4 000 000 кв.м.

Используются следующие технологии 3D-печати: MJF (HP Multi Jet Fusion), SLS (EOS), SLA (3D Systems), FDM и PolyJet.

На долю полимерного порошкового синтеза SLS приходится 87 % возможностей аддитивного производства компании. Полимеризация в ванне SLA составляет 8 % систем, а binder jetting и экструзия материалов – всего 3 % и 2 % соответственно.

“На данный момент мы занимаемся только полимерами, мы не делаем 3D-печать по металлу”, – добавил Фокс.

AMC действует как центр передового опыта в компании, выполняя различные функции – от создания ранних моделей до функциональных деталей.

“AMC создан как внутренний ресурс, – объясняет Фокс, – инженеры JLR из всех подразделений могут запрашивать 3D-печатные компоненты”.

Технология аддитивного производства также интегрирована в различные центры и отделы компании. Инженеры завода в Халевуде, одной из производственных площадок JLR, располагают примерно дюжиной промышленных 3D-принтеров FDM. Небольшие настольные системы FDM также распределены по другим производственным и инженерным площадкам. По словам Фокса, они используются для быстрого создания прототипов и тестирования, прежде чем поступают на AMC для изготовления более сложных деталей. Такой децентрализованный подход помогает поддерживать гибкость.

3D-принтеры EOS в Центре аддитивного производства JLR в Гэйдоне. Изображение предоставлено компанией JLR.

3D-печать улучшает разработку автомобилей

В прошлом JLR использовала аддитивное производство для изготовления конечных деталей автомобилей. Одним из ярких примеров является Jaguar XE SV Project 8 2019 года, в который вошло более десятка компонентов, изготовленных по технологии AMC. Среди них – крепление для переднего номерного знака, опоры для подголовников сидений и внешние аэродинамические элементы. Однако это была малосерийная продукция – всего 300 экземпляров Project 8. Более практичный вариант использования связан с устаревшими деталями. Фокс привел в пример повторяющуюся проблему с ручками сидений Land Rover Discovery 2 модели 1999 года – деталь, склонную к поломкам. Клиенты, владеющие этой моделью, теперь ожидают, что смогут заказать запасную часть в дилерском центре Land Rover. Однако компании, которая первоначально производила эти детали, больше не существует, а инструмент для литья под давлением был утерян. Решение JLR – 3D-печать деталей собственными силами, слегка изменяя геометрию для повышения прочности.

“Мы печатаем около 50 таких деталей в год”, – заявил Фокс, при этом клиенты часто даже не подозревают о том, что замена была напечатана в 3D.

3D-печатные сменные ручки сидений Land Rover Discovery 2. Фото: Люк Фокс/JLR.

Массовая кастомизация – еще одно заметное применение АП в автомобилестроении. “Массовая кастомизация определенно не исчезнет, поэтому мы много занимаемся этим”, – заявил Фокс. Он отметил, что JLR активно работает над тем, как 3D-печать может позволить создавать более индивидуальные компоненты, такие как персонализированные крышки топливных баков и приборные панели. Однако “подавляющее большинство” усилий JLR в области аддитивного производства направлено на создание функциональных прототипов для тестовых автомобилей. Эти предсерийные автомобили часто обтягивают виниловым камуфляжем, чтобы скрыть их дизайн во время выставок и тестов на публике. Фокс заявил, что 3D-печать прототипов значительно ускоряет процесс тестирования, позволяя вносить изменения в дизайн и оценивать его гораздо быстрее, чем при использовании традиционных методов производства. Один из удивительных примеров постпроизводственного процесса связан с проблемой, с которой столкнулись владельцы внедорожника Land Rover Defender. “Когда они сажали свою собаку на заднее сиденье автомобиля, она царапала бампер”, – объяснил Фокс. Команда JLR, занимающаяся аддитивным производством, сделала 3D-сканирование лап собаки, проанализировала твердость когтей и напечатала 3D-копию лапы, которая была помещена на роботизированный манипулятор. Она неоднократно царапала бампер Defender “в течение очень долгого времени”, что привело к разработке защитной полосы, которую можно приобрести для минимизации повреждений.

Дорожная карта JLR по 3D-печати металлов

По словам Фокса, JLR будет работать над дальнейшим расширением использования аддитивного производства в будущем. Однако он отметил, что компания больше сосредоточена на расширении возможностей, чем на увеличении мощностей. Значительная часть этого развития связана с расширением возможностей 3D-печати металлов. Компания уже использовала внешнюю кооперацию для металлической 3D-печати для производства роскошных компонентов задней стойки для Range Rover SV 460. Эти детали изготавливаются поставщиком первого уровня, и в год производится около 40 таких деталей конечного использования.

“Хотя это и довольно малосерийное изделие, но уже сейчас оно используется в наших серийных автомобилях”, – добавил Фокс.

По мере расширения производства JLR работает над интеграцией металлической 3D-печати для более крупносерийного производства. Фокс рассказал о текущем проекте, в котором используется 3D-печать для поддержки производства “плюс-минус миллиона деталей”. Первоначально компания обратилась к лазерной порошковой плавке (SLM/PBF) для первоначального тестирования концепции. Затем команда решила изготовить “несколько сотен” металлических деталей для получения более строгих и точных результатов. Для этого они обратились к струйной печати на связующем, а в качестве окончательной серийной технологии производства выбрали порошковую металлургию MIM. Как сообщается, процесс струйной 3D-печати со связующим веществом позволил получить детали, близкие к желаемым механическим характеристикам. Фокс добавил, что такой подход позволяет проводить более обширные испытания и доработки без высоких затрат на традиционное производство металла, которое предполагает использование дорогостоящей оснастки.

Включение металлической 3D-печати в эту предпроизводственную фазу позволит JLR более эффективно дорабатывать дизайн перед запуском в серийное производство. Обсуждая более широкую стратегию компании в области АП, Фокс подчеркнул важность баланса между собственными возможностями и внешними партнерствами. Хотя JLR может создавать прототипы и тестировать детали собственными силами, для перехода к полномасштабному производству часто требуется привлечение специализированных поставщиков. “Мы не приспособлены к крупносерийному производству”, – признается Фокс. Его “вариант Златовласки” предполагает тесное сотрудничество с поставщиками в разработке и тестировании, а затем постепенную передачу ответственности по мере наращивания производства. Эта модель нашла отражение и в других автопроизводителях, включая Lamborghini. По словам Фокса, первоначально компания произвела 3D-печатную крышку топливного бака собственными силами, затем увеличила масштабы производства и в конечном итоге передала весь процесс на аутсорсинг, как только он был подтвержден. Такой подход позволил использовать преимущества возможностей аддитивного производства по индивидуальному заказу, передав при этом процесс массового производства третьей стороне.

Производственная линия на заводе JLR в Нитре, Словакия. Фотография предоставлена компанией JLR.

3D-печать: будущее автомобильной экологичности?

Использование аддитивного производства растет в автомобильном секторе, что обусловлено требованиями экологического законодательства. Например, недавно было объявлено, что итальянский OEM-производитель 3D-принтеров Prima Additive сотрудничает с компанией Comau, занимающейся автоматизацией и робототехникой, для разработки 3D-печатаемого покрытия тормозных дисков. Этот процесс, как сообщается, может сократить выбросы загрязняющих веществ, связанные с деградацией тормозных дисков, на 80 %, что соответствует актуальным целям устойчивого развития. Стандарт Евро-7 Европейского союза (ЕС) требует сокращения выбросов частиц от тормозных дисков на 27 % к концу 2026 года. “Один из рычагов, за который мы можем потянуть, чтобы все больше и больше использовать АМ в автомобилестроении, – это то, что он более устойчив, чем другие традиционные производственные процессы”, – пояснил Фокс. Он назвал стратегию JLR по достижению нулевого уровня производства в 2039 году “очень, очень трудной задачей”, но подчеркнул, что компания стремится достичь этой цели, несмотря на увеличение расходов. “Мы готовы тратить больше, потому что наши клиенты готовы тратить больше на экологичный вариант”.

Примечательно, что бренд Jaguar, который в настоящее время выпускает только внедорожник F-Pace, стремится полностью отказаться от ископаемого топлива. Компания взяла на себя обязательство выпустить полностью электрический модельный ряд к следующему году. Как сообщается, все автомобили Jaguar будут построены на специальной чисто электрической модульной архитектуре. Ранее JLR объявила о планах инвестировать 3,5 млрд долларов США в год через компанию Tata для поддержки разработки новых электрических моделей и инфраструктуры. Бренд также работает над развитием других возобновляемых источников энергии наряду с электричеством.

Примечание редактора 3D Printing Industry

Опыт английских коллег подтверждает, что применение аддитивного производства позволяет быстрее выводить на рынок новые продукты (за счет параллельного этапа прототипирования и предсерии, и размещения на серийном поставщике), а также продолжать улучшать существующие изделия для постоянного повышения уровня качества.

Источник

Weldex-2024: сварится всё

От

-

16.10.2024

0

Достаточно тёплая поначалу осень в этом году продолжилась бодрящей прохладой начала октября. Вместе с этим, возможно, и нужно было как-то взбодриться российским сварщикам, посетив 23-ю Международную выставку сварочных материалов, оборудования и технологий Weldex-2024 в МВЦ «Крокус Экспо». И убедиться, что сварочное производство в мире и нашей стране сегодня нисколько не застряло в прошлом, прозябая без доступа к новым технологическим приёмам и материалам. Скорее, наоборот, мы наблюдаем, как вынужденный уход от премиальных зарубежных вендоров в этой сфере стимулирует замещение товарами и технологиями из дружественных стран, а также России. К последним, как известно, у автора этих строк имеется особое, априори тёплое отношение. Почему? Во-первых, у нас очень много талантливых изобретателей и инженеров, в это трудное время не променявших страну на тридцать сребреников в забугорных «локациях». Во-вторых, если мы хотим построить технологическую независимость, то создавать её нужно именно на отечественных решениях, стимулируя их совершенствование. Сотрудничая с российскими инженерами и предпринимателями, приобретая их продукцию, мы формируем своё будущее, в котором жить нашим детям. Каким оно будет — во многом зависит от нас…

Но вернёмся к тому, что происходило на одной из практических сессий на выставке Weldex-2024 «Лазерная сварка. Аддитивные сварочные технологии. Достижения и перспективы». Как признались организаторы, тема аддитивных технологий была для них новой и отчасти рискованной. То ли дело когда обсуждается привычное: перспективы и возможности достижения технологического суверенитета России в сварочном производстве, применение роботов, автоматизация, опасные производства, кадровые проблемы, логистика и международные платежи… И здесь решились включить в повестку ИИ и аддитивные технологии. Готов ли к этому мир сварки? Забегая вперёд, хочу сказать, что вполне готов не только слушать, но и внедрять. Но обо всём по порядку. Вот какую тематику охватили спикеры:

— «Возможности комбинирования аддитивных и сварочных технологий». Кирилл Жилин, коммерческий директор ООО НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ», рассказал о широком модельном ряде компании, в котором присутствует три разновидности оборудования для аддитивного производства: L-PBF/SLM, L-DED (P)/(W). Однако основная часть доклада была посвящена примерам применения их оборудования для наплавки металлопорошком (МЛ7) и проволокой (МЛК4-С). Часто ремонт с успехом выполнялся для турбинных лопаток, секторов. Были продемонстрированы примеры лазерной сварки лопаток в наружные кольца, дефлекторов, корпусов датчиков, приборов из различных видов нержавеющих сталей, титана, алюминиевых сплавов. Главной особенностью компании является готовность создания уникальных решений под требования заказчика.

— «Особенности электродугового выращивания — технологии WAAM». Олег Панченко, зав. ЛЛМК Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, со знанием дела рассказал об успехах лаборатории лёгких материалов и конструкций в области наплавки. Многочисленные научные и практические работы убедили учёных и обращающиеся к ним компании в высокой эффективности использования проволоки в формировании изделий, когда во главу угла ставится рентабельность (сокращение стоимости), более высокая производительность, распространённость и низкая цена на проволоку в том числе российского производства.

— «Формирование научно-технической и нормативной базы для обеспечения промышленного внедрения технологии ПЛВ». Евгений Земляков, к. т. н., заместитель директора по научной и проектной деятельности ИЛИСТ СПбГМТУ, посвятил своё выступление многочисленным аспектам технологии прямого газопорошкового выращивания/наплавки L-DED (P), влияющим на формирование аддитивных изделий, рассказал о механических характеристиках, влиянии термической обработки. И самое важное: помимо описания организационных инициатив СПбГМТУ он поделился фундаментальным практическим опытом по изготовлению и гидравлическому испытанию газосборника. Оказалось, что температура термообработки сильно влияет на питтинговоую коррозию. Например, на режимах 950, 1000, 1050, 1100°С она проявляет себя наилучшим образом, а на режимах 900 и 1150°С — снижается. В результате все десять напечатанных ёмкостей успешно прошли гидравлическое тестирование до испытательного давления. Результаты тестирования хорошо согласуются с расчётными данными и характеризуются узким разбросом значений. Более того, применение метода АЭ в процессе гидравлических испытаний позволяет отслеживать развитие дефектов при нагружении, а также фиксировать время и места развития интенсивной пластической деформации изделий.

— «Экосистема аддитивного производства. Инструменты повышения аддитивности процессов». Андрей Рипецкий, руководитель лаборатории Научно-исследовательского отделения института общеинженерной подготовки МАИ, твёрдо уверил всех в своём докладе, что экосистемное мышление и комплексность в работе с аддитивными технологиями — самое главное. За десятилетнюю практику МАИ удалось создать лабораторию мирового уровня с лучшими образцами зарубежного и отечественного оборудования. Кроме того, вуз участвует в различных проектах для индустрии и имеет свои компетенции, решения и методологию на основе НИОКТР и НИР. Сто́ит отметить их программный комплекс «Глайсер», который пользуется заслуженной популярностью и уважением среди производителей самого разнообразного аддитивного оборудования.

— «Разработки в области технологии и оборудования электронно-лучевой 3D-печати». Андрей Чумаевский, д. т. н., в. н. с. ЛЛМАТ ИФПМ СО РАН, рассказал о собственных разработках Института физики прочности и материаловедения в области проволочной электронно-лучевой аддитивной печати/плавки (ЭЛАП). Сложилось впечатление, что Томск занимается российской адаптацией одной из самых нашумевших проволочных технологий — EBAM от Sciaky (США). Причём не сто́ит думать, что российские учёные копируют успешную западную разработку, ведь электронно-лучевая сварка была известна в СССР ещё в 1958 году. Андрей посвятил много времени в своём докладе именно проблематике биметаллической и полиметаллической печати, потому как высокотехнологичные отрасли промышленности, в том числе авиастроение и ракетостроение, испытывают потребность в сложных многоматериальных деталях, но постоянно находятся в поиске наиболее рентабельных решений. Часто с помощью технологии ЭЛАП изготавливаются шары-баллоны, детали ракетных двигателей, электродвигателей, параболические антенны. Особый интерес вызывают исследования томских учёных в области проволочно-порошковой печати и композитов. Доступны для продажи две установки: для производства и лабораторных работ.

— «Гибридная лазерно-дуговая сварка. От проведения НИОКР до разработки отраслевой нормативной документации». Рудольф Корсмик, начальник технологического отдела отделения промышленных лазерных и электрофизических технологий ИЛИСТ, младший научный сотрудник лаборатории «Лазерные и аддитивные технологии», доцент кафедры цифровых лазерных технологий СПбГМТУ, поделился экспертизой в области лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки (ГЛДС). Последняя из них имеет большие перспективы для ряда отраслей промышленности: автопрома, авиастроения, судостроения, транспортного машиностроения (вагоностроения). Морской регистр судоходства (РС) аттестовал эту технологию и позволил применять её с соответствующим уровнем качества на объектах, поднадзорных РС. Ведутся разработки оборудования для нанесения прямолинейных протяжённых швов, сваривания криволинейных и объёмных конструкций.

— «Лазерная наплавка проволокой — возможности и перспективы развития». Дмитрий Трушников, директор компании «ИксВелд», рассказал коллегам, что использование проволочных технологий, таких как WAAM (электрическая дуга), ЭЛП/ЭЛАП (электронный луч), PAW (плазма), является компромиссом. Например, в качестве желаемых характеристик изготовляемых деталей промышленник зачастую рассматривает высокую точность и механические свойства, низкую пористость, качественную защиту от окисления, а также предпочитает вертикальную подачу присадочного материала, надёжный контроль процесса, высокий коэффициент использования материала. А вот недостатками может быть время на заполнение или вакуумирование, высокий расход аргона или других рабочих или создающих атмосферу в камере газов, сложные системы контроля, дороговизна оборудования, высокая стоимость процесса. Оснащая своё оборудование источниками WAAM и PAW, «ИксВелд» пришли к третьему источнику, чтобы удовлетворить запросы рынка, — это лазерная проволочная наплавка в вакууме с контролируемым переносом металла. И опять же российские инженеры не уподобились китайским коллегам и не скопировали то, что уже имеется в мире в области лазерных технологий, например, у Fraunhofer ILT. Они предлагают использовать адаптивный подбор параметров, форвакуум, уникальное адаптивное управление технологическими параметрами с обратной связью, возможность неплоского «слайсинга», возможность непланарной печати. И вот «ИксВелд» готов предложить своё оборудование для проволочной наплавки с тремя энергетическими источниками, каждый из которых имеет свои достоинства и, может быть, кастомизирован под требования заказчика. Чем не вызов более финансово обеспеченным коллегам с западных рынков?

Практическая сессия действительно продемонстрировала не только интересные российские разработки, которым не пристало пылиться до лучших времён в архивах университетов, но и показала ту неотъемлемую часть продвижения новаций — заинтересованность бизнеса, предпринимателей, корпораций в прорывных решениях. Прорывы есть благодаря нашим учёным и инженерам, есть финансирование у крупных и стратегических отраслей — вот так сходятся звёзды! Выбирать российское — это не дань моде или бездумное следование «повестке», — это прежде всего рентабельно!

Благоприятный фон и полный зал позитивно настроенных специалистов со всей страны оставил неизгладимое впечатление и приятное послевкусие. Это блюдо теперь организаторы планируют подавать горячим ежегодно, уже начиная готовить ингредиенты к Weldex-2025.

Быстрый 3D-принтер для крупногабаритной печати

От

Сергей Благинин

-

15.10.2024

0

Одним из недостатков 3D-печати способом FDM/FFF является весьма медленная скорость изготовления объекта.

Нашей задачей было разработка и производство надежного высокоскоростного 3D-принтера для печати способом FastFDM, который также может выращивать крупногабаритные детали и конструкции из доступных инженерных полимеров и композитов, значительно сокращая время печати.

Таковое устройство – это промышленный высокоскоростной 3D-принтер 3D LIFE ART-PRO.

3D-принтер предназначен для производства изделий из инженерных полимеров и композитов со скоростью печати до 600 мм/сек.

3D-принтер имеет термостатичную камеру с нагревом до 80⁰С и размерами построения объектов (Ш х Г х В): 500 х 500 х 900 мм. Это позволяет делать необходимые корпусные изделия и конструкции целиком.

Надежность процесса изготовления подкреплена жидкостным охлаждением экструдера, быстрой автокалибровкой и контролем подачи нити. Управление и настройки печати производится с помощью съемного планшета.

Изготовление тестовых образцов успешно проведено на скоростях печати от 500 до 800 мм/сек из полимеров типа PLA и ABS (Россия), а также из высокоскоростных полимеров ePLA+ High Speed и ePETG+ High Speed (Китай).

Образцы из полимеров PETG (стандартный), TPU GF, PA 6/12 и т.п. были успешно изготовлены на скоростях от 200 до 400 мм/сек.

С филаментами из полимера типа TPU A93-95 проведены успешные испытания по изготовлению изделий и образцов на скорости 3D-печати 100 мм/сек.

Наша компания является резидентом ИЦ «СКОЛКОВО», имеет статус Малой технологической компании, располагает охранными документами на интеллектуальную собственность по профилю представленного оборудования.

Ссылка на видео в посте в Дзен.

Инновационные всходы на ультразвуковом поле

От

Светлана Бакарджиева

-

14.10.2024

0

В развитых экономиках стран металлическое аддитивное производство стало одним из столпов современной индустрии, обеспечивая беспрецедентную гибкость проектирования, настройку и эффективность при изготовлении сложных компонентов. Однако, как и любая развивающаяся технология, металлическое AП имеет свои уязвимости. Это, в том числе, известные всем практикам проблемы с пористостью, остаточными напряжениями и микроструктурными несоответствиями. В деле преодоления этих препятствий выделяется новый научный подход — аддитивное производство металлов с использованием ультразвукового поля (Ultrasonic field-assisted metal additive manufacturing, U-FAAM). Его появление в арсенале аддитивщиков становится переломным моментом. В этой статье мы рассмотрим будущие направления U-FAAM, акцентируя внимание на его потенциальных областях применения и на том, как он может преобразовать ландшафт металлического AП и максимизировать производительность и качество.

В чём новизна

U-FAAM интегрирует высокочастотные ультразвуковые колебания в обычные процессы AП для металла. Это нововведение направлено на использование ультразвуковой энергии для улучшения микроструктурного качества и механических свойств металлических деталей. В отличие от уже привычных методов AП для металла, при U-FAAM ультразвуковые колебания направляются в ванну расплава во время процесса плавления материала, что существенно влияет на динамику ванны расплава, распределение температуры и процесс затвердевания. И что на выходе? Меньше дефектов, более совершенная структура зерна и улучшенные межслойные связи — результаты, крайне востребованные в высокотехнологичных отраслях, в том числе в аэрокосмической, автомобильной и биомедицинской.

Рис. Технологии аддитивного производства с использованием ультразвукового поля

Почему U-FAAM? Решение проблем АП металлами

Сокращение дефектов: при традиционных процессах AП для металла нередко возникают такие дефекты, как пористость и плохая межслойная адгезия, которые могут нарушить структурную целостность деталей. Ультразвуковые колебания U-FAAM помогают уменьшить пористость, способствуя лучшей динамике потока в расплавленной ванне, что позволяет более эффективно удалять газы и примеси.

Улучшенные микроструктурные свойства: U-FAAM может оптимизировать микроструктуру металлов, уменьшая размер зерна и способствуя более однородному распределению легирующих элементов. В результате детали обретают улучшенные механические свойства – повышенную прочность, ударную вязкость и большее сопротивление усталости.

Минимизация остаточных напряжений: Одна из существенных проблем в AП для металлов – управление остаточными напряжениями, возникающими при быстром охлаждении и затвердевании. Введение ультразвуковой энергии способствует более равномерному распределению тепла, что минимизирует температурные градиенты и, следовательно, остаточные напряжения.

Более широкое применение материалов: процесс U-FAAM продемонстрировал совместимость с различными металлическими сплавами, включая алюминий, титан и суперсплавы на основе никеля. Эта универсальность открывает двери для более широкого применения в различных секторах, каждый из которых имеет свои уникальные требования к материалам.

В обойме новых инструментов

По мере того, как U-FAAM продолжает набирать обороты, на его внедрение в различных отраслях влияют несколько ключевых тенденций:

Расширенное моделирование и имитация для оптимизации процессов

Будущие достижения в U-FAAM будут все больше полагаться на вычислительные модели и симуляции для оптимизации параметров процесса. Например, понимание взаимодействия между ультразвуковой частотой, амплитудой и распределением энергии имеет решающее значение для адаптации технологии к конкретным свойствам материалов и геометрии компонентов. Расширенные инструменты моделирования могут помочь в прогнозировании, сокращая количество ошибок и ускоряя время выхода продукта на рынок.

Интеграция с машинным обучением и ИИ

Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (англ. machine learning, ML) революционизируют многие аспекты производства, и U-FAAM не является исключением. Внедряя алгоритмы ИИ и ML, инженеры могут динамически оптимизировать параметры процесса, что должно приводить к более стабильному качеству и сокращению количества дефектов. Например, модели на основе ИИ могут прогнозировать оптимальные ультразвуковые настройки для достижения желаемых микроструктурных свойств, адаптируясь в режиме реального времени к изменениям в производственной среде.

Рис. Влияние ультразвука на микроструктуру наплавляемых по технологии WAAM металлов и сплавов

Полиматериальные и гибридные подходы к производству

Будущее U-FAAM также заключается в его интеграции с гибридными производственными системами. Объединение U-FAAM с другими технологиями AП, такими как L-PBF или DED, может дать возможность создавать многокомпонентные изделия с индивидуальными свойствами. Этот гибридный подход – эффективный инструмент стимулирования инноваций, например, в аэрокосмической промышленности, где в компонентах часто важны сочетание прочности, уменьшенного веса и термической стабильности.

Расширение масштабов промышленного производства

Хотя U-FAAM доказал свою эффективность на этапах исследований и испытаний, переход к его использованию в крупномасштабном промышленном производстве является ключевой областью будущих исследований. Решение таких задач, как поддержание постоянной интенсивности ультразвука при больших размерах печати и обеспечение совместимости с высокопроизводительными системами AП, будет иметь решающее значение. Инновации в проектировании ультразвукового оборудования, в том числе методы регулируемой амплитуды или использование нескольких ультразвуковых преобразователей, могут стать ключом к раскрытию этого потенциала.

С U-FAAM – эффективнее

А теперь рассмотрим, как сможет проявить себя U-FAAM в ключевых отраслях индустрии.

Аэрокосмическая промышленность

В аэрокосмической отрасли, где в приоритете – надежность компонентов, снижение веса и производительность, U-FAAM предлагает уникальное преимущество. Улучшая механические свойства и уменьшая дефекты, U-FAAM может помочь производить легкие, высокопрочные компоненты, в том числе лопатки турбин, различные кронштейны и детали двигателей. Улучшенная структура зерна и сниженные остаточные напряжения способствуют более длительному сроку службы и лучшей устойчивости к экстремальным условиям эксплуатации.

Автомобильная промышленность

Автомобильный сегмент постоянно ищет способы повышения топливной экономичности, снижения выбросов и повышения безопасности транспортных средств. U-FAAM может помочь в производстве легких, высокопрочных компонентов – деталей двигателя, элементов трансмиссии, рам и кронштейнов. Его способность работать с различными металлическими сплавами, включая современные высокопрочные стали и алюминиевые сплавы, делает его идеальной технологией для меняющихся потребностей автомобильной промышленности.

Биомедицинский сектор

В биомедицине точность и индивидуализация имеют решающее значение, особенно для имплантатов и протезов. U-FAAM может обеспечить улучшенный контроль над микроструктурой, что позволит получать компоненты с превосходной биосовместимостью, прочностью и долговечностью. Потенциал использования U-FAAM для титановых и никелевых суперсплавов также открывает новые возможности для изготовления одновременно легких и прочных индивидуальных имплантатов для нужд пациентов.

Будущее U-FAAM

Чтобы в полной мере раскрыть потенциал U-FAAM, будущие исследования должны быть сосредоточены на нескольких важнейших областях:

Оптимизация процесса с учетом особенностей материала: разработка оптимизированных ультразвуковых параметров для различных металлических сплавов с целью максимально возможного использования их свойств.
Инновации в области оборудования: создание современных ультразвуковых преобразователей и модуляторов, которые могут адаптироваться к различным процессам AП и условиям эксплуатации.
Мониторинг и управление в реальном времени: интеграция датчиков и систем обратной связи для мониторинга ультразвуковых эффектов в реальном времени, обеспечение стабильного качества и минимизация дефектов.
Устойчивое развитие и энергоэффективность: изучение роли U-FAAM в устойчивых производственных практиках, в частности, в сокращении потребления энергии и отходов материалов.

Аддитивное производство металлов с использованием ультразвукового поля – это значительный шаг на пути к преодолению текущих ограничений процессов AП металла. Улучшая свойства материала, уменьшая количество дефектов и расширяя возможности материала, U-FAAM позиционирует себя как преобразующую технологию для аэрокосмической, автомобильной и биомедицинской промышленности. Для инженеров и руководителей, стремящихся опережать конкурентов, инвестиции в исследования и разработки U-FAAM могут стать ключом к открытию новых уровней инноваций и эффективности.

Ссылки:

Демодень MBJ

От

-

11.10.2024

0

Мы рады пригласить вас на уникальное мероприятие, посвященное передовой технологии Metal Binder Jetting.

На примере установки MBJ-400 PRO вы увидите в действии, как эта технология расширяет возможности в производстве металлических изделий.

Детали, сделанные по технологии MBJ, создаются из MIM порошков и обладают очень низкой себестоимостью изготовления. Важные преимущества данных систем — быстрое получение серийных изделий практически любой геометрии, высокий коэффициент использования материала и доступная цена комплексов. Об этих и других преимуществах технологии, успешных кейсах вы сможете узнать на мероприятии 16 октября.

Место: Москва, Дмитровское шоссе, 9 стр. 3

Дата: 16 октября 2024

Время: 11:00 — 13:00

Демонстрационный день пройдет на уникальной площадке, Московском Цифровом Заводе. В демонстрационном зале МЦЗ представлено различное аддитивное оборудование: 3D-принтеры для печати металлом по технологии SLM, MBJ, EBM, установки FHZL для печати песком и PMMA, полная линейка промышленных метрологических сканеров, крупногабаритные GFF и FFF принтеры, а также фотополимерные и керамические SLA принтеры, с которыми вы сможете ознакомиться в рамках экскурсии.

Посещение мероприятия бесплатное. Требуется предварительная регистрация.

И все-таки они вертятся! (часть 2)

От

Светлана Бакарджиева

-

09.10.2024

0

3D-печать выводит на новый уровень прототипирование, производство и обслуживание турбоагрегатов.

Мы продолжаем освещение преимуществ 3D-печати для производства деталей турбомашин.

Не резиновый ремонт

Еще одним преимуществом 3D-печати является возможность восстанавливать изношенные компоненты быстрее, чем при использовании традиционных методов ремонта. Селективное лазерное плавление и газопорошковая наплавка — две технологии с разными возможностями, которые можно применять для ремонта деталей.

Помимо 3D-печати деталей турбомашин Siemens также разработала способ восстановления поврежденных компонентов. Примером процесса может послужить процедура ремонта наконечника горелки. Наконечник горелки подвергается воздействию горячего газа и теплового излучения внутри камеры сгорания, и потому он быстро изнашивается и требует замены. Siemens удалось существенно модернизировать имеющуюся у них L-PBF установку, в результате еще в 2013 году там перешли на более быструю и экономичную процедуру ремонта.

Ключевым преимуществом использования 3D-печати стало то, что для ремонта с использованием L-PBF требовалось удалить и заменить гораздо меньшую площадь наконечника горелки.

После того, как поврежденная часть срезана, вся горелка помещается в L-PBF-принтер, где камера определяет точное 3D-положение поверхности наконечника горелки и проецирует на нее модель CAD. Затем слой за слоем создается новый наконечник. По словам специалистов Siemens, такой подход позволяет сократить время ремонта на 90 процентов.

Помимо L-PBF, Siemens также квалифицировала процесс DED-P, который используется для ремонта лопаток и лопастей, тем самым заменив традиционную технологию сварки.

Рис. Ремонт горелки газовой турбины становится гораздо экономичнее при замене напечатанной по технологии SLM горелки (показано до фиолетовой линии) по сравнению со старой технологией, требующей отрезания и сварки (показано до красной линии) [Siemens]

Датчики контроля – симбионт в теле детали

Итак, в производстве турбомашин технологии AП помогает ускорить разработку продукта, печатать более производительные детали турбомашин и ремонтировать поврежденные компоненты быстрее и экономичнее.

Но и это ещё не всё. Одной из особенно интересных областей являются 3D-печатные датчики, которые можно размещать на деталях турбомашин для контроля их структурных характеристик.

Производитель электронных и металлических 3D-принтеров Optomec продемонстрировал эту возможность, напечатав датчики деформации непосредственно на лопатках турбины с помощью своей технологии Aerosol Jet.

Кроме того, GE, Национальная лаборатория Ок-Риджа и принадлежащий Xerox центр PARC освоили грант в размере более 1,3 млн долларов США на сокращение сроков проектирования и проверки 3D-печатных компонентов турбин на целых 65 процентов. Раздвигая границы технологии, команда стремится предоставить бездефектную, высокопроизводительную 3D-печатную многофункциональную конструкцию, способную выдерживать высокие температуры и нагрузки.

Рис. Лопатка турбины с напечатанными датчиками [Optomec]

Однако вернемся к реалиям отечественного турбиностроения. И удовлетворенно отметим, что отрасль по-прежнему остается в тренде всё более активного применения 3D-печати в производстве компонентов турбин. И ОДК в этом плане остается на переднем крае. В корпорации аддитивные технологии применяются для изготовления таких опытных двигателей, как ВК-650В, ВК-1600В, ПД-8, ПД-35, ТВ7-117, а также для изготовления завихрителей для серийного двигателя ПД-14. Крупнейшее предприятие России, специализирующееся на промышленной 3D-печати полного цикла, – Центр аддитивных технологий Ростеха (АО «ЦАТ»). Именно здесь создаются детали для самых масштабных проектов отечественной авиации, в том числе двигателей ПД-14, ПД-35, двигателей для вертолетов ВК-650В, ВК-1600В и многих других.

Примечательным проектом для ЦАТ стало производство корпуса первой опоры компрессора для перспективного двигателя ВК-1600В вертолета Ка-62. При использовании классических производственных методов это потребовало бы долгих подготовительных работ и интенсивного труда многих специалистов, изготовление оснастки, отработки технологии и т.д. Таким образом, производство заготовки с нуля заняло бы от года до полутора лет. 3D-печать позволила инженерам с легкостью сократить весь цикл до менее четырех недель, а также оперативно провести стендовые испытания. Корпус первой опоры компрессора успешно прошел стендовые испытания. Благодаря применению аддитивных технологий удалось минимизировать брак, сплошность материала и пористость, улучшить прочностные характеристики в сравнении с традиционным производством.

Рис. Заготовка корпуса первой опоры компрессора для перспективного двигателя ВК-1600В вертолета Ка-62 [ЦАТ]

И если первые успехи в освоении АП нашими турбиностроителями были достигнуты во многом благодаря использованию самого современного на тот момент оборудования от мировых поставщиков, то теперь не выпасть из тренда помогают импортозамещающие проекты отечественных производителей 3D-принтеров. Год назад АО «Лазерные системы» объявило об открытии своего центра аддитивных технологий (ЦАТ) на базе собственного производства. Общий объем инвестиций составит около 400 млн рублей. ЦАТ ориентирован на контрактное производство заготовок и деталей по технологии селективного лазерного сплавления металлических порошков. Номенклатура широкая: от запчастей для импортного оборудования до деталей для двигателей, газотурбинных агрегатов и космических аппаратов. Запуск ЦАТа, размещенного на площадке «Нойдорф» в ОЭЗ в Стрельне состоялся 25 апреля этого года. На участке разместился цех с линейкой 3D-принтеров, лаборатории, подразделение реверс-инжиниринга.

Рис. Открытие центра аддитивных технологий АО «Лазерные системы» [Коммерсантъ]

Также в текущем году в Научно-исследовательском институте технологии и организации производства двигателей (НИИД) ОДК создан цех с отечественным оборудованием для 3D-печати. Новые технологические установки существенно превосходят стандартное оборудование 3D-печати по многим параметрам. Их использование дает возможность производить детали не только внушительных размеров, но и значительной массы – максимальный вес может достигать 400 кг. Это будут в том числе компоненты для перспективного авиационного двигателя ПД-35. Раньше такие изделия невозможно было сделать в виде единой детали, их собирали из нескольких элементов.

В частности, роботизированная установка ИЛИСТ-XL применяется для отработки процесса производства деталей из жаропрочных никелевых и титановых сплавов по технологии прямого лазерного выращивания. Уникальное оборудование разработал и производит Институт лазерных и сварочных технологий Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (ИЛИСТ). Этот научно-производственный центр обеспечивает техническое переоснащение, а также внедрение аддитивных технологий на предприятиях ОДК. ИЛИСТ не только производит оборудование, но и обучает персонал корпорации на них работать.

Более подробно о разработках ИЛИСТ читайте в интервью (<em>часть 1</em>, <em>часть 2</em>) нашему ресурсу руководителя отделения аддитивных технологий ИЛИСТ СПбГМТ Константина Бабкина.

Часть 1.

Выращивание проволокой без компромиссов!

От

Дмитрий Трушников

-

07.10.2024

0

Зачастую, выбирая технологию наплавки, мы лавируем между желаниями и возможностями, ограничениями. К примеру, нам хотелось бы идеальную защиту наплавляемого металла от окисления, но это требует использования защитных камер с аргоном, а значит, большого количества времени на заполнение и связанных с этим финансовых затрат. Мы хотим высокий коэффициент использования материала, но при наплавке порошком неминуемо только часть его участвует в процессе. При дуговой наплавке вся проволока попадает в расплав, однако припуски увеличиваются, и теперь металл уйдет в лишнюю стружку. Желаем, чтобы процесс протекал автоматизировано, качество металла соответствовало качеству при традиционных технологиях. Но автоматизированные системы сложны, а материал получается зачастую непрочным или не пластичным.

Компания xWeld запустила процесс лазерной проволочной наплавки в вакууме. В нем используется простая и надежная система адаптивного управления подачей проволоки по обратной связи, обеспечивающая постоянство высоты слоя и автоматический подбор параметров. Достигается 100-процентное использование материала заготовки с минимальным припуском. Используется форвакуум – а значит, получаем малое время вакуумирования и низкую стоимость оборудования. При этом имеем рафинирования расплава и сниженное тепловложение.

Наблюдение за процессом лазерной проволочной наплавки в вакууме завораживает так и вот так.

На выставке Weldex с 8 по 11 октября на стенде компании xWeld можно узнать о методе наплавки подробнее, подержать в руках образцы и посмотреть на процесс наплавки проволокой.

Словарь терминов:

Теперь, когда мы говорим на одном языке, познакомимся с физикой процесса усадки.

Переходим к следующему разделу и рассмотрим виды дефектов в 3D-печати от усадки.

Первой выделим деформацию краев модели.

Для определения горизонтального расширения мы предлагаем использовать приведенный ниже алгоритм.

Для определения коэффициентов масштабирования по горизонтали и вертикали мы также предлагаем использовать алгоритм.

На этом мы завершаем статью по усадке в 3D-печати.

Зачем нужны охлаждающие каналы

Сложная геометрия – не препятствие для АП

Неизбежная шероховатость

Что улучшает теплопередачу

Конструктивные соображения по оптимизации каналов охлаждения

Подведем итоги

3D-печать улучшает разработку автомобилей

Дорожная карта JLR по 3D-печати металлов

3D-печать: будущее автомобильной экологичности?

Примечание редактора 3D Printing Industry

В чём новизна

Почему U-FAAM? Решение проблем АП металлами

В обойме новых инструментов

С U-FAAM – эффективнее

Аэрокосмическая промышленность

Автомобильная промышленность

Биомедицинский сектор

Будущее U-FAAM

Не резиновый ремонт

Датчики контроля – симбионт в теле детали

Популярные Новости

Популярные блоги

Популярные категории

О нас

Подписывайтесь